一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于分析回轉體零件高速磨削特性的測試方法及其裝置，其主要包括高速砂輪主軸系統、工件主軸系統、用于測試外圓磨削力的測力裝置、外圓磨削工件及其溫度測試裝置、用于分析研究磨削力、熱及其耦合效應的計算方法及其軟件系統。同時采集回轉體零件高速磨削過程中的磨削力與磨削熱，以辨析高速磨削過程中的機械能和熱能對工件表面質量、砂輪磨損機理等的作用；大大提高回轉件磨削力的測試精度和效率；通過反向熱流計算方法及其算法，獲得到進入工件、砂輪等的熱流，以揭示高速磨削工藝對工件表面質量、砂輪磨損機理的作用，并進一步進行磨削工藝參數等的優化，由此，可以揭示不同工件材料的高速磨削特性，進而，進行高速磨削工藝及其主要配置的優化設計。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于回轉體零件高速磨削過程中磨削力、磨削熱準確測試的傳感裝置及采用該裝置的測試方法，屬于磨削生產過程或高速磨削試驗在線測試

技術介紹
在汽車、軸承和航空航天器制造領域中，高速高效磨削很大程度上提高了磨削生產的效率，同時也能兼顧加工精度和生產成本。為了更深入地理解磨削加工的機理，更及時準確地監控磨削過程，有效地提高磨削質量和磨削效率，迫切需要實現磨削溫度和磨削力的同時在線測量。平面磨削已實現磨削溫度和磨削力的同時在線測量。其中使用的測力儀已有 較為成熟的產品，例如KiStIer公司生產的9257A、大連理工生產的YDX-39702 ;平面磨削溫度的測量現已成功地采用夾式測溫試件和頂式測溫試件兩種結構分別公開在《Anexperimental investigation of temperatures and energy partition ingrindingof cemented carbide with a brazed diamond wheel》(Y. J. Zhan and X.P.Xu, TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2012.61 (1-4)p.117-125)及《High Speed Grinding ofAdvanced Ceramics A Review》(HuangH. , KeyEngineering Materials, 2009. P. 404.)中。但是，在外圓磨削中，工件在整個磨削過程始終處于繞軸線回轉狀態，這使得傳感器的安裝與引線變得十分困難。關于外圓磨削中磨削溫度和磨削力的同時在線測量文獻報道，一直處于空白。近有研究人員(Jiaming Ni, Beizhi Li, JingzhuPang, “APractical Study on the Surface Integrity of High-Speed Cylindrical GrindingofSiC^aterials Science Forum Vol. 723 (2013) p. 202-207)嘗試過將瑞士 Kistler 公司產的9123C測力儀用于外圓磨削力的測量，但因該測力儀的敏感原件在測量過程中也要隨工件轉動，傳感器的制作工藝十分復雜，技術要求嚴格，制作難度大，生產費用高，因此，此類傳感器制成的測力儀成本也隨之增高，難以實用。此外，在測量過程中，該測力儀的測量坐標始終相對于機床坐標回轉。因此，實際測量的法向力和切向力呈周期性變化，必需經復雜的后續標定和數據處理，才能獲得穩定的磨削力數據。外圓磨削的磨削溫度測量，同樣因砂輪和工件的回轉運動遇到挑戰。當使用夾式測溫試件和頂式測溫試件時，砂輪和工件的回轉運動使工件的定位和夾緊變得非常困難。熱電偶檢測信號的引出與數據采集技術迄今尚未突破。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種實用性強，能同時進行外圓磨削力和砂輪、工件磨削表面溫度測量的裝置及采用該裝置的方法。