CN108956235B - 一种板状样品加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种板状样品加工装置及加工方法，涉及机械加工技术领域。该板状样品加工装置包括基座、上定位模块、下定位模块、限位固定模块和用于控制下定位模块上下运动的加力升降组件，限位固定模块包括第一限位固定模块和第二限位固定模块，加力升降组件和下定位模块均位于第一限位固定模块和第二限位固定模块之间；上定位模块的两端均容置于限位槽中；加力升降组件的顶部和下定位模块的底部斜面配合，通过控制加力升降组件水平移动以使下定位模块上下移动。该板状样品加工方法，其应用上述板状样品加工装置，能够使待测试件受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中。

Description

一种板状样品加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体而言，涉及一种板状样品加工装置及加工方法。

背景技术

在铝合金、钢铁、塑料、纤维等金属材料或非金属材料实际应用过程中，为了满足材料特性和使用的要求，需要对材料的强度性能进行测试和分析，而拉伸测试是一种最常用来表征材料阻止塑性变形和断裂的能力的方式。在对材料进行拉伸测试过程中，根据国标GB/T228.1-2010和美标ASTM E8/E8M的测试标准要求，需对样品测试前加工成板状或棒状标准拉伸样品。

而对于板状拉伸样品通常采用的加工方式是在将坯料通过压板固定在加工中心T型槽中，一次最多可以固定40cm高度的样品，但由于压板固定坯料两端时，压板力小了样品容易倾斜、松动，压板力大了样品中间容易向上翘起形成间隙，特别是对于厚度较薄的样品尤其明显，加工时就会出现试件侧面与表面之间的垂直度无法保证，导致加工后样品的精度无法控制，样品卸下压板后出现弯曲等现象。此外，加工过程还要对压板接触样品的两端做去头处理，这个过程中一方面容易在切割时对样品表面造成划伤。在装夹过程中，试件中间翘起，去两头后由于样品应力的释放，样品容易产生变形，不利于后续的拉伸夹持，影响试验段的均匀性，容易造成局部应力集中，导致样品不在平行段中间位置断裂，影响测试最终结果的准确性。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板状样品加工装置，旨在使板状样品在夹紧后受力均匀。

本发明的另一目的在于提供一种板状样品加工方法，其操作方便，能够防止样品局部应力集中。

本发明是这样实现的：

一种板状样品加工装置，包括基座、上定位模块、下定位模块、限位固定模块和用于控制下定位模块上下运动的加力升降组件，限位固定模块包括第一限位固定模块和与第一限位固定模块相对的第二限位固定模块，第一限位固定模块和第二限位固定模块分别固定于基座的两端，加力升降组件和下定位模块均位于第一限位固定模块和第二限位固定模块之间；

上定位模块的两端分别与第一限位固定模块和第二限位固定模块的顶部相连，第一限位固定模块和第二限位固定模块上均设置有限位槽，下定位模块的两端均容置于限位槽中；

加力升降组件的顶部和下定位模块的底部斜面配合，通过控制加力升降组件水平移动以使下定位模块上下移动。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加力升降组件包括加力模块和顶部为斜面的斜块，加力模块和斜块均位于下定位模块下方，斜块的底部与加力模块的顶部锁紧，下定位模块的底部设置有与斜块的顶部相配合的定位凹槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加力升降组件还包括承载模块、加力螺栓和支撑弹簧，承载模块固定于基座上，加力螺栓依次穿过加力模块和支撑弹簧后与承载模块的一端相连，斜块的顶面靠近承载模块一端的高度低于另一端的高度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加力螺栓为多个，每个加力螺栓均依次穿过加力模块和支撑弹簧后与承载模块的一端相连。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加力升降组件还包括固定于基座上的下垫块，且下垫块位于基座和加力模块之间，承载模块位于下垫块的一侧。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，下定位模块与斜块之间设置有耐磨垫，耐磨垫与定位凹槽固定连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，加力模块的顶部设置有第一T型槽，加力升降组件还包括与第一T型槽相配合的T型滑块，斜块的底部设置有与T型滑块的顶部相配合的凹槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一限位固定模块和第二限位固定模块上均设置有两个导向定位块，下定位模块的两端均容置于两个导向定位块之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一限位固定模块和第二限位固定模块的顶部均设置有与上定位模块的两端相配合的固定槽，上定位模块的两端分别与固定槽的槽体可拆卸连接。

