金属材料抗疲劳抛光装置

1.本发明涉及金属加工设备技术领域，特别是一种金属材料抗疲劳抛光装置。


背景技术：

2.目前，随着各行各业对产品要求越来越高，部分产品对金属材料的强度要求不断增加，厚度也要求不断降低，以达到高强度、轻量化的目的从而提高产品竞争力。
3.而随着对金属材料要求的提高，金属材料加工出来的零件在使用过程中必须考虑抗疲劳性能，因此，对于金属材料的抗疲劳性能测试的需求也随之增长。
4.在对金属薄板抗疲劳检测中材料表面粗糙度是影响疲劳测试结果准确度的一个主要因素，国家标准gb/t3075-2008《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》中要求材料表面粗糙度小于或等于ra0.2μm，而国家标准gb/t15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》中要求材料表面粗糙度小于或等于ra0.32μm。因此，在对金属薄板进行抗疲劳检测时，基本都要先进行抛光处理，以往在抛光处理时，大多采用砂纸手动抛光，其抛光效率太低，且抛光质量不高，从而影响检测结果的准确度。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的抛光效率低、抛光质量差的问题，本发明提供了一种金属材料抗疲劳抛光装置。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种金属材料抗疲劳抛光装置，包括工作台面、位移机构、打磨机构和夹具机构，所述夹具机构设于工作台面的顶部，所述位移机构包括“u”型架、横向位移组件和纵向位移组件，所述“u”型架倒置设置在工作台面的顶部，所述横向位移组件包括驱动电机、电机侧曲柄、内齿圈、行星齿轮、齿轮侧曲柄和推杆，所述驱动电机和内齿圈设于“u”型架一侧的外侧壁上，所述驱动电机的动力输出轴与电机侧曲柄的一端固定连接，所述电机侧曲柄的另一端远离驱动电机的一侧与行星齿轮的轴心转动连接，所述内齿圈垂直于工作台面，所述行星齿轮与内齿圈啮合连接，且行星齿轮直径为内齿圈直径的一半，所述行星齿轮远离电机侧曲柄的一侧轴心与齿轮侧曲柄的一端固定连接，所述齿轮侧曲柄的另一端远离行星齿轮的一侧与推杆的一端转动连接，所述齿轮侧曲柄与推杆之间的转动轴心位于行星齿轮的分度圆上，所述推杆沿内齿圈的水平中线设置，所述推杆的中部与“u”型架的外侧壁滑动连接并贯穿“u”型架的外侧壁，所述推杆的另一端滑动连接有打磨机构，所述打磨机构与推杆之间水平滑动且滑动方向与推杆的长度方向垂直；所述纵向位移组件设于打磨机构的顶部。
8.优选的，所述纵向位移组件包括导向板和导向杆，所述导向板设于“u”型架的横向壁的内侧，所述导向板的底面沿推杆的长度方向开设有多条等距设置的滑槽，所述滑槽的两端间隔连接形成“s”型结构，相邻两所述滑槽的连接部位的中部远离滑槽的一侧连接有换向槽，所述连接部位与换向槽形成“y”型结构，所述连接部位位于换向槽一侧的内壁开设
有安装槽，所述安装槽内设有弹性限位组件，所述弹性限位组件包括弹簧和限位块，所述限位块与安装槽滑动连接，所述弹簧的两端分别连接安装槽和限位块，所述限位块外露于安装槽的部分远离换向槽另一侧的连接部位的一侧为斜面，且该斜面从靠近安装槽至远离安装槽的方向逐渐向换向槽另一侧的连接部位倾斜，所述导向杆的底端与打磨机构的顶部固定连接，所述导向杆的顶端与滑槽滑动连接。
9.优选的，所述导向杆包括位于上部的内杆和位于下部的外杆，所述外杆的顶部开设有用于安装内杆的插槽，所述内杆的底端滑动设于插槽内，且内杆的底端与插槽的之间设有弹簧；所述外杆的底端与打磨机构的顶部固定连接，所述内杆的顶端与滑槽滑动连接，所述内杆的底端与插槽的底壁之间设有弹簧。
