一种工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置的制作方法

1.本实用新型涉及材料加工测试设备技术领域，具体涉及一种工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置。


背景技术：

2.先进的工程陶瓷材料在现阶段已经成为不可缺少、且极具潜力的结构材料，因其具有具有优异的物理、化学性能，在多种恶劣化学条件情况下，具有比一般金属材料更优越的抗腐蚀性能。在国防、航空航天、现代高科技工业等领域中被广泛使用。但是因其韧性差，硬度大等特点，在加工中容易出现脆性破坏，影响加工质量，属于难加工材料，因此需要对材料刻划进行性能测试，通过模拟单颗磨粒刻划工程陶瓷材料，测得的结果可以分析该材料去除机制和变形机理，保证加工质量和效果；现有刻划设备功能单一，调整不便，无法精确进行刻划，对分析结果造成影响。


技术实现要素：

3.技术目的：针对现有刻划设备精度低，导致分析结果不精确的不足，本实用新型公开了一种能够实现变刻划深度的微米级刻划的工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置。
4.技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置，包括：底座，以底座的长度方向作为y轴方向，宽度方向为x轴方向，垂直与底座的上表面方向为z轴方向；
6.在底座上设置用于观察刻划后陶瓷表面的相机，用于调整陶瓷位置的微调机构，以及用于带动刀具沿x轴、y轴方向移动的xy轴方向进给机构；
7.所述xy轴方向进给机构包括xy轴方向进给机构、旋转机构、用于调整刀具倾角的角度调节机构以及用于搭载刀具并在z轴方向移动的z轴移动机构；
8.xy轴方向进给机构设置在底座上；旋转机构设置在xy轴方向进给机构上，下方与xy轴方向进给机构转动连接；所述角度调节机构设置在所述旋转机构上；z轴移动机构设置在角度调节机构的移动端。
9.所述相机设置在相机支架上，相机与相机之间转动连接，旋转调节相机拍摄角度。
10.优选地，本实用新型的微调机构包括双轴倾斜台和设置在双轴倾斜台下方用于带动其在x轴和z轴方向移动的xz轴滑台，在双轴倾斜台上设置力传感器，检测陶瓷受力；双轴倾斜台的底部沿x轴方向设置用于调节双轴倾斜台倾斜角度千分尺调节旋钮；通过千分尺调节旋钮调整陶瓷片沿x轴方向的倾斜角度，实现高精度的变刻划深度。
11.优选地，本实用新型的xy轴方向进给机构包括沿y轴方向设置的第一伺服电机、第一滚珠丝杠模组，第一伺服电机和第一滚珠丝杠模组之间通过第一联轴器连接；还包括沿x轴方向设置的第二伺服电机和第二滚珠丝杠模组，第二伺服电机的驱动端通过第二联轴器与第二滚珠丝杠模组连接，第二滚珠丝杠模组位于第一滚珠丝杠模组的上方，底部底部通过沉头螺丝固定在第一滚珠丝杠模组的工作台表面，在第二滚珠丝杠模组的上方设置底
板，底板的底部通过与第二滚珠丝杠模组的方向平行的直线滑台与第二滚珠丝杠模组连接，旋转机构的底部与底板转动连接；通过双滚珠丝杠的结构，对刀具的位置进行精确的调整，保证刻划结果的准确性。
12.优选地，本实用新型的旋转机构包括导向轴、转动轴承座、旋钮柱塞、u型座；导向轴竖直设置在底板上，底部与底板之间螺纹连接，在导向轴的外圈套接有转动轴承座，u型座竖向设置在转动轴承座的上方，与转动轴承座通过螺栓固定连接；旋钮柱塞竖直设置在u型座上，底部与底板上开设的定位孔配合，定位好后配以螺栓固定，在刻划过程中限制u型座的转动；角度调节机构对称设置在u型座上；u型座能够实现刀具的灵活切换，再通过旋钮柱塞在调整后进行锁紧，防止在刻划过程中转动。
13.优选地，本实用新型在底板的上表面均布有钢珠滚轮，钢珠滚轮顶部与u型座的底部接触，辅助u型座的转动，减小转动阻力，便于人员进行操作。
14.优选地，本实用新型的角度调节机构包括旋转板、调整螺丝块、调整螺丝组件；旋转板设置在u型座两侧，通过沉头螺栓固定在u型座的侧面，旋转板采用凸型形状，调整螺丝块通过螺栓对称安装在旋转板凸头的左右两侧；调整螺丝安装在调整螺丝块中，通过旋动调整螺丝来对旋转板的旋转角度进行微小的调整；调整螺丝来对旋转板旋转角度进行微小的调整，刀具的工作角度也随之变化，起到精确调节的作用。
