專利名稱：磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
磨削加工方法工藝適應(yīng)性極強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，可對(duì)金屬、陶瓷、玻璃、石材、耐火材料、混凝土、骨骼、復(fù)合材料等各種材料進(jìn)行荒、粗、精和超精加工，許多難加工材料目前只能用磨削加工，目前已知的磨床已超過(guò)3000種。更為重要的是，絕大多數(shù)機(jī)械加工零件的最終精度和表面質(zhì)量是由磨削工藝決定的。因此，磨削加工是機(jī)械加工行業(yè)最基本、最重要的工藝方法之一。
磨削加工，去除單位材料體積所消耗的能量遠(yuǎn)大于其它切削加工方法，在磨削區(qū)產(chǎn)生大量的熱，這些熱傳散在切屑、刀具和工件上。磨削熱效應(yīng)對(duì)工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。特別是當(dāng)溫度在砂輪/工件界面上超過(guò)某一臨界值時(shí)，就會(huì)引起表面的熱損傷(表面的氧化、燒傷、殘余拉應(yīng)力和裂紋)，其結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致零件的抗磨損性能降低，抗疲勞性能變差，從而降低了零件的使用壽命和可靠性。此外，磨削周期中工件的累積溫升，導(dǎo)致工件的尺寸精度、形狀精度誤差和砂輪的使用壽命降低。因此，有效控制磨削區(qū)的溫度降低工件表面熱損傷，是研究磨削機(jī)理和提高被磨零件表面完整性的重要課題。在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因?yàn)樗哂袧?rùn)滑、冷卻、清洗、排屑、防銹、降低磨削力和改善工件表面質(zhì)量等功效，是磨削加工過(guò)程不可缺少的生產(chǎn)要素之一。水的導(dǎo)熱系數(shù)是礦物油的6倍，水中加入部分礦物油和少量添加劑，可以得到成本低、散熱性能好的乳化液和微乳液。但是由于環(huán)保的要求，潤(rùn)滑液的廢液必須經(jīng)過(guò)處理、達(dá)標(biāo)后才能排放，廢液處理耗資巨大，高達(dá)磨削液成本的54%，使人們不得不對(duì)磨削液作重新評(píng)價(jià)。德國(guó)對(duì)汽車制造廠作過(guò)調(diào)查，得到的結(jié)果是工具費(fèi)用只占加工成本的2% -4% ;但與磨削液有關(guān)的費(fèi)用，卻占成本的7%-17%，是工具費(fèi)用的3-5倍。機(jī)械加工中的能量消耗，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)需要的動(dòng)力只占20%，與冷卻潤(rùn)滑有關(guān)的能量消耗卻占53%。這說(shuō)明由于“環(huán)保和低碳”的要求，乳化液的廉價(jià)優(yōu)勢(shì)已不存在，已經(jīng)變成影響生產(chǎn)發(fā)展的障礙。面對(duì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要，面向環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳制造已經(jīng)勢(shì)在必行。為降低磨削區(qū)溫度，生產(chǎn)上廣泛采用向磨削區(qū)供給大流量磨削液的澆注式供液法降低磨削區(qū)溫度。但這種供液方法由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)形成的“氣障”使磨削液進(jìn)入磨削區(qū)十分困難，實(shí)際進(jìn)入砂輪/工件之間的“有效流量率”僅為噴嘴流量的5% -40%，大量的磨削液根本無(wú)法進(jìn)入砂輪/工件界面，磨削液只是起到冷卻工件基體的作用，造成磨削燒傷和工件表面完整性惡化；再加上大量供給的磨削液在砂輪與工件楔形間隙形成流體動(dòng)壓力和流體引入力，使砂輪主軸產(chǎn)生撓度變形，導(dǎo)致實(shí)際切深減小。因此這種供液方法不僅使加工工件產(chǎn)生形狀和尺寸誤差，而且大量浪費(fèi)磨削液，增加供給和處理磨削液的成本，對(duì)環(huán)境造成極大的傷害。目前改進(jìn)的磨削液注入方法有空氣擋板輔助截?cái)鄽饬鞣ā⒏邏簢娚浞?、砂輪?nèi)冷卻法、徑向射流沖擊強(qiáng)化換熱法等?？諝鈸醢遢o助截?cái)鄽饬鞣ㄊ窃谏拜喭庵苊婕皞?cè)面設(shè)置可調(diào)節(jié)的空氣擋板，阻礙空氣向弧區(qū)快速流動(dòng)。擋板與砂輪表面間隙應(yīng)盡量小，隨砂輪直徑的減小能連續(xù)地調(diào)整。采用空氣擋板，砂輪表面可以更好的被潤(rùn)濕，還可防止磨削液向兩旁飛濺。