一种超硬材料的自动刮平设备及操作工艺的制作方法

本发明涉及超硬材料设备技术领域，更具体地说是一种超硬材料的自动刮平设备及操作工艺。

背景技术：

金刚石和立方氮化硼是世界上硬度最高的两种材料，金刚石在所有已知物质中硬度最高，立方氮化硼硬度仅次于金刚石。

聚晶金刚石复合片属于新型功能材料，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

立方氮化硼复合片是由立方氮化硼粒子在金属阵列中混乱取向、极端坚韧的共生人工合成材料。烧结被控制在立方氮化硼的热稳定区，晶粒间形成坚硬的混乱结构。其毛坯有一层硬质合金衬底，通过过度层使立方氮化硼与硬质合金成为一体。实际上，它是立方氮化硼多晶体与硬质合金相结合的复合材料。通常为圆片状，因此常称之为立方氮化硼复合片。立方氮化硼复合片广泛应用于机械加工刀具领域。

大直径复合片聚晶层厚度的均匀性是保证聚晶金刚石复合片和立方氮化硼复合片质量的关键。由于大直径复合片聚晶层的面积大，且聚晶层厚度较薄，一般为0.5mm左右，导致金属杯内粉料的平整度较难控制。目前，聚晶金刚石复合片和立方氮化硼复合片的粉料均采用手工刮平方法，手工刮平存在如下缺点：一、劳动强度大、工作效率低；二、同一个操作人员在不同时间或不同操作人员的刮平程度均有较大差异，造成聚晶金刚石复合片和立方氮化硼复合片的聚晶层厚度差异较大，严重影响聚晶金刚石复合片和立方氮化硼复合片的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超硬材料的自动刮平设备及操作工艺，降低劳动强度，提高工作效率，保证金属杯内粉料的平整度，提高产品性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超硬材料的自动刮平设备，包括转动系统、控制系统和支架，所述转动系统固定在支架的右部，所述转动系统包括沿竖直方向布置的旋转装置，所述旋转装置包括金属杯和定位旋转体，金属杯固定在定位旋转体的上端；金属杯开口朝上且正上方设有刮料装置，刮料装置与支架之间设有用于带动刮料装置上下直线运动的升降系统；控制系统包括人机界面触摸屏。

所述旋转装置还包括用于固定金属杯的第一定位套，所述第一定位套沿竖直方向布置且下端卡设在所述定位旋转体上端的卡槽内，所述第一定位套设有阶梯型中心通孔，所述阶梯型中心通孔的上部直径小于下部直径且与金属杯内径相同，所述金属杯卡设在所述阶梯型中心通孔的下部，金属杯的底面与第一定位套的下端面位于同一水平面内。

所述转动系统还包括固定在支架上方的轴承座和固定在支架下方的第一伺服电机，轴承座和第一伺服电机均沿竖直方向布置；定位旋转体外形呈t型，包括位于上部的盘体及与盘体下端面中心固定连接的轴体，所述盘体位于所述轴承座的上方且盘体下端面与轴承座的上端面抵接，所述轴体贯穿所述轴承座，所述轴体通过轴承与所述轴承座滚动连接，第一伺服电机与所述轴体下端传动连接。

所述升降系统包括支座和传动装置，所述传动装置包括第二伺服电机、齿轮轴、齿条、燕尾滑块和呈倒l型的支板，支板包括竖板和横板，所述第二伺服电机固定在所述支座上且与齿轮轴传动连接，齿轮轴与齿条啮合传动且带动齿条沿竖直方向移动，齿条固定在燕尾滑块的左侧，燕尾滑块固定在支板的竖板上，燕尾滑块与支座上的滑槽滑动连接。控制系统与第一伺服电机、第二伺服电机均控制连接。齿轮轴和齿条的配合使用，将第二伺服电机轴的旋转运动转化为直线运动。

