CN111546197A - 一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法，属于抛光设备的技术领域，包括床身，还包括控制***、床头组件、尾座组件和抛光头组件，所述床头组件、尾座组件和抛光头组件均设于床身上且三者均与所述控制***电连接，并通过床头组件驱动夹持于床头组件与尾座组件之间的试样转动；所述抛光头组件包括数控十字滑台和设于该数控十字滑台上的抛光头，所述数控十字滑台驱动抛光头沿X向和/或Y向运动并通过抛光头对转动的试样进行纵向抛光，以满足疲劳测试用试样低应力加工的轴向抛光需求，进而达到提高试样加工效率，大幅度提高了劳动生产率的目的。

Description

一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法

技术领域

本发明属于抛光设备的技术领域，具体而言，涉及一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法。

背景技术

试样制备在材料力学疲劳性能测试中占有非常重要的地位，加工后试样表面质量的好坏直接关系到测试数据的准确性和可靠性，特别是燃气轮机、航空发动机叶片的研发对疲劳试样加工要求更高，需要低应力加工工序和控制试样表面残余应力，以保证测试试样处于指定范围内的低应力状态，消除疲劳测试用试样径向加工痕迹，在20倍放大镜下观察试样表面无横向划痕。

传统磨削加工技术虽然也可以获得试样的精度和表面粗糙度，但实际生产中经常出现磨削裂纹、表面烧伤、表面高应力状态等严重破坏构件表面完整性，降低构件疲劳强度或疲劳寿命等问题，影响疲劳测试数据的准确性，而且传统磨削技术加工试样，一般采用手工砂纸抛光，或者采用手持砂带抛光机打磨等方法进行纵向抛光，或采用现代数控砂带磨床加工技术。

手工砂纸抛光或手持砂带抛光机打磨效率十分低下，用力大小因人而异且同一研磨者也会出现表面抛光不均现象，还会出现横向纹路去除不彻底，加工质量不稳定等问题。手持砂带抛光机或数控砂带磨床抛光采用的是接触轮式砂带磨削，通过接触轮压住砂带接触试样表面，对试样表面进行抛磨，适用于磨削深度大，加工精度一般的外圆磨削。且受接触轮的尺寸大小限制，某些尺寸非常小的试样过渡圆弧将无法参与磨削。因此这些方法难以为设计和产品质量保证提供可靠的测试数据。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法以满足疲劳测试用试样低应力加工的轴向抛光需求，进而达到提高试样加工效率，大幅度提高了劳动生产率的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，包括床身，还包括控制***、床头组件、尾座组件和抛光头组件，所述床头组件、尾座组件和抛光头组件均设于床身上且三者均与所述控制***电连接，并通过床头组件驱动夹持于床头组件与尾座组件之间的试样转动；所述抛光头组件包括数控十字滑台和设于该数控十字滑台上的抛光头，所述数控十字滑台驱动抛光头沿X向和/或Y向运动并通过抛光头对转动的试样进行纵向抛光。通过床头组件和尾座组件的配合能实现不同尺寸规格的工件夹持和顶紧，且在抛光头的运动下，能够对试样进行纵向抛光。

进一步地，该设备还包括防护罩壳和设于防护罩壳上的排屑器，所述防护罩壳罩于所述床身的外部且防护罩壳的外壁上安装有所述控制***，以使参与抛光作业的床头组件、尾座组件、抛光头组件以及床身均封闭在设备的防护罩壳内，对工作环境提供可靠保障；所述排屑器与控制***电连接并控制排屑器自动排屑。

进一步地，所述抛光头包括砂带和支架，所述支架上设有砂带驱动轮和多个砂带导向轮，砂带缠绕于砂带驱动轮和各个砂带导向轮上且砂带驱动轮配设有驱动其转动的驱动机；所述支架上开设有抛光缺口并通过横跨于抛光缺口上的砂带进行抛光。采用自由式砂带抛光的抛光头布置方式，试样直接与柔性的砂带接触，不用任何物体支撑砂带，利用砂带支撑后自身的挠性对试样进行磨削或抛光，这种方式在一定范围内很容易适应试样的轮廓，尤其对不规则形状的工件。在实际中，多用于加工外成型表面和倒棱、去毛刺、抛光等工序，能对试样中的任意圆弧过渡段的圆弧尺寸抛光，并且切除量小，表面质量好，粗糙度低，非常适用于抛光加工，特别是对表面质量要求高的燃气轮机、飞机发动机高温叶片试样加工。

