專利名稱：硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬、非金屬的硬度測(cè)試和研究的硬度計(jì)，更詳細(xì)地講是硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元。
背景技術(shù)：
(1)常規(guī)的硬度計(jì)是將加于主軸上的試驗(yàn)力通過(guò)壓頭施加到試件上，形成壓痕，然后根據(jù)壓痕的大小深淺計(jì)算金屬及非金屬的硬度值。
(2)常規(guī)的硬度計(jì)試驗(yàn)力的施加和卸除是通過(guò)一套復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)重量的砝碼配合緩沖系統(tǒng)進(jìn)行升降，并通過(guò)杠桿進(jìn)行放大，使砝碼產(chǎn)生的力作用在壓頭上；這樣就使得加卸荷機(jī)構(gòu)變得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，精度也得不到可靠保證，同時(shí)不同試驗(yàn)力之間的轉(zhuǎn)換，需要由復(fù)雜的變荷機(jī)構(gòu)來(lái)控制實(shí)施。
(3)傳統(tǒng)硬度計(jì)的壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)通常固定在剛性機(jī)架上，不能實(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量。壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)與裝配了壓頭的主軸相接觸，壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量到的數(shù)據(jù)實(shí)際是壓頭相對(duì)于機(jī)架的位移，所以當(dāng)承載試件的工作臺(tái)機(jī)構(gòu)剛性不足、試件變形或機(jī)架剛性不足而在試驗(yàn)力施加及卸除前后產(chǎn)生相對(duì)變形量時(shí)，壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量出的數(shù)據(jù)包括了這些變形量，會(huì)給壓痕的實(shí)際深度測(cè)量帶來(lái)很大誤差，因而對(duì)這種結(jié)構(gòu)通常會(huì)提出極高的剛度要求，使得加工與裝配變得復(fù)雜和困難。
(4)到目前為止，各種類型的硬度計(jì)都還沒(méi)有有效的夾緊機(jī)構(gòu)，因而不能對(duì)試件進(jìn)行有效地夾緊，難以測(cè)量薄壁件、異型件，限制了硬度計(jì)的使用。
(5)傳統(tǒng)硬度計(jì)施加初試驗(yàn)力，需要由操作者用手旋轉(zhuǎn)承載工作臺(tái)的手輪，通過(guò)位移指示表度量主軸位移量來(lái)完成，操作復(fù)雜，人為誤差大，重復(fù)性差，精度低。
(6)壓頭主軸的移動(dòng)范圍小，只有不到1mm，每點(diǎn)測(cè)試都需要人工調(diào)整工作臺(tái)的高度來(lái)適應(yīng)試件的高度變化，完成初試驗(yàn)力，因而勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種能夠自動(dòng)夾緊試件；能夠緩慢無(wú)沖擊地自動(dòng)施加初試驗(yàn)力、主試驗(yàn)力；能夠自動(dòng)跟蹤測(cè)量出壓痕實(shí)際深度，消除機(jī)架變形和試件變形對(duì)壓痕深度測(cè)量的影響；擴(kuò)大壓頭的移動(dòng)范圍，壓頭在50mm范圍內(nèi)可自動(dòng)上下移動(dòng)的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，自動(dòng)化程度高，試驗(yàn)力精度高，重復(fù)精度高。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元包括支承構(gòu)架、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、主軸加卸荷機(jī)構(gòu)、壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)；該步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)上固裝小齒輪，該小齒輪與固裝在滾珠絲母上的大齒輪相嚙合，滾珠絲母與滾珠絲杠相配合并通過(guò)軸承設(shè)置在支承構(gòu)架內(nèi)腔中，該軸承的上、下端分別由軸承鎖緊帽、軸承擋圈鎖定；在滾珠絲杠上設(shè)有防止?