m，CBN单点车刀5从试件1 外侧以1 Own的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4~1.2mm/s，进给距离为100mm;
[0052] 2-2) CBN单点车刀精加工修盘:立式车削模式，修盘的同时开启冷风机，使冷风对 准CBN单点车刀5和试件1进行冷却，修盘时试件1的转速为3000rpm，CBN单点车刀5从试件1 外侧以2μηι的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1~0.3mm/s，进给距离为100mm;
[0053] 必要时可重复多次修盘以使试件端面达到上述表面质量。
[0054] 修盘前后试件1表面三维形貌和端面跳动量的对比分别见图4和图5;
[0055] 3)CBN单点车刀5触碰对刀仪4,确定修盘区域3与对刀仪4对刀平面的高度差ho;将 CBN单点车刀5从支架上取下，更换为顶端钎焊有单颗半径0.04mm的球形磨粒的工具头2，工 具头2顶端逐渐靠近对刀仪4,当测量系统数据产生突变时表示工具头2顶端的磨粒刚好触 碰对刀仪4对刀平面，再将工具头2沿试件旋转的轴向方向上移ho+δ，以使工具头2顶端的磨 粒位于试件1修盘区域3上方δ处，完成对刀，从而保证后续测试时能够准确控制划擦深度； [0056] 4)将工具头2水平移至修盘区域3的划擦点正上方，并下移δ+办以使划擦深度为 ap; 根据需测试的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R:
速η;本实施例之中，n=10000rpm，划擦速度v为157m/s(对应R=150mm位置)~209m/s(对应 R = 200mm位置），划擦深度&[)分别设定为6μπι;开启冷风机，使冷风对准工具头和试件进行冷 却，试件1按照上述设定转速η转动，且工具头2沿径向以2m/s的速度进给，以使磨粒在修盘 区域3形成间距为200μπι的连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个;划擦过程中通过与工具头2 相连的测力仪和声发射系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集 卡，再传输至计算机进行计算，可得到划擦力、声发射信号等物理量;划擦过程中，当工具头 2顶端的单颗磨粒划擦至直径为150mm的圆周上(划擦速度为157m/s)时，工具头2通过高刚 度弹簧或气动冲头瞬间与试件1脱离，且脱离瞬间工具头2顶端的瞬时线速度高于试件1转 动线速度，以"冻结"磨粒划擦过程中脱离瞬间磨粒与试件1的接触状态；
[0057]需要说明的是，本领域中常用的通过高刚度弹簧或气动冲头使工具头脱离试件的 方式中，工具头固接在高刚度弹簧或气动冲头上，脱离时在高刚度弹簧或气动冲头的带动 下沿圆弧脱离，因此上述脱离瞬间工具头顶端的瞬时线速度指的是脱离瞬间工具头沿圆弧 运动的切向速度，此时的运动方向平行于试件旋转轴线并远离试件。
[0058] 5)对划痕进行显微观察和三维形貌测量，如图6所示;划痕最前端被"冻结"区域的 三维形貌及其二维截面形貌如图7和图8所示。
[0059] 根据需要，还可以对单颗磨粒前面被"冻结"的变形区域进行取样、镶嵌、磨光、抛 光和腐蚀，制成金相试样并对金相试样进行显微观察。
[0060] 本实施例之中，所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0 · 01N;所述数据 采集卡的采样速度高于2M/s。
[0061] 实施例2
[0062] 本实施例与实施例1所不同之处在于，所述工具头顶端钎焊有单颗半径0.08mm的 球状磨粒，其余同实施例1。
[0063]根据需要，所述磨粒可以为金刚石、CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷;磨粒形状还可 以为圆锥形或多棱锥形;该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端;所述工具头 可以为压头或其他的固结磨粒形式。
[0064] 根据需要，修盘的参数在如下范围内调整并进行一次或多次修盘，可在试件表面 形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域：
[0065] 2-1 )CBN单点刀具粗加工修盘:立式车削模式，修盘的同时对CBN单点刀具和试件 进行冷却，修盘时试件的转速范围为2000~10000rpm，CBN单点刀具从试件外侧以10~50μπι 的切深沿试件径向进给，进给速度范围为〇. 4~1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4~1/2; [0066 ] 2-2) CBN单点刀具精加工修盘:立式车削模式，修盘的同时对CBN单点刀具和试件 进行冷却，修盘时试件的转速范围为2000~10000rpm，CBN单点刀具从试件外侧以2~ΙΟμπι 的切深沿试件径向进给，进给速度范围为〇. 1~〇. 3mm/s，进给距离为试件直径的1/4~1/2。
[0067] 对比例
[0068] 取黑色金属试件，经常规精车工艺加工后，将试件表面分为两个区域，其中一个区 域按照本发明的修盘步骤进行修盘，使其表面质量达到端面跳动量优于IT1级，表面平均粗 糙度Ra优于10nm，记为修盘区域;另一区域不进行修盘，记为未修盘区域。
[0069] 将上述试件采用本发明的测试方法进行单颗磨粒连续划擦快停测试，在相同测试 参数下在修盘区域和未修盘区域上形成划痕，划痕深度很小，可达到微米级，其对比结果如 图9所示，可以看出，在划痕深度很小的情况下，修盘区域的划痕形成连贯的螺旋形，呈均匀 间隔分布，检测其深度方向误差小于Ιμπι/lmm，表明磨粒和试件在修盘区域内的较长划擦距 离上均能持续稳定接触，从而可以实现磨粒的高速高精度划擦快停测试;而未修盘区域的 划痕不能形成连贯螺旋形，划痕间隔不一，划痕深浅、划痕宽度均具有肉眼可见的差异性， 表明磨粒和试件之间无法持续稳定接触，更无法用于磨粒的高速高精度划擦快停测试。
