本實用新型涉及一種磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

模具在使用過程中不可避免地存在磨損、疲勞等失效形式，通過激光強(qiáng)化處理，可以對模具修復(fù)再制造，從而延長模具的使用壽命。然而，經(jīng)過激光強(qiáng)化處理后的模具表面，硬度和耐磨性都大幅提升，這導(dǎo)致加工難度和加工耗時的大幅提升。為了研究氣壓砂輪面向激光強(qiáng)化后的模具的光整效果，需要對氣壓砂輪的磨粒群的表層動態(tài)應(yīng)力進(jìn)行測量，從而能夠分析磨粒群的切削能力。

當(dāng)前，在氣壓砂輪實際加工過程中，無法測量表面切削力。鑒于磨粒群在氣壓砂輪加工過程中的表層動態(tài)應(yīng)力對研究氣壓砂輪面向激光強(qiáng)化處理的模具的光整效果有著重大意義，設(shè)計和開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)力采集系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決在氣壓砂輪實際加工過程中無法測量表面切削力的問題，本實用新型提出了一種既可以實時測定磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力、又能實施調(diào)控試驗條件的磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力測試系統(tǒng)。

本實用新型所述的磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力測試系統(tǒng)，其特征在于：包括用于容納磨粒群的腔體、用于向腔體施加壓力的加壓裝置、用于驅(qū)動腔體旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置、下位機(jī)以及顯示器，所述腔體設(shè)有帶密封件的加料口，所述腔體的內(nèi)壁貼覆若干用于采集磨粒群表層應(yīng)力變化的應(yīng)變片，所述腔體安裝在所述驅(qū)動裝置上，所述腔體上方安裝加壓裝置，并且所述加壓裝置的加壓端直接作用在磨粒群的上表面；所述下位機(jī)可以是單片機(jī)或者PLC，具有采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和實驗條件控制的功能。所述應(yīng)變片可以是電阻式應(yīng)變片，利用應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)測得實驗數(shù)據(jù)。每個應(yīng)變片都要和下位機(jī)相連，從而測得多條應(yīng)力曲線。應(yīng)變片均勻地分布在腔體的下表面和側(cè)壁；

所述加壓裝置包括第一伺服電機(jī)、連桿組件、活塞以及活塞作用面積調(diào)整裝置，所述第一伺服電機(jī)的動力輸出端與所述連桿的一端軸接，所述連桿的另一端與所述活塞一側(cè)固接，實現(xiàn)活塞的直線往復(fù)運(yùn)動；所述活塞的按壓側(cè)與活塞作用面積調(diào)整裝置相連；所述活塞作用面積調(diào)整裝置包括絲桿、滑塊、底盤、至少一對側(cè)拉桿、多個用于限定關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的定位卡扣、多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；所述絲桿一端與底盤固接，另一端受到活塞的按壓；所述滑塊與絲桿螺接；所述底盤上順次安裝多個用于實現(xiàn)底盤翻折的關(guān)節(jié)；所述側(cè)拉桿的一端與所述滑塊鉸接，另一端與所述底盤的兩端部鉸接；所述定位卡扣扣在需要維持在水平狀態(tài)的關(guān)節(jié)上，其中關(guān)節(jié)的水平狀態(tài)是指關(guān)節(jié)保持底盤相應(yīng)的連接處展平時對應(yīng)的狀態(tài)；

所述驅(qū)動裝置包括第二伺服電機(jī)和轉(zhuǎn)盤，所述第二伺服電機(jī)的動力輸出端通過聯(lián)軸器與所述腔體的轉(zhuǎn)動軸軸接；

所述下位機(jī)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及命令模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸入端與所述應(yīng)變片的引線電連，所述數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的信號輸入端電連，所述數(shù)據(jù)處理模塊的第一信號輸出端與所述顯示器的信號輸入端電連，所述數(shù)據(jù)處理模塊的第二信號輸出端與所述命令模塊的信號輸入端電連，所述命令模塊的第一信號輸出端與所述第一伺服電機(jī)的控制端電連，所述命令模塊的第二信號輸出端與所述第二伺服電機(jī)的控制端電連。

所述腔體和活塞作用面積調(diào)整裝置的底盤組成一個空心圓柱體密封腔并且所述應(yīng)變片均勻的貼覆在所述腔體的下表面和側(cè)壁。

所述腔體的轉(zhuǎn)動軸為腔體豎直中心軸。

所述應(yīng)變片為電阻應(yīng)變片，其轉(zhuǎn)換公式為：

其中，R為應(yīng)變片原電阻值(單位為Ω)；

ΔR為伸長或壓縮所引起的電阻變化值(單位為Ω)

K：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)(常量，由應(yīng)變片的生產(chǎn)廠家提供)；