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；該主軸機(jī)構(gòu)包括主軸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該主軸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中的主軸上部通過(guò)上直線軸承、主軸上導(dǎo)向座設(shè)置在滾珠絲杠內(nèi)腔中，該主軸下部穿過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)中的夾緊吊筒內(nèi)腔并通過(guò)下直線軸承和下導(dǎo)向座與夾緊吊筒、夾緊導(dǎo)向筒的下部固裝在一起；該夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在支承構(gòu)架內(nèi)腔中，該機(jī)構(gòu)中被壓縮的夾緊彈簧設(shè)置在由夾緊吊筒與夾緊導(dǎo)向筒構(gòu)成的環(huán)形內(nèi)腔中，其上端與軸承擋圈相接觸，下端與夾緊導(dǎo)向筒的上端臺(tái)階面相接觸；該夾緊吊筒懸掛在主軸下端，在夾緊導(dǎo)向筒上固裝有保護(hù)套，該保護(hù)套上設(shè)有壓頭可以從其中伸出的通孔；該主軸加卸荷機(jī)構(gòu)設(shè)置在滾珠絲杠內(nèi)腔中，該機(jī)構(gòu)中的初試驗(yàn)力彈簧套在主軸上，其上端靠在上直線軸承上，其下端靠在主軸的第一個(gè)臺(tái)階面上；在初試驗(yàn)力彈簧上又套有主試驗(yàn)力彈簧，其上端與活動(dòng)地套裝在初試驗(yàn)力彈簧上的主試驗(yàn)力隔套相接觸，其下端與活動(dòng)地套裝在主軸上的主試驗(yàn)力彈簧座相接觸；在主軸的第一個(gè)臺(tái)階的下方設(shè)有當(dāng)初試驗(yàn)力彈簧被壓縮一定長(zhǎng)度后，可與主試驗(yàn)力彈簧座相接觸的第二個(gè)臺(tái)階；在主軸的最下部設(shè)有壓力傳感器，該壓力傳感器上設(shè)有壓頭；該壓頭的端部與保護(hù)套的下端面之間有一定距離；該壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括位移傳感器、杠桿機(jī)構(gòu)；該位移傳感器通過(guò)傳感器安裝座設(shè)置在夾緊導(dǎo)向筒上，該傳感器安裝座上裝有軸承并可在支承構(gòu)架上設(shè)有的軸向?qū)虿壑猩舷乱苿?dòng)；該杠桿機(jī)構(gòu)中小杠桿的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)活動(dòng)連接在夾緊導(dǎo)向筒上，小杠桿的中間觸點(diǎn)與設(shè)置在主軸上的測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘?shù)挠|頭形成點(diǎn)接觸，小杠桿的尾端與位移傳感器的測(cè)頭形成點(diǎn)接觸。
所述的主軸機(jī)構(gòu)還包括平衡主軸重力機(jī)構(gòu)；上述機(jī)構(gòu)中的主軸上導(dǎo)向座的內(nèi)腔中裝有的平衡彈簧座，在平衡彈簧座上設(shè)有帶平衡彈簧擋圈的平衡彈簧，長(zhǎng)螺釘穿過(guò)平衡彈簧擋圈、平衡彈簧座而固定在主軸上端。
所述的主軸機(jī)構(gòu)還包括防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述機(jī)構(gòu)中套有軸承的螺釘設(shè)置在壓力傳感器安裝座上，該軸承可與夾緊導(dǎo)向筒上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合。
所述的夾緊導(dǎo)向筒上固裝有導(dǎo)向鍵，可與夾緊吊筒上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合。
所述的防止?jié)L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠下端面夾緊帽旋入滾珠絲杠下端的內(nèi)腔中且活動(dòng)地套在主軸上，該滾珠絲杠下端面夾緊帽上裝有傳動(dòng)端蓋，在傳動(dòng)端蓋上固裝制轉(zhuǎn)擋銷，可插入滾珠絲杠下端設(shè)有的鍵槽中。
所述的上、下直線軸承均是由主軸上滾珠架、主軸下滾珠架和位于二者之間的鋼球構(gòu)成。
所述的主試驗(yàn)力彈簧的外徑略小于滾珠絲杠的內(nèi)徑，但其內(nèi)徑大于初試驗(yàn)力彈簧的外徑，而初試驗(yàn)力彈簧的內(nèi)徑略大于主軸的外徑。
所述的主軸上設(shè)有橫向通孔、與橫向通孔相通的軸向通孔；該軸向通孔中旋入測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘?shù)南虏?，還旋入與測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘下端面相接觸的頂絲，該測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘?shù)挠|頭伸入上述橫向通孔中并與位于上述橫向通孔中的小杠桿的中間觸點(diǎn)相接觸；該小杠桿的尾端穿過(guò)夾緊吊筒和夾緊導(dǎo)向筒上的通孔以及支承構(gòu)架上的軸向?qū)虿鄄⑸斐龅街С袠?gòu)架外面。
所述的滾珠絲杠的上端內(nèi)腔中且在主軸上導(dǎo)向座的上面旋入滾珠絲杠上鎖緊帽，該滾珠絲杠上鎖緊帽上設(shè)有通孔。
所述的支承構(gòu)架的內(nèi)部為圓形空腔，外部為方形結(jié)構(gòu)；本單元除了步進(jìn)電機(jī)、小齒輪、位移傳感器和電控系統(tǒng)以外的其它結(jié)構(gòu)全部封裝在上述圓形空腔中。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下顯著特點(diǎn)和積極效果(1)本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)的砝碼杠桿加載方式，采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、高精度壓力傳感器及電控系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠向下做直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)依次壓縮初試驗(yàn)力彈簧、主試驗(yàn)力彈簧而產(chǎn)生初試驗(yàn)力、主試驗(yàn)力，最終在試件的測(cè)試表面上精確地施加試驗(yàn)力。上述試驗(yàn)力并不包括被主軸平衡重力機(jī)構(gòu)消除的主軸自身重力，而且是在緩慢無(wú)沖擊的狀態(tài)下自動(dòng)施加的。本發(fā)明產(chǎn)生的試驗(yàn)力可以包容1-187.5kgf之間的所有的硬度計(jì)試驗(yàn)力級(jí)數(shù)。
