CN105834872B - 一种金相试样抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金相试样抛光机，包括机架、安装在机架上的抛光单元、试样夹持单元和试样升降单元以及控制单元，由试样升降单元带动试样夹持单元上下移动并调整试样在垂直方向的位置，由试样夹持单元调整试样在水平方向的角度位置，由试样升降单元和试样夹持单元配合进行抛光轮的更换，控制单元包括计算机和数据采集卡，所述数据采集卡采集抛光机的数据信息并经转换后传递至计算机，所述计算机根据所述数据采集卡采集的数据信息控制金相试样抛光机的全抛光过程。本发明能够实现抛光过程的全自动化、实现抛光过程的由粗到细、节省人力物力并提高抛光质量。

Description

一种金相试样抛光机

技术领域

本发明属于金属表面微加工的技术领域，更具体地讲，涉及一种能够实现自动控制的金相试样抛光机。

背景技术

金属材质试样表面粗糙度对试样的性能等有重要的影响。而金属材质试样在经刀具、激光等加工后会形成毛刺、金属堆积的现象，增加金属试样表面的粗糙度，影响其使用性能。

机械抛光作为一种重要的抛光方法，在目前的金相试样抛光领域仍是不可或缺的。而对于市场上现有的金相试样抛光机，一般都要人手工进行操作，人的作业量比较大，人为因素对抛光质量的影响很大；另外抛光机上一般只有一个一种大小金相抛光颗粒的抛光轮，要实现由粗到细的金相抛光，必须停止抛光机运行，更换抛光轮，因此是非常麻烦、且浪费时间。

因此，有必要对现有金相试样抛光机进行改进，以减少人的作业量、节省时间并提高抛光的质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够实现抛光过程的全自动化、实现抛光过程的由粗到细，节省人力物力并提高抛光质量的金相试样抛光机。

本发明提供了一种金相试样抛光机，所述金相试样抛光机包括机架、安装在所述机架上的抛光单元、试样夹持单元和试样升降单元以及控制单元，其中，

所述抛光单元包括第一电机、旋转杆和若干块抛光轮，所述第一电机安装在机架上，所述旋转杆通过底端竖直地安装在所述第一电机上并能够在第一电机的带动下旋转，所述若干块抛光轮间隔地安装在旋转杆上并且能够随着旋转杆一起旋转；

所述试样夹持单元包括固定架、第二电机、悬臂杆、试样夹具、压力传感器和扭矩传感器，所述第二电机安装在所述固定架上，所述悬臂杆与第二电机的旋转轴固定连接并能够在第二电机的带动下旋转预定的角度，所述试样夹具安装在悬臂杆的末端并且所述悬臂杆的长度能够使夹持的试样位于所述若干块抛光轮中任意一块抛光轮的正上方，所述压力传感器安装在试样夹具上并用于测量试样与抛光轮之间的接触压力，所述扭矩传感器安装在固定架上并用于测量试样与抛光盘之间的摩擦扭矩；

所述试样升降单元包括第三电机、丝杆和滑块，所述第三电机安装在机架上，所述丝杆的底端与所述第三电机连接且丝杆的顶端与机架连接，所述丝杆能够在第三电机的带动下旋转，所述试样夹持单元的固定架安装在所述滑块上并且所述滑块套装在丝杆上，所述滑块能够随着丝杆的转动上下移动，；

所述控制单元包括计算机和数据采集卡，所述数据采集卡采集所述第一电机、第二电机、第三电机的数据信息并经转换后传递至计算机，所述计算机根据所述数据采集卡采集的数据信息控制金相试样抛光机的全抛光过程。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述抛光单元还包括平衡杆，所述旋转杆的顶端通过平衡杆与机架连接。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述试样升降单元还包括设置在机架上的上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元，所述滑块在运动至上极限位置时能够触碰到所述上端防碰撞子单元且在运动至下极限位置时能够触碰到所述下端防碰撞子单元。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述数据采集卡还采集所述压力传感器、扭矩传感器、上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元的数据信息并经转换后传递至计算机。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元与金相试样抛光机的电源控制开关电连接。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述若干块抛光轮的表面具有不同大小的金相抛光颗粒以实现从粗抛光到细抛光的全抛光过程。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述悬臂杆的旋转角度为0～90°，所述第一电机。第二电机和第三电机为变频可调速电机。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，由试样升降单元带动试样夹持单元上下移动并调整试样在垂直方向的位置，由试样夹持单元调整试样在水平方向的角度位置，由试样升降单元和试样夹持单元配合进行抛光轮的更换。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述计算机根据扭矩传感器测量的摩擦扭矩计算得到的摩擦系数判断是否需要更换抛光轮或者判断是否需要终止抛光。