15.优选地，本实用新型的z轴移动机构包括滑台、刀座、刀具；所述滑台设置在旋转板的板面上，与旋转板间沿竖直方向滑动连接；在滑台上设置用于锁紧的旋钮；刀座通过沉头螺栓固定在滑台面上；所述刀具为单刃金刚石刻划刀具，刀具的刀柄竖直安装在刀座内，通过设置在刀具一侧的锁紧螺栓固定；滑台带动刀具沿竖直方向移动，可以上下调整刀具的位置，进行精确对刀，保证刻划精度。
16.有益效果：本实用新型所提供的一种工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置具有如下有益效果：
17.1、本实用新型在进给控制装置基础上增加双轴倾斜台，实现低成本、高效、高精度、变刻划深度的微米级刻划，刻划样品不受尺寸影响，刻划长度、刻划速度、刻划深度都可以通过设定对应值进行控制，具有较大的灵活性，操作简单。
18.2、本实用新型采用双工位，两工位对称布置在旋转板两侧，可以有效减小换刀时间，在切换刀具时利用旋钮柱塞与底座定位孔配合进形精确定位，保证在切换工位后刀具定位准确，减少对刀操作，提高效率。此外增加了角度调节机构，可以实现对刀具工作角度的微小改变，从而降低加工过程中的受力大小，提高刀具使用寿命。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
20.图1为本实用新型整体结构图；
21.图2为本实用新型图1中a向视图；
22.图3为本实用新型旋转机构结构图；
23.图4为本实用新型角度调节机构示意图；
24.其中，1-底座、2-第一联轴器、3-第一伺服电机、4-刀座、5-滑台、6-u型座、7-转动
轴承座、8-旋钮柱塞、9-钢珠滚轮、10-底板、11-直线滑台、12-刀具、 13-实验样品、14-相机、15-力传感器、16-双轴倾斜台、17-xz轴滑台、18-第一滚珠丝杠模组、19-旋转板、20-调整螺丝块、21-调整螺丝、22-第二滚珠丝杠模组、23-第二联轴器、24-第二伺服电机、25-导向轴、26-相机支架、27-锁紧螺栓。
具体实施方式
25.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
26.如图1~图4所示为本实用新型所公开的一种工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置，包括：底座1，以底座1的长度方向作为y轴方向，宽度方向为x轴方向，垂直与底座的上表面方向为z轴方向；
27.在底座1上设置用于观察刻划后陶瓷表面的相机14，用于调整陶瓷位置的微调机构，以及用于带动刀具沿x轴、y轴方向移动的xy轴方向进给机构；
28.所述xy轴方向进给机构包括xy轴方向进给机构、旋转机构、用于调整刀具倾角的角度调节机构以及用于搭载刀具12并在z轴方向移动的z轴移动机构；
29.xy轴方向进给机构设置在底座1上；旋转机构设置在xy轴方向进给机构上，下方与xy轴方向进给机构转动连接；所述角度调节机构设置在所述旋转机构上；z轴移动机构设置在角度调节机构的移动端。
30.所述相机14设置在相机支架26上，相机与相机之间转动连接，旋转调节相机拍摄角度。
31.本实用新型的微调机构包括双轴倾斜台16和设置在双轴倾斜台下方用于带动其在x轴和z轴方向移动的xz轴滑台17，xz轴滑台17通过其自身的千分工程陶瓷临界切厚测定用变深度刻划装置尺旋钮调节在x、z轴方向的位置；在双轴倾斜台16上设置力传感器15，检测陶瓷受力；双轴倾斜台16的底部沿x轴方向设置用于调节双轴倾斜台倾斜角度千分尺调节旋钮，可通过调节双轴倾斜台16下表面的千分尺旋钮改变倾斜台与xy平面之间的倾斜角度。
32.本实用新型xz轴滑台17定位精度为0.03mm，x轴行程为12.5mm，z轴进给行程为10mm；双轴倾斜台调整范围为
±5°
，最小调刻度为0.01mm，台面最小调整范围为5
′
，能够满足各种材料刻划试验需求。
