用于材料切削性能测试的测试仪器和测试方法技术

本发明专利技术公开了一种用于材料切削性能测试的测试仪器和测试方法，测试仪器包括工作台、切削机构、试样片固定机构、测力传感器、试样片移动机构和控制器，试样片移动机构包括直线滑轨、步进电机和支撑块，测力传感器安装于支撑块的顶部，试样片固定机构安装于测力传感器的承重面上，试样片安装于试样片固定机构的顶部；切削机构包括切削头、驱动机构和固定架，固定架安装于工作台上，驱动机构安装于固定架上；步进电机、测力传感器、驱动机构均与控制器电连接。测试方法对模拟生物硬组织材料开发过程中的切削性能特征的认定提出的一套新的方法，可以以此作为模拟材料开发成果的验证依据，以达到开发更接近天然材料的模拟材料的目的。

Testing instruments and methods for testing cutting properties of materials

【技术实现步骤摘要】
用于材料切削性能测试的测试仪器和测试方法
本专利技术涉及口腔教学模型
，尤其是涉及一种用于材料切削性能测试的测试仪器和测试方法。
技术介绍
牙科临床模拟训练用的口腔模型，其中模拟牙齿(包含牙釉质、牙本质、牙骨质)、牙槽骨(皮质骨、松质骨)的材料是用塑料或复合材料来模拟的。目前，开发出来的各种模拟材料，无法准确表征它在切削性能上是否接近天然的牙齿、牙槽骨，只能粗略的采用传统工业中磨削试样的方法进行粗略的评价，即采用砂皮带磨削试样，在指定的时间内，用指定的力，磨削掉多少厚度，以此为参数评价材料的磨削性能；但这并不符合自然的生物硬组织的磨削场景，以对牙齿的磨削为例，医生通常是手握带车针的牙科高速手机，以较小的力，在喷水雾的环境下，断续地进行切削，在此过程中，医生实时通过自身经验获得阻力反馈，以免过度切削和过热损伤。而传统工业中对试样的磨削性能测试，没有受力反馈，也没有断续磨削，获得的参数单一，因此，以此参数来开发模拟牙体的材料的话，会发现根据这个参数来调整材料配方无法获得所需要的模拟材料，即开发的模拟材料的切削感觉不能和天然牙齿、牙槽骨接近，这导致了模拟材料的开发十分困难。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种符合牙科、医学临床训练等应用场景的、针对材料切削性能测试的测试仪器和测试方法，能够准确表征模拟材料的切削性能，以达到开发更接近天然材料的模拟材料的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于材料切削性能测试的测试仪器，包括工作台、切削机构、试样片固定机构、测力传感器、试样片移动机构和控制器，所述试样片移动机构包括沿竖直方向安装于所述工作台上的直线滑轨、驱动所述直线滑轨的步进电机和安装于所述直线滑轨的滑座上的支撑块，所述测力传感器的本体安装于所述支撑块的顶部，所述试样片固定机构安装于所述测力传感器的承重面上，待测试的试样片安装于所述试样片固定机构的顶部；所述切削机构包括切削头、驱动所述切削头转动的驱动机构和固定架，所述固定架安装于所述工作台上，所述驱动机构安装于所述固定架上，并使所述切削头沿水平方向布置在所述测试片的上方，所述驱动机构位于所述试样片固定机构的一侧；所述步进电机、所述测力传感器、所述驱动机构均与所述控制器电连接。进一步的，所述切削头为金刚砂车针，所述驱动机构为牙科高速手机，所述金刚砂车针可拆卸安装于所述牙科高速手机的机头上。进一步的，所述固定架包括直立块和夹持座，所述夹持座包括夹持底块和夹持顶块，所述直立块通过紧固件安装于所述工作台上，所述直立块上形成有沿竖直方向的滑槽，所述夹持座通过穿设于所述滑槽内的若干紧固件可拆卸安装于所述直立块上，所述夹持底块与所述夹持顶块通过紧固件固定在一起，且所述夹持底块与所述夹持顶块之间形成第一夹口，所述牙科高速手机的机身安装于所述第一夹口内。进一步的，所述试样片固定机构包括第一夹持块和第二夹持块，所述第一夹持块与所述第二夹持块通过紧固件固定在一起，且所述第一夹持块与所述第二夹持块之间形成第二夹口，所述试样片底部安装于所述第二夹口内，并使所述试样片的顶部高于所述第一夹持块和所述第二夹持块的顶部。