进一步地，所述抛光头还包括设于支架上的双导杆气动滑座，所述双导杆气动滑座上设有滑动架，滑动架上设有砂带张紧轮并通过砂带张紧轮对所述砂带的张紧度进行调节；双导杆气动滑座通入气压运动，气压压力控制砂带的张紧力，砂带与试样浮动式接触，达到试样的随形恒压式磨削，低应力加工的目的。

进一步地，所述数控十字滑台包括X向滑台和Y向滑台，所述X向滑台上滑动设有所述Y向滑台且X向滑台配设有驱动Y向滑套滑动的驱动件；所述Y向滑台上滑动设有所述支架且Y向滑台配设有驱动支架滑动的驱动件，以通过数控十字滑台的运动确保抛光头在抛光过程中能够与试样的表面充分接触。

进一步地，所述床头组件包括床头支撑座和设于该床头支撑座上的气动三爪卡盘，所述气动三爪卡盘配设有驱动其转动的驱动机，以通过气动三爪卡盘对试样进行夹持并驱动试样进行低速转动。

进一步地，所述尾座组件包括直线滑台和设于该直线滑台上的尾座支撑座，所述尾座支撑座上转动设置有顶尖，且顶尖配设有驱动其朝向所述床头组件滑动的气缸，气缸压力控制顶紧力，保持工件始终处于顶紧状态且顶尖不影响试样的转动运动。由于顶尖自身能自由旋转，在抛光作业时，顶紧试样并能够随床头组件中的气动三爪卡盘同步低速旋转运动。

进一步地，所述尾座支撑座内滑动设有滑动轴，滑动轴的一端转动连接有所述顶尖，另一端通过连接轴与所述气缸的活塞杆连接；所述尾座支撑座装配有导向键，且滑动轴上沿其滑动方向开设有与导向键对应匹配的导向键槽，在滑动轴的作用下一方面可保证顶尖能够自由转动；另一方面，可驱动顶尖按照导向键的导向方向运动并抵紧在试样的端部表面上。

进一步地，所述直线滑台包括直线导轨和滑动设于该直线导轨上的滑板，所述滑板配设有驱动其滑动的驱动组件，以通过直线滑台将尾座组件中顶尖调整至靠近试样的端部位置上。

在本发明中还公开了一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光方法，该方法适用于上述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，该方法包括：

(1)松开床头组件中的气动三爪卡盘，装入待抛光的试样；

(2)调整尾座组件以使尾座组件的顶尖移动，待顶尖靠近试样的端面时，给尾座组件中的气缸供气，驱使顶尖顶紧试样；

(3)启动控制***的数控程序指令，通过数控指令启动数控十字滑台运动以调整抛光头与试样的表面充分接触、启动床头组件以使试样低速转动以及启动数控十字滑台以使抛光头沿试样的纵向作往返运动，直至抛光均匀；

当抛光头经过试样中部的圆弧过渡面时，控制***通过圆弧插补功能使抛光头沿着圆弧过渡面随形运动，以保持抛光头与试样的表面充分接触。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所公开的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备及抛光方法，其通过床头组件的主轴旋转运动，且通过数控十字滑台带动抛光头在X、Y方向进给运动，同时，控制***采用数控控制，能实现四轴联动控制，位置、速度精确控制，具备圆弧插补曲面加工功能，实现试样工作表面包括圆弧过渡段表面的精确轴向抛光，表面质量一致性好，改变了传统手工抛光的方式，实现试样的自动化生产，提高了试样加工效率，大幅度提高了劳动生产率，实现了低应力加工，有效控制试样表面残余应力，对疲劳测试用试样特别是燃气轮机，航空发动机材料疲劳测试结果的可靠性和稳定性有重要意义。