33.本实用新型的xy轴方向进给机构包括沿x方向设置的第一伺服电机3、第一滚珠丝杠模组18，第一伺服电机3和第一滚珠丝杠模组18之间通过第一联轴器2连接；还包括沿y轴方向设置的第二伺服电机24和第二滚珠丝杠模组22，第二伺服电机24的驱动端通过第二联轴器23与第二滚珠丝杠模组22连接，第二滚珠丝杠模组22位于第一滚珠丝杠模组18的上方，底部通过沉头螺丝固定在第一滚珠丝杠模组的工作台表面，工作台与第一滚珠丝杠模组的螺母连接；在第二滚珠丝杠模组22的上方设置底板10，底板10的底部通过与第二滚珠丝杠模组22的方向平行的直线滑台11与第二滚珠丝杠模组22连接，底板10的上表面均布有钢珠滚轮9，钢珠滚轮9顶部与u型座的底部接触，辅助u型座的转动；旋转机构的底部与底板10转动连接。
34.通过第一伺服电机3和第一滚珠丝杠模组18配合带动第二滚珠丝杠模组22沿y轴
方向移动，调整刀具在y轴方向的位置，再通过第二伺服电机24和第二滚珠丝杠模组22带动底板10沿x方向移动，调整刀具12在x轴方向的位置，最终使得刀具位于实验样品13的正上方。
35.本实用新型旋转机构包括导向轴25、转动轴承座7、旋钮柱塞8、u型座6；导向轴25竖直设置在底板10上，底部与底板之间螺纹连接，在导向轴25的外圈套接有转动轴承座7，u型座6竖向设置在转动轴承座7的上方，与转动轴承座7通过螺栓固定连接；旋钮柱塞8竖直设置在u型座6上，底部与底板10上开设的定位孔配合，在刻划过程中限制u型座6的转动；角度调节机构对称设置在u型座6上。
36.在需要切换刀具工位时，将旋钮柱塞8拉起，使旋钮柱塞8的弹簧头与底板10上的定位孔脱开，转动u型座6，转动轴承座7绕导向轴25转动，旋钮柱塞8的弹簧头处于压缩状态，在刀具转动到位后，在弹力作用下，弹簧头被压入另一定位孔内，完成刀具的切换定位；通过旋钮柱塞8和定位孔在切换工位后对旋转机构的u型座进行精确定位。
37.本实用新型的角度调节机构包括旋转板19、调整螺丝块20、调整螺丝组件21；旋转板19设置在u型座6两侧，通过沉头螺栓固定在u型座的侧面，旋转板19采用凸型形状，调整螺丝块20通过螺栓对称安装在旋转板19凸头的左右两侧；调整螺丝21安装在调整螺丝块20中，通过旋动调整螺丝来对旋转板19的旋转角度进行微小的调整。
38.z轴移动机构包括滑台5、刀座4、刀具12；所述滑台5设置在旋转板19的板面上，与旋转板19间沿竖直方向滑动连接；在滑台5上设置用于锁紧的旋钮；刀座4通过沉头螺栓固定在滑台5面上；所述刀具12为单刃金刚石刻划刀具，刀具12的刀柄竖直安装在刀座4内，通过设置在刀具一侧的锁紧螺栓27固定，通过滑台5调整刀具12在z轴方向的高度。
39.本实用新型在使用时，选定坐标原点建立坐标系，调平试验平台操作：通过xy轴方向进给机构使刀具位于实验样品13的正上方，通过调节z轴移动机构，使得实验样品13逐渐向刀具12靠近，观察刀具12与实验样品13在x轴方向某两点距离刀具的距离，通过接触法测得两点得z坐标，通过y轴方向进给装置进一步将刀具12向y轴方向调节到实验样品另一端，重复上述测量操作观察此时某点的z轴坐标，综合三点坐标得出初始高度差，进而通过双轴倾斜台16调节实验样品13的实验表面与xy轴进给方向保持平行。
40.对刀操作：当观察到刀具12即将接触实验样品13时，通过相机14观察并调节xz轴滑台17的z轴千分尺旋钮，进一步小量程逼近，与此同时，若力传感器15检测到明显的力信号变化，表明刀具12与实验样品13发生接触，记录下此时刀具的z轴坐标，完成对刀操作。
41.调整刀具工作角度：通过螺栓螺母、调整螺丝21，控制旋转板19的旋转角度，从而改变刀具12的工作角度。
42.对实验样品进行刻划，通过xz轴滑台17控制刀具12在z轴刻划深度，通过双轴倾斜台16进一步控制实验样品与xy平面的倾斜角度，再改变伺服电机24的转速控制进给速度，实现不同的刻划深度、变刻划深度以及不同的刻划速度；进而在实验样品13的表面完成微刻作业。
43.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。