进一步的，所述支撑块呈L型，所述支撑块的竖直部分通过紧固件可拆卸安装于所述直线滑轨的滑座上，所述测力传感器的本体安装于所述支撑块的水平部分上。一种用于材料切削性能测试的测试方法，应用所述的用于材料切削性能测试的测试仪器进行切削性能测试，包括如下步骤：1)将待测试的试样片安装于所述试样片固定机构上，并将所述切削头安装于所述驱动机构上，使所述切削头沿水平方向布置在所述测试片的上表面；2)在所述控制器的控制下，所述驱动机构驱动所述切削头高速旋转，且所述步进电机驱动所述直线滑轨的滑座上行，并依次经由所述支撑块、所述测力传感器和所述试样片固定机构带动所述试样片上行，使所述试样片接触所述切削头并向所述切削头方向按步移动进行切削；3)所述测力传感器输出所述试样片按步移动的受力值给所述控制器，所述控制器根据预设的受力阈值，判断当前受力值是否超过所述受力阈值；在当前受力值超过所述受力阈值时，所述控制器控制所述试样片向远离所述切削头方向按步移动；在当前受力值未超过所述受力阈值时，所述控制器控制所述试样片向所述切削头方向按步移动，直至切削深度到达预设目标值，切削结束；4)所述控制器将整个切削过程中产生的数据生成切削数据文件，并保存在存储介质中，所述切削数据文件包括所述步进电机运转的总步数数据、切削深度数据和每步受力值数据；5)采用数据分析软件对所述切削数据文件进行分析，画出表征试样片的切削性能的曲线图。进一步的，所述曲线图的x轴为切削移动的路径长度，所述曲线图的y轴是对应x轴的两个数据，其中一个是切削深度，另一个是受力值，根据所述曲线图计算出作为评价试样片材料的切削性能的特征参数。进一步的，所述特征参数包括切削移动的路径长度、受力曲线的全部峰的数量、受力曲线的全部峰的最大峰值、受力曲线的全部峰的平均峰值、切削做功、受力曲线的大峰的数量、受力曲线的大峰的平均值、停留位置最大峰值、停留位置峰数和停留位置最大峰值外的平均峰值。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种用于材料切削性能测试的测试仪器和测试方法，对模拟生物硬组织材料开发过程中的切削性能特征的认定提供了一套新的方法，可以以此作为模拟材料开发成果的验证依据，解决了现有的切削性能指标和机械强度数据无法提供满意的相关性，无法以此作为模拟材料开发成果的验证依据的技术问题。本专利技术测试方法输出的数据量大，可以此描绘输出多个曲线，可被表征为材料切削性能的指纹特征。而现有的传统方法输出参数单一，不能反映材料受到切削后响应出来的更多特征。本专利技术测试方法输出的数据量充分，除了以下说明书提到的多个特征参数，材料数据分析师可以根据自己的经验和需求，扩展算法，获取更多的参数，发现每种材料更细致的特征。本专利技术测试方法输出的数据是过程数据，把整个切削过程以数字的形式、一步步记录下来，而不是传统的单一的结果数据，这点对于分析非匀相材料的切削性能非常有帮助。本专利技术测试方法可拓展应用到钻削、插削等性能的测试。在生物硬组织的机械加工中，都需要采取本专利技术提出的间断的、带受力反馈、受力阈值控制的加工方法，以免生物硬组织受到过份损伤。因此，凡是这种形式的材料的被加工性能测试都可以应用本专利技术提供的测试方法。优选的，本专利技术采用可选定的标准的牙科金刚砂车针进行切削测试，比传统的耐磨性测试方法成本低、试样准备要求低、效率高、应用更普遍。优选的，本专利技术用于切削的驱动机构采用在牙科治疗中最常用的牙科高速手机，十分符合实际被模拟的场景，切削数据更真实。附图说明图1为本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器一视角的立体图；图2为本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器另一视角的立体图；图3为本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器的侧视图；图4为本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器的俯视图；图5为应用本专利技术用于材料切削性能测试的测试方法的流程图；图6为应用本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器对试样片一进行测试的曲线图；图7为应用本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器对试样片二进行测试的曲线图；图8为应用本专利技术用于材料切削性能测试的测试仪器对试样片三进行测试的曲线图。