CN106826518A

CN106826518A - 一种金相试样磨样机

Info

Publication number: CN106826518A
Application number: CN201710061831.3A
Authority: CN
Inventors: 彭志贤; 刘静; 戴明杰; 黄峰; 程朝阳
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-06-13

Abstract

本发明公开了一种金相试样磨样机，包括竖直框架、砂纸载板、试样夹持机构和控制器，砂纸载板可同时容纳多张粗糙度不同的砂纸，所述砂纸载板设置在竖直框架底部，与竖直框架之间通过纵向移动机构连接，所述竖直框架顶部设置有滑轨，所述试样夹持机构设置在砂纸载板上方，通过垂直移动机构连接在滑道上，所述竖直框架上还设置有用于控制垂直移动机构沿滑道移动的横向移动机构，所述纵向移动机构、垂直移动机构和横向移动机构均由均由控制器和控制台控制，所述控制器和控制台固定在竖直框架上。本发明实现了磨样机的机械自动化，而且结构简单，成本低廉，操作和维护均很方便。

Description

一种金相试样磨样机

技术领域

本发明金相实验试样打磨领域，具体地指一种金相试样磨样机。

背景技术

金相试样抛光前的打磨是观察试样金相所必不可少的步骤，传统实验室一般采用手工打磨的方法，即将镶嵌或加工平整后的金相试样在水磨砂纸表面反复单向打磨，砂纸粗糙度由粗级到细级层层递进，当金相试样磨制到要求的粗糙度后再进行抛光处理，最终得到符合金相观察要求的样品。手工制备金相试样的方法，其制备出的金相试样的质量很大程度上依靠操作人员的经验，而且由于操作人员手上存在污渍等因素，难以保证金相试样表面的粗糙程度和平整度。

针对传统人工打磨制备金相试样方法的缺陷，相关人员提出了一系列的金相打磨机械，比如转盘式金相预磨机、履带式磨样机等，这些磨样机虽然在一定程度上取代了传统手工打磨制备金相试样的方法，实现了金相试样设备的机械自动化，但转盘式金相预磨机和履带式磨样机各自都存在一些缺陷，例如转盘式金相预磨机多采用国外进口的自动磨样机，设备价格高，进口周期长，需采用专用转盘磨具，更换成本高；履带式磨样机设备体积庞大，结构复杂，不适宜规模化生产，磨料亦需采用专用磨削砂带，使用和维护成本均很高。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种结构简单、操作方便、磨样精确度高的金相试样磨样机。

为了实现上述目的，本发明所设计的金相试样磨样机，其特殊之处在于：包括竖直框架、砂纸载板、试样夹持机构和控制器，砂纸载板可同时容纳多张粗糙度不同的砂纸，所述砂纸载板设置在竖直框架底部，与竖直框架之间通过纵向移动机构连接，所述竖直框架顶部设置有滑道，所述试样夹持机构设置在砂纸载板上方，通过垂直移动机构连接在滑道上，所述竖直框架上还设置有用于控制垂直移动机构沿滑道移动的横向移动机构，所述纵向移动机构、垂直移动机构和横向移动机构均由均由控制器控制运动。

进一步地，所述试样夹持机构包括第二框板和设置在第二框板内的第一夹板和第二夹板，所述第一夹板由第一卡紧螺钉组固定在第二框板内壁上，所述第二夹板设置在第二框板内与第一夹板对立布置，所述第二夹板由第二卡紧螺钉组固定在第二框板内壁上。。其结构简单，零件更换方便。

更进一步地，所述垂直移动机构包括第一框板、第二丝杆和第二伺服电机，所述第一框板连接在滑道上，所述第二伺服电机固定在第一框板上并由控制器控制，所述第二丝杆一端与第二伺服电机输出端连接，另一端穿过第二框板与第一框板下端面连接，所述第二丝杆两侧还设置有第二滑轨，所述第二滑轨穿过第二框板与第一框板上下端面连接。采用丝杆和滑轨的三轨体系，在保证工件运动效率的同时提高了稳定性和精度。

再进一步地，所述横向移动机构包括第三丝杆和第三伺服电机，所述第三伺服电机固定在竖直竖直框架上并由控制器控制，所述第一框板连接在第三滑轨和第三丝杆上，所述第三丝杆一端与第三伺服电机输出端连接，另一端与竖直框架连接。该结构能保证横向移动机构的稳定性，为改机构的横向移动提供了动力。

