[发明专利]一种超声辅助高速单点划擦试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于包括：高速磨削精密平面磨床、多层结构砂轮、超声振动系统、测力仪和试样；

所述高速精密磨床包括主轴、工作台、磨床主体、控制面板；

所述超声振动系统包括变幅杆、换能器、超声发生器；

所述多层结构砂轮安装在所述高速精密磨床的主轴上，通过磨床主轴带动多层结构砂轮高速转动；所述多层结构砂轮沿砂轮基体的轴向分布不同粒度的磨削层；不同粒度的磨削层之间设置凹槽，凹槽中安装金刚石压头；

所述超声发生器通过导线与换能器、变幅杆相连，所述变幅杆与所述换能器连接，所述换能器安装在所述测力仪上，所述测力仪安装在在所述高速精密磨床的工作台上，通过信号放大和数据采集获得划擦过程中试样受力的数据；所述试样通过夹具装夹固定于变幅杆上，并通过高速精密磨床可进行轴向进给、径向进给，使安装在磨床上的多层结构砂轮通过不同粒度的磨削层对试样进行粗磨、精磨和抛光，以获得与砂轮表面曲率相同的弧形光滑表面；对刀后利用多层结构砂轮的高速转动，使得金刚石压头对试样表面进行固定切深的超声辅助高速单点划擦，在试样表面产生一定切深的划痕。

2.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：所述变幅杆的振动频率在20-50KHz范围内，振幅在5-50μm范围内。

3.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：通过对刀后调节高速磨床参数改变划擦时磨粒切深和划擦速度，最大划擦速度与磨床的最大磨削速度一致。

4.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：所述不同粒度的磨削层的磨粒粒度和材料特性可变。

5.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：所述凹槽中有多种固定金刚石压头的角度，以进行多种角度的划擦试验。

6.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：还包括测力传感器、声发射传感器和高速摄像机，用于对超声辅助单颗磨粒高速划擦过程进行检测。

7.根据权利要求1所述的一种超声辅助高速单点划擦试验装置，其特征在于：超声振动施加的方向是沿砂轮的轴向、径向或切向。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将多层结构砂轮装夹在高速磨削磨床的主轴上，并调节动平衡；

步骤2，将试样通过夹具固定在变幅杆上；

步骤3，将测力仪固定在磨床的进给平台上；

步骤4，磨床主轴转动带动多层结构砂轮旋转，控制进给使多层结构砂轮粗粒度磨削层对准试样，对试样进行表面的粗磨，得到粗磨的凹形圆弧面；

步骤5，通过磨床的轴向进给，更换到多层结构砂轮的细粒度磨削层，对粗磨圆弧面进行精磨；

步骤6，通过磨床的轴向进给，更换到多层结构砂轮的抛光磨削层，对精磨圆弧面进行抛光；

步骤7，将金刚石压头安装在多层结构砂轮上，调节动平衡后对刀，启动超声发生器，设置划擦深度和多层结构砂轮转速，使得金刚石压头对试样圆弧面进行高速划擦，通过测力仪将试样受力信号收集到电脑中；

步骤8，通过控制磨床进给，将压头退出。