(2)不存在杠桿裝置放大載荷，測(cè)力是按1∶1的比例直接地緩慢地在軸向施加到壓頭，無(wú)摩擦、無(wú)轉(zhuǎn)換偏差，無(wú)砝碼杠桿加載系統(tǒng)帶來(lái)的沖擊現(xiàn)象，本發(fā)明試驗(yàn)力精度高，重復(fù)精度高。
(3)摒棄傳統(tǒng)的將壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)固裝在機(jī)架上的方式，而采用一種全新的自動(dòng)跟蹤測(cè)量方式，即壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)的固裝位置即為試件表面，并且在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中始終保持不變，也就是說(shuō)當(dāng)試件表面位置變動(dòng)時(shí)，壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)也同時(shí)會(huì)自動(dòng)跟隨其等量變動(dòng)。
(4)本單元帶有自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，壓頭在接觸試件之前會(huì)首先夾緊試件，消除機(jī)架變形，使首次測(cè)量即為有效測(cè)量，該功能尤其對(duì)異型零件、易變形零件的測(cè)試提供極大方便，同時(shí)提高測(cè)量精度。
(5)壓頭可在50mm范圍內(nèi)自動(dòng)上下移動(dòng)，以適應(yīng)試件的不同高度，不再需要手工調(diào)節(jié)工作臺(tái)。只需一個(gè)電控指令，壓頭將自動(dòng)向下移動(dòng)來(lái)執(zhí)行整個(gè)測(cè)試過(guò)程，中間無(wú)需中斷，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)夾緊試件、施加試驗(yàn)力、執(zhí)行測(cè)量，結(jié)束時(shí)壓頭抬起、松開(kāi)試件、自動(dòng)復(fù)位。
(6)本單元采用外方內(nèi)圓的支承構(gòu)架，很方便與機(jī)架的連接；該支承構(gòu)架內(nèi)有一個(gè)圓形空腔，除步進(jìn)電機(jī)、小齒輪、位移傳感器和電控系統(tǒng)外的其它結(jié)構(gòu)全部緊湊地封裝在其空腔內(nèi)。
四

圖1為本發(fā)明硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元的主視剖視2為圖1的A-A剖視圖五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思是(1)為了方便與機(jī)架的連接，采用外方內(nèi)圓的支承構(gòu)架。
(2)采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、高精度壓力傳感器和電控系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行試件夾緊、試驗(yàn)力的施加與卸除。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾珠絲杠的另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)壓頭的上下移動(dòng)，以適應(yīng)試件的不同高度。
(3)采用由滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)壓縮試驗(yàn)力彈簧，并通過(guò)試驗(yàn)力彈簧將試驗(yàn)力傳遞到主軸壓頭上；試驗(yàn)力的施加是在緩慢無(wú)沖擊的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。
(4)通過(guò)在壓頭保護(hù)套上加裝初始狀態(tài)即被壓縮的夾緊彈簧，由同一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的夾緊定位，這種狀態(tài)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中能夠保持一致，提高測(cè)試精度。
(5)為避免機(jī)架及試件剛性不足引起測(cè)量誤差，同時(shí)保持試件與硬度計(jì)工作臺(tái)之間的良好接觸，本發(fā)明將壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝在能夠自動(dòng)跟蹤試件表面的夾緊導(dǎo)向筒上，實(shí)現(xiàn)了試件表面在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中始終為深度測(cè)量基準(zhǔn)。