附图说明

图1是待抛光试样的结构示意图；

图2是本发明提供的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备的整体结构示意图；

图3是本发明提供的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备中床头组件的结构示意图；

图4是本发明提供的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备中尾座组件的结构示意图；

图5是本发明提供的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备中尾座组件的局部剖视示意图；

图6是本发明提供的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备中抛光头组件的结构示意图；

附图说明如下：

100-床头组件、200-抛光头组件、300-尾座组件、400-控制***、500-排屑器、600-床身、700-防护罩壳、001-试样、101-第一伺服电机、102-第一减速器、103-床头支撑座、104-气动三爪卡盘、201-第一砂带导向轮、202-砂带、203-第二砂带导向轮、204-砂带张紧轮、205-滑动架、206-双导杆气动滑座、207-支架、208-第二伺服电机、209-第二减速器、210-砂带驱动轮、211-数控十字滑台、301-顶尖、302-尾座支撑座、303-气缸、304-梯形丝杠、305-滑板、306-丝杠座、307-手轮、308-直线导轨、309-防尘圈、310-固定螺钉、311-导向键、312-滑动轴、313-连接轴、314-螺钉、315-端板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种疲劳测试用试样001专用数控纵向抛光设备，其用于对疲劳测试用试样001表面进行轴向抛光(也为纵向抛光)，试样001的任意截面为圆形状，如图1所示。该种疲劳测试用试样001专用数控纵向抛光设备包括床身600，如图2所示，还包括控制***400、床头组件100、尾座组件300和抛光头组件200，所述床头组件100、尾座组件300和抛光头组件200均固定设置于床身600的平面上且三者均与所述控制***400电连接，并通过床头组件100驱动夹持于床头组件100与尾座组件300之间的试样001转动，床头组件100与尾座组件300可实现对不同尺寸规格的试样001夹持和顶紧。所述抛光头组件200包括数控十字滑台211和设于该数控十字滑台211上的抛光头，所述数控十字滑台211驱动抛光头沿X向和/或Y向运动并通过抛光头对转动的试样001进行纵向抛光。所述控制***400采用西门子828D四轴联动数控***，具有友好的用户界面和加工程序自动编制功能：输入零件各部位尺寸及材料，自动编制加工程序并自动选择抛光工艺参数，实现位置、速度精确控制与圆弧插补曲面加工功能。

如图2所示，该设备还包括防护罩壳700和设于防护罩壳700上的排屑器500，所述防护罩壳700罩于所述床身600的外部且防护罩壳700的外壁上安装有所述控制***400；所述排屑器500与控制***400电连接并控制排屑器500自动排屑，以对抛光头在抛光打磨时产生的磨屑及时排出设备。将参与抛光作业的部件，其包括床头组件100、尾座组件300、抛光头组件200以及床身600均封闭在设备的防护罩壳700内，在该防护罩壳700内还设置有冷却***，实现湿式砂带磨削与抛光，采用湿磨砂带进行磨削加工可以减少工件发热，避免热烧伤，减少热应力，改善工件表面质量，确保试样001测试结果的可靠性和稳定性。

如图6所示，所述抛光头包括砂带202和支架207，所述支架207上设有砂带驱动轮210、第一砂带导向轮105和第二砂带导向轮203，将砂带202缠绕于砂带驱动轮210和各个砂带导向轮上且砂带驱动轮210配设有驱动其转动的驱动机，驱动机包括第二伺服电机208和第二减速器209，通过第二减速器209与砂带驱动轮210连接，在砂带驱动轮210的转动作用下能够实现砂带的运动；所述支架207上开设有抛光缺口并通过横跨于抛光缺口上的砂带202进行抛光，在对试样001抛光时，抛光缺口应当对准试样001，以确保抛光缺口上方的砂带能够对试样001进行充分接触并进行抛光打磨。

为实现对砂带的张紧进行调节，如图6所示，所述抛光头还包括设于支架207上的双导杆气动滑座206，所述双导杆气动滑座206上设有滑动架205，滑动架205上设有砂带张紧轮204并通过砂带张紧轮204对所述砂带202的张紧度进行调节。具体的，将双导杆气动滑座206固定在支架207上，双导杆气动滑座206上的滑动板与滑动架205连接，砂带张紧轮204装配在滑动架205上，双导杆气动滑座206在气压作用下推动砂带张紧轮204以恒力张紧砂带，且由于气压压力可用压力调节阀进行无级调节，可保持试样001的测试部分(带抛光的部分)在加工过程中处于低应力状态，实现试样001的精密低应力加工。另一方面，还可通过调节双导杆气动滑座206的进出气状态，实现砂带张紧轮204的张紧和松开，便于砂带的更换。抛光头组件200的工作工程如下：通过第二伺服电机208、第二减速器209驱动砂带驱动轮210转动，砂带在第一砂带导向轮105、第二砂带导向轮203、砂带张紧轮204以及砂带驱动轮210的共同作用下，匀速循环移动，控制***400驱使数控十字滑台211运动，而数控十字滑台211带动支架207及整个抛光头纵、横两个方向移动，实现试样001的表面纵向抛光。

