本发明涉及摩擦试验设备领域，具体的说是一种摩擦磨损试验机。
背景技术：
在车床切削加工领域，刀具与基材之间的摩擦力容易导致刀具损坏，基材切削面过于粗糙，达不到技术要求等问题。一般需通过摩擦试验来确定采用何种材料制作的刀具最适于某种基材的切削作业，或在切削过程中以何种润滑油来减轻刀具与基材之间的摩擦。
在通过现有的摩擦试验设备对刀具与基材之间的切削状态进行模拟的过程中，一方面，基材与刀具之间的压力无法调节，无法模拟刀具与基材之间在不同压力下的真实切削状态；另一方面，由于工艺精度的限制，刀具与基材试样上或多或少存在不平整的凹凸面，从而使刀具试样与基材试样之间处于高速相对旋转时产生跳动现象，影响最终试验结果的观测。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种能够精确控制刀具试样和基材试样之间压力，克服刀具试样和基材试样由于加工精度不足而产生的跳动，且能够方便的进行多种形式的摩擦磨损试验的试验机。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种摩擦磨损试验机，包括机架以及沿竖直方向同轴设置在机架上的旋转轴和升降轴，旋转轴通过设置在机架上的旋转驱动装置驱动旋转，在旋转轴的下端通过活动接口连接有用于固定刀具试样的刀具试样夹具，升降轴通过设置在机架上的升降驱动装置驱动升降，在升降轴和升降驱动装置之间设有弹性连接件，在升降轴的上端设有用于固定基材试样的基材试样夹具。
优选的，所述升降驱动装置包括沿竖直方向设置的滑杆以及滑动设置在滑杆上的滑块，滑杆的顶端与机架固定，底端设有第一伺服电机，滑块上设有螺纹孔，螺纹孔中配合安装有平行于滑杆的滚珠丝杠，滚珠丝杠的底端与第一伺服电机输出轴连接，在滑块的上方通过第一弹簧连接有用于推动升降轴升起的第一顶块。
优选的，所述弹性连接件设置在升降轴和第一顶块之间，弹性连接件包括顶球以及固定在顶球上的第二弹簧，顶球与升降轴的下端相触，第二弹簧设置在开设于第一顶块上的弹簧槽内。
优选的，所述活动接口为开设在旋转轴下端的锥孔，锥孔的孔径由下至上逐渐减小，旋转轴为空心轴；所述刀具试样夹具的数量为多个，多个刀具试样夹具均包括小端与锥孔配合安装的锥柄以及固定在锥柄大端的卡盘，在多个刀具试样夹具的卡盘上相背于各自锥柄的一侧分别设有用于固定成型刀具试样的成型刀具试样夹持机构、用于固定销形刀具试样的销孔、用于固定球形刀具试样的半球形凹槽或用于固定环形刀具试样的环形槽，在卡盘与各自锥柄相连的一侧并对应销孔、半球形凹槽或环形槽的位置分别开设有与销孔、半球形凹槽或环形槽相连的顶杆孔。
优选的，所述成型刀具夹持机构包括开设在卡盘上的滑槽、滑动设置在滑槽内的两个第二顶块以及用于将两个第二顶块分别与卡盘固定的调整螺钉，在滑槽的底部设有螺纹孔，在两个第二顶块上分别沿滑槽的长度方向设有长条形的行程孔，调整螺钉穿过第二顶块上的行程孔与螺纹孔配合安装，两个第二顶块相互靠近的一端分别设为坡面。
优选的，所述基材试样夹具包括同轴固定在升降轴顶端的圆盘以及设置在圆盘顶部端面上的多个半径不同的环形台阶，多个环形台阶均与升降轴同轴设置。
优选的，所述圆盘通过沿圆盘外周开设的第一外螺纹配合安装有顶部开口并将刀具试样夹具和基材试样夹具容纳在内的切削液油杯，切削液油杯中设有第一电加热装置。
优选的，在所述旋转轴的中部设有多个轴承，多个轴承的外圈均与固定在机架上的轴承座固定连接。
优选的，所述轴承座包括一个与机架连接的外壳，在外壳的底端通过沿外壳外周开设的第二外螺纹配合安装有底部开口并将刀具试样夹具和基材试样夹具容纳在内的炉体，在炉体内设有第二电加热装置。
优选的，所述旋转驱动装置包括第二伺服电机、固定在第二伺服电机输出轴上的第一带轮、固定在旋转轴上端的第二带轮以及连接在第一带轮和第二带轮之前的传动带。
有益效果
