[发明专利]一种弧形过渡段回转曲面超声滚压加工辅助装置及方法

说明书

本发明提出了一种弧形过渡段回转曲面超声滚压加工辅助装置及方法，所述加工辅助装置包括超声滚压工具头，超声滚压工具头的底部设置有第一移动机构，第一移动机构的底部设置有旋转机构，旋转机构的底部设置有第二移动机构；所述加工辅助装置还包括数控系统；所述加工辅助装置在加工曲率变化的弧形回转曲面时，数控系统驱动第一移动机构、第二移动机构和车床Z轴联动，以驱动超声滚压工具头的旋转中心移动到圆弧所在圆的圆心位置，保证加工过程中超声滚压工具头始终以正压力连续滚压工件。本发明能够对变直径回转类零件的过渡段曲面进行表面光整和强化，提高了工件表面质量和使用寿命，解决了变直径零件表面加工一致性问题。

技术领域

本发明涉及超声滚压加工技术领域，尤其是涉及一种弧形过渡段回转曲面超声滚压加工辅助装置及方法。

背景技术

传统表面纳米化多采用机械处理法，利用剧烈的塑性变形(SPD)使材料表面生成高强度、高硬度的纳米层，但其表面粗糙度高且存在严重集中的应力变形。超声表面滚压(USRP)纳米化技术中，滚压头按照预定路线处理材料表面，能同时改善表面粗糙度、强度、硬度。USRP会引起晶体缺陷反复湮灭与再生，高位错能材料以“位错分割”方法细化晶粒至纳米量级。结合国内外现状，联合晶粒细化机理分析USRP处理前后材料性能的变化，包括表面粗糙度、残余应力分布、耐腐蚀性能、抗疲劳性能和耐磨损性能等都有一定的改善。但大多数USRP的研究和应用都是基于直径不变的棒料或特定尺寸的板材，对截面直径变化的棒料USRP加工研究装置较少。

超声振动产生装置是由超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头等组成。超声波发生器将交流电转换成高频电振动信号，在换能器的作用下转为同频的机械振动，通过变幅杆带动工具头进行高频冲击运动，工件表面由于多次冲击产生塑性变形，且在多次冲击下其变形量达到稳定。超声滚压加工技术是一种将超声振动冲击与静载滚压相结合的表面强化技术，在滚压力与超声冲击的结合下工件表层产生塑性流动，粗糙度降低，工件表层残余应力分布得到改善，从而使工件的表面性能得到改善，其抗腐蚀和耐磨性明显增强。

因此，综合考虑超声振动加工表面织构存在的问题和超声滚压的特点，如何提出一种既能加工直径不变的表面，又能对直径变化的表面进行强化的装置具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提出一种弧形过渡段回转曲面超声滚压加工辅助装置及方法，以解决目前超声表面滚压纳米技术无法对截面直径变化的棒料进行加工的问题，实现变截面棒料的超声滚压加工，针对棒料弧形过渡段不同的曲面类型和几何尺寸，编写参数化数控加工程序进行加工，操作方便，从而保证了超声滚压加工表面的一致性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种弧形过渡段回转曲面超声滚压加工辅助装置，包括用于对弧形过渡段回转曲面进行光整加工的超声滚压工具头，超声滚压工具头的底部设置有用于驱动超声滚压工具头线性移动的第一移动机构，第一移动机构的底部设置有用于驱动第一移动机构和超声滚压工具头在水平面内转动的旋转机构，旋转机构的底部设置有安装在车床刀架上用于驱动旋转机构、第一移动机构和超声滚压工具头线性移动的第二移动机构；所述加工辅助装置从加工与柱面相切过渡到加工固定曲率的弧形回转曲面时，第一移动机构和第二移动机构同速反向运动以驱动超声滚压工具头的旋转中心移动到圆弧所在圆的圆心位置；所述加工辅助装置还包括数控系统，第一移动机构、旋转机构、第二移动机构和车床Z轴伺服电机的受控端分别连接于数控系统驱动器的输出端；所述加工辅助装置在加工曲率变化的弧形回转曲面时，数控系统驱动第一移动机构、第二移动机构和车床Z轴联动，以驱动超声滚压工具头的旋转中心移动到圆弧所在圆的圆心位置，实现超声滚压工具头始终以正压力作用于工件。

进一步优化技术方案，所述第一移动机构包括设置在旋转机构顶端的转台底座、两端分别转动设置在转台底座上的上丝杠以及与上丝杠螺纹配装并带动超声滚压工具头进行直线运动的上丝杠螺母，上丝杠螺母的顶端设置有定位有超声滚压工具头的上滑台；所述上丝杠的两端支撑在与转台底座一体的轴承座上，上丝杠通过上丝杠联轴器连接设置有第一伺服电机，第一伺服电机的受控端连接于数控系统的输出端。