(6)本發(fā)明采用高精度位移傳感器配合杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓痕深度測(cè)量，并采用高精度壓力傳感器及其電控系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)力進(jìn)行精確地控制。
(7)初試驗(yàn)力與主試驗(yàn)力的施加與卸除，全部由本單元自動(dòng)完成，不需人工干預(yù)。
由圖1、圖2可知，本發(fā)明包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、主軸加卸荷機(jī)構(gòu)、壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)，除了步進(jìn)電機(jī)、小齒輪、位移傳感器及電控系統(tǒng)外的其它結(jié)構(gòu)全部緊湊地封裝在支承構(gòu)架的內(nèi)腔中；該步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸加卸荷機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)均采用同一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；其中(一)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的上下直線運(yùn)動(dòng)。
安裝在支承構(gòu)架32上的步進(jìn)電機(jī)21輸出軸上固裝小齒輪23，該小齒輪與固裝在滾珠絲母24上的大齒輪20相嚙合；該滾珠絲母與滾珠絲杠16相配合，又通過(guò)兩個(gè)軸承7定位于支承構(gòu)架32的內(nèi)腔中，在軸承的上、下端分別設(shè)有軸承鎖緊帽22、軸承擋圈26；滾珠絲母依靠軸承鎖緊帽緊固并保持同心。
當(dāng)然，也可采用其它結(jié)構(gòu)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如，結(jié)構(gòu)一是在步進(jìn)電機(jī)輸出軸上裝有帶輪，通過(guò)皮帶與設(shè)置在滾珠絲母上的帶輪相連接，該滾珠絲母與滾珠絲杠相配合。結(jié)構(gòu)二是在步進(jìn)電機(jī)輸出軸上裝有蝸桿，蝸桿與設(shè)置在滾珠絲母上的蝸輪相嚙合，該滾珠絲母與滾珠絲杠相配合。
防止?jié)L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在滾珠絲杠16下端面夾緊帽上裝有傳動(dòng)端蓋4，在傳動(dòng)端蓋上對(duì)稱地固裝了兩個(gè)制轉(zhuǎn)擋銷27，可插入滾珠絲杠下端設(shè)有的兩個(gè)鍵槽中，從而將滾珠絲母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)。
(二)主軸機(jī)構(gòu)包括主軸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、平衡主軸重力機(jī)構(gòu)、防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中(1)主軸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠保證主軸在滾珠絲杠內(nèi)腔中的安裝、導(dǎo)向，并將試驗(yàn)力傳遞到壓頭上，同時(shí)側(cè)向力及摩擦力也會(huì)變得很小。
主軸28的上部裝有上直線軸承18，而上直線軸承安裝在旋入滾珠絲杠內(nèi)腔中的主軸上導(dǎo)向座11上；該主軸的下部穿過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)中的夾緊吊筒29的內(nèi)腔，并設(shè)有安裝在主軸下導(dǎo)向座33上的下直線軸承41，該下導(dǎo)向座又與夾緊機(jī)構(gòu)中的夾緊吊筒29和夾緊導(dǎo)向筒30的下部固裝在一起。該上、下直線軸承均是由主軸上滾珠架、主軸下滾珠架及鋼球構(gòu)成。
(2)平衡主軸重力機(jī)構(gòu)能夠消除主軸自身重力，保證施加到主軸上的試驗(yàn)力全部是由試驗(yàn)力彈簧產(chǎn)生的。
平衡主軸重力機(jī)構(gòu)設(shè)置在滾珠絲杠16的上部?jī)?nèi)腔中。在主軸上導(dǎo)向座11內(nèi)腔中的臺(tái)階面上設(shè)置呈倒扣杯形的平衡彈簧座13，在平衡彈簧座上環(huán)繞平衡彈簧17，在平衡彈簧的上端裝有平衡彈簧擋圈14；內(nèi)六角圓柱頭螺釘15穿過(guò)平衡彈簧擋圈、平衡彈簧座的內(nèi)腔后又固定在主軸28的上端。
另外，為了消除螺紋間隙，又在滾珠絲杠16的上部?jī)?nèi)腔中旋入帶有通孔的滾珠絲杠上鎖緊帽12，該滾珠絲杠上鎖緊帽位于主軸上導(dǎo)向座11的上方。該平衡彈簧擋圈的外徑要小于主軸上導(dǎo)向座及滾珠絲杠上鎖緊帽12的內(nèi)徑。
(3)防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠有效地防止主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在主軸的最下部固裝壓力傳感器安裝座34，在壓力傳感器安裝座上設(shè)有螺釘，該螺釘上套有由彈性軸承擋圈鎖定的軸承42，該軸承可與夾緊導(dǎo)向筒30上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合，即軸承在沿長(zhǎng)孔上下移動(dòng)的同時(shí)也可以轉(zhuǎn)動(dòng)。該軸承向上或向下的移動(dòng)的距離要大于壓頭37的最大位移量。
