本發(fā)明屬于金相試樣磨拋，特別涉及一體化金相試樣磨拋設備。

背景技術：

1、金相試樣是用于觀察金屬材料顯微組織的重要工具，通過對金相試樣微觀結構的研究，可以獲取材料的成分、結構以及加工工藝等方面的信息。因此金相試樣的制備是一個精細的過程，其中對金相試樣的磨光和拋光是制備金相試樣最核心的步驟。

2、在現(xiàn)有制備金相試樣的技術中，首先需要選取具有代表性的樣品來切制金相試樣，然而切制的金相試樣通常太小或者形狀不規(guī)則，難以直接磨制，因此需要將切制好的金相試樣在熱固性塑料中進行鑲嵌，然后用不同目數(shù)的砂紙對鑲嵌好的金相試樣進行手動磨光，最后將磨光后的金相試樣在拋光機上手動拋光。此種方法制備金相試樣不僅效率低、耗時大、良品率低而且極容易對操作者的手部造成傷害。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中金相試樣在磨拋的過程中存在的夾持難、效率低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一體化金相試樣磨拋設備，包括裝夾機器人、第一收集箱、固定箱體、磨光系統(tǒng)、拋光系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、第二收集箱、安裝臺以及夾持系統(tǒng)。

4、其中，安裝臺的結構為長方體板，裝夾機器人、第一收集箱、磨光系統(tǒng)、固定箱體、拋光系統(tǒng)以及第二收集箱依次間隔可拆卸安裝于安裝臺上；磨光系統(tǒng)設置于裝夾機器人的右側，用于磨光金相試樣；拋光系統(tǒng)設置于磨光系統(tǒng)遠離裝夾機器人的一側，用于對磨光后的金相試樣進行拋光；傳輸系統(tǒng)環(huán)繞安裝在第一收集箱、磨光系統(tǒng)、拋光系統(tǒng)及第二收集箱的外圍，并且與磨光系統(tǒng)及拋光系統(tǒng)適配開斷傳輸配合；磨光系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)及拋光系統(tǒng)可拆卸連接于固定箱體內部；夾持系統(tǒng)用以夾持金相試樣，夾持系統(tǒng)與傳輸系統(tǒng)嚙合傳動且與傳輸系統(tǒng)滑動連接。

5、采用上述技術方案，本技術通過設置一套由裝夾機器人、第一收集箱、固定箱體、磨光系統(tǒng)、拋光系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、第二收集箱、安裝臺以及夾持系統(tǒng)組成的一體化金相試樣磨拋設備，可以大批次、高效率地磨、拋金相試樣。在工作過程中，裝夾機器人在第一收集箱中夾持待磨、拋的金相試樣，將其夾持到位于裝夾機器人一側傳輸系統(tǒng)上滑動的夾持系統(tǒng)中，夾持系統(tǒng)夾持待磨、拋的金相試樣在傳輸系統(tǒng)上順時針滑動，隨后進入磨光系統(tǒng)對金相試樣進行磨光，然后進入拋光系統(tǒng)對金相試樣進行拋光，最后將已磨拋好的金相試樣放置于第二收集箱中。實現(xiàn)了對金相試樣磨、拋的流水線作業(yè)，極大地節(jié)省了人力及時間成本、避免了手動磨、拋金相試樣時對手部造成的損害。

6、磨光系統(tǒng)包括依次間隔設置于主軸的動力機構、轉動機構總成、砂紙裝載機構以及排屑機構。

7、主軸設置于動力機構與排屑機構之間，并與兩者可拆卸連接。動力機構為主軸的轉動提供動力。

8、優(yōu)選地，動力機構包括固定板、第一蝸桿、第一電機以及第一渦輪。

9、固定板的形狀為長方體板，固定板一側沿其長邊對稱線一體設置有兩組基座，每個基座上設置有蝸桿孔；第一電機與固定板設置有基座的一側可拆卸連接，第一電機的輸出端與第一蝸桿的一端固定連接；第一蝸桿的兩端可轉動安裝于蝸桿孔中，其配合方式為間隙配合；第一渦輪中間設置有主軸安裝孔，主軸安裝孔與主軸上端可拆卸連接；第一渦輪與第一蝸桿嚙合傳動，第一電機轉動帶動第一蝸桿轉動，從而帶動第一蝸輪轉動，進而帶動主軸轉動。