[0070] 以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依 本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【主权项】
1. 一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方法，其特征在于:包括： 1) 将黑色金属试件固定在电主轴上，试件可通过电主轴旋转；对该试件进行在线动平 衡； 2) 采用CBN单点刀具对该试件进行修盘，以在试件表面形成端面跳动量优于IT1级，表 面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域，具体步骤如下： 2-1 )CBN单点刀具粗加工修盘:立式车削模式，修盘的同时对CBN单点刀具和试件进行 冷却，修盘时试件的转速范围为2000~10000rpm，CBN单点刀具从试件外侧以10~50μπι的切 深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4~1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4~1/2; 2-2) CBN单点刀具精加工修盘:立式车削模式，修盘的同时对CBN单点刀具和试件进行 冷却，修盘时试件的转速范围为2000~10000rpm，CBN单点刀具从试件外侧以2~ΙΟμπι的切 深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1~〇.3mm/s，进给距离为试件直径的1/4~1/2; 3. CBN单点刀具触碰对刀仪，确定修盘区域与对刀仪对刀平面的高度差ho;将CBN单点刀 具更换为顶端固接有单颗磨粒的工具头，工具头顶端的磨粒触碰对刀仪，再将工具头沿试 件旋转的轴向方向上移ho+δ，以使工具头顶端的磨粒位于试件修盘区域上方δ处，完成对 刀； 4) 将工具头移至修盘区域的划擦点正上方，并下移δ+办以使划擦深度为ap;根据需测试 的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R，通过计算试件的设定转速η;试件按照 设定转速η转动，且工具头沿径向进给，以使磨粒在修盘区域划擦形成螺旋形划痕，划擦过 程中工具头瞬间与试件脱离，脱离瞬间工具头顶端的瞬时线速度高于试件转动线速度，以 "冻结"脱离瞬间磨粒与试件的接触状态;此过程中通过与工具头相连的测量系统采集划擦 过程中的数据;划擦的同时对工具头和试件进行冷却。2. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述磨粒为金刚石、CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形状为球形、圆锥 形或多棱锥形;该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端;所述工具头为压头。3. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述试件为圆盘形;修盘时球形磨头进给距离小于试件半径，修盘区域为 圆环形。4. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射 系统、数据采集卡和信号放大器;所述工具头与测力仪和声发射系统相连接。5. 根据权利要求4所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N;所述数据采集卡的 采样速度高于2M/s。6. 根据权利要求3所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述步骤2)中，所述修盘区域为圆环形。7. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述工具头在沿试件旋转的轴向方向和径向方向的定位精度均优于0.1μ m〇8. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述对刀仪的定位精度优于0. Ιμπι。9. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述步骤4)中，工具头通过高刚度弹簧或气动冲头瞬间与试件脱离。10. 根据权利要求1所述的一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方 法，其特征在于:所述工具头轴线平行于试件旋转轴线。
【专利摘要】本发明公开了一种CBN刀具预修黑色金属试件的单颗磨粒划擦快停测试方法，属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工领域，通过将黑色金属试件固定并进行在线动平衡；然后采用CBN刀具对该试件进行修盘，达到测试所需的端面跳动以及粗糙度要求；试件以指定转速旋转，顶端固接有单颗磨粒的工具头以指定切深径向进给，在试件端面形成螺旋形划痕，划擦过程中工具头与试件瞬间脱离，实现单磨粒划擦过程中磨粒和试件接触状态的“冻结”，通过三维形貌测量和显微观察，可以更好的了解磨粒去除材料过程中的材料变形、已加工表面形成、界面摩擦等相关机理，进而为磨削等磨粒加工过程材料去除机理的深入研究提供手段。
【IPC分类】G01N19/06
【公开号】CN105606531
【申请号】CN201610077826
【发明人】姜峰, 张涛, 言兰, 徐西鹏
【申请人】华侨大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月4日