再进一步地，所述滑道设置有两条，分别位于第三丝杆两侧，所述两条滑道均穿过第一框板。设置两条滑道是为了使得垂直移动机构在移动过程中更加稳定，不产生抖动。

再进一步地，纵向移动机构包括第一丝杆和第一伺服电机，所述第一伺服电机固定在竖直框架上并由控制器控制，所述砂纸载板连接在第一丝杆上，所述第一丝杆一端与第一伺服电机输出端连接，另一端竖直框架连接，所述第一丝杆两侧均设置有第一滑轨，所述第一滑轨穿过砂纸载板两端均连接在竖直框架上。该结构能保证纵向移动机构的稳定性，为改机构的纵向移动提供了动力。

再进一步地，所述控制器为PLC控制器。用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化要求。

优选地，所述竖直框架包括底座，所述底座由支脚支撑，所述底座左右两侧分别设置有第一围板和第二围板，所述滑道设置在第一围板和第二围板之间，所述第三伺服电机安装在第二围板上，所述第一滑轨设置在底座上。该结构保证了底座的稳定性，也减小了磨样机的体积，便于移动和调整。

本发明的优点在于：本发明具有结构简单，体积小，成本低，维护方便，后续使用成本也较为低廉的特点加工后的金相试样表面平整度好，制样品质稳定，抛光后满足在光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜等设备下进行金相观察的要求。另外，本发明专利各机构运动速度都较低，工作电压也较低，不会对人产生伤害，适合实验室作为取代手工制备金相试样的设备，且采用控制器控制，控制方便，能规模化生产，节约了劳动力，实现了磨样自动化。

附图说明

图1为本发明金相试样磨样机结构示意图。

图2为试样夹持机构结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为纵向移动机构俯视图。

图中：k-竖直框架、g-试样夹持机构、z1-纵向移动机构、z2-垂直移动机构、z3-横向移动机构、1-底座、2-支脚、3-电源插线、4-砂纸载板、5-第一围板、6-第二围板、7-第一滑轨、8-第二滑轨、9-第三滑轨、10-第一丝杆、11-第二丝杆、12-第三丝杆、13-第一伺服电机、14-第二伺服电机、15-第三伺服电机、16-第一框板、17-第二框板、隔离板17.1、固定侧板17.2、连接板17.3、小孔17.4、18-第一夹板19-第二夹板、20-第一卡紧螺钉组、21-第二卡紧螺钉组、22-待打磨的金相试样、23-砂纸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的金相试样磨样机，包括竖直框架k、砂纸载板4、试样夹持机构g和控制器，砂纸载板4可同时容纳多张粗糙度不同的砂纸，所述砂纸载板4设置在底座1上部，砂纸载板4下方设有连接底座，由连接孔与底座1之间通过纵向移动机构z1连接，竖直框架k顶部设置有第三滑轨9，试样夹持机构g设置在砂纸载板4上方，通过垂直移动机构z2挂在穿套在第三滑轨9上，竖直框架k上还设置有用于控制垂直移动机构z2沿第三滑轨9移动的横向移动机构z3，纵向移动机构z1、垂直移动机构z2和横向移动机构z3均由控制器控制运动。

其中，竖直框架k包括底座1，底座1整体呈水平扁平长方体，底座1四个边角处均各固定设置一个圆柱状支脚2支撑，底座1左右两侧分别设置有第一围板5和第二围板6，第一围板5和第二围板6均呈竖直矩形薄板状，第一围板5和第二围板6的底面均与底座的上表面固定相连，第一围板5和第二围板6相互平行，且第一围板5和第二围板6的底面纵向长边的长度与底座上表面纵向长边的长度均相等。

试样夹持机构g包括第二框板17和设置在第二框板17内的第一夹板18和第二夹板19，第一夹板18固定在第二框板16内壁上，所述第二夹板19设置在第二框板17内与第一夹板18对立布置，第二夹板19由和第一卡紧螺钉组20和第二卡紧螺钉组21固定在第二框板17内壁上。其中第二框板17包括中部隔离板17.1，隔离板17.1一侧设置有用于固定第一夹板18和第二夹板19的固定侧板17.2，隔离板17.1另一侧设置有用于连接垂直移动机构z2的连接板17.3。隔离板17.1顶部开有小孔17.4，可根据湿磨磨样需求，接上水管给试样供水磨制。垂直移动机构z2包括第一框板16、第二丝杆11和第二伺服电机14，第一框板16串接在在第三滑轨9上，能沿第三滑轨9左右移动。第二伺服电机14固定在第一框板16上并由控制器控制，第二丝杆12 一端与第二伺服电机14输出端连接，另一端穿过第二框板17与第一框板16下端面连接，所述第二丝杆11两侧还设置有第二滑轨8，所述第二滑轨8穿过第二框板17与第一框板16上下端面连接。第二伺服电机14通过第二丝杆13带动第二框板17能在第一框板16内的空心区域中竖直上下移动。

