一种全自动金相磨抛机的设计

郭 峰

(马钢股份公司检测中心 安徽马鞍山 243000)

金相试样制备是金相研究中必要组成部分，包括试样的截取、镶嵌、粗磨、精磨、抛光等。正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相样品。制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、麻点与水迹，并使金属组织中的夹物、石墨等不脱落。

目前国内金相磨抛机主要分为单盘和双盘两种，不能做到整个磨抛过程全部自动化完成，例如单盘自动金相磨抛机在砂纸研磨完后需要停机更换粒度较细的砂纸和抛光布料，然后再设定工作参数；双盘的自动金相磨抛机在研磨完成后，需要手动将磨抛头移动到抛光位置，在设定抛光参数等，使用不便，影响加工效率。经大量实践，探出一种能全自动金相磨抛机设计方法。

1 全自动金相磨抛机工作原理

全自动金相磨抛机结构如图1、图2所示。该磨抛机包括箱体、粗磨盘、精磨盘、丝杆、移动块和磨抛组件，箱体的下部内腔中固定架设有支架，支架上分别固定安装有粗磨电机和精密电机；支架的上部通过轴承连接方式分别转动架设有粗磨盘和精磨盘；粗磨盘与粗磨电机的输出轴顶端之间通过联轴器驱动连接；精磨盘与精密电机的输出轴顶端之间驱动连接；箱体的内腔顶部通过中轴承连接方式转动架设有呈水平方向设置的丝杆，箱体的顶部左侧壁上还固定架设有用于驱动丝杆转动的移动电机，移动电机采用正反转伺服电机；箱体的内腔顶部还固定架设有呈水平方向设置的一号导向滑杆；移动块的下部通过螺纹连接方式套设在丝杆上；移动块的上部滑动贯穿在一号导向滑杆上设置。

磨抛组件包括防护箱、左进给块、右进给块、螺杆、升降座和试样夹持盘；防护箱通过支杆固定架设在移动块的底部；螺杆通过轴承连接方式转动架设在防护箱的上部内腔中，防护箱的上部内腔中还固定架设有二号导向滑杆；螺杆的两侧外圈表面均加工有外螺纹，位于螺杆左侧外圈的外螺纹旋向与位于螺杆右侧外圈的外螺纹旋向相反设置；左进给块和右进给块的结构相同，左进给块的上部滑动贯穿于二号导向滑杆的左侧外圈，左进给块的下部通过螺纹连接方式套设在螺杆的左部外圈；右进给块的上部滑动贯穿于二号导向滑杆的右侧外圈，右进给块的下部通过螺纹连接方式套设在螺杆的右部外圈；防护箱的右侧板外壁上固定架设有用于驱动螺杆转动的进给电机，进给电机采用正反转电机；升降座的左端与左进给块的底端之间通过左连杆相连接，其中左连杆的顶端与左进给块的底端之间相铰接，左连杆的底端与升降座的左端之间相铰接；升降座的右端与右进给块的底端之间通过右连杆相连接，其中右连杆的顶端与右进给块的底端之间相铰接，右连杆的底端与升降座的右端之间相铰接；试样夹持盘固定架设在升降座的中部底端。

防护箱的下部内腔内壁上对称开设有导轨；升降座的两端对称固定架设有呈水平方向设置的导杆，两个导杆的端部分别上下滑动设于导轨内。

箱体的右侧板外壁上分别固定架设有控制面板和控制器，其中控制器采用PLC控制器，控制器的输入端与控制面板电性连接，控制器的输出端分别与粗磨电机、精密电机、移动电机和进给电机电性连接。磨抛组件的运动轨迹在粗磨盘和精磨盘的正上方。