10.优选的，所述插槽的顶部开口处向外杆的轴心方向延伸形成上限位部，所述上限位部的内径与内杆的外径匹配，所述内杆的底端向远离内杆的轴心方向延伸形成下限位部，所述下限位部的外径与插槽的内径匹配。
11.优选的，所述内杆的顶端外围向远离内杆的轴心方向延伸形成操作部。
12.优选的，所述打磨机构包括底座和设于底座底部的打磨组件，所述底座的一侧开设有“t”型滑槽，所述推杆的一端连接有与“t”型滑槽滑动连接的“t”型滑块；所述外杆的底端与底座的顶部固定连接。
13.优选的，相邻两所述滑槽之间的距离与打磨组件在前后方向上的打磨宽度匹配。
14.本发明的有益效果是：由驱动电机通过特殊设计的曲柄推杆机构带动打磨机构对金属材料进行打磨，金属材料由夹具机构进行夹持固定，大大提高了打磨效率，该特殊设计的曲柄推杆机构相比于传统的曲柄推杆机构，大大降低了振动，提高了打磨质量，且配合特殊设计的纵向位移组件，由单个电机即可实现打磨机构的横向和纵向移动，大大节省了装置成本。
附图说明
15.图1为传统曲柄推杆机构的结构原理示意图；
16.图2为本发明实施例的正视结构示意图；
17.图3为本发明实施例中的曲柄推杆机构的结构原理示意图；
18.图4为本发明实施例中导向板的仰视结构示意图；
19.图5为本发明实施例中导向杆的内部结构示意图；
20.附图标记：1、曲柄，2、推杆，3、活塞，4、工作台面，5、位移机构，6、打磨机构，7、夹具机构，8、“u”型架，9、横向位移组件，10、纵向位移组件，11、驱动电机，12、电机侧曲柄，13、内齿圈，14、行星齿轮，15、齿轮侧曲柄，16、推杆，17、导向板，18、导向杆，19、滑槽，20、连接部位，21、换向槽，22、安装槽，23、弹性限位组件，24、弹簧，25、限位块，26、斜面，27、内杆，28、外杆，29、插槽，30、上限位部，31、下限位部，32、操作部，33、底座，34、打磨组件，35、“t”型滑槽，36、“t”型滑块。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
22.实施例
23.如图2所示，一种金属材料抗疲劳抛光装置，包括工作台面4、位移机构5、打磨机构6和夹具机构7，所述夹具机构7设于工作台面4的顶部，所述位移机构5包括“u”型架8、横向位移组件9和纵向位移组件10，所述“u”型架8倒置设置在工作台面4的顶部，所述横向位移组件9包括驱动电机11、电机侧曲柄12、内齿圈13、行星齿轮14、齿轮侧曲柄15和推杆16，所述驱动电机11和内齿圈13设于“u”型架8一侧的外侧壁上，所述驱动电机11的动力输出轴与电机侧曲柄12的一端固定连接，所述电机侧曲柄12的另一端远离驱动电机11的一侧与行星齿轮14的轴心转动连接，所述内齿圈13垂直于工作台面4，所述行星齿轮14与内齿圈13啮合连接，且行星齿轮14直径为内齿圈13直径的一半，所述行星齿轮14远离电机侧曲柄12的一侧轴心与齿轮侧曲柄15的一端固定连接，所述齿轮侧曲柄15的另一端远离行星齿轮14的一侧与推杆16的一端转动连接，所述齿轮侧曲柄15与推杆16之间的转动轴心位于行星齿轮14的分度圆上，所述推杆16沿内齿圈13的水平中线设置，所述推杆16的中部与“u”型架8的外侧壁滑动连接并贯穿“u”型架8的外侧壁，所述推杆16的另一端滑动连接有打磨机构6，所述打磨机构6与推杆16之间水平滑动且滑动方向与推杆16的长度方向垂直；所述纵向位移组件10设于打磨机构6的顶部。