横向移动机构z3包括第三丝杆12和第三伺服电机15，第三伺服电机15固定在竖直框架k的第二围板6上并由控制器控制，第三丝杆12一端与第三伺服电机15输出端连接，另一端连接在第一围板5上，第一框板16连接在第三丝杆12上，由第三丝杆12带动沿第三滑轨9移动。第三丝杆12通过第三伺服电机15的带动。第三滑轨9设置有两条，两端分别连接在第一围板5和第二围板6上，分别位于第三丝杆12两侧，两条第二滑轨8均穿过第一框板16。

纵向移动机构z1包括第一丝杆10和第一伺服电机13，第一伺服电机13固定在竖直框架k的底座1后端上并由控制器控制，第一丝杆10一端与第一伺服电机13输出端连接，另一端连接在底座1前端，砂纸载板4连接在第一丝杆10上。第一伺服电机13通过第一丝杆10能带动砂纸载板4沿竖直框架k的底座1表面纵向来回移动，为了使得砂纸载板4运动更加平稳，第一丝杆10两侧均设置有第一滑轨7，第一滑轨7穿过砂纸载板4底座连接孔连接在底座1上。

本发明中所用控制器为PLC控制器。控制台上设有显示屏、电源开关、磨样次数输入键、确定键和取消键，所述磨样次数输入键包含0~9十个数字按键。第三滑轨9设置在第一围板5和第二围板6之间，第一伺服电机13安装在第二围板6上。PLC控制器用于控制第一伺服电机13、第二伺服电机14和第三伺服电机15的工作；第一伺服电机13、第二伺服电机14和第三伺服电机15均由底座上的电源插线3进行供电。PLC控制器可以设置在竖直框架上，也可采用手持式PLC控制器。

本发明金相试样磨样机的工作过程如下：

使用本发明时，如图3所示，操作人员可以在砂纸载板4上表面按照所需要的砂纸粗糙度目级将若干张砂纸23呈纵向平铺好，使水平方向上从左到右砂纸23的粗糙度由粗到细依次递进，水平方向上从左往右依次依次排列第一目级砂纸、第二目级砂纸、第三目级砂纸到第N目级砂纸，并将铺好的砂纸用夹子固定在砂纸载板上，然后操作人员将待打磨的金相试样22放置在第一夹板18和第二夹板19之间，并向第一夹板18方向旋转紧固卡紧螺钉组20、21，使第一夹板18和第二夹板19将待打磨的金相试样22夹紧，并通过卡紧螺钉组20、21将第二夹板19的位置固定。水磨金相时，可将水管从第二框板17顶部圆孔穿入，并调整水管出水口对准待打磨的金相试样22底部。

首先通过控制器将金相试样磨样机调节为初始状态，即第一框板16处于最左端，砂纸载板4行进到最底端，待打磨的金相试样22底面与砂纸23完全接触，并向下行进一个步位。打开水阀后运行PLC控制器预设程序，输入磨样道次数。由PLC控制器控制的三个伺服电机工作时，首先第三伺服电机21传动使待打磨的金相试样22在砂纸23上摩擦打磨，直到第三伺服电机21行程结束，这是第一道次。之后，第二伺服电机14向上行进三个步位，使待打磨的金相试样22底面完全与砂纸23脱离，第一伺服电机13将控制整个垂直移动机构z2和试样夹持机构g向右运动一定距离，以保证被摩擦掉的废屑不与待打磨的金相试样22继续接触，随后第三伺服电机15工作将砂纸载板4运动到底座1最后端，第三伺服电机15运动结束后第二伺服电机14随后运动使待打磨的金相试样22下行到待打磨初始状态。之后开始下一个磨样道次。当在某一目级水磨砂纸预先设置道次数磨制完毕后，第二伺服电机14将向上运动一定距离并保持为结束状态。随后，释放砂纸长夹，更换砂纸，继续下一目级砂纸的磨样步骤，可以将不同目级砂纸叠放在一起，逐层使用，每个目级磨制过程各部件运动方式参见上段所述。或者在砂纸载板4上从左至右依次铺设不同目级的砂纸，这种情况，根据试样硬度及表面粗糙度设置不同道次，进行多次磨制。由于不同试样磨制工艺有所差别，本发明专利提供自定义设置，可根据试样的硬度、强度等性能自行设定磨样道次。操作人员通过底座上的电源插线3将本发明与电源接通，接通电源后，操作人员可以打开底座1上的电源开关，然后通过控制器上的磨样次数输入键输入每个目级砂纸需要打磨待打磨金相试样的次数，比如操作人员依次输入0、8两个数字键，代表待打磨金相试样需要在每个目级数的砂纸上分别打磨8次。本发明能替代传统人工打磨制备金相试样的方法，实现金相试样制备的机械自动化，而且它结构简单，成本低廉，操作和维护均很方便。