(三)主軸加卸荷機(jī)構(gòu)在主軸上施加試驗(yàn)力、保持試驗(yàn)力和卸除試驗(yàn)力，并且上述試驗(yàn)力的施加、卸除都是在緩慢無(wú)沖擊的狀態(tài)下自動(dòng)完成的。
主軸加卸荷機(jī)構(gòu)設(shè)置在滾珠絲杠內(nèi)腔中，它包括滾珠絲杠16、初試驗(yàn)力彈簧10、主試驗(yàn)力彈簧9、主試驗(yàn)力隔套19、主試驗(yàn)力彈簧座25、主軸28、滾珠絲杠下端面夾緊帽5。該主軸28為臺(tái)階軸，從上向下依次設(shè)有第一個(gè)臺(tái)階、第二個(gè)臺(tái)階。
該初試驗(yàn)力彈簧10套在主軸上部，其內(nèi)徑要大于主軸28的外徑，其上端靠在位于主軸上的上直線軸承18上，其下端靠在主軸的第一個(gè)臺(tái)階面上。
該主試驗(yàn)力彈簧9又套在初試驗(yàn)力彈簧10上，其內(nèi)徑要大于初試驗(yàn)力彈簧的外徑但其外徑要小于滾珠絲杠16的內(nèi)徑。該主試驗(yàn)力彈簧9的上端靠在主試驗(yàn)力隔套19上，該主試驗(yàn)力隔套與上直線軸承18相接觸且又活動(dòng)地套在初試驗(yàn)力彈簧上，該主試驗(yàn)力彈簧9的下端靠在主試驗(yàn)力彈簧座25上，該主試驗(yàn)力彈簧座又與旋入滾珠絲杠下端內(nèi)腔中且活動(dòng)地套在主軸上的滾珠絲杠下端面夾緊帽的上端相接觸。該主試驗(yàn)力彈簧座與主軸的第二個(gè)臺(tái)階面之間距離應(yīng)大于初試驗(yàn)力彈簧被壓縮的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)當(dāng)初試驗(yàn)力彈簧被壓縮了一定長(zhǎng)度后，該主試驗(yàn)力彈簧座才與主軸的第二個(gè)臺(tái)階面相接觸。
在主軸28最下部裝有壓力傳感器安裝座34并由安裝座鎖緊帽38鎖定，該壓力傳感器39又通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定在壓力傳感器安裝座上。壓頭37通過(guò)壓頭軸36固裝在壓力傳感器上，該壓頭可從保護(hù)套35上的通孔中伸出。壓頭端部與保護(hù)套下端面之間要保持一定距離，例如0.5mm。
(四)夾緊機(jī)構(gòu)可在支承構(gòu)架內(nèi)腔中向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的夾緊定位。
夾緊機(jī)構(gòu)包括夾緊彈簧6、夾緊導(dǎo)向筒30、夾緊吊筒29、保護(hù)套35。該夾緊吊筒懸掛在主軸加卸荷機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)端蓋4的上端面上。夾緊吊筒與夾緊導(dǎo)向筒及主軸下導(dǎo)向座33固裝在一起，而保護(hù)套35則通過(guò)頂絲固裝在夾緊導(dǎo)向筒的下端。該保護(hù)套35呈空心錐形體，其下端與壓頭相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有通孔。由夾緊吊筒與夾緊導(dǎo)向筒構(gòu)成的環(huán)形內(nèi)腔中設(shè)有被壓縮的夾緊彈簧6，該夾緊彈簧的上端與軸承擋圈26相接觸，其下端與夾緊導(dǎo)向筒的上端臺(tái)階面相接觸。
在夾緊導(dǎo)向筒30上固裝有導(dǎo)向鍵43，該導(dǎo)向鍵與夾緊吊筒29上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合，從而能夠有效地防止夾緊吊筒的轉(zhuǎn)動(dòng)。
另外，為了方便裝調(diào)，在支承構(gòu)架32上還設(shè)有定位螺釘。
(五)壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)跟蹤測(cè)量，準(zhǔn)確地測(cè)量出試件的實(shí)際壓痕深度。
該壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括位移傳感器1、傳感器安裝座2、杠桿機(jī)構(gòu)。該位移傳感器的伸出軸插入傳感器安裝座的內(nèi)孔中，并由錐端頂絲緊固；而傳感器安裝座通過(guò)螺紋旋合在夾緊導(dǎo)向筒30上，軸承3套在傳感器安裝座上并由夾緊導(dǎo)向筒防轉(zhuǎn)軸承隔圈進(jìn)行鎖定。在夾緊導(dǎo)向筒30的帶動(dòng)下，該傳感器安裝座2及其軸承可在支承構(gòu)架32上的軸向?qū)虿壑猩舷乱苿?dòng)。
該杠桿機(jī)構(gòu)中小杠桿的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)活動(dòng)連接在夾緊導(dǎo)向筒30上的固定座上；小杠桿31的尾端穿過(guò)夾緊吊筒和夾緊導(dǎo)向筒上的通孔及支承構(gòu)架上的軸向?qū)虿鄄⑴c位于支承構(gòu)架外面的位移傳感器1的測(cè)頭形成點(diǎn)接觸。
在主軸28下部設(shè)有橫向通孔，小杠桿的中間觸點(diǎn)與測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘40的頂端在上述橫向通孔中形成點(diǎn)接觸；該主軸上還設(shè)有與上述橫向通孔相通的軸向通孔，在上述軸向通孔中旋入測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘40的下部，還旋入與測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘下端面相接觸的頂絲，目的是消除螺紋間隙。杠桿系統(tǒng)的作用是將壓頭位移放大一定倍數(shù)后由位移傳感器測(cè)量。
