一种直线划擦实验设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种直线划擦实验设备，包括光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、试样夹具、工具头、力传感器、Z轴设定器、Z轴设定器夹具、X轴方向进给装置、声发射传感器、测力系统和声发射系统。本实用新型专利技术所公开的直线划擦实验设备可以用于单颗压头或者多颗压头的划擦试验研究，并能够准确测得试验的磨削力，试验精度高，机构简单，使用成本低。测得的结果可以用来分析材料的去除机理，摩擦学特性等。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种直线划擦实验设备，特别是涉及一种利用力传感和声音传感的直线划擦实验设备。
技术介绍
磨削本质上可以归结为砂轮表面每一颗压头对被加工材料进行微观切削，因此可以将极其复杂的磨削过程简化为单颗压头磨削，这样就可以在不受其他压头的影响下，研究单颗压头的切削行为，深入探讨磨削机理。正是从这个角度考虑，国内外许多学者采用该方法对磨削过程中的磨屑形成、磨削力、压头磨损等进行了研究，获得了许多有价值的研究成果。直线滑擦法是目前最常见的划擦实验方法之一。这种方法一般是在纳米划痕试验机上进行的恒压力划痕试验，试验过程中对压头施加一恒定载荷，即可在试件表面划出深度恒定的划痕，通过改变载荷的大小即可得到一系列深浅不一的划痕。由于结构限制，恒压力划痕试验的速度一般为每秒钟几毫米，远远低于实际的磨削速度。本技术公开了一种直线划擦试验设备，通过高速进给装置驱动，能够使试验的速度更接近实际加工过程，本试验机可以准确测得试验的磨削力，试验精度高，机构简单，使用成本低。测得的结果可以用来分析材料的去除机理，摩擦学特性等。
技术实现思路
技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种直线划擦实验设备，可以用于单颗压头的划擦试验研究，或者多颗压头划擦的干涉研究，并能够准确测得试验的磨削力，试验精度高，机构简单，使用成本低。测得的结果可以用来分析材料的去除机理，摩擦学特性等。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种直线划擦实验设备，包括：光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、试样夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴定器夹具、X轴方向进给装置、测力系统和声发射系统；所述测力系统包括力传感器7和力数据处理部分；所述声发射系统包括声发射传感器12和声音数据处理部分；所述支撑系统固定光学平板上；所述X轴方向进给装置安装于支撑系统上；所述Y轴
方向进给装置固定于光学平板上；所述试样夹具固定于Y轴方向进给装置上；所述Z轴设定器夹具安装在X轴方向进给装置上；所述Z轴设定器固定在Z轴设定器夹具上；所述力传感器通过Z轴设定器夹具与Z轴设定器相连；所述工具头固定在力传感器上；所述试样夹具上用于放置被测样品，所述声发射传感器固定在被测样品上；所述测力系统的力数据处理部分采集力传感器的数据；所述声发射系统的声音处理部分采集声发射传感器的数据。优选的，所述工具头的压头为洛氏压头。优选的，所述工具头的压头尖端为金刚石或CBN。优选的，所述洛氏压头的圆锥角度范围为60°～120°，其尖端圆弧半径范围为10μm～200μm。优选的，所述工具头的压头为单科压头或多颗压头。优选的，所述测力系统包括力传感器、力数据采集和放大器；所述力传感器与测力系统的放大器连接；放大器连接力传感器后连接力数据采集卡。优选的，所述声发射系统还包括电荷放大器和声发射数据采集卡；所述声发射传感器与电荷放大器相连；所述电荷放大器连接声发射数据采集卡。优选的，通过控制Y轴方向进给装置和X轴方向进给装置调整工具头与试样夹具上的被测样品之间的相对位置；调整Z轴设定器调节压头与被测样品的距离，使工具头与被测样品刚好接触；调节Z轴设定器设定划擦的深度，驱动Y轴方向进给装置；测力系统采集被测样品上的划擦过程中力的动态变化，声发射系统采集划擦过程中力的声发射信号。优选的，判断工具头被测样品刚好接触包括如下步骤：A1、通过控制器移动X轴和Y轴进给装置，调整被测样品的相对位置使工具头正对被测试试样的目标位置；A2、通过控制器移动Z轴设定器使被测样品靠近工具头，至肉眼无法分辨两者相对位置后用塞尺确定两者相对位置，调节Z轴设定器至塞尺最小尺寸；A3、打开测力系统，调节Z轴设定器，每次点动的位移量为调节Z轴设定器的最小位移，观察接触力的实时变化，当接触力到达临界值时停止移动调节Z轴设定器。本技术的有益效果是：本技术所公开的一种直线划擦实验设备可以用于单颗压头或者多颗压头的划擦试验研究，并能够准确测得试验的磨削力，试验精度高，机构简单，使用成本低。测得的结果可以用来分析材料的去除机理，摩擦学特性等。以下结合附图及实施例对本技术作进一步详细说明；但本技术的一种直线划擦实验设备不局限于实施例。附图说明图1为本技术的主视图；图2为本技术的侧视图。