根据本发明的金相试样抛光机的一个实施例，所述计算机根据压力传感器测量得到的接触压力判断试样与抛光轮接触时试样所处的上下位置。

本发明针对现有金相试样抛光机存在的不足并对其进行合理的改进，设计出一种能够实现抛光过程的全自动化、实现抛光过程的由粗到细、节省人力物力并提高抛光质量的金相试样抛光机；此外，还可通过预先写好的程序经计算机控制整个抛光过程的自动进行，提高试样的抛光质量。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的金相试样抛光机的主视结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的金相试样抛光机的俯视结构示意图。

附图标记说明：

1-数据采集卡、2-计算机、3-机架、4-平衡杆、5-抛光轮、6-试样夹具、7-压力传感器、8-第二电机、9-上端防碰撞子单元、10-丝杆、11-第三电机、12-下端防碰撞子单元、13-紧固螺钉、14-悬臂杆、15-扭矩传感器、16-第一电机、17-固定架、18-滑块、19-旋转杆。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将对本发明的金相试样抛光机的结构和原理进行详细的说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的金相试样抛光机的主视结构示意图，图2示出了根据本发明示例性实施例的金相试样抛光机的俯视结构示意图。

如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例，所述金相试样抛光机包括机架3、安装在机架3上的抛光单元、试样夹持单元和试样升降单元以及控制单元。具体地，机架3为整个金相试样抛光机的基础承力组件并用于安装各功能结构单元，优选地采用金属材料制成；抛光单元用于对试样进行抛光，尤其是能够进行由粗到细的全抛光；试样夹持单元用于夹持试样并实现试样在水平方向上的角度位置调整；试样升降单元用于实现试样在垂直方向上的位置调整。

根据本发明，抛光单元可以包括第一电机16、旋转杆19和若干块抛光轮5。其中，第一电机16安装在机架3上，旋转杆19通过其底端竖直地安装在第一电机16上并能够在第一电16机的带动下旋转，若干块抛光轮5间隔地安装在旋转杆19上并且能够随着旋转杆19一起旋转。也即，旋转杆19与旋转杆19上的若干块抛光轮5均能够在第一电机16的带动下旋转，从而实现对试样的抛光处理。优选地，若干块抛光轮5的表面具有不同大小的金相抛光颗粒，从而能够实现从粗抛光到细抛光的全抛光过程，例如图1中示出了从低到高排列的5个抛光轮5，其中，最低处的抛光轮表面的金相抛光颗粒最大，最高处的抛光轮表面的金相抛光颗粒最小，而中间三个抛光轮表面的金相抛光颗粒由大变小。

更优选地，抛光单元还可以包括平衡杆4，旋转杆19的顶端通过平衡杆4与机架3连接。平衡杆4主要起到稳定旋转杆19和抛光轮5的作用，从而使整个抛光过程更加平稳。其中，第一电机16优选地为变频可调速电机，从而能够带动抛光轮5作变速旋转运动，满足不同的抛光需求。

根据本发明，试样夹持单元可以包括固定架17、第二电机8、悬臂杆14、试样夹具6、压力传感器7和扭矩传感器15。其中，第二电机8安装在固定架17上，悬臂杆14与第二电机8的旋转轴固定连接并能够在第二电机8的带动下旋转预定的角度，试样夹具6安装在悬臂杆14的末端并且悬臂杆14的长度能够使夹持的试样(未示出)位于若干块抛光轮5中任意一块抛光轮5的正上方。具体地，悬臂杆14通过紧固螺钉13与第二电机8的旋转轴形成固定连接，由此，安装有试样夹具6的悬臂杆14能够在第二电机8的带动下旋转预定的角度，实现夹持在试样夹具6中的试样在水平方向上的角度位置调整，继而能够进行不同抛光轮的更换。

压力传感器7安装在试样夹具6上并用于测量试样与抛光轮5之间的接触压力，扭矩传感器15安装在固定架17上并用于测量试样与抛光盘5之间的摩擦扭矩，从而能够利用压力传感器7和扭矩传感器15的数据信息调整抛光过程。此外，本发明还可以根据需要选择不同长度的悬臂杆14。

此外，如图2所示，悬臂杆14的旋转角度为0～90°。即，当悬臂杆14处于位置Ⅰ时，悬臂杆14的角度为0°，其可以顺时针旋转90°至位置Ⅱ，进而使试样远离或靠近抛光轮并进行抛光轮的更换。优选地，第二电机也为变频可调速电机，但需控制第二电机的转动过程为速度较慢的匀速转动。

