磨粒群表层动态应力测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种磨粒群表层动态应力测试系统。

背景技术：

模具在使用过程中不可避免地存在磨损、疲劳等失效形式，通过激光强化处理，可以对模具修复再制造，从而延长模具的使用寿命。然而，经过激光强化处理后的模具表面，硬度和耐磨性都大幅提升，这导致加工难度和加工耗时的大幅提升。为了研究气压砂轮面向激光强化后的模具的光整效果，需要对气压砂轮的磨粒群的表层动态应力进行测量，从而能够分析磨粒群的切削能力。

当前，在气压砂轮实际加工过程中，无法测量表面切削力。鉴于磨粒群在气压砂轮加工过程中的表层动态应力对研究气压砂轮面向激光强化处理的模具的光整效果有着重大意义，设计和开发相应的应力采集系统具有深远的意义。

技术实现要素：

为了解决在气压砂轮实际加工过程中无法测量表面切削力的问题，本实用新型提出了一种既可以实时测定磨粒群表层动态应力、又能实施调控试验条件的磨粒群表层动态应力测试系统。

本实用新型所述的磨粒群表层动态应力测试系统，其特征在于：包括用于容纳磨粒群的腔体、用于向腔体施加压力的加压装置、用于驱动腔体旋转的驱动装置、下位机以及显示器，所述腔体设有带密封件的加料口，所述腔体的内壁贴覆若干用于采集磨粒群表层应力变化的应变片，所述腔体安装在所述驱动装置上，所述腔体上方安装加压装置，并且所述加压装置的加压端直接作用在磨粒群的上表面；所述下位机可以是单片机或者PLC，具有采集数据、数据处理和实验条件控制的功能。所述应变片可以是电阻式应变片，利用应变片的应变效应测得实验数据。每个应变片都要和下位机相连，从而测得多条应力曲线。应变片均匀地分布在腔体的下表面和侧壁；

所述加压装置包括第一伺服电机、连杆组件、活塞以及活塞作用面积调整装置，所述第一伺服电机的动力输出端与所述连杆的一端轴接，所述连杆的另一端与所述活塞一侧固接，实现活塞的直线往复运动；所述活塞的按压侧与活塞作用面积调整装置相连；所述活塞作用面积调整装置包括丝杆、滑块、底盘、至少一对侧拉杆、多个用于限定关节旋转角度的定位卡扣、多个旋转关节；所述丝杆一端与底盘固接，另一端受到活塞的按压；所述滑块与丝杆螺接；所述底盘上顺次安装多个用于实现底盘翻折的关节；所述侧拉杆的一端与所述滑块铰接，另一端与所述底盘的两端部铰接；所述定位卡扣扣在需要维持在水平状态的关节上，其中关节的水平状态是指关节保持底盘相应的连接处展平时对应的状态；

所述驱动装置包括第二伺服电机和转盘，所述第二伺服电机的动力输出端通过联轴器与所述腔体的转动轴轴接；

所述下位机包括数据采集模块、数据处理模块以及命令模块，所述的数据采集模块的信号输入端与所述应变片的引线电连，所述数据采集模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连，所述数据处理模块的第一信号输出端与所述显示器的信号输入端电连，所述数据处理模块的第二信号输出端与所述命令模块的信号输入端电连，所述命令模块的第一信号输出端与所述第一伺服电机的控制端电连，所述命令模块的第二信号输出端与所述第二伺服电机的控制端电连。

所述腔体和活塞作用面积调整装置的底盘组成一个空心圆柱体密封腔并且所述应变片均匀的贴覆在所述腔体的下表面和侧壁。

所述腔体的转动轴为腔体竖直中心轴。

所述应变片为电阻应变片，其转换公式为：

其中，R为应变片原电阻值(单位为Ω)；

ΔR为伸长或压缩所引起的电阻变化值(单位为Ω)

K：应变片的灵敏系数(常量，由应变片的生产厂家提供)；

ε：应变片变形的成度，即ΔL/L,无量纲。

所述定位卡扣为门型结构。

所述底盘上安装4个关节，且所述定位卡扣的个数比关节的个数少两个，实现底盘按压面积的三种状态的变化：分别是100％作用面积模式、80％作用面积模式、60％作用面积模式。

本实用新型的工作原理在于：腔体的内壁(包括侧壁和下内表面)都均匀固定多个应变片，因此能够测量表层动态应力。转盘安装在腔体下方，联轴器上下分别连接转盘和第二伺服电机，第二伺服电机可以通过下位机控制转速，因此下位机能够控制腔体内磨粒群的转速。活塞安装在腔体上方，活塞可以通过下位机进行上下运动的控制，因此下位机能够控制活塞的位置，进而控制磨粒群受到的外力。

腔体、活塞、显示器和下位机构成一个闭环控制系统，根据应力的变化，通过下位机改变活塞的位置和第二伺服电机的转速，从而控制磨粒群的切削状态；下位机将应变片采集的磨粒群表层应力动态数据进行处理，并通过显示器显示磨粒群表层动态应力变化曲线。

本实用新型的有益效果在于：1、为了解决在气压砂轮实际加工过程中无法测量表面切削力的问题，设计了一种磨粒群表层动态应力采集系统。该套系统对研究气压砂轮面向激光强化处理的模具的光整效果提供极大的帮助；2、腔体、活塞、显示器和下位机构成一个闭环控制系统，根据应力的变化，通过下位机改变活塞的位置和伺服电机的转速，从而控制磨粒群的切削状态。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是本实用新型的活塞作用面积调整装置不同状态的结构图，100％作用面积模式。