本发明包括多个刀具试样夹具以及一个可与多个刀具试样夹具配合的基材试样夹具，可通过一台设备安装不同的刀具试样夹具来完成成型刀具试样、球形刀具试样、销形刀具试样以及环形刀具试样的摩擦磨损试验，一机多能，减少了科研单位设备的投入成本。
本发明通过包括有第二伺服电机、滚珠丝杠以及螺纹孔的升降驱动装置的配合使升降轴产生升降，可通过升降轴精确的向刀具试样和基材试样之间提供所需压力，解决了现有技术中的不足，具有更加真实的切削试验模拟功能。
升降驱动装置中与滚珠丝杠连接的滑块以及用于推动升降轴上升的第一顶块之间通过第一弹簧连接，在第一顶块和升降轴之间设有第二弹簧，通过第一弹簧和第二弹簧配合的缓冲作用，在刀具试样和基材试样存在不平整的凹凸面的情况下，使刀具试样和基材试样之间处于高速相对旋转时，避免产生跳动的现象，具有更加准确的试验效果。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3本发明的弹性连接件的结构示意图；
图4为本发明的基材试样夹具的立体结构示意图；
图5为本发明的第一种种刀具试样夹具的立体结构示意图；
图6为图5中的刀具试样夹具中的第二顶块的立体结构示意图；
图7为本发明的第二种刀具试样夹具刀具试样夹具的立体结构示意图；
图8为本发明的第三种刀具试样夹具刀具试样夹具的立体结构示意图；
图9为本发明的第四种刀具试样夹具刀具试样夹具的立体结构示意图；
附图说明：1、第一伺服电机，2、滑块，3、滚珠丝杠，4、第一弹簧，5、滑杆，6、第一顶块，7、机架，8、升降轴，9、基材试样夹具，10、刀具试样夹具，11、旋转轴，12、第二带轮，13、外壳，14、第二外螺纹，15、弹性连接件，16、传动带，17、第一带轮，18、第二伺服电机，19、卡盘，20、锥柄，21、第二顶块，22、调整螺钉，23、行程孔，24、环形台阶，25、圆盘，26、第一外螺纹，27、半球形凹槽，28、销孔，29、环形槽，30、顶球，31、第二弹簧。
具体实施方式
如图1至图9所示，本发明的一种摩擦磨损试验机，包括机架7以及沿竖直方向同轴设置在机架7上的旋转轴11和升降轴8。旋转轴11通过设置在机架7上的旋转驱动装置驱动旋转，在旋转轴11的下端通过活动接口连接有用于固定刀具试样的刀具试样夹具10，进而通过旋转驱动装置带动刀具试样夹具10上的刀具试样高速旋转。升降轴8通过设置在机架7上的升降驱动装置驱动升降，在机架7上设有供升降轴8升降滑动的轴套，升降轴8和轴套之间通过花键配合安装，在保证了升降轴8在轴套内可升降滑动的前提下避免升降轴8产生转动。在升降轴8和升降驱动装置之间设有弹性连接件15，在升降轴8的上端设有用于固定基材试样的基材试样夹具9，基材试样夹具9上的基材试样通过升降驱动装置的提升控制与刀具试样进行接触进行摩擦试验，并精确控制基材试样和刀具试样之间的压力使摩擦试验更接近于真实切削。
升降驱动装置包括两根沿竖直方向设置的滑杆5以及滑动设置在两根滑杆5上的滑块2，两根滑杆5的顶端与机架7固定，底端固定连接有一个电机座，在电机座上固定设有第一伺服电机1。滑块2上设有螺纹孔，螺纹孔中配合安装有平行于滑杆5的滚珠丝杠3，滚珠丝杠3的底端与第一伺服电机1输出轴连接，在滑块2的上方通过第一弹簧4连接有用于推动升降轴8升起的第一顶块6。由第一伺服电机1的转动带动滚珠丝杠3转动，从而在两根滑杆5的限位作用下，控制滑块2在两根滑杆5上活动升降，并最终通过第一弹簧4和第一顶块6将上升力传递至升降轴8，使基材试样与刀具试样接触并调节基材试样与刀具试样之间的压力。
弹性连接件15设置在升降轴8和第一顶块6之间，弹性连接件15包括顶球30以及固定在顶球30上的第二弹簧31，顶球30与升降轴8的下端相触，第二弹簧31设置在开设于第一顶块6上的弹簧槽内，顶球30的直径小于弹簧槽的直径。通过第二弹簧31与第一弹簧4配合的缓冲作用，在刀具试样和基材试样存在不平整的凹凸面的情况下，使刀具试样和基材试样之间处于高速相对旋转时，避免产生跳动的现象，具有更加准确的试验效果。
