[发明专利]一种超声辅助磨削加工动态振幅测量工具及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声辅助磨削加工技术，尤其是一种超声辅助磨削加工动态振幅的测量工具及测量方法。

背景技术

超声辅助磨削加工是集磨削加工及超声波加工于一体的复合加工技术，在难加工材料加工中具有广阔的应用前景。在超声辅助磨削加工中，金刚石磨料工具在高速旋转的同时以一定振幅沿工具轴向进行超声振动，再辅以某方向的进给运动实现加工。在这一过程中，工具振幅是一项重要的性能指标，它反映了超声振动系统输出功率的大小，直接影响到超声辅助磨削加工的效率，同时也是超声辅助磨削加工机理研究的一个重要参数。因此在超声辅助磨削加工设备的研制和使用中不可避免地要遇到振幅测量问题。

近年来，国内外研究人员针对超声辅助磨削加工工具振幅测量方法开展了一些研究，取得了一定的进展。目前常用的测量方法有工具显微镜直接测量法、激光多普勒测振仪测量法、加速度计法、光电测振法等。但是以上测量方法只能实现静态下工具振幅的测量，而在加工过程中由于冷却液、机床噪声等因素的干扰，上述测量方法已不再适用。目前有关研究中，一般均假设工具静态振幅等于工作状态下的振幅。而实际上加工过程中由于频率漂移、负载阻抗的影响，工具振幅会有所衰减。这样在对结果分析时就会忽略了工具振幅变化对的超声辅助磨削加工效率、加工机理等的影响，降低了分析结果的可信度，从而无法实现对超声辅助磨削加工过程的精确控制。因此，超声辅助磨削加工过程中的动态振幅测量非常重要。如何提供一种可以实现对超声辅助磨削加工动态振幅进行测量的方法成为本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现超声辅助磨削加工动态振幅的测量工具及测量方法，运用这种工具及方法可在等同于实际磨削加工工况负载的条件下对工具超声振动振幅进行测量，从而更准确的分析振幅对超声辅助磨削加工过程的影响。

本发明所涉及的超声辅助磨削加工动态振幅测量工具，包括圆柱形的钢基体，在钢基体圆周表面沿轴向分为磨削加工区和振幅测量区两个区，其中磨削加工区由有序排布的钎焊金刚石磨粒组成，振幅测量区则钎焊单颗金刚石磨粒。

所述的磨削加工区与振幅测量区之间的轴向距离为D,D>2A，其中A为超声辅助磨削工具静态振幅，这样可以保证磨削加工区产生的磨削划痕不会对用于进行动态振幅测量的单颗磨粒划痕产生干扰。

本发明所涉及的超声辅助磨削加工动态振幅测量方法，包括如下步骤：

1）对测试工件表面进行抛光处理至无明显划痕，获得试验工件。

2）选定磨削工艺参数，并按照如下公式计算出该条件下磨削加工区单颗磨粒切厚：

hm=2L(vωvs)(apds)]]>    公式（1）

式中：

h_m—单颗磨粒切厚；L—工具周向磨粒间距；v_w—进给速度；v_s—磨削速度；a_p—磨削深度；d_s—工具直径。

3）利用超声辅助磨削加工动态振幅测量工具对工件抛光表面进行非超声磨削，磨削长度为l时终止，获得单颗金刚石磨粒非超声磨削划痕；然后开始进行超声辅助磨削，最终获得带有单颗磨粒非超声磨削划痕及超声辅助磨削划痕的工件表面。

4）在三维视频显微镜下对所述非超声磨削划痕及超声辅助磨削划痕进行观察，分别取定该非超声磨削划痕及超声辅助磨削划痕上边界或下边界，测量出其之间的垂直距离d，即为相应负载条件下超声辅助磨削加工过程中的动态振幅A’。

作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤1）中的试验工件抛光表面粗糙度达到Ra<0.08，使得工件表面可清晰辨认磨粒磨削划痕，便于确定划痕边界。