在本实施例中，采用如下方式设计数控十字滑台211，如图6所示，所述数控十字滑台211包括X向滑台和Y向滑台，所述X向滑台上滑动设有所述Y向滑台且X向滑台配设有驱动Y向滑套滑动的驱动件；所述Y向滑台上滑动设有所述支架207且Y向滑台配设有驱动支架207滑动的驱动件。其中，驱动件可以是电动丝杆、电动皮带等，只要能够驱动Y向滑台和支架207运动均可。

如图3所示，所述床头组件100包括床头支撑座103和设于该床头支撑座103上的气动三爪卡盘104，所述气动三爪卡盘104配设有驱动其转动的驱动机，该驱动机包括第一伺服电机101和第一减速器102，第一减速器102驱动气动三爪卡盘104产生转动。气动三爪卡盘104在气压作用下对试样001快速夹紧，在第一伺服电机101、第一减速器102的驱动下实现气动三爪卡盘104带动试样001旋转与分度运动。

如图4所示，所述尾座组件300包括直线滑台和设于该直线滑台上的尾座支撑座302，所述尾座支撑座302上转动设置有顶尖301，且顶尖301配设有驱动其朝向所述床头组件100滑动的气缸303；如图5所示，所述尾座支撑座302开设有装配孔，装配孔内滑动设有滑动轴312且滑动轴312与装配孔之间装配有防尘圈309，滑动轴312的一端转动连接有所述顶尖301，另一端通过连接轴313与所述气缸303的活塞杆连接且气缸303固定于端板315上，端板315通过螺钉314固定于所述尾座支撑座302上；所述尾座支撑座302上装配有导向键311，导向键311通过固定螺钉310锁紧固定，且滑动轴312上沿其滑动方向开设有与导向键311对应匹配的导向键槽，在导向键311和导向键槽的配合下，可对滑动轴312的运动导向；所述直线滑台包括直线导轨308和滑动设于该直线导轨308上的滑板305，所述滑板305配设有驱动其滑动的驱动组件，该驱动组件包括梯形丝杠304、丝杠座306、手轮307、直线导轨308，由梯形丝杠304、丝杠座306组成丝杆螺母副，并通过摇动手轮307或电机驱动，将实现尾座支撑座302的直线移动，进而驱动顶尖301的直线移动，以满足不同长度尺寸试样001的装夹要求。

在尾座组件300在工作时，顶尖301自身能自由旋转，在抛光作业时，顶尖301顶紧试样001，随床头组件100中的气动三爪卡盘104同步低速旋转运动，顶尖301与滑动轴312相连，导向键311用于滑动轴312直线移动导向，防止滑动轴312产生旋转，气缸303推动滑动轴312直线移动，带动顶尖301顶紧试样001。

实施例2

在实施例1的基础上，在本实施例中还公开了一种疲劳测试用试样001专用数控纵向抛光方法，该方法适用于上述实施例1中的疲劳测试用试样001专用数控纵向抛光设备，该方法包括：

(1)松开床头组件100中的气动三爪卡盘104，装入待抛光的试样001，打开气动三爪卡盘104的气阀，使其将试样001夹紧；

(2)通过直线滑台进行手动或自动调整尾座组件300以使尾座组件300的顶尖301移动，待顶尖301靠近试样001的端面一定距离时，给尾座组件300中的气缸303供气，在气缸303作用下驱使顶尖301顶紧试样001；

(3)启动控制***400的数控程序指令，通过数控指令启动数控十字滑台211运动以调整抛光头与试样001的表面充分接触、启动床头组件100中的第一伺服电机101以使试样001低速转动以及启动数控十字滑台211沿X向、Y向运动以使抛光头与试验充分接触后再沿试样001的纵向作往返运动，直至抛光均匀；在本方法中，定义X向为砂带朝向试样001表面的运动方向，定义Y向为砂带沿着试样001轴线方向的运动方向；