高壓噴射法是提高供給磨削液的壓力，把磨削液高速噴出，使其能沖破氣流屏障進(jìn)入弧區(qū)，將磨削熱迅速帶走，一般使用壓力在幾MPa。砂輪內(nèi)冷卻法是利用砂輪徑向孔供液或利用砂輪盤的側(cè)孔供液。利用離心力滲漏作用將磨削液通過(guò)砂輪氣孔從周邊甩出，進(jìn)入磨削區(qū)。系統(tǒng)需配置高精度的過(guò)濾裝 置，以免砂輪堵塞。徑向射流沖擊強(qiáng)化換熱法利用開(kāi)槽CBN砂輪的徑向小孔高壓噴射磨削液，使磨削液以很高速度(可達(dá)lOOm/s)，接近垂直地沖擊弧區(qū)工件表面。由于高壓射流可以輕易沖破已形成汽膜的阻擋，確保磨削液與工件表面的持續(xù)接觸，因而就有條件突破成膜沸騰的障礙，使磨削弧區(qū)溫度降低，這種冷卻液注入方法不受砂輪氣障的影響，換熱效率高，缺點(diǎn)是工作時(shí)砂輪易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致加工工件精度和表面質(zhì)量降低，而且供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。磨削液實(shí)際通過(guò)砂輪/工件之間的流量與噴嘴流量之比稱為有效流量率，目前測(cè)量磨削液通過(guò)磨削區(qū)的有效流量率的裝置都是在現(xiàn)有磨床供液裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，自動(dòng)化程度和測(cè)量精度有限，更不能測(cè)量有效流量率和磨削液流體動(dòng)壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)題，提供一種磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量方法及裝置，它既能測(cè)量磨削液通過(guò)砂輪/工件之間的有效流量率，而且也能測(cè)量磨削區(qū)的磨削液流體動(dòng)壓力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，它包括主要由差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動(dòng)使其靠近或離開(kāi)砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過(guò)工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進(jìn)而測(cè)量出其動(dòng)壓力；另外，差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺(tái)上。所述工件的左端開(kāi)有與緊定螺釘配合的孔并且有開(kāi)槽與收集槽相連；工件的右端開(kāi)孔與壓電式壓力傳感器相配合，在工件其中頂部開(kāi)有小孔，磨削區(qū)中某一點(diǎn)的流體動(dòng)壓力通過(guò)這一小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上，壓電式壓力傳感器下端的輸出電線通過(guò)工件底部的槽與外界電荷放大器相連，輸出信號(hào)最終輸入電腦里。所述收集槽為拐角狀；收集槽頂部設(shè)有薄板；在收集槽入口端的薄壁上開(kāi)有沿高度方向的長(zhǎng)孔與緊定螺釘配合，工件與收集槽通過(guò)緊定螺釘擰入工件左端的螺紋孔里，沿工件寬度方向固定收集槽。所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)主要由底座、螺桿和滑板組成，螺桿兩側(cè)螺紋的導(dǎo)程不同，但兩側(cè)螺紋旋向相同，其中A段螺紋的導(dǎo)程是I. 25mm, B段螺紋的導(dǎo)程是Imm ;滑板底部呈燕尾
形，安裝在底座的燕尾槽內(nèi)，由螺桿控制其移動(dòng)，此差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)滑板的移動(dòng)距離s為
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其中1A、Ib分別是螺桿A段和B段的螺旋導(dǎo)程#是螺桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度。所述有效流量分離板由有機(jī)玻璃制成，有效流量分離板的一側(cè)開(kāi)有3個(gè)一定深度的螺紋孔分別與差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板、刮板相連接，另一側(cè)的底部開(kāi)有通槽，毛氈位于通槽中。所述刮板由橡膠材料制成，刮板的兩側(cè)開(kāi)有長(zhǎng)槽，在與有效流量分離板連接時(shí)可縱向調(diào)節(jié)好其位置后再用螺栓固定。