图3是本实用新型的活塞作用面积调整装置不同状态的结构图，80％作用面积模式；

图4是本实用新型的活塞作用面积调整装置不同状态的结构图，60％作用面积模式。

图5是本实用新型的活塞作用面积调整装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

实施例1本实用新型所述的磨粒群表层动态应力测试系统，包括用于容纳磨粒群的腔体6、用于向腔体施加压力的加压装置、用于驱动腔体旋转的驱动装置、下位机7以及显示器8，所述腔体6设有带密封件的加料口，所述腔体6的内壁贴覆多个用于采集磨粒群表层应力变化的应变片2，所述腔体6安装在所述驱动装置上，所述腔体6上方安装加压装置，并且所述加压装置的加压端直接作用在磨粒群的上表面；所述下位机7可以是单片机或者PLC，具有采集数据、数据处理和实验条件控制的功能；所述应变片2是电阻式应变片，利用应变片的应变效应测得实验数据；每个应变片2都要和下位机7相连，从而测得多条应力曲线；应变片2均匀地分布在腔体的下表面和侧壁；

所述加压装置包括第一伺服电机、连杆组件、活塞9以及活塞作用面积调整装置1，所述第一伺服电机的动力输出端与所述连杆的一端轴接，所述连杆的另一端与所述活塞一侧固接，实现活塞的直线往复运动；所述活塞的按压侧与活塞作用面积调整装置相连；所述活塞作用面积调整装置1包括丝杆10、滑块11、底盘14、一对侧拉杆(12、13)、2个用于限定关节旋转角度的定位卡扣(19、20)和4个旋转关节(15、16、17、18)；所述丝杆10一端与底盘14中心固接，另一端受到活塞9的按压；所述滑块11与丝杆10螺接，实现滑块11沿丝杆10调整上下位置；所述底盘14上顺次安装4个用于实现底盘翻折的关节(15、16、17、18)，所述底盘14通过关节(15、16、17、18)的旋转进行翻折；所述侧拉杆(12、13)的一端与所述滑块11铰接，另一端与所述底盘14的两端部铰接，从而改变侧拉杆(12、13)的位置，进而改变底盘14两端翘起的角度；所述定位卡扣(19、20)扣在需要维持在水平状态的关节(15、16、17、18)上，其中关节(15、16、17、18)的水平状态是指关节保持底盘14相应的连接处展平时对应的状态；

所述驱动装置包括第二伺服电机5和转盘3，所述第二伺服电机5的动力输出端通过联轴器4与所述腔体6转动轴轴接；

所述下位机7包括数据采集模块、数据处理模块以及命令模块，所述的数据采集模块的信号输入端与所述应变片的引线电连，所述数据采集模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连，所述数据处理模块的第一信号输出端与所述显示器的信号输入端电连，所述数据处理模块的第二信号输出端与所述命令模块的信号输入端电连，所述命令模块的第一信号输出端与所述第一伺服电机的控制端电连，所述命令模块的第二信号输出端与所述第二伺服电机的控制端电连。

所述腔体6和活塞作用面积调整装置1的底盘组成一个空心圆柱体密封腔，其中所述应变片2均匀的贴覆在所述腔体6的下表面和侧壁。

所述腔体6的转动轴为腔体竖直中心轴。

所述转盘水平布置。

所述应变片为电阻应变片，其转换公式为：

其中，R为应变片原电阻值(单位为Ω)；

ΔR为伸长或压缩所引起的电阻变化值(单位为Ω)

K：应变片的灵敏系数(常量，由应变片的生产厂家提供)；

ε：应变片变形的成度，即ΔL/L,无量纲。

所述定位卡扣为门型结构。

所述底盘上安装4个关节，且所述定位卡扣的个数比关节的个数少两个，实现底盘按压面积的三种状态的变化：分别是100％作用面积模式、80％作用面积模式、60％作用面积模式。

当活塞作用面积调整装置1为100％作用面积模式时，底盘14平放，滑块11处于最低位置，其中滑块支承着两根侧拉杆(12、13)，确保底盘的最外面两端是受到往下压的力，从而保证底盘最外面两段的水平，而关节(15、18)是不需要定位卡扣就能完成固定的；定位卡扣(19、20)分别扣在关节(16、17)上，此时关节(15、16、17、18)均处于水平状态。

当活塞作用面积调整装置1为80％作用面积模式时，定位卡扣(19、20)分别扣在关节(16、17)上，滑块处于中间高度，关节15和关节18旋转，底盘14从关节15和关节18处翘起。

当活塞作用面积调整装置1为60％作用面积模式时，定位卡扣(19、20)分别扣在关节15和关节18上，滑块处于最大高度，关节16和关节17旋转，底盘14从关节16和关节17处翘起。

本实用新型的工作原理在于：腔体6的内壁(包括侧壁和上下内表面)都均匀固定多个应变片2，因此能够测量表层动态应力。转盘32安装在腔体6下方，联轴器4上下分别连接转盘3和第二伺服电机5，第二伺服电机5可以通过下位机7控制转速，因此下位机7能够控制腔体内磨粒群的转速。活塞安装在腔体上方，活塞可以通过下位机进行上下运动的控制，因此下位机能够控制活塞的位置，进而控制磨粒群受到的外力。

腔体6、活塞9、显示器8和下位机7构成一个闭环控制系统，根据应力的变化，通过下位机7改变活塞的位置和第二伺服电机5的转速，从而控制磨粒群的切削状态；下位机7处理应变片2的动态数据，并通过显示器8显示磨粒群表层动态应力变化曲线。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。