24.工作台面4作为主要的操作区域，夹具机构7设于工作台面4上用于固定金属材料(主要为金属板材)，该夹具机构7可为现有的常规夹具，比如现有的金属材料抛光用的夹具，主要起固定金属材料的作用。为了提高抛光效率，通常的做法是将打磨机构6通过位移组件进行驱动，从而使打磨机构6自动移动以来回抛光，这种位移组件可采用横向和纵向分别设置直线导轨，但直线导轨成本较高，且容易故障，丝杆丝母也存在同样的问题。曲柄推杆机构虽然结构简单，成本较低，可以作为直线移动的驱动部件，但传统的曲柄推杆机构存在振动较大的问题，如图1所示，主要是由于传统的曲柄推杆机构曲柄1一端位置固定，另一端作圆周运动带动推杆2的一端，从而驱动推杆2的另一端直线运动，以活塞3的直线运动路径作为中线，推杆2的一端的位置在中线两侧交替，当推杆2与中线存在夹角时，会对活塞3产生径向方向的作用力，该作用力的方向正反交替就会产生振动，同时也会导致曲柄1提供的部分能量被无效的消耗掉。
25.而本发明对曲柄推杆机构进行特殊改进，如图3所示，通过设置内齿圈13和行星齿轮14，且内齿圈13的直径是行星齿轮14的直径的两倍，而齿轮侧曲柄15的一端与行星齿轮14的轴心固定连接，推杆16与齿轮侧曲柄15转动连接的转动轴心位于行星齿轮14的分度圆上，且当行星齿轮14的轴心与内齿圈13的轴心位于同一竖直面时，推杆16与齿轮侧曲柄15转动连接的转动轴心位于内齿圈13的圆心处。因此，在驱动电机11通过电机侧曲柄12带动行星齿轮14在内齿圈13内转动时，推杆16与齿轮侧曲柄15的转动连接的转动轴心沿内齿圈13的水平中线左右移动，由于推杆16的另一端与“u”型架8滑动连接，因此推杆16整体会沿内齿圈13的水平中线左右移动，极大程度上减少了在活塞处产生径向方向的力，从而大大降低振动，也减少了驱动电机11能量的无效消耗。本发明通过改进的曲柄推杆机构带动打磨机构6左右移动，完成对金属材料的抛光，且整个装置减振效果好，能量利用率高。为平衡电机侧曲柄12两侧的重量，进一步减少振动，还可在电机侧曲柄12相对于连接行星齿轮14的另一端设置配重块，配重块的重量以满足电机侧曲柄12两端负载相匹配为宜。
26.在其中一个实施例中，如图4所示，所述纵向位移组件10包括导向板17和导向杆18，所述导向板17设于“u”型架8的横向壁的内侧，所述导向板17的底面沿推杆16的长度方
向开设有多条等距设置的滑槽19，所述滑槽19的两端间隔连接形成“s”型结构，相邻两所述滑槽19的连接部位20的中部远离滑槽19的一侧连接有换向槽21，所述连接部位20与换向槽21形成“y”型结构，所述连接部位20位于换向槽21一侧的内壁开设有安装槽22，所述安装槽22内设有弹性限位组件23，所述弹性限位组件23包括弹簧24和限位块25，所述限位块25与安装槽22滑动连接，所述弹簧24的两端分别连接安装槽22和限位块25，所述限位块25外露于安装槽22的部分远离换向槽21另一侧的连接部位20的一侧为斜面26，且该斜面26从靠近安装槽22至远离安装槽22的方向逐渐向换向槽21另一侧的连接部位20倾斜，所述导向杆18的底端与打磨机构6的顶部固定连接，所述导向杆18的顶端与滑槽19滑动连接。