根据本发明，试样升降单元可以包括第三电机11、丝杆10和滑块18。其中，第三电机11安装在机架3上，丝杆10的底端与第三电机11连接且丝杆10的顶端与机架3连接，丝杆10能够在第三电机11的带动下旋转，试样夹持单元的固定架17安装在滑块18上并且滑块18套装在丝杆10上，滑块18能够随着丝杆10的转动上下移动。具体地，丝杆10在第三电机11的带动下旋转，其上的滑块18和试样夹持单元随着丝杆10的转动而上下移动，进而实现试样在垂直方向上位置的调整。其中，第三电机11优选为变频可调速电机，以满足试样夹持单元对上下运动速度的要求，例如，当试样距离抛光轮较远时，移动速度可以较快；当试样距离抛光轮较近时，移动速度应较慢。

更优选地，试样升降单元还可以包括设置在机架3上的上端防碰撞子单元9和下端防碰撞子单元12，并且二者的位置应该满足：当滑块在运动至上极限位置时能够触碰到上端防碰撞子单元9且在运动至下极限位置时能够触碰到下端防碰撞子单元12。上端防碰撞子单元9和下端防碰撞子单元12可以防止由第三电机11和丝杆10带动的滑块18和试样夹持单元与机架的上下两端发生碰撞而损坏机器。进一步优选地，上端防碰撞子单元9和下端防碰撞子单元12与金相试样抛光机的电源控制开关电连接，当抛光机出现故障而使试样夹持单元碰到上端防碰撞子单元9或下端防碰撞子单元12时，电源控制开关会切断电源并使机器停止工作，避免对抛光机进一步破坏。

根据本发明，控制单元包括计算机2和数据采集卡1，数据采集卡1与第一电机16、第二电机8、第三电机11、压力传感器7和扭矩传感器15电连接并且能够采集第一电机16、第二电机8、第三电机11、压力传感器7和扭矩传感器15的数据信息并经转换后传递至计算机2，计算机2根据数据采集卡1采集的数据信息控制金相试样抛光机的全抛光过程。当金相试样抛光机还包括上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元等组件时，数据采集卡1还需上端防碰撞子单元9和下端防碰撞子单元12的数据信息并经转换后传递至计算机，进而进行更为精准的动作控制。

其中，计算机2能够实时显示压力传感器7测量得到的试样与抛光轮5之间的接触压力、扭矩传感器15测量得到的试样与抛光轮5之间的摩擦扭矩、第二电机8、第三电机11和第一电机16的转速，并根据预先存储在计算机内的程序控制整个抛光过程的开始、终止及各种相应动作。

也即，使用本发明的金相试样抛光机时，可以通过计算中2中预先写好的抛光控制程序来控制整个抛光过程的自动进行，并通过数据采集卡1采集的数据信息进行实时的反馈，计算机2基于实时反馈的信息进行抛光动作的调整。具体地，由第一电机16带动旋转杆19和抛光轮5旋转；第三电机11带动丝杆10旋转，继而带动滑块18和试样夹持单元上下移动至合适位置并进行抛光；之后第二电机8带动悬臂杆14、试样夹具6和试样转动并远离或靠近抛光轮，方便进行抛光轮的更换。也即，由试样升降单元带动试样夹持单元上下移动并调整试样在垂直方向的位置，由试样夹持单元调整试样在水平方向的角度位置，由试样升降单元和试样夹持单元配合进行抛光轮的更换。

而对于抛光轮的更换时机和停止抛光的时机，可以人为检查抛光效果并决定是否更换抛光轮或是否停止抛光，也可以利用计算机2根据扭矩传感器15测量的摩擦扭矩计算得到的摩擦系数判断是否需要更换抛光轮或者判断是否停止抛光。并且，也可以根据压力传感器7测量得到的接触压力判断试样与抛光轮接触时试样所处的上下位置。

下面对使用本发明的金相试样抛光机的具体过程作进一步说明。

1)根据试样表面粗糙度的要求编写好相应的抛光程序，将抛光程序存储在计算机2内；

2)选择好适宜长度的悬臂杆14，将压力传感器7及试样夹具6安装于悬臂杆14的一端，并将试样安装于试样夹具6上，使用紧固螺钉13将悬臂杆14与第二电机8的旋转轴形成固定连接；

3)由试样升降单元带动试样夹持单元上下移动并调整试样在垂直方向的位置使试样紧贴最粗糙的抛光轮；

4)启动抛光程序，对金属试样表面进行抛光；

5)试样与抛光轮5表面间的接触压力可实时由压力传感器7测量得到并由数据采集卡采集后传给计算机2，计算机2根据相应的抛光程序对试样的高度进行实时调节，使得试样与抛光轮5间的接触压力满足要求；

