CN108318328A - 一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备 - Google Patents

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Abstract

一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，通过以下技术方案实现：利用四个电机联动同时旋动增压螺栓，输入相同的转矩对实验样品施加静水压，克服材料分步加压模式下压力不均对样品的不利因素，保护样品腔，提高实验成功率。本发明由感压模块、加压模块、机架和控制系统构成；所述机架是由光杆、承载板和轴承组成；所述感压模块包括伺服电机、丝杆和丝杆螺母；所述加压模块包括四个步进电机、内六角扳手和四组齿轮副；控制系统控制着感压模块及加压模块。与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明实现了金刚石对顶砧压机螺栓同时旋进，避免了以往手动加压时压力不均匀引起的样品腔缩孔、偏孔、样品侧溢及金刚石损坏等不利问题，提高了实验的可靠性。

Description

一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备
技术领域
本发明涉及一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备。
背景技术
在压力下，物质的许多性质都会发生改变，而进行材料压力环境实验的决定性条件是压力产生装置，金刚石对顶砧压机(DAC)是当前材料研究领域压力(特别是静水压)产生的必要设备之一。DAC是根据物理学家Bridgman提出的“对顶砧”工作原理设计，利用金刚石的高硬度，以及对各种电磁辐射的良好透明性质，可以在材料压力环境试验时实现加压与观测、测量同时进行，因此是材料的压力下结构性质研究的关键设备。
DAC的工作原理，是通过外力对放置在压砧中间样品室的实验样品进行挤压，从而使样品室内产生高压。然而在加压过程中，常因螺栓旋进量不一致，导致所受压力不均匀，使样品腔变形以及样品受挤压侧溢等问题，压力过高时因内应力过的使金刚石破碎也是时有发生，对于实验失败造成的时间、人力、财力的消耗是巨大的。然而，因实验的小众化，目前并没有提高实验成功率的加压设备。为满足材料加压实验的发展要求，目前急需一种金刚石对顶砧压机的均匀加压设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种可均匀加载压力的金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，以提高金刚石对顶砧压机实验的成功率。为解决上述目的，本发明采用以下技术解决方案：
本发明提供一种基于金刚石对顶砧压机的同步加载设备，通过以下技术方案实现：利用四个电机联动同时旋动增压螺栓，输入相同的转矩对实验样品施加静水压，克服材料分步加压模式下压力不均对样品的不利因素，保护样品腔，提高实验成功率。本发明由感压模块、加压模块、机架和控制系统构成；所述机架是由光杆、承载板和轴承组成，形成了五个空间，用于安放感应模块及加压模块；所述感压模块包括伺服电机、丝杆和丝杆螺母，用于升降加压模块及感知外部加载压力；所述加压模块包括四个步进电机、内六角扳手和四组齿轮副，用于实现联动四轴同步旋进和对角反转；控制系统控制着感压模块及加压模块。
所诉的一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，其特征在于：所诉感压模块与加压模块均安装在机架上，由感压模块通过丝杆升降加压模块，实现旋进的连续性。
所诉的感压模块与加压模块由控制系统直接控制而又相互独立，提高了实验时的控制自由度，方便实验进度。
所诉的感压模块于控制系统和机架形成了螺旋差动机构，在旋进到一定量时，由于螺栓上的垫圈提供了反作用力，与丝杆连接的伺服电机将被方向顶高，放置在伺服电机上的压力传感器将所侧得的压力实时传递会控制系统，当压力到达所设定的压力临界值时，加压模块将停止加压。
与现有技术相比，本发明的主要特色在于：
1.本发明实现了金刚石对顶砧压机四个旋进增压螺栓同时旋进，改变原有的手工分步旋进增压模式。
2.本发明完全克服了手动加压时导致的样品腔内部压力不均匀引起的样品腔缩孔、偏孔及样品侧溢等不利问题。
3.本发明大大提高了实验的可靠性和成功率，减少了因压力不均产生的实验损耗。
附图说明
图1为本发明的三维示意图；
图2为本发明的感压模块放大图；
图3本发明的加压模块放大图；
图4金刚石对顶砧的三维示意图；
图5金刚石对顶砧的135°旋转剖视图；
图中：1-上顶板；2-伺服电机；3-光杆；4-光杆轴承；5-伺服电机支撑板；6-丝杆螺母；7-螺母支撑板；8-丝杆；9-步进电机；10-步进电机支撑板；11-六角扳手固定板；12-载物台；13-下支撑板；14-压力传感器；15-齿轮副；16-定距销轴；17-内六角扳手18-增压螺栓；19-垫片；20-样品室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
参照附图，本发明提供一种基于金刚石对顶砧压机的同步加载设备，通过以下技术方案实现：利用四个电机联动同时旋动增压螺栓，输入相同的转矩对实验样品施加静水压，克服材料分步加压模式下压力不均对样品的不利因素，保护样品腔，提高实验成功率。对样品腔施加静水压，提高实验可靠性，具体包括以下步骤：
由光杆3、承载板和光杆轴承4组成的机架上，共有五个空间，由上而下，分别安装着压力传感器14与伺服电机2、丝杆螺母6、步进电机9、齿轮副组15、内六角扳手17、载物台12。步进电机9与安装着内六角扳手17的六角扳手固定板11之间的距离是由定距销轴16固定的，步进电机9通过齿轮副15将力矩传递给内六角扳手17，通过控制系统控制对角的步进电机9转向相反。
实验用的金刚石对顶砧放置在载物台上，通过控制系统使伺服电机2转动，通过丝杆螺母6带动步进电机9与内六角扳手17下降，确定内六角扳手17和增压螺栓18对应后，启动四个步进电机9，调节伺服电机2的下降速度与步进电机9的旋进速度，当增压螺栓18旋合到一定距离时，垫片19开始提供反作用力，此时由于伺服电机2的差动连接，伺服电机2将向上运动，安放在机架上顶板1与伺服电机2之间的压力传感器14受到压力，实时传递给控制系统，直到压力达到设定的临界值或手动停止设备工作时，步进电机9与伺服电机2将同时停止，确定无需再加载后，通过反转伺服电机2抬高内六角扳手17，取出金刚石对顶砧，完成加压工作。

Claims (4)

1.一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，通过以下技术方案实现：利用四个电机联动同时旋动增压螺栓，输入相同的转矩对实验样品施加静水压，克服材料分部加压模式下压力不均对样品的不利因素，保护样品腔，提高实验成功率。本发明由感压模块、加压模块、机架和控制系统构成；所述机架是由光杆、承载板和轴承组成，形成了五个空间，用于安放感应模块及加压模块；所述感压模块包括伺服电机、丝杆和丝杆螺母，用于升降加压模块及感知外部加载压力；所述加压模块包括四个步进电机、内六角扳手和四组齿轮副，用于实现联动四轴同步旋进和对角反转；控制系统控制着感压模块及加压模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，其特征在于：所诉感压模块与加压模块均安装在机架上，由感压模块通过丝杆升降加压模块，实现旋进的连续性。
3.根据权利要求1所述的一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，其特征在于：所诉的感压模块与加压模块由控制系统直接控制而又相互独立，提高了实验时的控制自由度，方便实验进度。
4.根据权利要求1所述的一种基于金刚石对顶砧压机的四轴联动加压设备，其特征在于：所诉的感压模块于控制系统和机架形成了螺旋差动机构，在旋进到一定量时，由于螺栓上的垫圈提供了反作用力，与丝杆连接的伺服电机将被方向顶高，放置在伺服电机上的压力传感器将所侧得的压力实时传递会控制系统，当压力到达所设定的压力临界值时，加压模块将停止加压。
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