10、轉動機構總成安裝于砂紙裝載機構的內部且由6個轉動機構圍繞主軸兩兩可拆卸連接而成；轉動機構結構呈空心梯形體，轉動機構在長邊所在的內外面上沿長邊對稱線設置有兩條第一環(huán)形齒條，第一環(huán)形齒條兩側且位于轉動機構上固定設置有兩組第一u形導軌，第一u形導軌上設置有滑動槽；轉動機構的短邊結構呈圓弧狀，短邊的半徑與主軸中間段的半徑相同。

11、砂紙裝載機構包括安裝架、第一氣壓缸、砂紙裝載板以及升降機構；安裝架結構為空心六邊體；第一氣壓缸垂直安裝于安裝架內部的6個平面上；砂紙裝載板結構為長方體薄板且可拆卸連接于第一氣壓缸的輸出端，每個砂紙裝載板上安裝有不同目數(shù)的砂紙，用以對金相試樣進行磨光；每個砂紙裝載板設置于安裝架內部每個平面的正前方且與安裝架內部的每個平面一一對應平行，為保證平穩(wěn)支撐，安裝架內部的每個平面與砂紙裝載板之間均設置有4個第一氣壓缸；砂紙裝載板沿著第一氣壓缸伸縮的方向運動。

12、采用上述技術方案，動力機構為主軸的轉動提供動力，可使轉動機構總成相對于安裝架有角度的轉動，使得轉動機構總成的每個邊始終保持與砂紙裝載板平行。設置于砂紙裝載機構內部的砂紙裝載板上可根據(jù)實際磨光情況安裝不同目數(shù)的砂紙，如在6個砂紙裝載板上分別設置400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目的砂紙，使得金相試樣自動化的從小目數(shù)的砂紙依次磨光到大目數(shù)的砂紙，達到金相試樣的磨光標準。

13、升降機構用于升降安裝架。

14、優(yōu)選地，升降機構包括外殼、第二電機、保護架、支撐腿、安裝桿、第二渦輪以及第二蝸桿。

15、外殼的結構為u形槽，外殼與安裝臺垂直可拆卸連接，第二電機可滑動地安裝于外殼的內表面上，外殼與支撐腿可拆卸連接。

16、支撐腿的結構為中間細兩頭粗的啞鈴狀階梯軸，支撐腿中間段的一側內部豎直設置有矩形槽，矩形槽內部豎直一體設置有直齒條；支撐腿的底部與安裝臺垂直可拆卸連接。

17、安裝桿由安裝座、連桿以及安裝環(huán)一體連接，安裝座與安裝架的外表面可拆卸連接，安裝環(huán)與支撐腿中間段間隙配合；安裝環(huán)的一側一體設置有開口槽，開口槽與矩形槽平行安裝；開口槽內部設置有第二渦輪及第二蝸桿，第二渦輪及第二蝸桿嚙合傳動，第二渦輪與直齒條嚙合傳動。

18、保護架結構為y形槽，保護架與開口槽可拆卸連接，第二電機的輸出端通過保護架與第二蝸桿的一端可拆卸連接，第二電機帶動第二蝸桿與第二渦輪嚙合傳動，第二渦輪與直齒條嚙合傳動，從而使安裝桿在支撐腿上滑動，進而使安裝架上下移動。

19、采用上述技術方案，通過第二電機的轉動，可使安裝架相對于轉動機構總成快速且自動化地上升或者下降，提升了磨光系統(tǒng)的工作效率。

20、排屑機構設置于主軸的下方，用以收集金相試樣被砂紙磨光后產(chǎn)生的金屬碎屑。

21、優(yōu)選地，排屑機構包括存儲箱及撥桿，存儲箱的結構呈空心圓柱體，存儲箱的上表面為凹盤，存儲箱的上表面上設置有三角形槽且下表面與安裝臺可拆卸連接。撥桿可拆卸垂直設置于主軸底部一側，主軸轉動帶動撥桿轉動；金屬碎屑掉落至存儲箱的上表面后，撥桿轉動將金屬碎屑推動到三角形槽中，進而使金屬碎屑掉落至存儲箱中。