所述升降系统通过阶梯轴固定在支架上方，所述阶梯轴沿竖直方向延伸且包括从上到下依次布置的上细轴、中粗轴和下细轴，下细轴与支架左部固定连接，所述支座套设在阶梯轴的上细轴上，支座的下端面与中粗轴的上端面抵接，所述支座与上细轴之间通过用于限制支座沿阶梯轴轴向移动的第一限位螺母和用于限制支座绕阶梯轴轴线进行转动的第一防转螺钉进行固定连接，第一限位螺母位于支座的上方且与上细轴上端螺纹连接，第一防转螺钉横向穿入支座的中部且第一防转螺钉的螺纹端与上细轴的圆周面抵接。阶梯轴满足了传动装置和刮料装置上下运动所需的高度差，通过第一限位螺母和第一防转螺钉对支座与上细轴进行固定连接，便于支座的安装和拆卸。

所述刮料装置包括沿竖直方向布置的刮料杆，刮料杆固定在支板的横板上且刮料杆的下端设有刮料刀片，刮料刀片通过紧固螺钉固定在刮料杆的下端，所述刮料刀片的长度比所述金属杯的内径小0.2~0.8mm。

所述刮料装置还包括固定在横板右部的第二定位套，第二定位套的下端贯穿横板右部；所述刮料杆的上端与第二定位套之间通过用于限制刮料杆沿刮料杆轴向移动的第二限位螺母和用于限制刮料杆转动的第二防转螺钉进行固定连接，第二限位螺母位于第二定位套的上方且与刮料杆上端螺纹连接，第二防转螺钉横向穿入第二定位套的中部且第二防转螺钉的螺纹端与刮料杆的圆周面抵接。

本发明还提供一种超硬材料的自动刮平设备的操作工艺，包括如下步骤：

（1）将金属杯按口朝上的方向卡入第一定位套中心通孔的下部，使金属杯底面与第一定位套的下端面在竖直方向上的间距偏差小于或等于0.05mm；

（2）按设定重量称取超硬材料的粉料，将称取的粉料倒入金属杯内，接着将装有粉料的金属杯与第一定位套一起放在振动平台上进行振实，振动频率的范围为2～10hz，振动时间的范围为5～10s；

（3）金属杯内的粉料振实后，将装有粉料的金属杯与第一定位套一起放入自动刮平设备的定位旋转体上端卡槽内并被固定；

（4）根据粉料的粒度规格设定刮料刀片的进给量，刮料刀片的下移分为上阶段的快速下移和下阶段的慢速下移，两个阶段的分界处位于金属杯内粉料上方1~3mm处，根据刮料刀片的快速下移速度和慢速下移速度，设定第二伺服电机在不同阶段相对应的快转速和慢转速；根据刮料刀片的慢速下移速度，设定第一伺服电机的相对应转速，在刮料刀片快速下移的上阶段和慢速下移的下阶段中第一伺服电机的转速均不变；刮料刀片的进给量为刮料刀片的慢速下移速度与第一伺服电机转速的比值，当粒度≤10μm时，进给量为0.1~0.2mm/r，当10μm＜粒度≤30μm时，进给量为0.2~0.5mm/r，当30μm＜粒度≤50μm时，进给量为0.5~0.8mm/r，当粒度＞50μm时，进给量为0.5~0.8mm/r；

（5）启动自动刮平设备，第二伺服电机先开启，在刮料刀片快速下移过程中，第一伺服电机开启，按照第（4）步设定的转速控制第二伺服电机和第一伺服电机转动，直至粉料刮平；

（6）待粉料刮平后，第二伺服电机反转带动刮料刀片快速上移至第一定位套20上方15~25mm处，第二伺服电机的反转速度提前设定；在刮料刀片开始上移时，第一伺服电机停止转动，然后取下装有被刮平粉料的金属杯。