27.为减少电机数量，利用单个电机实现打磨机构6的横向和纵向移动，本发明特别设计了与横向位移组件9配合的纵向位移组件10，导向板17上的滑槽19形成整体呈“s”型的结构，位于前侧和后侧的滑槽19各有一端独立不设置连接部位20。初始时，导向杆18的顶端位于前侧或后侧的滑槽19的独立端处，以导向杆18的顶端位于前侧的滑槽19的独立端为例说明，即导向杆18的顶端在初始时位于图3中最上方的滑槽19的右端，当推杆16打磨机构6带动导向杆18向左滑动进入连接部位20后，连接部位20引导导向杆18带动打磨机构6在横向移动的同时还会进行纵向的位移，在纵向方向上，打磨机构6会在推杆16上滑动，随着导向杆18纵向位移，导向杆18通过限位块25上的斜面26将限位块25朝向安装槽22内挤压，从而使限位块25让位将导向杆18移动至换向槽21中，在导向杆18进入换向槽21后，弹簧24将限位块25推出安装槽22继续限位，推杆16也达到行程复位即开始将导向杆18向右拉动，在导向杆18向右移动的过程中，由于限位块25的限位，导向杆18会滑向连接部位20的另一侧进入下方相邻的滑槽19中，到达下方相邻的滑槽19的右端后，导向杆18在连接部位20中的过程同上所述，导向杆18如此重复运行，在横向往复移动的同时，实现纵向上步进式的移动，而在导向杆18纵向移动的同时，与其固定连接的打磨机构6也同时纵向移动，从而实现对金属材料的大面积抛光。
28.通过上述工作原理的描述，可看出本发明仅采用一个驱动电机11配合相应的机械结构即可同时实现打磨机构6的横向和纵向移动，大大节省了装置的成本和维护难度，且特殊设计的曲柄推杆机构还能大大降低装置的振动，使抛光质量更好。
29.在其中一个实施例中，如图5所示，所述导向杆18包括位于上部的内杆27和位于下部的外杆28，所述外杆28的顶部开设有用于安装内杆27的插槽29，所述内杆27的底端滑动设于插槽29内，且内杆27的底端与插槽29的之间设有弹簧24；所述外杆28的底端与打磨机构6的顶部固定连接，所述内杆27的顶端与滑槽19滑动连接，所述内杆27的底端与插槽29的底壁之间设有弹簧24。
30.为便于打磨机构6对金属材料打磨完后复位，导向杆18采用外杆28套内杆27的伸缩式结构，当导向杆18位于最终位置，即如图4中最下方的滑槽19的右端时，可通过向下拉动内杆27挤压弹簧24，使内杆27的顶端与滑槽19脱离，然后移动导向杆18初始位置后松开内杆27，在弹簧24的压力下内杆27再次进入滑槽19即可完成复位。
31.在其中一个实施例中，所述插槽29的顶部开口处向外杆28的轴心方向延伸形成上限位部30，所述上限位部30的内径与内杆27的外径匹配，所述内杆27的底端向远离内杆27的轴心方向延伸形成下限位部31，所述下限位部31的外径与插槽29的内径匹配。
32.通过上限位部30和下限位部31的配合，在弹簧24的压力下，下限位部31被弹簧24
抵压在上限位部30的顶部进行限位，防止内杆27脱离外杆28。
33.在其中一个实施例中，所述内杆27的顶端外围向远离内杆27的轴心方向延伸形成操作部32。
34.操作部32可方便手指下压内杆27，在下压过程中对手指起支撑作用。
35.在其中一个实施例中，所述打磨机构6包括底座33和设于底座33底部的打磨组件34，所述底座33的一侧开设有”t”型滑槽35，所述推杆16的一端连接有与”t”型滑槽35滑动连接的“t”型滑块36；所述外杆28的底端与底座33的顶部固定连接。
36.打磨机构6在纵向移动时，可通过底座33上的”t”型滑槽35与推杆16上的“t”型滑块36之间的配合与推杆16形成纵向方向上的位移，以适应打磨机构6的纵向移动，其中打磨组件34可为现有抛光用的打磨组件34。
37.在其中一个实施例中，相邻两所述滑槽19之间的距离与打磨组件34在前后方向上的打磨宽度匹配。
38.相邻两滑槽19之间的距离与打磨宽度(即打磨时前后的打磨宽度)匹配，可避免部分区域重复打磨造成打磨不均的情况发生。
39.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。