为了使本发明能够一机多用，进行多种摩擦磨损试验，本发明包括有多个刀具试样夹具10以及与多个刀具夹具试样所固定的刀具试样所需的基材试样均可配合安装的基材试样夹具9。
为了使多个刀具试样夹具10可与旋转轴11快速方便牢固的连接，旋转轴11的下端设置为活动接口，该活动接口为开设在旋转轴11下端的锥孔，锥孔的孔径由下至上逐渐减小，旋转轴11为空心轴，可通过长条形的顶杆由旋转轴11的上端伸入，将刀具试样夹具10顶出完成拆卸。多个刀具试样夹具10均包括小端与锥孔配合安装的锥柄20以及固定在锥柄20大端的卡盘19，在多个刀具试样夹具10的卡盘19上相背于各自锥柄20的一侧分别设有用于固定成型刀具试样的成型刀具试样夹持机构、用于固定销形刀具试样的销孔28、用于固定球形刀具试样的半球形凹槽27或用于固定环形刀具试样的环形槽29，在卡盘19与各自锥柄20相连的一侧并对应销孔28、半球形凹槽27或环形槽29的位置分别开设有与销孔28、半球形凹槽27或环形槽29相连的顶杆孔。
成型刀具夹持机构包括开设在卡盘19上的滑槽、滑动设置在滑槽内的两个第二顶块21以及用于将两个第二顶块21分别与卡盘19固定的调整螺钉22，在滑槽内位于两个第二顶块21之间形成夹持成型刀具的夹持区。两个第二顶块21均可在滑槽内滑动并通过调整螺钉22与卡盘19固定，是夹持区的大小可调，从而可以适应市场上不同规格的四边形成型刀具、三角形成型刀具以及其他形状的成型刀具。在滑槽的底部设有螺纹孔，在两个第二顶块21上分别沿滑槽的长度方向设有长条形的行程孔23，调整螺钉22穿过第二顶块21上的行程孔23与螺纹孔配合安装，两个第二顶块21相互靠近的一端分别设为坡面，两个第二顶块21上的坡面相配合可更好的对较常用的三角形成型刀具进行夹持固定。
基材试样夹具9包括同轴固定在升降轴8顶端的圆盘25以及设置在圆盘25顶部端面上的多个半径不同的环形台阶24，多个环形台阶24均与升降轴8同轴设置。如图4所示在位于最内侧的一个环形台阶24中可夹持固定一个圆形的基材试样，或者在任意相邻两个环形台阶24之间的位置夹持固定不同规格的环形基材试样，满足了上述成型刀具试样、环形刀具试样、球形刀具试样以及销形刀具试样在摩擦磨损试验中对基材试样形状的要求。
沿圆盘25通过沿圆盘25外周开设的第一外螺纹26配合安装有顶部开口并将刀具试样夹具10和基材试样夹具9容纳在内的切削液油杯，切削液油杯中设有第一电加热装置。在切削液油杯中加入切削液并通过第一电加热装置进行加热，可模拟试验高温状态下的切削液性能。
旋转驱动装置包括第二伺服电机18、固定在第二伺服电机18输出轴上的第一带轮17、固定在旋转轴11上端的第二带轮12以及连接在第一带轮17和第二带轮12之前的传动带16。在旋转轴11的中部设有多个轴承，以保持旋转轴11高速旋转过程中的稳定性。多个轴承的外圈均与固定在机架7上的轴承座固定连接。轴承座包括一个与机架7连接的外壳13，外壳13的底端设有通过沿外壳13外周开设的第二外螺纹14配合安装有底部开口并将刀具试样夹具10和基材试样夹具9容纳在内的炉体，在炉体内设有第二电加热装置，可通过第二电加热装置将炉体内温度加热至800-900℃来进行极端温度条件下的摩擦磨损试验。切削液油杯和炉体均可方便拆装，便于多种模式的摩擦磨损试验交叉重复进行。
在本实施例中，在位于第一弹簧4和滑块2之间、第一弹簧4和第一顶块6之间、第二弹簧31与第一顶块6之间或顶球30与升降轴8的下端之间设置压力传感器，压力传感器将压力信号传递至控制器。由压力传感器监控刀具试样和基材试样间的轴系压力，当刀具试样和基材试样之间由于磨损而使压力减小时，由控制器控制第一伺服电机1转动，微调滑块2，达到将刀具试样和基材试样间的压力自动调整至试验所需压力的目的。