本发明采用第二伺服电机间接带动刮料装置中的刮料刀片沿竖直方向上下运动，第一伺服电机通过旋转装置中的定位旋转体带动金属杯做旋转运动，刮料刀片的向下进给、金属杯的旋转运动及金属杯旋转时粉料产生的离心力，共同实现了对金属杯内粉料的自动化刮平，保证了金属杯内粉料的平整度，降低了劳动强度，提高了工作效率，提高了产品性能；将刮料刀片的下移分为两个阶段：上阶段和下阶段，刮料刀片在上阶段的快速下移提高了工作效率，刮料刀片在下阶段的慢速下移保证了粉料的刮平质量；通过控制系统对第二伺服电机、第一伺服电机设定不同的转速，间接分别控制了刮料刀片的下移速度、金属杯的转速，满足了不同粉料粒度所需的刮料刀片进给量。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是图1中沿a-a向的剖视图；

图3是图2中b处的局部放大图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图3所示，一种超硬材料的自动刮平设备，包括升降系统、转动系统、控制系统30和支架1，所述升降系统通过阶梯轴2固定在支架1上方；阶梯轴2沿竖直方向延伸且包括从上到下依次布置的上细轴3、中粗轴4和下细轴5，下细轴5与支架1左部固定连接；控制系统30包括人机界面触摸屏31。

所述升降系统包括支座6、传动装置和刮料装置，支座6套设在阶梯轴2的上细轴3上且支座6的下端面与中粗轴4的上端面抵接，支座6与上细轴3之间通过第一限位螺母25和第一防转螺钉26进行固定连接，第一限位螺母25用于限制支座6沿阶梯轴2的轴向移动，第一限位螺母25位于支座6的上方且与上细轴3上端螺纹连接；第一防转螺钉26用于限制支座6绕阶梯轴2的轴线进行转动，第一防转螺钉26横向穿入支座6的中部且第一防转螺钉26的螺纹端与上细轴3的圆周面抵接。

所述传动装置包括第二伺服电机7、齿轮轴8、齿条9、燕尾滑块10和呈倒l型的支板11，支板11包括竖板12和横板13。第二伺服电机7固定在支座6的后侧且沿前后方向布置，第二伺服电机7与齿轮轴8传动连接，齿轮轴8与齿条9啮合传动且带动齿条9沿竖直方向移动，齿条9固定在燕尾滑块10的左侧，燕尾滑块10固定在支板11的竖板12左侧面上，燕尾滑块10与支座6上的滑槽14滑动连接。

刮料装置包括均沿竖直方向布置的第二定位套15和刮料杆16。第二定位套15固定在支板11的横板13右部，且第二定位套15的下端贯穿横板13右部，刮料杆16的上端贯穿第二定位套15，刮料杆16的下端设有刮料刀片17，刮料刀片17通过紧固螺钉29固定在刮料杆16的下端，刮料杆16的上端与第二定位套15之间通过第二限位螺母27和第二防转螺钉28进行固定连接，第二限位螺母27用于限制刮料杆16沿刮料杆16的轴向移动，第二限位螺母27位于第二定位套15的上方且与刮料杆16上端螺纹连接；第二防转螺钉28用于限制刮料杆16的转动，第二防转螺钉28横向穿入第二定位套15的中部且第二防转螺钉28的螺纹端与刮料杆16的圆周面抵接。

所述转动系统固定在支架1的右部，所述转动系统包括沿竖直方向布置的旋转装置、轴承座18和第一伺服电机19，轴承座18固定在支架1上方，第一伺服电机19固定在支架1下方。旋转装置位于刮料装置的正下方，所述旋转装置包括沿竖直方向布置的第一定位套20、金属杯21和定位旋转体22，所述第一定位套20的下端卡设在所述定位旋转体22上端卡槽内，第一定位套20、金属杯21和定位旋转体22之间相对固定，第一定位套20、金属杯21和定位旋转体22均与第一伺服电机19同步转动，所述第一定位套20设有阶梯型中心通孔23，阶梯型中心通孔23的上部直径小于下部直径且与金属杯21内径相同，所述金属杯21的开口朝上且靠金属杯21自身的弹性变形卡设在所述阶梯型中心通孔23的下部，金属杯21的底面与第一定位套20的下端面位于同一水平面内，所述第一定位套20和所述金属杯21均位于所述刮料刀片17的正下方，所述刮料刀片17的长度l比金属杯21的内径小0.2~0.8mm。定位旋转体22外形呈t型，包括位于上部的盘体32及与盘体32下端面中心固定连接的轴体33，所述盘体32位于所述轴承座18的上方且盘体32下端面与轴承座18的上端面抵接，所述轴体33贯穿所述轴承座18，所述轴体33通过轴承24与所述轴承座18滚动连接，第一伺服电机19与所述轴体33下端传动连接。控制系统30与第二伺服电机7及第一伺服电机19均控制连接。