具体实施方式实施例1参见图1至图2所示，本技术的一种直线划擦实验设备，包括：光学平板1、支撑系统2、Y轴方向进给装置3、试样夹具4、工具头6、力传感器7、Z轴设定器8、Z轴定器夹具9、X轴方向进给装置10、压头11、测力系统和声发射系统；所述测力系统包括力传感器7和力数据处理部分；所述声发射系统包括声发射传感器12和声音数据处理部分；所述支撑系统2固定光学平板1上；所述X轴方向进给装置10安装于支撑系统2上所述Y轴方向进给装置3固定于光学平板1上；所述试样夹具4固定于Y轴方向进给装置3上；所述Z轴设定器夹具8安装在X轴方向进给装置10上；所述Z轴设定器8固定在Z轴设定器夹具9上；所述力传感器7通过Z轴设定器夹具9与Z轴设定器8相连；所述工具头6固定在力传感器7上；所述压头11固定在工具头6上；所述试样夹具4上用于放置被测样品5，所述声发射传感器12固定在被测样品5上；所述测力系统的力数据处理部分采集力传感器7的数据；所述声发射系统的声音数据处理部分采集声发射传感器12的数据。更进一步，所述工具头6的压头为洛氏压头。更进一步，所述工具头6的压头尖端为金刚石或CBN。更进一步，所述洛氏压头的圆锥角度范围为60°～120°，其尖端圆弧半径范围为10μm～200μm。更进一步，所述工具头6的压头为单科压头或多颗压头。更进一步，所述测力系统包括力传感器、力数据采集卡和电荷放大器；所述力传感器7与测力系统的电荷放大器连接；放大器连接测力仪后连接力数据采集卡。更进一步，所述声发射系统还包括电荷放大器和声发射数据采集卡；所述声发射传感器12与电荷放大器相连；所述电荷放大器连接声发射数据采集卡。更进一步，所述力数据采集卡的采样频率高于10KHz，测力系统精度优于0.02N。更进一步，所述X轴方向进给装置10具有较高的定位精度，其精度优于1μm。更进一步，所述Y轴方向进给装置3具有较高的定位精度，其精度优于0.1μm，且具有较高的线性度，其最大线速度大于5m/s。更进一步，通过控制Y轴方向进给装置3和X轴方向进给装置10调整工具头6与试样夹具4上的被测样品5之间的相对位置；调整Z轴设定器8调节压头11与被测样品5的距离，使工具头6与被测样品5刚好接触；调节Z轴设定器8设定划擦的深度，驱动Y轴方向进给装置3；测力系统采集被测样品上的划擦过程中力的动态变化，声发射系统采集划擦过程中力的声发射信号。更进一步，判断工具头8与被测样品5刚好接触包括如下步骤：A1、通过控制器移动X轴方向进给装置10和Y轴方向进给装置3，调整被测样品5的相对位置使工具头8正对被测试试样5的目标位置；A2、通过控制器移动Z轴设定器8使被测样品5靠近工具头8，至肉眼无法分辨两者相对位置后用塞尺确定两者相对位置，调节Z轴设定器8至塞尺最小尺寸；A3、打开测力系统，调节Z轴设定器8，每次点动的位移量为调节Z轴设定器8的最小位移，观察接触力的实时变化，当接触力到达临界值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线划擦实验设备，其特征在于，包括：光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、试样夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴设定器夹具、X轴方向进给装置、测力系统和声发射系统；所述测力系统包括力传感器和力数据处理部分；所述声发射系统包括声发射传感器和声音数据处理部分；所述支撑系统固定光学平板上；所述X轴方向进给装置安装于支撑系统上；所述Y轴方向进给装置固定于光学平板上；所述试样夹具固定于Y轴方向进给装置上；所述Z轴设定器夹具安装在X轴方向进给装置上；所述Z轴设定器固定在Z轴设定器夹具上；所述力传感器通过Z轴设定器夹具与Z轴设定器相连；所述工具头固定在力传感器上；所述试样夹具上用于放置被测样品，所述声发射传感器固定在被测样品上；所述测力系统的力数据采集部分采集力传感器的数据；所述声发射系统的声音数据处理部分采集声发射传感器的数据。

【技术特征摘要】
1.一种直线划擦实验设备，其特征在于，包括：光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、试样夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴设定器夹具、X轴方向进给装置、测力系统和声发射系统；所述测力系统包括力传感器和力数据处理部分；所述声发射系统包括声发射传感器和声音数据处理部分；所述支撑系统固定光学平板上；所述X轴方向进给装置安装于支撑系统上；所述Y轴方向进给装置固定于光学平板上；所述试样夹具固定于Y轴方向进给装置上；所述Z轴设定器夹具安装在X轴方向进给装置上；所述Z轴设定器固定在Z轴设定器夹具上；所述力传感器通过Z轴设定器夹具与Z轴设定器相连；所述工具头固定在力传感器上；所述试样夹具上用于放置被测样品，所述声发射传感器固定在被测样品上；所述测力系统的力数据采集部分采集力传感器的数据；所述声发射系统的声音数据处理部分采集声发射传感器的数据。2.根据权利要求1所述的一种直线划擦实验设备，其特征在于：所述工具头的压头为洛氏压头。3.根据权利要求1所述的一种直线划擦实验设备，其特征在于：所述工具头的压头尖端为金刚石或CBN。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁昌，李慧慧，姜峰，言兰，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：福建;35