具体实施方式为了能够更清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于材料切削性能测试的测试仪器，其特征在于，包括工作台(1)、切削机构(2)、试样片固定机构(3)、测力传感器(4)、试样片移动机构(5)和控制器，所述试样片移动机构包括沿竖直方向安装于所述工作台上的直线滑轨(51)、驱动所述直线滑轨的步进电机(52)和安装于所述直线滑轨的滑座(511)上的支撑块(53)，所述测力传感器的本体安装于所述支撑块的顶部，所述试样片固定机构安装于所述测力传感器的承重面上，待测试的试样片(7)安装于所述试样片固定机构的顶部；所述切削机构包括切削头(21)、驱动所述切削头转动的驱动机构(22)和固定架(23)，所述固定架安装于所述工作台上，所述驱动机构安装于所述固定架上，并使所述切削头沿水平方向布置在所述测试片的上方，所述驱动机构位于所述试样片固定机构的一侧；所述步进电机、所述测力传感器、所述驱动机构均与所述控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于材料切削性能测试的测试仪器，其特征在于，包括工作台(1)、切削机构(2)、试样片固定机构(3)、测力传感器(4)、试样片移动机构(5)和控制器，所述试样片移动机构包括沿竖直方向安装于所述工作台上的直线滑轨(51)、驱动所述直线滑轨的步进电机(52)和安装于所述直线滑轨的滑座(511)上的支撑块(53)，所述测力传感器的本体安装于所述支撑块的顶部，所述试样片固定机构安装于所述测力传感器的承重面上，待测试的试样片(7)安装于所述试样片固定机构的顶部；所述切削机构包括切削头(21)、驱动所述切削头转动的驱动机构(22)和固定架(23)，所述固定架安装于所述工作台上，所述驱动机构安装于所述固定架上，并使所述切削头沿水平方向布置在所述测试片的上方，所述驱动机构位于所述试样片固定机构的一侧；所述步进电机、所述测力传感器、所述驱动机构均与所述控制器电连接。2.根据权利要求1所述的用于材料切削性能测试的测试仪器，其特征在于，所述切削头为金刚砂车针，所述驱动机构为牙科高速手机，所述金刚砂车针可拆卸安装于所述牙科高速手机的机头上。3.根据权利要求2所述的用于材料切削性能测试的测试仪器，其特征在于，所述固定架包括直立块(231)和夹持座(232)，所述夹持座包括夹持底块(2321)和夹持顶块(2322)，所述直立块通过紧固件安装于所述工作台上，所述直立块上形成有沿竖直方向的滑槽(2311)，所述夹持座通过穿设于所述滑槽内的若干紧固件可拆卸安装于所述直立块上，所述夹持底块与所述夹持顶块通过紧固件固定在一起，且所述夹持底块与所述夹持顶块之间形成第一夹口，所述牙科高速手机的机身安装于所述第一夹口内。4.根据权利要求2所述的用于材料切削性能测试的测试仪器，其特征在于，所述试样片固定机构包括第一夹持块(31)和第二夹持块(32)，所述第一夹持块与所述第二夹持块通过紧固件固定在一起，且所述第一夹持块与所述第二夹持块之间形成第二夹口，所述试样片底部安装于所述第二夹口内，并使所述试样片的顶部高于所述第一夹持块和所述第二夹持块的顶部。5.根据权利要求2所述的用于材料切削性能测试的测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙皓，杨方，沈熙炜，唐雪锋，钟伟，周耀国，秦晓峰，徐建，刘跟红，鲍晓东，
申请(专利权)人：日进教学器材昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32