6)试样与抛光轮5间的摩擦扭矩可实时由扭矩传感器15测量得到并由数据采集卡采集后传给计算机2，经计算机2转换计算，可以得到接触表面间的摩擦系数，计算机2将其与程序中预先设置好的摩擦系数对比，判断是否需要更换不同颗粒大小的抛光轮5；

7)当需要更换抛光轮5时，第一电机16停止转动，第二电机8带动悬臂杆14旋转90度后，第三电机11经丝杆10和滑块18带动试样夹持单元向上或向下运动，并使试样到达另一含有不同大小金相抛光颗粒的抛光轮5处，之后重复上述步骤以对试样金相更精细的抛光处理；其中，上端防碰撞子单元9和下端防碰撞子单元12可以防止第三电机11带动的滑块18超出设定的位移量程而损坏抛光机。

综上所述，本发明针对现有金相试样抛光机存在的不足并对其进行合理的改进，设计出一种能够实现抛光过程的全自动化、实现抛光过程的由粗到细、节省人力物力并提高抛光质量的金相试样抛光机；此外，还可通过预先写好的程序经计算机控制整个抛光过程的自动进行，提高试样的抛光质量。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种金相试样抛光机，其特征在于，所述金相试样抛光机包括机架、安装在所述机架上的抛光单元、试样夹持单元和试样升降单元以及控制单元，其中，

所述抛光单元包括第一电机、旋转杆和若干块抛光轮，所述第一电机安装在机架上，所述旋转杆通过底端竖直地安装在所述第一电机上并能够在第一电机的带动下旋转，所述若干块抛光轮间隔地安装在旋转杆上并且能够随着旋转杆一起旋转；

所述试样夹持单元包括固定架、第二电机、悬臂杆、试样夹具、压力传感器和扭矩传感器，所述第二电机安装在所述固定架上，所述悬臂杆与第二电机的旋转轴固定连接并能够在第二电机的带动下旋转预定的角度，所述试样夹具安装在悬臂杆的末端并且所述悬臂杆的长度能够使夹持的试样位于所述若干块抛光轮中任意一块抛光轮的正上方，所述压力传感器安装在试样夹具上并用于测量试样与抛光轮之间的接触压力，所述扭矩传感器安装在固定架上并用于测量试样与抛光盘之间的摩擦扭矩；

所述试样升降单元包括第三电机、丝杆和滑块，所述第三电机安装在机架上，所述丝杆的底端与所述第三电机连接且丝杆的顶端与机架连接，所述丝杆能够在第三电机的带动下旋转，所述试样夹持单元的固定架安装在所述滑块上并且所述滑块套装在丝杆上，所述滑块能够随着丝杆的转动上下移动；

所述控制单元包括计算机和数据采集卡，所述数据采集卡采集所述第一电机、第二电机、第三电机、压力传感器和扭矩传感器的数据信息并经转换后传递至计算机，所述计算机根据所述数据采集卡采集的数据信息控制金相试样抛光机的全抛光过程。

2.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述抛光单元还包括平衡杆，所述旋转杆的顶端通过平衡杆与机架连接。

3.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述试样升降单元还包括设置在机架上的上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元，所述滑块在运动至上极限位置时能够触碰到所述上端防碰撞子单元且在运动至下极限位置时能够触碰到所述下端防碰撞子单元。

4.根据权利要求3所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述数据采集卡还采集所述上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元的数据信息并经转换后传递至计算机。

5.根据权利要求4所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述上端防碰撞子单元和下端防碰撞子单元与金相试样抛光机的电源控制开关电连接。

6.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述若干块抛光轮的表面具有不同大小的金相抛光颗粒以实现从粗抛光到细抛光的全抛光过程。

7.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述悬臂杆的旋转角度为0～90°，所述第一电机、第二电机和第三电机为变频可调速电机。

8.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，由试样升降单元带动试样夹持单元上下移动并调整试样在垂直方向的位置，由试样夹持单元调整试样在水平方向的角度位置，由试样升降单元和试样夹持单元配合进行抛光轮的更换。

9.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述计算机根据扭矩传感器测量的摩擦扭矩计算得到的摩擦系数判断是否需要更换抛光轮或者判断是否需要终止抛光。

10.根据权利要求1所述的金相试样抛光机，其特征在于，所述计算机根据压力传感器测量得到的接触压力判断试样与抛光轮接触时试样所处的上下位置。