一種采用磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置測(cè)量磨削液有效流量率的方法，步驟如下I)安裝、固定好裝置各部件，調(diào)節(jié)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板遠(yuǎn)離工件;2)供給磨削液，啟動(dòng)砂輪，調(diào)整砂輪、工件間的間隙為零，并使砂輪與工件兩側(cè)邊緣對(duì)齊；3)調(diào)節(jié)兩側(cè)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板靠近接觸砂輪；4)調(diào)整工作臺(tái)，使砂輪軸線與有效流量分離板右端面的水平距離H為5 10mm，砂輪軸線在有效流量分離板右端面的左側(cè)；5)停止砂輪回轉(zhuǎn)與磨削液供給，安放刮板，調(diào)節(jié)好其位置，使其靠近接觸砂輪，再用螺栓固定；6)供給磨削液，啟動(dòng)砂輪；7)從收集槽出口端收集有效流量，收集時(shí)間t，t為5 20min ；8)測(cè)量出收集到的磨削液的質(zhì)量M，帶入公式
權(quán)利要求
1.一種磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，它包括主要由差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動(dòng)使其靠近或離開(kāi)砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過(guò)工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進(jìn)而測(cè)量出其動(dòng)壓力；另外，差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺(tái)上。
2.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，所述工件的左端開(kāi)有與緊定螺釘配合的孔并且有開(kāi)槽與收集槽相連；工件的右端開(kāi)孔與壓電式壓力傳感器相配合，在工件其中頂部開(kāi)有小孔，磨削區(qū)中某一點(diǎn)的流體動(dòng)壓力通過(guò)這一小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上，壓電式壓力傳感器下端的輸出電線通過(guò)工件底部的槽與外界電荷放大器相連，輸出信號(hào)最終輸入電腦里。
3.如權(quán)利要求I或2所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，所述收集槽為拐角狀；收集槽頂部設(shè)有薄板；在收集槽入口端的薄壁上開(kāi)有沿高度方向的長(zhǎng)孔與緊定螺釘配合，工件與收集槽通過(guò)緊定螺釘擰入工件左端的螺紋孔里，沿工件寬度方向固定收集槽。
4.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)主要由底座、螺桿和滑板組成，螺桿兩側(cè)螺紋的導(dǎo)程不同，但兩側(cè)螺紋旋向相同，其中A段螺紋的導(dǎo)程是I. 25mm, B段螺紋的導(dǎo)程是Imm ;滑板底部呈燕尾形，安裝在底座的燕尾槽內(nèi)，由螺桿控制其移動(dòng)，此差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)滑板的移動(dòng)距離s為 其中1A、Ib分別是螺桿A段和B段的螺旋導(dǎo)程#是螺桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
5.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，所述有效流量分離板由有機(jī)玻璃制成，有效流量分離板的一側(cè)開(kāi)有3個(gè)一定深度的螺紋孔分別與差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板、刮板相連接，另一側(cè)的底部開(kāi)有通槽，毛氈位于通槽中。
6.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置，其特征是，所述刮板由橡膠材料制成，刮板的兩側(cè)開(kāi)有長(zhǎng)槽，在與有效流量分離板連接時(shí)可縱向調(diào)節(jié)好其位置后再用螺栓固定。