所述抛光头经过试样001中部的圆弧过渡面时，控制***400通过圆弧插补功能使抛光头沿着圆弧过渡面随形运动，以保持抛光头与试样001的表面充分接触。

采用该抛光方法在实际抛光中，抛光工艺参数为：可抛光试样001的直径范围为10～80mm，可抛光试样001的长度范围为50～200mm，抛光砂带的循环移动速度0～2m/min，试样001的转动速度为0～6r/min，轴向抛光时抛光头纵向往返移动速度0～15m/min，砂带的按压力5N～20N，砂带粒度选用800～1200目。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，包括床身，其特征在于，还包括控制***、床头组件、尾座组件和抛光头组件，所述床头组件、尾座组件和抛光头组件均设于床身上且三者均与所述控制***电连接，并通过床头组件驱动夹持于床头组件与尾座组件之间的试样转动；所述抛光头组件包括数控十字滑台和设于该数控十字滑台上的抛光头，所述数控十字滑台驱动抛光头沿X向和/或Y向运动并通过抛光头对转动的试样进行纵向抛光。

2.根据权利要求1所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，该设备还包括防护罩壳和设于防护罩壳上的排屑器，所述防护罩壳罩于所述床身的外部且防护罩壳的外壁上安装有所述控制***；所述排屑器与控制***电连接并通过控制***控制排屑器自动排屑。

3.根据权利要求1所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述抛光头包括砂带和支架，所述支架上设有砂带驱动轮和多个砂带导向轮，砂带缠绕于砂带驱动轮和各个砂带导向轮上且砂带驱动轮配设有驱动其转动的驱动机；所述支架上开设有抛光缺口并通过横跨于抛光缺口上的砂带进行抛光。

4.根据权利要求3所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述抛光头还包括设于支架上的双导杆气动滑座，所述双导杆气动滑座上设有滑动架，滑动架上设有砂带张紧轮并通过砂带张紧轮对所述砂带的张紧度进行调节。

5.根据权利要求3所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述数控十字滑台包括X向滑台和Y向滑台，所述X向滑台上滑动设有所述Y向滑台且X向滑台配设有驱动Y向滑套滑动的驱动件；所述Y向滑台上滑动设有所述支架且Y向滑台配设有驱动支架滑动的驱动件。

6.根据权利要求1所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述床头组件包括床头支撑座和设于该床头支撑座上的气动三爪卡盘，所述气动三爪卡盘配设有驱动其转动的驱动机。

7.根据权利要求6所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述尾座组件包括直线滑台和设于该直线滑台上的尾座支撑座，所述尾座支撑座上转动设置有顶尖，顶尖与所述气动三爪卡盘位于同一中轴线上且顶尖配设有驱动其朝向所述床头组件滑动的气缸。

8.根据权利要求7所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述尾座支撑座内滑动设有滑动轴，滑动轴的一端转动连接有所述顶尖，另一端通过连接轴与所述气缸的活塞杆连接；所述尾座支撑座装配有导向键，且滑动轴上沿其滑动方向开设有与导向键对应匹配的导向键槽。

9.根据权利要求7所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，其特征在于，所述直线滑台包括直线导轨和滑动设于该直线导轨上的滑板，所述滑板配设有驱动其滑动的驱动组件。

10.一种疲劳测试用试样专用数控纵向抛光方法，其特征在于，该方法适用于如权利要求7-9任意一项所述的疲劳测试用试样专用数控纵向抛光设备，该方法包括：

(1)松开床头组件中的气动三爪卡盘，装入待抛光的试样；

(2)调整尾座组件以使尾座组件的顶尖移动，待顶尖靠近试样的端面时，给尾座组件中的气缸供气，驱使顶尖顶紧试样；

(3)启动控制***的数控程序指令，通过数控指令启动数控十字滑台运动以调整抛光头与试样的表面充分接触、启动床头组件以使试样低速转动以及启动数控十字滑台以使抛光头沿试样的纵向作往返运动，直至抛光均匀；

当抛光头经过试样中部的圆弧过渡面时，控制***通过圆弧插补功能使抛光头沿着圆弧过渡面随形运动，以保持抛光头与试样的表面充分接触。

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