一种板状样品加工方法，其应用上述板状样品加工装置，包括以下步骤：

将板状样品与上定位模块的底部固定，通过控制加力升降组件水平移动，以使下定位模块上下移动将板状样品压紧。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的板状样品加工装置，其将上定位模块固定后，通过第一限位固定模块和第二限位固定模块对下定位模块起到限位作用，通过控制加力升降组件水平移动，利用加力升降组件的顶部和下定位模块的底部斜面配合使下定位模块向上移动将板状样品压紧。能够使待测试件之间贴合更加紧密，受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中，进而防止试件中间翘起或断裂的现象。

本发明还提供了一种板状样品加工方法，其应用上述板状样品加工装置，通过将待测样品与上定位模块的底部固定，通过控制加力升降组件水平移动，利用其与下定位模块的斜面配合，以使下定位模块上下移动将板状样品压紧。同样能够使待测试件受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的板状样品加工装置的结构示意图；

图2是图1中板状样品加工装置的部分结构示意图；

图3是图2中基座部分的结构示意图；

图4是图2中加力模块和斜块配合的结构示意图；

图5是图2中下定位模块的结构示意图；

图6是图2中承载模块的结构示意图。

图标：100-板状样品加工装置；110-基座；112-T形滑块；114-条形槽；120-上定位模块；130-下定位模块；131-定位凹槽；140-限位固定模块；141-限位槽；142-第一限位固定模块；143-固定槽；144-第二限位固定模块；150-加力升降组件；151-加力模块；152-斜块；1522-凹槽；153-承载模块；154-加力螺栓；155-支撑弹簧；156-下垫块；157-顶丝；158-第一T型槽；159-T型滑块；160-耐磨垫；170-导向定位块。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参照图1和图2，本发明实施例提供了一种板状样品加工装置100，包括基座110、上定位模块120、下定位模块130、限位固定模块140和用于控制下定位模块130上下运动的加力升降组件150。板状样品加工装置100可以通过基座110安装于加工中心工作台，便于进行板状样品的加工，板状样品加工装置100起到将单个或多个叠放的板状待测试件压紧的作用。

具体地，限位固定模块140包括第一限位固定模块142和与第一限位固定模块142相对的第二限位固定模块144，第一限位固定模块142和第二限位固定模块144分别固定于基座110的两端，加力升降组件150和下定位模块130均位于第一限位固定模块142和第二限位固定模块144之间；上定位模块120的两端分别与第一限位固定模块142和第二限位固定模块144的顶部相连，第一限位固定模块142和第二限位固定模块144上均设置有限位槽141，下定位模块130的两端均容置于限位槽141中；加力升降组件150的顶部和下定位模块130的底部斜面配合，通过控制加力升降组件150水平移动以使下定位模块130上下移动。

需要说明的是，本发明实施例提供的板状样品加工装置100将上定位模块120固定后，通过第一限位固定模块142和第二限位固定模块144对下定位模块130起到限位作用，通过控制加力升降组件150水平移动，利用加力升降组件150的顶部和下定位模块130的底部斜面配合使下定位模块130向上移动将板状样品压紧。能够使待测试件之间贴合更加紧密，受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中，进而防止试件中间翘起或断裂的现象。

请结合图1-图3，基座110可以为板状结构，固定于加工中心工作台，固定方式不限。在一些实施例中，T形滑块112与条形槽114的配合，通过螺栓与加工中心工作台进行固定。第一限位固定模块142和第二限位固定模块144可以均为T型立柱的形式，通过螺栓与基座110进行固定。