為了達到上述目的，本專利技術的一個技術方案是提供了一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于，包括外圓磨削用的工件及其溫度測試裝置，包括工件心軸、套裝在工件心軸外的工件及埋在工件被磨削表層的工件溫度測量裝置，由工件溫度測量裝置實時采集工件表面的磨削溫度；高速砂輪主軸系統，包括電主軸、由電主軸帶動高速旋轉的超硬磨料砂輪及埋在砂輪工作表層的砂輪溫度測量裝置，由超硬磨料砂輪對工件進行磨削，由砂輪溫度測量裝置實時采集砂輪表面溫度；工件主軸系統，包括測力頂尖部件一及驅動部件，由驅動部件驅動工件心軸旋轉；測力裝置，包括測力頂尖部件二及電荷放大器，由測力頂尖部件二配合測力頂尖 部件一將工件心軸夾緊并定心定位，在工件心軸旋轉過程中，測力頂尖部件一及測力頂尖部件二保持不動，通過測力頂尖部件一及測力頂尖部件二獲取表示工件受力情況的電荷信號，由電荷放大器對該電荷信號進行放大；數據處理系統，捕獲工件磨削溫度、砂輪表面磨削溫度及放大后的電荷信號，并對數據進行分析處理。優選地，所述工件溫度測量裝置包括工件測溫熱電偶及集流環；所述工件被剖分為至少兩部分，工件測溫熱電偶貼合在相鄰兩部分的接合面上；包裹工件測溫熱電偶絲的導線引致套裝在所述工件心軸上的集流環，集流環連接所述數據處理系統。優選地，所述導線的厚度為O. 03-0. 04mm,寬度為1_1. 2mm。優選地，所述超硬磨料砂輪包括砂輪基體及粘接在砂輪基體外的超硬磨料層；所述砂輪溫度測量裝置包括砂輪測溫熱電偶、信號調理器、無線發射裝置及云母片，砂輪測溫熱電偶嵌入超硬磨料層，由云母片對砂輪測溫熱電偶進行絕緣處理，砂輪測溫熱電偶連接信號調理器，信號調理器連接無線發射裝置，由無線發射裝置將砂輪表面磨削溫度信號發送給所述數據處理系統。優選地，所述驅動部件包括工件電主軸、對稱撥桿一、對稱撥桿二及雞心夾頭，雞心夾頭用于夾持所述工件心軸，工件電主軸通過對稱撥桿一及對稱撥桿二驅動雞心夾頭及工件。優選地，所述測力頂尖部件一及所述測力頂尖部件二的結構相同，包括頂尖、安裝在頂尖上的固定式三向測力敏感元件及與頂尖固定連接的標準莫氏錐，標準莫氏錐位置固定，由三向測力敏感兀件分別獲得表不位于X軸方向分力的電荷信號、表不位于Y軸方向分力的電荷信號及表不位于Z軸方向分力的電荷信號；由所述電荷放大器分別對X軸分力的電荷信號、Y軸分力的電荷信號及Z軸分力的電荷信號進行放大。本專利技術還提供了一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試方法，其特征在于，步驟為第一步、分別求解磨削弧區產生的總熱量Qt、切屑吸收熱量Q。、冷卻液吸收熱量Qf及工件吸收熱量Qw，其中Q1 =氣!’ Ft = Fly+Fry,Fly為通過測力頂尖部件一獲得的位于Y軸方向上的力，Fry為通過測力頂尖部件二獲得的位于Y軸方向上的力，Vs為超硬磨料砂輪的線速度，b為超硬磨料砂輪的寬度；Qc = P ccpwTcapvw, P。為制成工件的材料的密度，Cpw為制成工件的材料的比熱，Tc為制成工件的材料的熔點溫度，ap為磨削深度，Vw為工件的線速度；Qf= a f (Tf-T0) lg, a f為磨削時所使用的冷卻液的熱擴散率，Tf為磨削時所使用的磨削液的沸點溫度，T0為室溫，Ig為超硬磨料砂輪與工件相接觸部位的接觸弧長；工件吸收熱量Qw通過如下步驟獲得步驟I. I、將工件表面的磨削弧區劃分為η個等距點，第j個等距點(\，0)的位置坐標為(Xj，O)，對每個等距點進行表面溫度測量，以得到磨削弧區的溫度分布ew(Xj，o)，每兩個相鄰等距點間的等距微熱流元的熱流表達為qw(l)，I為磨削弧長上等距微熱流元的位置變量，工件(4. 3)表面的熱流qwU)在第i個等距微熱流元內可以近似看作常數qi(i=1，...，11)，則第1個等距微熱流元對第」_個等距點(Xj，0)的作用以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于，包括：？