本发明的自动刮平设备的工作原理如下：

第二伺服电机7带动齿轮轴8做旋转运动，齿轮轴8与齿条9啮合传动，将旋转运动转为竖直方向的直线运动，齿条9带动燕尾滑块10做上下直线运动，进而由燕尾滑块10通过支板11带动刮料装置做上下直线运动，实现了第二伺服电机7间接带动刮料刀片17在竖直方向上的上下直线运动。第一伺服电机19通过带动定位旋转体22旋转，进而间接带动第一定位套20和金属杯21旋转。刮料刀片17的上下直线运动和金属杯21旋转的共同作用，外加金属杯21旋转时粉料产生的离心力，共同实现对金属杯21内的粉料进行刮平。

超硬材料的自动刮平设备的操作工艺，包括如下步骤：

（1）将金属杯21按口朝上的方向卡入第一定位套20中心通孔23的下部，使金属杯21底面与第一定位套20的下端面在竖直方向上的间距偏差小于或等于0.05mm。

（2）按设定重量称取超硬材料的粉料，将称取的粉料从第一定位套20中心通孔23的上部倒入金属杯21内，接着将装有粉料的金属杯21与第一定位套20一起放在振动平台上进行振实，振动频率的范围为2～10hz，振动时间的范围为5～10s。

（3）金属杯21内的粉料振实后，将装有粉料的金属杯21与第一定位套20一起放入自动刮平设备的定位旋转体22上端卡槽内并被固定。

（4）根据粉料的粒度规格设定刮料刀片17的进给量，刮料刀片17在接近粉料时的下移速度比较慢，因此为了在提高工作效率的同时，保证粉料的刮平质量，刮料刀片17的下移分为上阶段的快速下移和下阶段的慢速下移，快速下移的上阶段和慢速下移的下阶段的分界处位于金属杯21内的粉料上方1~3mm处。根据刮料刀片17的快速下移速度和慢速下移速度，通过控制系统30上的人机界面触摸屏31设定第二伺服电机7相对应的快转速和慢转速；根据刮料刀片17的慢速下移速度，通过控制系统30上的人机界面触摸屏31设定第一伺服电机19的相对应转速，在刮料刀片17快速下移的上阶段和慢速下移的下阶段中第一伺服电机19的转速均不变。刮料刀片17的进给量为刮料刀片17慢速下移速度与第一伺服电机19转速的比值；当粒度≤10μm时，进给量为0.1~0.2mm/r，当10μm＜粒度≤30μm时，进给量为0.2~0.5mm/r，当30μm＜粒度≤50μm时，进给量为0.5~0.8mm/r，当粒度＞50μm时，进给量为0.5~0.8mm/r。

（5）启动自动刮平设备，第二伺服电机7先开启，在刮料刀片17快速下移至第一定位套20上方2~10mm处，第一伺服电机19开启，按照第（4）步设定的转速控制第二伺服电机7和第一伺服电机19转动，直至粉料刮平。

（6）待粉料刮平后，第二伺服电机7反转带动刮料刀片17快速上移至第一定位套20上方15~25mm处，第二伺服电机7的反转速度提前设定；在刮料刀片17开始上移时，第一伺服电机19停止转动，然后取下装有被刮平粉料的金属杯21。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。