[发明专利]超声滚压表面纳米化加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及平面滚压技术，尤其是一种超声滚压表面纳米化加工装置。

背景技术

超声滚压加工是一种无屑冷加工方式，是连续局部塑性成形技术在表面精加工方面的应用。滚压是金属在外界压力的作用下，表面产生连续局部塑性变形，来改善和提高机械零件的最终表面质量和性能，具有光整和表面强化的双重作用。超声振动加到滚压刀具上面具有降载作用，相当于提高了工艺系统的刚度。超声滚压加工是在常规滚压加工的基础上,给工具头施加一定振幅的高频超声振动,利用静载荷和超声冲击能量使运动的工具头与工件表面之间进行高速、高频的撞击处理,使工件表层材料产生塑性变形,进而降低表面粗糙度值,提高工件的表面质量。在滚压刀头中心加入平板式电磁线圈，可以将工件加热，以此来实现复合加工。在刀具中心有个输N₂的孔，来实现气氛保护防止工件新生表面被氧化等。

滚压主要分为平面类零件加工和圆柱面类零件加工。目前平面类零件滚压加工主要是将滚压刀头装夹在机床的主轴上，通过滚压刀头的旋转运动和工件在加工平面内的进给运动来实现。这种方法的缺点是刀具结构复杂，需要专门人员看护加工过程，运行成本较高。而且，工件表面的加工轨迹不均匀。采用平面滚珠滚压加工中被加工表面的轨迹，如果刀具相对运动是沿着x方向，那么在垂直于相对运动(即y方向)中，距离中心轴线位置越远的轨迹越致密。这种短时间内、相邻区域若有大量轨迹经过，容易对工件表面造成热变形。

发明内容

为了克服已有滚压加工方式的运行成本较高、均匀性较差的不足，本发明提供一种有效降低运行成本、均匀性良好的超声滚压表面纳米化加工装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声滚压表面纳米化加工装置，包括滚压刀具、主轴和驱动装置，所述驱动装置与主轴连接，所述加工装置还包括超声振动装置，所述主轴内安装所述超声波发生装置，所述滚压刀具与弹簧夹头连接，所述弹簧夹头与所述主轴连接；

所述滚压刀具包括旋转接头和刀具轴，所述刀具轴上安装旋转接头，所述旋转接头与所述弹簧夹头连接，所述刀具轴下方的空腔安装电磁线圈、优力胶层和滚珠支承座，所述优力胶层位于所述滚珠支承座上，所述优力胶层与空腔内壁设有间隙，所述滚珠支承座的下方设有保持架，所述滚珠支承座与保持架上开有球形保持孔，滚珠位于所述球形保持孔中；所述刀具轴、优力胶层和滚珠支承座的中部开有用于布置通气和通电连接件的通孔。

进一步，所述主轴外壳包括盖板、上圆筒、固定板、下圆筒和透盖，所述上圆筒、固定板和下圆筒固定在一起，所述盖板连接在上圆筒上，所述驱动装置安装在盖板上，所述驱动装置的输出轴与力矩传递筒连接，所述力矩传递筒上安装电刷，电刷座固定在盖板上，所述电刷座与所述电刷之间通过电刷板相连，所述力矩传递筒固定在套筒上，所述套筒外壁上下连接两个轴承，上方轴承与所述固定板连接，下方轴承与透盖连接，所述透盖固定在所述下圆筒的下端，所述套筒内布置超声波发生装置，所述超声波装置的增幅杆的下端与所述弹簧夹头连接。

所述弹簧夹头为双锥形弹簧夹头，所述弹簧夹头下端与刀具轴的上端连接。

所述滚珠支承座的边缘凸出三个凸台与和空腔内壁的三个凹槽相契合，保持架边缘有一个圆环板，板上开有四个扇形孔，以此来和空腔底端的四个扇形柱相套牢；空腔低端的四个扇形柱上有外螺纹。

所述保持架中心有一个圆孔，圆孔边上有一个圆环台阶，所述圆环台阶上放置平板式电磁线圈。

所述旋转接头包括由上到上依次布置的旋转接头下透盖、下骨架油封、下轴承、橡胶挡圈、伺服环、电刷、上轴承、上骨架油封和旋转接头上透盖，所述伺服环的孔中插入导气管，所述导气管与刀具轴的通孔连通。

本发明的技术构思为：驱动装置通过键将力矩和转速传递给超声振动装置外壳。超声振动装置外壳上端装有电刷，来给超声波发生装置提供能量和信号。超声振动装置外壳通过轴承使其X、Y、Z三个方向得到固定而又能够旋转。超声波发生装置和前后盖板以及增幅杆通过螺栓相连。增幅杆中间有一个圆形的平台与超声振动装置外壳通过螺栓相连以此来传递转速和力矩。

增幅杆下面套着一个双锥形弹簧夹头，弹簧夹头下面连着滚压刀具的轴。在安装弹簧夹头之前，必须将弹簧夹头装入锁紧螺母内，然后将装有弹簧夹头的锁紧螺母轻轻拧在主轴上。为了获得最佳的使用性能，在安装弹簧夹头之前，务必将弹簧夹头、锁紧螺母的螺纹部分及定位面、锥面清理干净。夹头与锁紧螺母的安装过程中，夹头与锁紧螺母必须倾斜一定的角度，然后轻轻的放入锁紧螺母的锁紧卡槽内。