22、采用上述技術方案，可使金相試樣在磨光的同時收集掉落的金屬碎屑，避免金屬碎屑對系統(tǒng)的運轉造成不利影響。

23、傳輸系統(tǒng)包括環(huán)形軌道、第一運動軌道、第二運動軌道、變軌軌道、直軌道、第二氣壓缸以及第三氣壓缸；并且環(huán)形軌道、第一運動軌道、第二運動軌道、變軌軌道以及直軌道適配開斷傳輸配合。

24、環(huán)形軌道的結構呈c形，環(huán)形軌道下表面間隔設置有兩條第二齒條且上表面一側末端固定有第二氣壓缸；第二齒條的兩側固定設置有兩組第二u形導軌。

25、第一運動軌道及第二運動軌道的結構相同且結構均呈l形，第一運動軌道下表面間隔設置有兩條第三齒條且上表面一側與第二氣壓缸的輸出端固定連接；第三齒條的兩側固定設置有兩組第三u形導軌。第二運動軌道下表面間隔設置有兩條第四齒條，第四齒條的兩側固定設置有兩組第四u形導軌。

26、變軌軌道的結構呈橢圓形，變軌軌道下表面間隔設置有兩條第五齒條，第五齒條的兩側固定設置有兩組第五u形導軌；變軌軌道由4個四分之一圓弧軌道及2個半圓弧軌道適配開斷傳輸配合，半圓弧軌道的上表面一體設置有第一底座。

27、直軌道下表面間隔設置有兩條第六齒條且上表面一側末端固定有第三氣壓缸；第六齒條的兩側固定設置有兩組第六u形導軌；第三氣壓缸的輸出端與第二運動軌道上表面的一側固定連接。

28、優(yōu)選地，環(huán)形軌道、第一運動軌道、第二運動軌道、變軌軌道以及直軌道的上表面位于同一水平面；每組第一環(huán)形齒條、第二齒條、第三齒條、第四齒條、第五齒條以及第六齒條的齒距及結構相同，每組第一u形導軌、第二u形導軌、第三u形導軌、第四u形導軌、第五u形導軌以及第六u形導軌的軌距及結構相同；第一運動軌道沿著第二氣壓缸伸出的方向移動可使第三齒條及第三u形導軌分別與第一環(huán)形齒條及第一u形導軌對接；第二運動軌道沿著第三氣壓缸伸出的方向移動可使第四齒條及第四u形導軌分別與第一環(huán)形齒條及第一u形導軌對接。

29、采用上述技術方案，可使環(huán)形軌道、第一運動軌道、轉動機構總成、第二運動軌道、直軌道以及變軌軌道形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。具體工作流程如下：

30、夾持系統(tǒng)夾持待磨拋的金相試樣從環(huán)形軌道滑動至第一運動軌道，然后升降機構降落安裝架，第二氣壓缸推動第一運動軌道與轉動機構總成對接，使第三齒條及第三u形導軌分別與第一環(huán)形齒條及第一u形導軌對接，隨后夾持系統(tǒng)夾持待磨拋的金相試樣從滑動槽進入轉動機構總成內部，最后位于磨光系統(tǒng)左側的第二氣壓缸拉動第一運動軌道回到初始位置，升降機構上升安裝架至初始位置。通過夾持系統(tǒng)在轉動機構總成內部滑動及動力機構帶動轉動機構總成轉動，可使夾持系統(tǒng)夾持待磨拋的金相試樣在每個砂紙裝載板上對金相試樣進行磨光。