在一些实施例中，第一限位固定模块142和第二限位固定模块144的顶部均设置有与上定位模块120的两端相配合的固定槽143，上定位模块120的两端分别与固定槽143的槽体可拆卸连接。上定位模块120的形状尺寸可以根据待测试件的外形、尺寸等进行调整和更换，拓宽整个装置的应用范围。具体地，上定位模块120两端的可拆卸连接方式不限，可以为现有的螺栓的方式进行连接。

请参照图2和图4，加力升降组件150包括加力模块151和顶部为斜面的斜块152，加力模块151和斜块152均位于下定位模块130下方，斜块152的底部与加力模块151的顶部锁紧，下定位模块130的底部设置有与斜块152的顶部相配合的定位凹槽131。通过加力模块151与斜块152的底部锁紧，在推动加力模块151水平移动时，斜块152也随之水平移动，利用斜面的配合和限位槽141的限位使下定位模块130向上移动将待测试件压紧。下定位模块130底部为斜面，顶部为平面，对待测试件施加均匀一致的力，防止待测试件受力不均。

具体地，斜块152的底部与加力模块151的顶部锁紧的方式不限。在本发明优选的实施例中，可以通过在斜块152的底部和加力模块151的顶部均设置齿条进行锁紧。

进一步地，加力升降组件150还包括承载模块153、加力螺栓154和支撑弹簧155，承载模块153固定于基座110上，加力螺栓154依次穿过加力模块151和支撑弹簧155后与承载模块153的一端相连，斜块152的顶面靠近承载模块153一端的高度低于另一端的高度。通过人为旋转加力螺栓154间接带动下定位模块130上下运动来对待装夹试件施加足够的压紧力，达到装夹锁紧试件的目的。

优选地，加力螺栓154为多个，每个加力螺栓154均依次穿过加力模块151和支撑弹簧155后与承载模块153的一端相连，可以为如图所示的三个，中间的加力螺栓154位于加力模块151的中间，主要用于施力达到锁紧的效果，其余两个加力螺栓154用于装夹完成后的二次锁紧，以防止加工过程中因加工震动出现的试件松动等影响加工质量的现象，保证了试件加工的精度。

需要补充的是，每个加力螺栓154各套有一个强力的支撑弹簧155，此设计其一可以让加力模块151受力运动时可以平稳推进，不至于跑偏，其二，当松开加力螺栓154以后支撑弹簧155可以以承载模块153为固定基点，推动加力模块151跟随加力螺栓154的运动方向平稳快速的复位，从而达到松开试件的作用，免去了手动松开加力升降装置的操作，节约了夹卸时间，提高了操作中对操作人员的保护效果。

进一步地，加力模块151的顶部设置有第一T型槽158，加力升降组件150还包括与第一T型槽158相配合的T型滑块159，斜块152的底部设置有与T型滑块159的顶部相配合的凹槽1522。通过T型滑块159与第一T型槽158和凹槽1522的配合，使整个装置的结合更加紧密，运行更加平稳。

请参照图4和图5，为了减少移动过程对设备的损伤，下定位模块130与斜块152之间设置有耐磨垫160，耐磨垫160与定位凹槽131固定连接。

请参照图2和图6，承载模块153远离加力模块151的一端连接有顶丝157，顶丝157用于顶住轴活动的细小螺丝，使运行更加平稳。

请再次参照图2，加力升降组件150还包括固定于基座110上的下垫块156，且下垫块156位于基座110和加力模块151之间，承载模块153位于下垫块156的一侧。下垫块156设计目的是为了承载加力装置，作为加力装置的滑动平台，其两端位置各设有4个沉头螺栓孔，可通过固定螺栓与基座110紧密连接，且螺栓孔工作过程中可注入润滑脂，起到润滑油槽的作用，减小了加力模块151工作过程中的摩擦力，同时下垫块156可根据磨损情况进行更换。

