一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置的制作方法

本发明涉及一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置，属于残余应力测试技术领域。

背景技术：

机械零件在加工制造、装配过程中，不可避免地产生残余应力，对零件的强度、刚度、疲劳等机械性能产生严重的影响。逐层钻孔法作为一种常用的残余应力测量方法，能够有效地测量机械零件的残余应力数值。基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量方法采用应变花测量钻孔过程中孔周围位置的应变值，进而根据弹性力学理论计算出残余应力值。

现有的残余应力测量钻孔装置，例如郑州机械研究所的ZDL-Ⅲ型盲孔法测残余应力钻孔装置、美国Vishay Precision公司的RS-200型残余应力测试钻孔装置等，都采用三脚固定的方式，通过调整螺钉调节显微镜套筒的位置，达到钻孔中心与应变花中心对齐，保证钻孔的位置精度。这种装置每测量一点的残余应力都需要重新拆装、固定钻孔装置，应变花对中调整需要同时协调四个调整螺钉的位置，操作复杂，并且不能够有效控制残余应力测量过程中钻孔深度。

中国专利申请号201610161629.3，披露了一种测试焊接残余应力的自动调节钻孔装置，该方法采用了X、Y向的导轨滑块，能够使钻孔总成在XY平面内运动，克服了钻孔装置需要多次固定的缺陷。但是钻孔总成与空间调节部件在同一机构上，钻孔时产生的振动对导轨滑块组件的精度、刚度都会产生影响，从而影响钻孔精度，对测试结果产生影响。

为了克服现有的采用逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置操作复杂、精度较低的缺点，本发明提供了一种操作便捷、控制精度高的基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置，具有结构简单、操作便捷、测量高效等特点，有效保证钻孔位置的对中精度和钻孔深度的控制精度，大大提高残余应力测量精度和测量效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置，包括工作台、样品台、双向运动组件、钻孔自动进给组件、显微放大对中组件、钻孔组件；

其中，所述钻孔自动进给组件包括设置于工作台上的钻孔底座、竖直滑轨、进给液压缸、内锥面安装座，且竖直滑轨设置于钻孔底座上；所述进给液压缸安装于钻孔底座顶部，且进给液压缸的活塞杆上连接有与竖直滑轨相适配的滑块安装座，内锥面安装座竖直安装于滑块安装座上(内锥面大口垂直朝上)；

所述样品台通过双向运动组件水平设置于内锥面安装座下方的工作台上，通过双向运动组件实现样品台的前后左右运动调整，使得试样上粘贴的应变花中心位置在XY平面内进行两个方向上的调节，从而实现与内锥面安装座的对中调整；所述内锥面安装座上设置有快速压紧块，通过快速压紧块实现显微放大对中组件、钻孔组件在内锥面安装座上的装卸更换；

所述显微放大对中组件包括含有十字线的光学显微镜及套接于光学显微镜外侧的显微镜锥形套筒，且显微镜锥形套筒的外锥面与内锥面安装座的内锥面相配合；所述钻孔组件包括钻孔马达、钻孔锥形套筒、钻头夹具及钻头，且钻孔锥形套筒套接于钻孔马达外侧，钻孔锥形套筒的外锥面同样与内锥面安装座的内锥面相配合；所述钻头通过钻头夹具安装于钻孔马达的输出轴底部，且光学显微镜的中轴线与钻孔马达的中轴线分别与显微镜锥形套筒、钻孔锥形套筒的中轴线重合，通过圆锥面配合自动对中的特性，保证钻孔组件的定位精度，从而保证钻孔轴线与显微放大对中组件所确定的应变花中心位置对齐。

进一步的，所述双向运动组件包括底部滑台、中间滑台，且底部滑台固定于工作台上；所述底部滑台上并列设置有第一滑轨、第一丝杠，且第一丝杠上设置有第一螺母，通过第一螺母带动中间滑台沿第一滑轨的滑动位移；所述中间滑台上并列设置有第二滑轨、第二丝杠，且第二丝杠所在轴线与第一丝杠相垂直；所述第二丝杠上设置有第二螺母，通过第二螺母带动样品台沿第二滑轨的滑动位移。

进一步的，所述第一丝杠、第二丝杠分别通过丝杠电机实现驱动，可实现高精度自动化控制，从而实现快速测量，提高了测量效率。

进一步的，所述光学显微镜为圆柱状，且镜片上的十字线与其中轴线对中，通过圆锥面配合自动对中的特性，保证显微放大对中组件的定位精度。

进一步的，所述内锥面安装座顶部设置有带十字槽的环形限位块，且快速压紧块与环形限位块相配合实现对接并通过螺丝实现固接，便于拆装更换。

进一步的，所述钻孔马达采用电动马达或气动马达。

有益效果：本发明提供的一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、通过XY两向移动的试样固定台、显微放大对中组件以及具有自动对中特性的锥形面，有效保证钻孔位置的对中精度；2、通过高精度Z向移动平台以及所安装的钻孔组件，确保钻孔深度的控制精度，大大提高了残余应力的测量精度和测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中内锥面安装座与钻孔组件、显微放大对中组件的组合示意图；