ε：應(yīng)變片變形的成度，即ΔL/L,無量綱。

所述定位卡扣為門型結(jié)構(gòu)。

所述底盤上安裝4個關(guān)節(jié)，且所述定位卡扣的個數(shù)比關(guān)節(jié)的個數(shù)少兩個，實現(xiàn)底盤按壓面積的三種狀態(tài)的變化：分別是100％作用面積模式、80％作用面積模式、60％作用面積模式。

本實用新型的工作原理在于：腔體的內(nèi)壁(包括側(cè)壁和下內(nèi)表面)都均勻固定多個應(yīng)變片，因此能夠測量表層動態(tài)應(yīng)力。轉(zhuǎn)盤安裝在腔體下方，聯(lián)軸器上下分別連接轉(zhuǎn)盤和第二伺服電機(jī)，第二伺服電機(jī)可以通過下位機(jī)控制轉(zhuǎn)速，因此下位機(jī)能夠控制腔體內(nèi)磨粒群的轉(zhuǎn)速?；钊惭b在腔體上方，活塞可以通過下位機(jī)進(jìn)行上下運(yùn)動的控制，因此下位機(jī)能夠控制活塞的位置，進(jìn)而控制磨粒群受到的外力。

腔體、活塞、顯示器和下位機(jī)構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)力的變化，通過下位機(jī)改變活塞的位置和第二伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制磨粒群的切削狀態(tài)；下位機(jī)將應(yīng)變片采集的磨粒群表層應(yīng)力動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過顯示器顯示磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力變化曲線。

本實用新型的有益效果在于：1、為了解決在氣壓砂輪實際加工過程中無法測量表面切削力的問題，設(shè)計了一種磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力采集系統(tǒng)。該套系統(tǒng)對研究氣壓砂輪面向激光強(qiáng)化處理的模具的光整效果提供極大的幫助；2、腔體、活塞、顯示器和下位機(jī)構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)力的變化，通過下位機(jī)改變活塞的位置和伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制磨粒群的切削狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實用新型的活塞作用面積調(diào)整裝置不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖，100％作用面積模式。

圖3是本實用新型的活塞作用面積調(diào)整裝置不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖，80％作用面積模式；

圖4是本實用新型的活塞作用面積調(diào)整裝置不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖，60％作用面積模式。

圖5是本實用新型的活塞作用面積調(diào)整裝置的俯視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型

參照附圖：

實施例1本實用新型所述的磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力測試系統(tǒng)，包括用于容納磨粒群的腔體6、用于向腔體施加壓力的加壓裝置、用于驅(qū)動腔體旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置、下位機(jī)7以及顯示器8，所述腔體6設(shè)有帶密封件的加料口，所述腔體6的內(nèi)壁貼覆多個用于采集磨粒群表層應(yīng)力變化的應(yīng)變片2，所述腔體6安裝在所述驅(qū)動裝置上，所述腔體6上方安裝加壓裝置，并且所述加壓裝置的加壓端直接作用在磨粒群的上表面；所述下位機(jī)7可以是單片機(jī)或者PLC，具有采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和實驗條件控制的功能；所述應(yīng)變片2是電阻式應(yīng)變片，利用應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)測得實驗數(shù)據(jù)；每個應(yīng)變片2都要和下位機(jī)7相連，從而測得多條應(yīng)力曲線；應(yīng)變片2均勻地分布在腔體的下表面和側(cè)壁；

所述加壓裝置包括第一伺服電機(jī)、連桿組件、活塞9以及活塞作用面積調(diào)整裝置1，所述第一伺服電機(jī)的動力輸出端與所述連桿的一端軸接，所述連桿的另一端與所述活塞一側(cè)固接，實現(xiàn)活塞的直線往復(fù)運(yùn)動；所述活塞的按壓側(cè)與活塞作用面積調(diào)整裝置相連；所述活塞作用面積調(diào)整裝置1包括絲桿10、滑塊11、底盤14、一對側(cè)拉桿(12、13)、2個用于限定關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的定位卡扣(19、20)和4個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(15、16、17、18)；所述絲桿10一端與底盤14中心固接，另一端受到活塞9的按壓；所述滑塊11與絲桿10螺接，實現(xiàn)滑塊11沿絲桿10調(diào)整上下位置；所述底盤14上順次安裝4個用于實現(xiàn)底盤翻折的關(guān)節(jié)(15、16、17、18)，所述底盤14通過關(guān)節(jié)(15、16、17、18)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行翻折；所述側(cè)拉桿(12、13)的一端與所述滑塊11鉸接，另一端與所述底盤14的兩端部鉸接，從而改變側(cè)拉桿(12、13)的位置，進(jìn)而改變底盤14兩端翹起的角度；所述定位卡扣(19、20)扣在需要維持在水平狀態(tài)的關(guān)節(jié)(15、16、17、18)上，其中關(guān)節(jié)(15、16、17、18)的水平狀態(tài)是指關(guān)節(jié)保持底盤14相應(yīng)的連接處展平時對應(yīng)的狀態(tài)；