將位移傳感器1和杠桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)都固定在夾緊導(dǎo)向筒30上，就是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤測(cè)量。
另外，在主軸28上設(shè)有測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘40，其作用是適應(yīng)位移傳感器的量程，調(diào)整小杠桿31的初始位置。
(六)電控系統(tǒng)控制本單元的所有動(dòng)作、數(shù)據(jù)采集。
整個(gè)硬度計(jì)的所有操作和控制都設(shè)置在控制面板8上，該控制面板8設(shè)置在支承構(gòu)架32的外壁上。
通過(guò)鍵盤(pán)可設(shè)置試驗(yàn)條件，每點(diǎn)測(cè)量結(jié)束可同時(shí)顯示其它硬度標(biāo)尺，試驗(yàn)力保持時(shí)間為1-99秒可調(diào)，可設(shè)置硬度上下限，并自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試、分檢、并具有聲光提示。通過(guò)RS232連接打印或電腦傳輸數(shù)據(jù)?？蓪?duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)理統(tǒng)計(jì)、輸出要求的數(shù)據(jù)和圖表。
(七)本發(fā)明的全自動(dòng)測(cè)試過(guò)程如下(1)發(fā)送試驗(yàn)命令，夾緊導(dǎo)向筒自動(dòng)向下移動(dòng)，最大移動(dòng)范圍為50mm發(fā)送試驗(yàn)命令之后，電控系統(tǒng)將指令步進(jìn)電機(jī)21以一定速度正轉(zhuǎn)，并通過(guò)小齒輪23與大齒輪20的嚙合、滾珠絲母24與滾珠絲杠16的配合將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給滾珠絲杠。由于設(shè)置在滾珠絲杠下端的制轉(zhuǎn)擋銷27的作用，使得滾珠絲杠將進(jìn)行向下地直線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)主軸加卸荷機(jī)構(gòu)、主軸機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)同時(shí)向下移動(dòng)，直到夾緊機(jī)構(gòu)中的保護(hù)套35接觸試件。
(2)保護(hù)套夾緊試件保護(hù)套35接觸試件之后，由于受到試件的阻擋，且由于壓頭37端部與保護(hù)套下端面有一定距離，因而保護(hù)套將首先停止向下移動(dòng)；又由于夾緊導(dǎo)向筒30、夾緊吊筒29與保護(hù)套35固裝在一起，因而夾緊導(dǎo)向筒、夾緊吊筒也會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，滾珠絲杠16帶動(dòng)傳動(dòng)端蓋4繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，使傳動(dòng)端蓋上端面與夾緊吊筒29下端面脫離接觸，則夾緊彈簧6的作用力將會(huì)通過(guò)夾緊導(dǎo)向筒、夾緊吊筒和保護(hù)套傳遞到試件上，完成夾緊動(dòng)作。
(3)壓頭接觸測(cè)試表面，完成系列動(dòng)作滾珠絲杠繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)——施加初試驗(yàn)力——測(cè)量裝置置“0”——加主試驗(yàn)力——保持試驗(yàn)力——卸主試驗(yàn)力——讀壓痕深度——顯示硬度值——卸初試驗(yàn)力——復(fù)位。
壓頭37開(kāi)始接觸試件表面，滾珠絲杠16帶動(dòng)上直線軸承18、主試驗(yàn)力隔套19等繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將依次對(duì)初試驗(yàn)力彈簧10、主試驗(yàn)力彈簧9開(kāi)始?jí)嚎s。即只有當(dāng)初試驗(yàn)力彈簧被壓縮了一定長(zhǎng)度且初試驗(yàn)力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，主軸才停止向下運(yùn)動(dòng)；在位移傳感器1清零后，主軸28繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始施加主試驗(yàn)力，此時(shí)主試驗(yàn)力彈簧座25與主軸的第二個(gè)臺(tái)階相接觸，主試驗(yàn)力彈簧9開(kāi)始被壓縮；并通過(guò)主軸上的第一、二個(gè)臺(tái)階將壓力傳遞到壓頭37上，從而在試件表面上依次加上初試驗(yàn)力、主試驗(yàn)力，產(chǎn)生壓痕。當(dāng)主試驗(yàn)力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，主軸28將停止向下運(yùn)動(dòng)，按規(guī)定時(shí)間保持試驗(yàn)力。試驗(yàn)力的施加是在緩慢無(wú)沖擊的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)力保持時(shí)間時(shí)，步進(jìn)電機(jī)21開(kāi)始反轉(zhuǎn)，滾珠絲杠16開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，被壓縮的主試驗(yàn)力彈簧9將復(fù)原，當(dāng)回到初試驗(yàn)力值時(shí)，滾珠絲杠停止運(yùn)動(dòng)，位移傳感器1度量壓痕深度，系統(tǒng)計(jì)算硬度值，并顯示硬度值，同時(shí)滾珠絲杠繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)將初試驗(yàn)力卸除。