外圓磨削用的工件及其溫度測試裝置(IV)，包括工件心軸(4.1)、套裝在工件心軸(4.1)外的工件(4.3)及埋在工件被磨削表層的工件溫度測量裝置，由工件溫度測量裝置實時采集工件(4.3)表面的磨削溫度；？高速砂輪主軸系統(I)，包括電主軸(1.1)、由電主軸(1.1)帶動高速旋轉的超硬磨料砂輪(1.2)及埋在砂輪工作表層的砂輪溫度測量裝置，由超硬磨料砂輪(1.2)對工件(4.3)進行磨削，由砂輪溫度測量裝置實時采集砂輪表面溫度；？工件主軸系統(II)，包括測力頂尖部件一(2.4)及驅動部件，由驅動部件驅動工件心軸(4.1)旋轉；？測力裝置(III)，包括測力頂尖部件二(3.1)及電荷放大器(3.3)，由測力頂尖部件二(3.1)配合測力頂尖部件一(2.4)將工件心軸(4.1)定心定位并夾緊，在工件心軸(4.1)旋轉過程中，測力頂尖部件一(2.4)及測力頂尖部件二(3.1)保持不動，通過測力頂尖部件一(2.4)及測力頂尖部件二(3.1)獲取表示工件(4.3)受力情況的電荷信號，由電荷放大器(3.3)對該電荷信號進行放大；？數據處理系統(V)，捕獲工件磨削溫度、砂輪表面磨削溫度及放大后的電荷信號，并對數據進行分析處理。...

【技術特征摘要】
1.一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于，包括外圓磨削用的工件及其溫度測試裝置(IV)，包括工件心軸(4. I)、套裝在工件心軸 (4. I)外的工件(4. 3)及埋在工件被磨削表層的工件溫度測量裝置，由工件溫度測量裝置實時采集工件(4. 3)表面的磨削溫度；高速砂輪主軸系統(I)，包括電主軸(I. I)、由電主軸(I. I)帶動高速旋轉的超硬磨料砂輪(I. 2)及埋在砂輪工作表層的砂輪溫度測量裝置，由超硬磨料砂輪(I. 2)對工件(4. 3) 進行磨削，由砂輪溫度測量裝置實時采集砂輪表面溫度；工件主軸系統(II)，包括測力頂尖部件一(2.4)及驅動部件，由驅動部件驅動工件心軸(4. I)旋轉；測力裝置(III)，包括測力頂尖部件二(3. I)及電荷放大器(3. 3)，由測力頂尖部件二 (3. I)配合測力頂尖部件一(2. 4)將工件心軸(4. I)定心定位并夾緊，在工件心軸(4. I)旋轉過程中，測力頂尖部件一(2. 4)及測力頂尖部件二(3. I)保持不動，通過測力頂尖部件一 (2. 4)及測力頂尖部件二(3. I)獲取表示工件(4. 3)受力情況的電荷信號，由電荷放大器 (3. 3)對該電荷信號進行放大；數據處理系統(V)，捕獲工件磨削溫度、砂輪表面磨削溫度及放大后的電荷信號，并對數據進行分析處理。2.如權利要求I所述的一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于 所述工件溫度測量裝置包括工件測溫熱電偶(4. 3. 3)及集流環(4. 2);所述工件(4. 3)被剖分為至少兩部分，工件測溫熱電偶(4. 3. 3)貼合在相鄰兩部分的接合面上；包裹工件測溫熱電偶(4. 3. 3)絲的導線(4. 5)引致套裝在所述工件心軸(4. I)上的集流環(4. 2)，集流環(4. 2)連接所述數據處理系統(V)。3.如權利要求2所述的一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于 所述導線(4. 5)的厚度為O. 03-0. 04mm,寬度為1-1. 2mm。4.如權利要求I所述的一種回轉體零件的高速磨削特性分析測試裝置，其特征在于所述超硬磨料砂輪(I. 2)包括...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李蓓智，倪嘉銘，龐靜珠，楊建國，吳重軍，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：