一種用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]涂層刀具廣泛用于切削加工，與未涂層刀具相比有效地降低了切削加工時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、切削力和刀具摩擦、磨損，顯著提高了刀具使用壽命和切削效率。用來測(cè)試涂層刀具力學(xué)性能的方法很多，其中沖擊試驗(yàn)是用來模擬切削過程中工件對(duì)涂層刀具的沖擊作用，測(cè)試涂層刀具的抗沖擊性能。
[0003]沖擊試驗(yàn)中，球形壓頭以一定頻率、一定大小的沖擊力連續(xù)沖擊涂層刀具表面，使涂層刀具表面發(fā)生彈性變形甚至塑性變形，涂層刀具表層或亞表層固有的微裂紋和由局部塑性應(yīng)變集中引起的裂紋在循環(huán)應(yīng)力的作用下發(fā)生擴(kuò)展，最終使涂層刀具失效。通過對(duì)涂層刀具表面失效形式、失效區(qū)域大小進(jìn)行分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層刀具抗沖擊性能的評(píng)價(jià)。
[0004]目前用于實(shí)現(xiàn)沖擊運(yùn)動(dòng)的方式主要有牽引式電磁鐵和氣動(dòng)裝置。牽引式電磁鐵產(chǎn)生的沖擊力信號(hào)形式單一、空占比固定，并且因線圈發(fā)熱等原因，沖擊力大小和頻率較低，制造成本較高。氣動(dòng)裝置產(chǎn)生的沖擊力同樣存在信號(hào)形式單一、空占比固定、頻率較低的特點(diǎn)，需要配備空氣壓縮機(jī)等體積較大裝置，被測(cè)試刀具體積很小，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，極不協(xié)調(diào)，還存在噪音污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置，本裝置有效解決現(xiàn)有牽引式電磁鐵和氣動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)沖擊運(yùn)動(dòng)存在的沖擊力信號(hào)形式單一、空占比固定、頻率較低、試驗(yàn)臺(tái)體積較大的問題，沖擊力信號(hào)形式、空占比和頻率可由信號(hào)發(fā)生器調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)較大沖擊力，體積小、成本低，適合涂層刀具沖擊性能測(cè)試。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置，包括固定臺(tái)，固定臺(tái)一側(cè)設(shè)有載物臺(tái)，載物臺(tái)一側(cè)固定有試樣壓板，試樣壓板用于固定試樣，試樣與轉(zhuǎn)接頭相接觸，轉(zhuǎn)接頭與力傳感器連接，力傳感器的另一側(cè)連接壓電致動(dòng)器，壓電致動(dòng)器連接絲杠，壓電致動(dòng)器和絲杠分別通過壓電致動(dòng)器壓板、支撐螺母固定在固定臺(tái)上，向壓電致動(dòng)器施加不同形式、不同空占比、不同頻率的電壓信號(hào)，壓電致動(dòng)器產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊力，通過力傳感器和轉(zhuǎn)接頭施加于試樣上。
[0008]所述轉(zhuǎn)接頭包括壓蓋、球形壓頭和壓頭基座，壓蓋和壓頭基座通過螺紋連接，將球形壓頭固定在壓頭基座內(nèi)，方便更換球形壓頭，球形壓頭以轉(zhuǎn)接頭的形式通過螺紋與力傳感器連接，力傳感器、壓電致動(dòng)器、絲杠之間的面與面配合通過螺紋連接緊固，通過增加緊固螺母來消除絲杠與支撐螺母在軸向上的間隙。
[0009]所述壓蓋蓋面中心有球弧形孔，與球形壓頭球面配合，壓蓋后端為螺紋孔，通過螺紋與壓頭基座連接。所述球形壓頭可根據(jù)需要選用硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等硬度較高的材料。
[0010]所述壓頭基座前端面有半球形凹坑，與球形壓頭球面配合；外側(cè)面為螺紋面，通過螺紋與壓蓋連接；后端為螺紋柱，通過螺紋與力傳感器連接。
[0011]所述壓電致動(dòng)器為封裝成圓柱狀的壓電陶瓷，前端為帶有內(nèi)螺紋孔的圓柱，通過螺紋與力傳感器連接；后端面有內(nèi)螺紋孔，通過螺紋與絲杠連接。
[0012]所述絲杠前端為螺紋柱，通過螺紋與壓電致動(dòng)器連接；后端帶有用于夾持的方形臺(tái)；絲杠通過支撐螺母固定在工作臺(tái)上，通過緊固螺母保證絲杠與支撐螺母在軸向無間隙配合。
[0013]所述絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使壓電致動(dòng)器、力傳感器和轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)球形壓頭與試樣之間的距離。
[0014]所述載物臺(tái)側(cè)面有螺紋孔，通過螺栓與試樣壓板連接；底部有螺紋孔，通過螺栓與固定臺(tái)連接。
[0015]所述固定臺(tái)中間設(shè)有壓電致動(dòng)器基座，壓電致動(dòng)器基座上有半圓柱凹坑，與壓電致動(dòng)器圓柱面配合并且避免與絲杠干涉；上平面有螺紋孔，通過螺栓與壓電致動(dòng)器壓板連接；底部有螺紋孔，通過螺栓與固定臺(tái)連接。