(4)整個(gè)測(cè)試過(guò)程執(zhí)行完畢之后，步進(jìn)電機(jī)21繼續(xù)反轉(zhuǎn)，夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)試件，此時(shí)夾緊彈簧6恢復(fù)到初始狀態(tài)，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。
(5)硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元的技術(shù)參數(shù)如下

權(quán)利要求
1.硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于a、包括支承構(gòu)架、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、主軸加卸荷機(jī)構(gòu)、壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)；b、該步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)(21)上固裝小齒輪(23)，該小齒輪與固裝在滾珠絲母(24)上的大齒輪(20)相嚙合，滾珠絲母與滾珠絲杠(16)相配合并通過(guò)軸承(7)設(shè)置在支承構(gòu)架(32)內(nèi)腔中，該軸承的上、下端分別由軸承鎖緊帽(22)、軸承擋圈(26)鎖定；在滾珠絲杠上設(shè)有防止?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；c、該主軸機(jī)構(gòu)包括主軸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該主軸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中的主軸(28)上部通過(guò)上直線軸承(18)、主軸上導(dǎo)向座(11)設(shè)置在滾珠絲杠(16)內(nèi)腔中，該主軸下部穿過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)中的夾緊吊筒(29)內(nèi)腔并通過(guò)下直線軸承(41)和下導(dǎo)向座(33)與夾緊吊筒、夾緊導(dǎo)向筒(30)的下部固裝在一起；d、該夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在支承構(gòu)架(32)內(nèi)腔中，該機(jī)構(gòu)中被壓縮的夾緊彈簧(6)設(shè)置在由夾緊吊筒與夾緊導(dǎo)向筒構(gòu)成的環(huán)形內(nèi)腔中，其上端與軸承擋圈相接觸，下端與夾緊導(dǎo)向筒的上端臺(tái)階面相接觸；該夾緊吊筒(29)懸掛在主軸下端，在夾緊導(dǎo)向筒(30)上固裝有保護(hù)套(35)，該保護(hù)套上設(shè)有壓頭可以從其中伸出的通孔；e、該主軸加卸荷機(jī)構(gòu)設(shè)置在滾珠絲杠(16)內(nèi)腔中，該機(jī)構(gòu)中的初試驗(yàn)力彈簧(10)套在主軸(28)上，其上端靠在上直線軸承(18)上，其下端靠在主軸的第一個(gè)臺(tái)階面上；在初試驗(yàn)力彈簧上又套有主試驗(yàn)力彈簧(9)，其上端與活動(dòng)地套裝在初試驗(yàn)力彈簧上的主試驗(yàn)力隔套(19)相接觸，其下端與活動(dòng)地套裝在主軸上的主試驗(yàn)力彈簧座(25)相接觸；在主軸的第一個(gè)臺(tái)階的下方設(shè)有當(dāng)初試驗(yàn)力彈簧被壓縮一定長(zhǎng)度后，可與主試驗(yàn)力彈簧座相接觸的第二個(gè)臺(tái)階；在主軸的最下部設(shè)有壓力傳感器(39)，該壓力傳感器上設(shè)有壓頭(37)；該壓頭的端部與保護(hù)套的下端面之間有一定距離；f、該壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)包括位移傳感器(1)、杠桿機(jī)構(gòu)；該位移傳感器通過(guò)傳感器安裝座(2)設(shè)置在夾緊導(dǎo)向筒(30)上，該傳感器安裝座(2)上裝有軸承(3)并可在支承構(gòu)架上設(shè)有的軸向?qū)虿壑猩舷乱苿?dòng)；該杠桿機(jī)構(gòu)中小杠桿(31)的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)活動(dòng)連接在夾緊導(dǎo)向筒上，小杠桿的中間觸點(diǎn)與設(shè)置在主軸(28)上的測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘(40)的觸頭形成點(diǎn)接觸，小杠桿的尾端與位移傳感器的測(cè)頭形成點(diǎn)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