31、首先，第一氣壓缸帶動砂紙裝載板收縮，然后動力機構帶動轉動機構總成滑動有夾持系統(tǒng)的一側轉動到與設置有400目砂紙的砂紙裝載板平行的位置，隨后第一氣壓缸帶動砂紙裝載板伸出合適的距離，使金相試樣表面與400目砂紙接觸，夾持系統(tǒng)夾持待磨、拋的金相試樣開始在設置有400目砂紙的砂紙裝載板上進行磨光。磨光2-3分鐘后，第一氣壓缸繼續(xù)帶動砂紙裝載板收縮，設置于夾持系統(tǒng)內部的第一驅動電機帶動轉動盤轉動180度，改變夾持系統(tǒng)夾持金相試樣的方向之后，第一氣壓缸帶動砂紙裝載板恢復到原來的位置，夾持系統(tǒng)夾持待磨、拋的金相試樣繼續(xù)在設置有400目砂紙的裝載板上進行磨光，繼續(xù)磨光2-3分鐘后，第一氣壓缸再次帶動砂紙裝載板收縮，動力機構再次帶動轉動機構總成滑動有夾持系統(tǒng)的一側轉動到與設置有600目砂紙的砂紙裝載板平行的位置，隨后第一氣壓缸帶動砂紙裝載板伸出合適的距離，使金相試樣表面與600目砂紙接觸，夾持系統(tǒng)夾持金相試樣開始在設置有600目的砂紙裝載板上進行磨光，依次磨光到2000目砂紙。

32、當夾持系統(tǒng)夾持金相試樣在設置有2000目砂紙的砂紙裝載板上磨光完成后，第一氣壓缸繼續(xù)帶動砂紙裝載板收縮，動力機構帶動轉動機構總成滑動有夾持系統(tǒng)的一側轉動到與安裝架右側面平行的位置。

33、然后升降機構降落安裝架，第三氣壓缸推動第二運動軌道與轉動機構總成對接，使第四齒條及第四u形導軌分別與第一環(huán)形齒條及第一u形導軌對接，然后夾持系統(tǒng)夾持已磨光的金相試樣通過滑動槽從轉動機構總成內部滑動至第二運動軌道上，隨后升降機構繼續(xù)上升安裝架至初始位置，夾持系統(tǒng)夾持已磨光的金相試樣從第二運動軌道滑動至直軌道，然后滑動至變軌軌道。從而實現(xiàn)了金相試樣的自動化磨光，極大地提升了金相試樣的磨光效率以及節(jié)約了金相試樣的磨光時間。

34、夾持系統(tǒng)包括第一支撐架、第二支撐架、轉動齒輪、滑軌、第一驅動電機、第二驅動電機、轉動盤以及柔性夾具。

35、第一支撐架及第二支撐架的結構均呈п形，第一支撐架上表面內部固定安裝有第一驅動電機，第一支撐架內部的兩側面固定安裝有第二驅動電機；轉動盤位于第一支撐架的上方，轉動盤的圓心與第一驅動電機的輸出端固定連接；轉動齒輪的圓心與第二驅動電機的輸出端固定連接。

36、第二支撐架可拆卸安裝于第一支撐架的內側，轉動齒輪在第二支撐架內部轉動，滑軌可拆卸設置于第一支撐架及第二支撐架的底部。

37、優(yōu)選地，轉動齒輪與第一環(huán)形齒條、第二齒條、第三齒條、第四齒條、第五齒條以及第六齒條嚙合傳動。

38、優(yōu)選地，滑軌在第一u形導軌、第二u形導軌、第三u形導軌、第四u形導軌、第五u形導軌以及第六u形導軌上滑動。

39、采用上述技術方案，第二驅動電機帶動轉動齒輪轉動，轉動齒輪與第一環(huán)形齒條、第二齒條、第三齒條、第四齒條、第五齒條以及第六齒條嚙合傳動，滑軌在第一u形導軌、第二u形導軌、第三u形導軌、第四u形導軌、第五u形導軌以及第六u形導軌上滑動，可使夾持系統(tǒng)夾持金相試樣自動化地在環(huán)形軌道、第一運動軌道、轉動機構總成、直軌道、變軌軌道內部滑動。