所述驅(qū)動裝置包括第二伺服電機(jī)5和轉(zhuǎn)盤3，所述第二伺服電機(jī)5的動力輸出端通過聯(lián)軸器4與所述腔體6轉(zhuǎn)動軸軸接；

所述下位機(jī)7包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及命令模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸入端與所述應(yīng)變片的引線電連，所述數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的信號輸入端電連，所述數(shù)據(jù)處理模塊的第一信號輸出端與所述顯示器的信號輸入端電連，所述數(shù)據(jù)處理模塊的第二信號輸出端與所述命令模塊的信號輸入端電連，所述命令模塊的第一信號輸出端與所述第一伺服電機(jī)的控制端電連，所述命令模塊的第二信號輸出端與所述第二伺服電機(jī)的控制端電連。

所述腔體6和活塞作用面積調(diào)整裝置1的底盤組成一個空心圓柱體密封腔，其中所述應(yīng)變片2均勻的貼覆在所述腔體6的下表面和側(cè)壁。

所述腔體6的轉(zhuǎn)動軸為腔體豎直中心軸。

所述轉(zhuǎn)盤水平布置。

所述應(yīng)變片為電阻應(yīng)變片，其轉(zhuǎn)換公式為：

其中，R為應(yīng)變片原電阻值(單位為Ω)；

ΔR為伸長或壓縮所引起的電阻變化值(單位為Ω)

K：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)(常量，由應(yīng)變片的生產(chǎn)廠家提供)；

ε：應(yīng)變片變形的成度，即ΔL/L,無量綱。

所述定位卡扣為門型結(jié)構(gòu)。

所述底盤上安裝4個關(guān)節(jié)，且所述定位卡扣的個數(shù)比關(guān)節(jié)的個數(shù)少兩個，實現(xiàn)底盤按壓面積的三種狀態(tài)的變化：分別是100％作用面積模式、80％作用面積模式、60％作用面積模式。

當(dāng)活塞作用面積調(diào)整裝置1為100％作用面積模式時，底盤14平放，滑塊11處于最低位置，其中滑塊支承著兩根側(cè)拉桿(12、13)，確保底盤的最外面兩端是受到往下壓的力，從而保證底盤最外面兩段的水平，而關(guān)節(jié)(15、18)是不需要定位卡扣就能完成固定的；定位卡扣(19、20)分別扣在關(guān)節(jié)(16、17)上，此時關(guān)節(jié)(15、16、17、18)均處于水平狀態(tài)。

當(dāng)活塞作用面積調(diào)整裝置1為80％作用面積模式時，定位卡扣(19、20)分別扣在關(guān)節(jié)(16、17)上，滑塊處于中間高度，關(guān)節(jié)15和關(guān)節(jié)18旋轉(zhuǎn)，底盤14從關(guān)節(jié)15和關(guān)節(jié)18處翹起。

當(dāng)活塞作用面積調(diào)整裝置1為60％作用面積模式時，定位卡扣(19、20)分別扣在關(guān)節(jié)15和關(guān)節(jié)18上，滑塊處于最大高度，關(guān)節(jié)16和關(guān)節(jié)17旋轉(zhuǎn)，底盤14從關(guān)節(jié)16和關(guān)節(jié)17處翹起。

本實用新型的工作原理在于：腔體6的內(nèi)壁(包括側(cè)壁和上下內(nèi)表面)都均勻固定多個應(yīng)變片2，因此能夠測量表層動態(tài)應(yīng)力。轉(zhuǎn)盤32安裝在腔體6下方，聯(lián)軸器4上下分別連接轉(zhuǎn)盤3和第二伺服電機(jī)5，第二伺服電機(jī)5可以通過下位機(jī)7控制轉(zhuǎn)速，因此下位機(jī)7能夠控制腔體內(nèi)磨粒群的轉(zhuǎn)速。活塞安裝在腔體上方，活塞可以通過下位機(jī)進(jìn)行上下運(yùn)動的控制，因此下位機(jī)能夠控制活塞的位置，進(jìn)而控制磨粒群受到的外力。

腔體6、活塞9、顯示器8和下位機(jī)7構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)力的變化，通過下位機(jī)7改變活塞的位置和第二伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)速，從而控制磨粒群的切削狀態(tài)；下位機(jī)7處理應(yīng)變片2的動態(tài)數(shù)據(jù)，并通過顯示器8顯示磨粒群表層動態(tài)應(yīng)力變化曲線。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。