图3为本发明实施例中手动式双向运动组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中电动式双向运动组件的结构示意图；

图5为本发明实施例中内锥面安装座的结构示意图；

图中包括：1、工作台，2、样品台，3、试样，4、内锥面安装座，5、显微放大对中组件，6、钻孔组件，7、钻孔自动进给组件，8、钻孔底座，9、双向运动组件，10、滑块安装座，11、光学显微镜，12、显微镜锥形套筒，13、钻孔锥形套筒，14、钻孔马达，15、快速压紧块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种基于逐层钻孔—应变花技术的残余应力测量钻孔装置，包括工作台1、样品台2、双向运动组件9、钻孔自动进给组件7、显微放大对中组件5、钻孔组件6；

其中，所述钻孔自动进给组件7包括设置于工作台1上的钻孔底座8、竖直滑轨、进给液压缸、内锥面安装座4，且竖直滑轨设置于钻孔底座8上；所述进给液压缸安装于钻孔底座8顶部，且进给液压缸的活塞杆上连接有与竖直滑轨相适配的滑块安装座10，内锥面安装座4竖直安装于滑块安装座10上；

所述样品台2通过双向运动组件9水平设置于内锥面安装座4下方的工作台1上，通过双向运动组件9实现样品台2的前后左右运动调整；所述内锥面安装座4上设置有快速压紧块15，通过快速压紧块15实现显微放大对中组件5、钻孔组件6在内锥面安装座4上的装卸更换；

如图2所示，所述显微放大对中组件5包括含有十字线的光学显微镜11及套接于光学显微镜11外侧的显微镜锥形套筒12，且显微镜锥形套筒12的外锥面与内锥面安装座4的内锥面相配合；所述钻孔组件6包括钻孔马达14、钻孔锥形套筒13、钻头夹具及钻头，且钻孔锥形套筒13套接于钻孔马达14外侧，钻孔锥形套筒13的外锥面同样与内锥面安装座4的内锥面相配合；所述钻头通过钻头夹具安装于钻孔马达14的输出轴底部，且光学显微镜11的中轴线与钻孔马达14的中轴线分别与显微镜锥形套筒12、钻孔锥形套筒13的中轴线重合；所述光学显微镜11为圆柱状，且镜片上的十字线与其中轴线对中。

如图3所示，所述双向运动组件9包括底部滑台、中间滑台，且底部滑台固定于工作台1上；所述底部滑台上并列设置有第一滑轨、第一丝杠，且第一丝杠上设置有第一螺母，通过第一螺母带动中间滑台沿第一滑轨的滑动位移；所述中间滑台上并列设置有第二滑轨、第二丝杠，且第二丝杠所在轴线与第一丝杠相垂直；所述第二丝杠上设置有第二螺母，通过第二螺母带动样品台2沿第二滑轨的滑动位移。

如图4所示，电动式双向运动组件中，所述第一丝杠、第二丝杠分别通过丝杠电机实现驱动；如图5所示，所述内锥面安装座4顶部设置有带十字槽的环形限位块，且快速压紧块15与环形限位块相配合实现对接并通过螺丝实现固接。

本发明的具体实施方式如下：

A、固定试样：将试样固定在样品台上，通过双向运动组件调整样品台在XY两个方向上的运动，实现试样上粘贴的应变花中心位置在XY平面内调节；

B、调整对中：首先在内锥面安装座上安装显微放大对中组件，通过快速压紧块实现压紧锁定，通过调整光学显微镜的焦距，使得视野内清新观察到放大的应变花中心标记，进一步通过双向运动组件调节应变花中心位置，使得应变花的中心标记与显微放大对中组件的光学显微镜十字线对中，然后通过锁紧螺钉锁死样品台，确定钻孔位置；

C、钻孔对齐：将显微放大对中组件从内锥面安装座取下，换上钻孔组件并通过螺钉固定快速压紧块，压紧固定钻孔组件，此时含有十字线的光学显微镜的中轴线与钻孔马达的中轴线分别与内锥面的中轴线对齐，通过圆锥面配合自动对中的特性保证钻孔组件的定位精度，从而保证钻孔轴线与显微放大对中组件所确定的应变花中心位置对齐；

D、逐层钻孔：启动钻孔马达，并通过钻孔深度自动进给组件实现高精度Z向移动，即通过进给液压缸控制安装在内锥面安装座上钻孔组件的运动，从而控制逐层钻孔每层孔的深度，并保证钻孔精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。