40、柔性夾具由兩個夾持機構可拆卸對稱設置于轉動盤上，用以夾持金相試樣。

41、優(yōu)選地，夾持機構包括動力箱、伸縮缸、夾持箱、彈簧以及頂殼。

42、動力箱的結構為圓弧形空腔且內部圓弧面中心設置有伸縮缸。

43、夾持箱的結構為空心梯形體，夾持箱的短邊外表面幾何中心與伸縮缸的輸出端固定連接；夾持箱的短邊內表面一體陣列設置有頂桿，每個頂桿與夾持箱的短邊內表面垂直，頂桿的結構為圓柱體，頂桿的長度為夾持箱短邊與長邊之間距離的三分之二；夾持箱的長邊陣列設置有伸縮通孔，每個頂桿與每個伸縮通孔同圓心。

44、頂殼的結構呈子彈狀，頂殼的一端為半圓球且另一端內部為空心圓柱槽，空心圓柱槽與頂桿間隙配合安裝，頂殼與伸縮通孔間隙配合。

45、彈簧與頂桿同圓心安裝，彈簧的一端與夾持箱的短邊內表面固定連接，彈簧的另一端與頂殼設置有空心圓柱槽的一端固定連接，彈簧對頂殼施加彈力。

46、采用上述技術方案，通過在夾持系統(tǒng)上設置柔性夾具，夾持系統(tǒng)可夾持不同形狀、不同大小的待磨、拋金相試樣，極大的提高了金相試樣的夾持效率。通過在夾持系統(tǒng)的夾持機構中設置伸縮缸及夾持箱，可使夾持系統(tǒng)夾持金相試樣在傳輸系統(tǒng)上滑動到第二收集箱上方時，伸縮缸自動化拉動夾持箱，致使金相試樣從夾持系統(tǒng)中掉落到第二收集箱中，實現(xiàn)了對磨拋過后的金相試樣進行自動化收集。

47、拋光系統(tǒng)包括軌道變換機構及拋光機，軌道變換機構設置于拋光機的上側。

48、軌道變換機構用以變換變軌軌道的結構，拋光機用以拋光金相試樣；軌道變換機構使2個半圓弧軌道拼接為圓盤，滑動至半圓弧軌道上的夾持系統(tǒng)夾持金相試樣在拋光機上進行拋光。

49、優(yōu)選地，軌道變換機構包括頂板、第四氣壓缸、變軌機構、支撐柱以及推動板。

50、頂板的結構為長方體薄板，頂板上固定安裝有第四氣壓缸。

51、變軌機構包括變軌架及活動設置于變軌架上的變軌桿；變軌架形狀呈t形且由兩個變軌板與支撐板垂直一體連接，兩個變軌板平行設置且結構相同，支撐板及變軌板的形狀皆為長方體薄板，變軌板上設置有變軌道。

52、變軌桿的結構呈∟形，變軌桿的一端活動連接于變軌道中，變軌桿的另一端與第一底座固定連接；頂板及支撐板通過支撐柱固定連接，支撐柱的一端與頂板固定連接，支撐柱貫穿支撐板并與支撐板固定連接，支撐柱的另一端與變軌軌道包含的4個四分之一圓弧軌道的上平面固定連接。

53、推動板結構呈t形且由連接板與承載板垂直一體連接；連接板設置于兩個變軌板中間且與第四氣壓缸的輸出端可拆卸連接；承載板結構呈啞鈴狀，承載板的兩端設置有導向槽，變軌桿在導向槽中移動；承載板遠離連接板的一側固定設置有第一導軌，第一底座在第一導軌上滑動。

54、第四氣壓缸推動推動板向下移動，進而帶動變軌桿在變軌道中運動，推動板向下移動一段距離后，變軌桿帶動2個半圓弧軌道在向下移動的同時相向運動，從而使2個半圓弧軌道拼接為圓盤；半圓弧軌道上的夾持系統(tǒng)夾持金相試樣在拋光機上進行拋光。

55、優(yōu)選地，拋光機包括拋光箱體、拋光電機、拋光盤以及供水系統(tǒng)。

56、拋光箱體由圓柱體外殼及長方體外殼一體連接，圓柱體外殼垂直設置于長方體外殼的上表面中心，圓柱體外殼內部設置有拋光電機。

57、拋光盤結構為圓盤，拋光盤安裝于圓柱體外殼內部且上表面低于圓柱體外殼上表面2厘米，拋光盤的圓心與拋光電機的輸出端固定連接，拋光盤與圓柱體外殼同圓心且上表面安裝有拋光布，拋光電機轉動帶動拋光盤轉動，對放置于上面的金相試樣進行拋光。