7.一種采用權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置測(cè)量磨削液有效流量率的方法，其特征是，步驟如下 1)安裝、固定好裝置各部件，調(diào)節(jié)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板遠(yuǎn)離工件； 2)供給磨削液,啟動(dòng)砂輪,調(diào)整砂輪、工件間的間隙為零,并使砂輪與工件兩側(cè)邊緣對(duì)齊； 3)調(diào)節(jié)兩側(cè)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板靠近接觸砂輪； 4)調(diào)整工作臺(tái)，使砂輪軸線與有效流量分離板右端面的水平距離H為5 10mm，砂輪軸線在有效流量分離板右端面的左側(cè)； 5)停止砂輪回轉(zhuǎn)與磨削液供給，安放刮板，調(diào)節(jié)好其位置，使其靠近接觸砂輪，再用螺栓固定； 6)供給磨削液，啟動(dòng)砂輪；7)從收集槽出口端收集有效流量，收集時(shí)間t，t為5 20min； 8)測(cè)量出收集到的磨削液的質(zhì)量M，帶入公式
8.一種采用權(quán)利要求7所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置測(cè)量磨削液有效流量率的方法，其特征是，所述步驟12)中，有效流量率的數(shù)學(xué)模型如下
9.一種采用權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置測(cè)量磨削區(qū)動(dòng)壓力的方法，其特征是，步驟如下 I)卸掉裝置上的刮板、有效流量分離板和橡膠擋板，調(diào)節(jié)兩側(cè)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的螺桿，使滑板遠(yuǎn)離工件；調(diào)整砂輪，使砂輪與工件之間的最小間隙為0，工件的小孔位于砂輪與工件最小間隙處，且工件的小孔中心與砂輪寬度中心線重合； 2)供給磨削液，啟動(dòng)砂輪； 3)調(diào)節(jié)工作臺(tái)向右移動(dòng)1mm，記錄此時(shí)壓電式壓力傳感器輸出的壓力值； 4)重復(fù)步驟3，一直到工作臺(tái)向右移動(dòng)了20 30mm; 5)再調(diào)整砂輪，使砂輪與工件之間的最小間隙為0，工件的小孔位于砂輪與工件之間最小間隙處，且工件的小孔中心與砂輪寬度中心線重合； 6)調(diào)節(jié)工作臺(tái)向左移動(dòng)Imm,記錄此時(shí)的壓力值； 7)重復(fù)步驟6，一直到工作臺(tái)向左移動(dòng)了5 10mm，至此繪出磨削區(qū)沿X方向的壓力分布圖； 8)再調(diào)整砂輪，使砂輪與工件之間的最小間隙為0，工件的小孔位于砂輪與工件最小間隙處，調(diào)節(jié)砂輪里側(cè)面與工件上的小孔中心線對(duì)齊； 9)調(diào)節(jié)工作臺(tái)帶動(dòng)工件向前移動(dòng)I.5mm,記錄此時(shí)的壓力值； 10)重復(fù)步驟9，直到工件的小孔移動(dòng)到砂輪的外側(cè)面邊緣，此時(shí)繪出磨削區(qū)最小間隙處沿砂輪寬度方向的壓力分布圖； 11)改變影響磨削區(qū)流體動(dòng)壓力的參數(shù)砂輪速度、砂輪與工件之間的最小間隙，測(cè)出在相應(yīng)參數(shù)下磨削區(qū)的動(dòng)壓力分布，確定各參數(shù)對(duì)它的影響。
10.一種采用權(quán)利要求9所述的磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量裝置測(cè)量磨削區(qū)動(dòng)壓力的方法，其特征是，所述步驟11)中，磨削區(qū)流體動(dòng)壓力方程為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磨削液有效流量率及動(dòng)壓力的測(cè)量方法及裝置，它既能測(cè)量磨削液通過(guò)砂輪/工件之間的有效流量率，而且也能測(cè)量磨削區(qū)的磨削液流體動(dòng)壓力。它包括主要由差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動(dòng)使其靠近或離開(kāi)砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過(guò)工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進(jìn)而測(cè)量出其動(dòng)壓力；另外，差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺(tái)上。
文檔編號(hào)G01F1/86GK102620785SQ20121008422
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張強(qiáng), 李長(zhǎng)河, 王勝 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)