进一步地，第一限位固定模块142和第二限位固定模块144上均设置有两个导向定位块170，下定位模块130的两端均容置于两个导向定位块170之间。两个导向定位块170之间的间距与下定位模块130的宽度相适应，以防止下定位模块130产生水平方向的位移。

本发明实施例还提供了一种板状样品加工方法，其应用上述板状样品加工装置100，包括以下步骤：将板状样品与上定位模块120的底部固定，通过控制加力升降组件150水平移动，以使下定位模块130上下移动将板状样品压紧。同样能够使待测试件受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中。

需要补充的是，本发明实施例提供的板状样品加工装置100具备诸多优点，以上仅列出了主要的优点。具体而言，有益效果包括以下内容：(1)通过板状拉伸样品加工装置及加工方法的开发使用，可以实现对各种板状金属材料试样进行准确定位和加工，减少传统方法加工后试样“切头”的工序，也无需再采用繁琐的压板压两端的传统加工方式，进一步缩短了装夹时间，省时省力，极大地提高了样品加工效率和精度的可靠性。

(2)本发明的加工方法，考虑到了应力释放因素，在下锁紧定位模块与上定位模块120定位锁紧过程中，装夹待加工件受力更加均匀，试件之间贴合更加紧密，加工过程中装夹牢固，不会产生因试样加工过程中因受力不均匀导致试件颤动而出现的颤刀纹，不会产生因试件贴合不紧密导致加工废屑挤压进缝隙和因加工中试件不贴合产生的加工毛刺等影响加工件质量的问题，也不会发生试件加工过程中出现的松动、偏移等问题。此板状试样加工装置既保证了加工质量又省去了传统加工方法需要“去毛刺”的工序，同时也为高质量的加工精度提供了技术保障。

(3)本发明中工件装夹方式，相对比传统的压住两端的装夹方式(传统方式装夹试件时，往往都是两端受力，中间部分会有不同程度的弯曲、扭曲等现象)，装夹加工试件时，受力点直接覆盖整个待加工工件，力是均匀的作用在试件表面，装夹完成后试件是平直的，无弯曲、扭曲现象(如果试件装夹完成后是弯曲或扭曲的加工完成后对试件试验段宽度方向的均匀性造成严重的影响，会造成应力集中区，试验时该区域存在非常大的断裂可能，严重影响了检测数据的准确性)，最大程度确保了加工试件的质量。

(4)该加工升降装置是采用斜面原理的承重结构，斜面配合部分进行了表面淬火及抛光处理，能够最大程度减少使用过程中的摩擦力，增加了耐磨损性，将斜面的优势发挥到最大，通过力的转换，能够用较小的力支撑起较大的重量，且所受作用力均匀，在对试件加工紧固锁紧过程中，省时省力，同时所述板状试样加工装置的上定位模块120可以根据不同尺寸类型的加工需要进行拆卸、更换，可适应于拉伸、弯曲、疲劳等多种不同形状的板状试件加工。

(5)利用所述板状试样加工装置加工试件时，机床工件坐标系的X、Y、Z三轴的加工原点是固定不变的，只需要在第一次使用所述板状试样加工装置时设定好工件坐标系，以后每次加工就无需再去重新设定工件坐标系(数控机床可记忆设定的机械坐标)，既能避免了每次加工设定坐标系时出现的人为操作失误又能大幅度节省操作时间，最大程度的去除了人为因素的干扰，确保了加工质量的稳定性。

(6)该加工装置的斜块152与加力模块151采用T型滑槽与齿条咬合的定位固定方式进行固定,这种方式不仅可以达到装夹时的准确定位及稳固性，而且还具备了调节斜块152与加力模块151的相对位置的作用，通过调节该相对位置(相当于将加力模块151的行程大大延长)，可以达到控制上定位块与下锁紧定位块之间距离的作用，从而实现在装夹厚度上的灵活度。