58、長方體外殼的內部設置有供水系統(tǒng)，用以在拋光時對拋光盤表面注入水或拋光液。

59、采用上述技術方案，當夾持系統(tǒng)夾持已磨光的金相試樣從轉動機構總成內部滑動至第二運動軌道，然后滑動至直軌道，最后滑動至變軌軌道的2個半圓弧軌道后夾持系統(tǒng)停止滑動。第四氣壓缸開始推動推動板向下移動，變軌桿開始在變軌道中運動，推動板向下移動一段距離后，由于變軌道的作用，變軌桿帶動2個半圓弧軌道在向下移動的同時將相向運動，從而使2個半圓弧軌道拼接為圓盤。隨后，拋光電機帶動拋光盤轉動，半圓弧軌道上的夾持系統(tǒng)夾持金相試樣在拋光盤上進行拋光，在拋光的同時供水系統(tǒng)對拋光盤表面注入水或拋光液，對金相試樣的拋光達到更好的效果。

60、固定箱體用以保護、安裝及定位內部系統(tǒng)。

61、優(yōu)選地，固定箱體的結構呈u形槽，固定箱體的前后表面設置有條形槽，用以觀察固定箱體內部系統(tǒng)的工作情況。

62、固定箱體內部上表面設置有連接柱及連接桿；連接柱與環(huán)形軌道的上表面可拆卸連接；連接桿與第二氣壓缸及第三氣壓缸的缸體可拆卸連接。

63、動力機構包含的固定板的上表面與固定箱體上板的內表面可拆卸連接。

64、優(yōu)選地，裝夾機器人包括支撐座、機械臂、機器人控制柜以及夾爪。

65、支撐座可拆卸安裝于安裝臺上側，機械臂活動地連接于支撐座上部，機械臂帶動夾爪進行工作；機器人控制柜可拆卸安裝于機械臂的一側，機器人控制柜與裝夾機器人電連接。

66、第一收集箱及第二收集箱的結構為上表面開口的長方體箱體，第一收集箱及第二收集箱的結構相同且下表面均與安裝臺可拆卸連接，第一收集箱用以放置待磨、拋的金相試樣，第二收集箱用以放置已磨、拋的金相試樣。

67、裝夾機器人包含的夾爪在第一收集箱中夾持待磨、拋的金相試樣，將其夾持到位于裝夾機器人一側環(huán)形軌道上滑動的夾持系統(tǒng)上，夾持系統(tǒng)夾持待磨、拋的金相試樣在傳輸系統(tǒng)上順時針滑動，隨后進入磨光系統(tǒng)對金相試樣進行磨光，然后進入拋光系統(tǒng)對金相試樣進行拋光。

68、采用上述技術方案，通過設置裝夾機器人實現(xiàn)對金相試樣的自動化裝夾，極大地提高了金相試樣的裝夾效率。

69、本發(fā)明的有益效果是：本技術通過設置一套由裝夾機器人、第一收集箱、固定箱體、磨光系統(tǒng)、拋光系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、第二收集箱、安裝臺以及夾持系統(tǒng)組成的一體化金相試樣磨拋設備，可以大批次、高效率地磨、拋金相試樣。在工作過程中，裝夾機器人在第一收集箱中夾持待磨、拋的金相試樣，將其夾持到位于裝夾機器人一側環(huán)形軌道上滑動的夾持系統(tǒng)上，夾持系統(tǒng)夾持待磨、拋的金相試樣在傳輸系統(tǒng)上順時針滑動，隨后進入磨光系統(tǒng)對金相試樣進行磨光，然后進入拋光系統(tǒng)對金相試樣進行拋光，最后將已磨、拋好的金相試樣放置于第二收集箱中。實現(xiàn)了對金相試樣磨、拋的流水線作業(yè)，極大地節(jié)省了人力、時間成本、避免了手動磨、拋金相試樣時對手部造成的損害。