[0016]所述絲杠固定于螺母基座上，螺母基座固定于固定臺(tái)上，螺母基座上有通孔，與支撐螺母形成過盈配合；側(cè)面有螺紋孔，通過螺栓將支撐螺母固定在螺母基座上；底部有螺紋孔，通過螺栓與固定臺(tái)連接。
[0017]所述壓電致動(dòng)器連接有放大器，信號(hào)發(fā)生器通過放大器連接壓電致動(dòng)器。
[0018]本發(fā)明的工作原理為:壓電致動(dòng)器為通過機(jī)械結(jié)構(gòu)封裝成圓柱狀的壓電陶瓷，壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，在壓電陶瓷極化方向上施加電場(chǎng)，壓電陶瓷便發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，壓電陶瓷的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。封裝后的壓電陶瓷即壓電致動(dòng)器，在電場(chǎng)的作用下壓電陶瓷發(fā)生變形使壓電致動(dòng)器前端圓柱發(fā)生位移，電場(chǎng)去掉后，圓柱位移消失。
[0019]基于壓電陶瓷具有逆壓電效應(yīng)的特點(diǎn)，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的任意電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大后接到壓電致動(dòng)器上，可使壓電致動(dòng)器前端圓柱產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過固定試樣使其阻礙圓柱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生沖擊力。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生不同形式、不同空占比、不同頻率的電壓信號(hào)，調(diào)節(jié)放大器可產(chǎn)生不同大小的電壓信號(hào)，從而使壓電致動(dòng)器產(chǎn)生不同形式、不同空占比、不同頻率以及不同大小的沖擊力。
[0020]壓電致動(dòng)器屬于大出力小位移的電子元器件，為消除沖擊試驗(yàn)臺(tái)在軸向上由于面與面之間配合產(chǎn)生間隙而帶來壓電致動(dòng)器位移(沖擊力)的損失，試樣通過試樣壓板緊固在載物臺(tái)上，球形壓頭以轉(zhuǎn)接頭的形式通過螺紋與力傳感器連接，力傳感器、壓電致動(dòng)器、絲杠之間的面與面配合通過螺紋連接緊固，通過增加緊固螺母來消除絲杠與支撐螺母在軸向上的間隙。壓電陶瓷為脆性材料，為保證沖擊力方向和壓電致動(dòng)器軸向保證一致，通過壓電致動(dòng)器蓋板限制壓電致動(dòng)器的徑向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需要選擇不同材質(zhì)的球形壓頭并將其固定在轉(zhuǎn)接頭上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠可以使壓電致動(dòng)器、力傳感器和轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)球形壓頭與試樣之間的距離，方便更換不同厚度的試樣。通過調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和放大器，可以獲得不同形式、不同空占比、不同頻率以及不同大小的沖擊力。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022](I)本發(fā)明設(shè)計(jì)牢靠，可靠性高，通過設(shè)置壓電致動(dòng)器能夠獲得信號(hào)形式、空占比、頻率和大小可調(diào)的沖擊力；
[0023](2)相比將球形壓頭鑲嵌或焊接到轉(zhuǎn)接頭上，通過蓋板緊固可根據(jù)需要更換球形壓頭；
[0024](3)可靠的控制壓電致動(dòng)器的軸向位移，消除軸向面與面配合間隙；
[0025](4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，具有體積、噪音小和成本低的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1是用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置示意圖；
[0027]圖2是用于涂層刀具抗沖擊性能測(cè)試的試驗(yàn)裝置部件分解示意圖；
[0028]圖3壓電致動(dòng)器、壓電致動(dòng)器及壓電致動(dòng)器壓板分解示意圖；
[0029]圖4是絲杠、螺母及螺母基座結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖5是轉(zhuǎn)接頭剖視圖；
[0031]圖6是轉(zhuǎn)接頭分解圖。
[0032]其中，1.載物臺(tái)，Ia.載物臺(tái)側(cè)面螺紋孔，Ib.載物臺(tái)底部螺紋孔，2.試樣，3.試樣壓板，4.壓蓋，4a.壓蓋蓋面中心球弧形孔，4b.壓蓋后端螺紋孔，5.球形壓頭，6.壓頭基座，6a.壓頭基座前端半球凹坑，6b.壓頭基座側(cè)面螺紋，6c.壓頭基座后端螺紋柱，7.力傳感器，8.壓電致動(dòng)器壓板，9.壓電致動(dòng)器，9a.圓柱，9b.電壓信號(hào)輸入口，9c.內(nèi)螺紋孔，10.壓電致動(dòng)器