综上所述，本发明提供的一种板状样品加工装置，其将上定位模块固定后，通过第一限位固定模块和第二限位固定模块对下定位模块起到限位作用，通过控制加力升降组件水平移动，利用加力升降组件的顶部和下定位模块的底部斜面配合使下定位模块向上移动将板状样品压紧。能够使待测试件之间贴合更加紧密，受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中，进而防止试件中间翘起或断裂的现象。

本发明还提供的一种板状样品加工方法，其应用上述板状样品加工装置，通过将待测样品与上定位模块的底部固定，通过控制加力升降组件水平移动，利用其与下定位模块的斜面配合，以使下定位模块上下移动将板状样品压紧。同样能够使待测试件受力更加均匀，防止试件中间位置应力集中。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种板状样品加工装置，其特征在于，包括基座、上定位模块、下定位模块、限位固定模块和用于控制所述下定位模块上下运动的加力升降组件，所述限位固定模块包括第一限位固定模块和与所述第一限位固定模块相对的第二限位固定模块，所述第一限位固定模块和所述第二限位固定模块分别固定于所述基座的两端，所述加力升降组件和所述下定位模块均位于所述第一限位固定模块和所述第二限位固定模块之间；

所述上定位模块的两端分别与所述第一限位固定模块和第二限位固定模块的顶部相连，所述第一限位固定模块和所述第二限位固定模块上均设置有限位槽，所述下定位模块的两端均容置于所述限位槽中；

所述加力升降组件的顶部和所述下定位模块的底部斜面配合，通过控制所述加力升降组件水平移动以使所述下定位模块上下移动；

所述加力升降组件包括加力模块和顶部为斜面的斜块，所述加力模块和所述斜块均位于所述下定位模块下方，所述斜块的底部与所述加力模块的顶部锁紧，所述下定位模块的底部设置有与所述斜块的顶部相配合的定位凹槽；所述加力升降组件还包括承载模块、加力螺栓和支撑弹簧，所述承载模块固定于所述基座上，所述加力螺栓依次穿过所述加力模块和所述支撑弹簧后与所述承载模块的一端相连，所述斜块的顶面靠近所述承载模块一端的高度低于另一端的高度；

所述加力模块的顶部设置有第一T型槽，所述加力升降组件还包括与所述第一T型槽相配合的T型滑块，所述斜块的底部设置有与所述T型滑块的顶部相配合的凹槽。

2.根据权利要求1所述的板状样品加工装置，其特征在于，所述加力螺栓为多个，每个所述加力螺栓均依次穿过所述加力模块和所述支撑弹簧后与所述承载模块的一端相连。

3.根据权利要求2所述的板状样品加工装置，其特征在于，所述加力升降组件还包括固定于基座上的下垫块，且所述下垫块位于所述基座和所述加力模块之间，所述承载模块位于所述下垫块的一侧。

4.根据权利要求1所述的板状样品加工装置，其特征在于，所述下定位模块与所述斜块之间设置有耐磨垫，所述耐磨垫与所述定位凹槽固定连接。

5.根据权利要求1所述的板状样品加工装置，其特征在于，所述第一限位固定模块和所述第二限位固定模块上均设置有两个导向定位块，所述下定位模块的两端均容置于两个所述导向定位块之间。

6.根据权利要求5所述的板状样品加工装置，其特征在于，所述第一限位固定模块和所述第二限位固定模块的顶部均设置有与所述上定位模块的两端相配合的固定槽，所述上定位模块的两端分别与所述固定槽的槽体可拆卸连接。

7.一种板状样品加工方法，其特征在于，其应用权利要求1-6中任一项所述的板状样品加工装置，包括以下步骤：

将板状样品与所述上定位模块的底部固定，通过控制所述加力升降组件水平移动，以使所述下定位模块上下移动将所述板状样品压紧。

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