的主軸機(jī)構(gòu)還包括平衡主軸重力機(jī)構(gòu)；上述機(jī)構(gòu)中的主軸上導(dǎo)向座(11)的內(nèi)腔中裝有的平衡彈簧座(13)，在平衡彈簧座上設(shè)有帶平衡彈簧擋圈(14)的平衡彈簧，長(zhǎng)螺釘(15)穿過(guò)平衡彈簧擋圈、平衡彈簧座而固定在主軸(28)上端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的主軸機(jī)構(gòu)還包括防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上述機(jī)構(gòu)中套有軸承(42)的螺釘設(shè)置在壓力傳感器安裝座(2)上，該軸承可與夾緊導(dǎo)向筒(30)上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的夾緊導(dǎo)向筒(30)上固裝有導(dǎo)向鍵(43)，可與夾緊吊筒(29)上設(shè)有的長(zhǎng)孔相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的防止?jié)L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠下端面夾緊帽(5)旋入滾珠絲杠下端的內(nèi)腔中且活動(dòng)地套在主軸(28)上，該滾珠絲杠下端面夾緊帽上裝有傳動(dòng)端蓋(4)，在傳動(dòng)端蓋上固裝制轉(zhuǎn)擋銷(27)，可插入滾珠絲杠(16)下端設(shè)有的鍵槽中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的上、下直線軸承(18)(41)均是由主軸上滾珠架、主軸下滾珠架和位于二者之間的鋼球構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的主試驗(yàn)力彈簧(9)的外徑略小于滾珠絲杠(16)的內(nèi)徑，但其內(nèi)徑大于初試驗(yàn)力彈簧(10)的外徑，而初試驗(yàn)力彈簧的內(nèi)徑略大于主軸(28)的外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的主軸(28)上設(shè)有橫向通孔、與橫向通孔相通的軸向通孔；該軸向通孔中旋入測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘(40)的下部，還旋入與測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘下端面相接觸的頂絲，該測(cè)量杠桿調(diào)整螺釘(40)的觸頭伸入上述橫向通孔中并與位于上述橫向通孔中的小杠桿的中間觸點(diǎn)相接觸；該小杠桿的尾端穿過(guò)夾緊吊筒和夾緊導(dǎo)向筒上的通孔以及支承構(gòu)架上的軸向?qū)虿鄄⑸斐龅街С袠?gòu)架(32)外面。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的滾珠絲杠(16)的上端內(nèi)腔中且在主軸上導(dǎo)向座(11)的上面旋入滾珠絲杠上鎖緊帽(12)，該滾珠絲杠上鎖緊帽上設(shè)有通孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，其特征在于所述的支承構(gòu)架(32)的內(nèi)部為圓形空腔，外部為方形結(jié)構(gòu)；本單元除了步進(jìn)電機(jī)、小齒輪、位移傳感器和電控系統(tǒng)以外的其它結(jié)構(gòu)全部封裝在上述圓形空腔中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于金屬、非金屬的硬度測(cè)試和研究的硬度計(jì)自動(dòng)加卸荷及測(cè)量單元，包括支承構(gòu)架、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸加卸荷機(jī)構(gòu)、主軸機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、壓痕深度測(cè)量機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)。本發(fā)明能夠自動(dòng)跟蹤測(cè)量出壓痕的實(shí)際深度，消除機(jī)架變形、試件變形對(duì)壓痕深度測(cè)量的影響；在緩慢無(wú)沖擊的狀態(tài)下，用自動(dòng)施加初試驗(yàn)力、主試驗(yàn)力代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)施加初試驗(yàn)力，并且不受試件大小形狀和重量的影響；能夠自動(dòng)夾緊試件，不再需要手工調(diào)節(jié)工作臺(tái)的高度適應(yīng)試件的不同高度；擴(kuò)大了壓頭的移動(dòng)范圍，在50mm范圍內(nèi)可自動(dòng)上下移動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、示值精確、操作容易方便、自動(dòng)化程度高、試驗(yàn)力精度高、重復(fù)精度高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N3/40GK1963446SQ20061007058
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者王英君, 王敬濤, 楊鳳鳴, 曲廣軍 申請(qǐng)人:萊州華銀試驗(yàn)儀器有限公司