本磨抛机在使用时，试样固定装夹在试样夹持盘上，利用控制面板控制移动电机的输出轴正向转动或者反向转动，能够带动丝杆正向转动或者反向转动，由于移动块通过螺纹连接方式套设在丝杆上，当丝杆正向转动或者反正转动时，能够实现移动块在水平方向上的运动，进而带动磨抛组件在水平方向上运动，当需要对试样进行精磨时，使磨抛组件定位到粗磨电机的正上方，当需要对试样进行粗磨时，使磨抛组件定位到粗磨盘的正上方；完成磨抛组件的定位后，控制粗磨电机或者精密电机的启动，之后利用控制面板控制进给电机的输出轴正向转动或者反向转动，由于螺杆两侧外圈的外螺纹旋向相反，左进给块和右进给块均通过螺纹连接方式分别套设在螺杆的两侧，当螺杆正向转动或者反向转动时，能够实现左进给块和右进给块相互靠近或者相互远离，进而实现升降座的高度调整，方便使试样夹持盘上所装夹的试样向下运动，试样与高速旋转的粗磨盘或者粗磨电机接触，实现磨抛。

图1 全自动金相磨抛机的结构示意图

2 全自动金相磨抛机结构特点

2.1 全自动控制

利用控制面板控制移动电机的输出轴正向转动或者反向转动，能够带动丝杆正向转动或者反向转动，由于移动块通过螺纹连接方式套设在丝杆上，当丝杆正向转动或者反正转动时，能够实现移动块在水平方向上的运动，进而带动磨抛组件在水平方向上运动，当需要对试样进行精磨时，使磨抛组件定位到粗磨电机的正上方，当需要对试样进行粗磨时，使磨抛组件定位到粗磨盘的正上方；完成磨抛组件的定位后，控制粗磨电机或者精密电机的启动，之后利用控制面板控制进给电机的输出轴正向转动或者反向转动，由于螺杆两侧外圈的外螺纹旋向相反，左进给块和右进给块均通过螺纹连接方式分别套设在螺杆的两侧，当螺杆正向转动或者反向转动时，能够实现左进给块和右进给块相互靠近或者相互远离，进而实现升降座的高度调整，方便使试样夹持盘上所装夹的试样向下运动，试样与高速旋转的粗磨盘或者粗磨电机接触，实现磨抛。

2.2 无极调速

磨盘转速从0 rad/min到1000 rad/min，八段速编程，自动停机，方便高级用户自动实现金相试样制备。

2.3 一机多用

一机实现金相试样的粗磨，精磨，粗抛和精抛的全过程。

3 全自动金相磨抛机设计要点

3.1 控制系统

PLC完成各部件运动的精准协调控制，触摸屏的应用省去了传统控制方法中的开关、按钮、指示灯和仪表等，保证了控制系统的可靠性和稳定性。该金相磨抛机控制系统的主程序在上电后进行复位，完成系统初始化；再和触摸屏进行通信，在金相磨抛中完成输入信号的循环扫描任务，并通过输入信息处理后，输出不同的信号到控制系统各执行组件，使其进行协调工作，完成金相试样磨抛。

3.2 磨样过程

在磨抛过程中，更换不同粒度的金相砂纸且按照由粗到细的顺序。每种粒度的砂纸需要磨样的时间大约为1.5 min-2.5min。当每次更换砂纸时，需卸下夹样器，采用清水清洗试样，同时观察试样磨面是否平整、有无划痕或麻点等，如此操作，直至完成磨样工序。

4 结语

现有的国内自动金相磨抛机无法实现全自动化，经我司技术中心大量实践证明，本文中设计全自动金相磨抛机无论在自动化程度上、设计结构上、操作上都具有很大改进和优势，如本磨抛机能实现无级调速，磨抛盘转速从50转/分到1000转/分，自动停机，方便用户实现自动金相试样制备；带冷却装置，可为试样提供冷却水；一机多用，一机实现金相试样的粗磨，精磨，粗抛和精抛的全过程，为公司减轻操作人员工作强度，大大提高工作效率，产生直接经济效益。