Claims

1.一种金相试样磨样机，其特征在于：包括竖直框架（k）、砂纸载板（4）、试样夹持机构（g）、控制器，砂纸载板（4）可同时容纳多张粗糙度不同的砂纸，所述砂纸载板（4）设置在竖直框架（k）底部，与竖直框架（k）之间通过纵向移动机构（z1）连接，所述竖直框架（k）顶部设置有第三滑轨9，所述试样夹持机构（g）设置在砂纸载板（4）上方，通过垂直移动机构（z2）连接在第三滑轨9上，所述竖直框架（k）上还设置有用于控制垂直移动机构（z2）沿滑道（11）移动的横向移动机构（z3），所述纵向移动机构（z1）、垂直移动机构（z2）和横向移动机构（z3）均由控制器控制运动。

2.根据权利要求1所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述试样夹持机构（g）包括第二框板（17）和设置在第二框板（15）内的第一夹板（18）和第二夹板（19），所述第一夹板（18）由第一卡紧螺钉组（20）固定在第二框板（17）内壁上，所述第二夹板（19）设置在第二框板（17）内与第一夹板（18）对立布置，所述第二夹板（19）由第二卡紧螺钉组（21）固定在第二框板（17）内壁上。

3.根据权利要求2所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述垂直移动机构（z2）包括第一框板（16）、第二丝杆（12）和第二伺服电机（14），所述第一框板（16）连接在第三滑轨9上，所述第二伺服电机（14）固定在第一框板（16）上并由控制器控制，所述第二丝杆（12）一端与第二伺服电机（14）输出端连接，另一端穿过第二框板（17）与第一框板（16）下端面连接，所述第二丝杆（11）两侧还设置有第二滑轨（8），所述第二滑轨（8）穿过第二框板（17）与第一框板（16）上下端面连接。

4.根据权利要求3所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述横向移动机构（z3）包括第三丝杆（12）和第三伺服电机（15），所述第三伺服电机（15）固定在竖直框架（k）上并由控制器控制，所述第一框板（16）连接在第三丝杆（12）上，所述第三丝杆（12）一端与第三伺服电机（15）输出端连接，另一端与竖直框架（k）连接。

5.根据权利要求4所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述第三滑轨（9）设置有两条，分别位于第三丝杆（12）两侧，所述两条第三滑轨（9）均穿过第一框板（16）。

6.根据权利要求5所述的金相试样磨样机，其特征在于：纵向移动机构（z1）包括第一丝杆（10）和第一伺服电机（13），所述第一伺服电机（13）固定在竖直框架（k）上并由控制器控制，所述砂纸载板（4）连接在第一丝杆（10）上，所述第一丝杆（10）一端与第一伺服电机（13）输出端连接，另一端竖直框架（k）连接，所述第一丝杆（10）两侧均设置有第一滑轨（7），所述第一滑轨（7）穿过砂纸载板（4）两端均连接在竖直框架（k）上。

7.根据权利要求6所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述控制器为PLC控制器。

8.根据权利要求7所述的金相试样磨样机，其特征在于：所述竖直框架（k）包括底座（1），所述底座（1）由支脚（2）支撑，所述底座（1）左右两侧分别设置有第一围板（5）和第二围板（6），所述第三滑轨9设置在第一围板（5）和第二围板（6）之间，所述第三伺服电机（15）安装在第二围板（6）上，所述第一滑轨（7）设置在底座（1）上。