本發(fā)明涉及平面滾壓技術(shù)，尤其是一種超聲滾壓表面納米化加工裝置。

背景技術(shù)：

超聲滾壓加工是一種無屑冷加工方式，是連續(xù)局部塑性成形技術(shù)在表面精加工方面的應(yīng)用。滾壓是金屬在外界壓力的作用下，表面產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，來改善和提高機械零件的最終表面質(zhì)量和性能，具有光整和表面強化的雙重作用。超聲振動加到滾壓刀具上面具有降載作用，相當(dāng)于提高了工藝系統(tǒng)的剛度。超聲滾壓加工是在常規(guī)滾壓加工的基礎(chǔ)上,給工具頭施加一定振幅的高頻超聲振動,利用靜載荷和超聲沖擊能量使運動的工具頭與工件表面之間進(jìn)行高速、高頻的撞擊處理,使工件表層材料產(chǎn)生塑性變形,進(jìn)而降低表面粗糙度值,提高工件的表面質(zhì)量。在滾壓刀頭中心加入平板式電磁線圈，可以將工件加熱，以此來實現(xiàn)復(fù)合加工。在刀具中心有個輸N₂的孔，來實現(xiàn)氣氛保護(hù)防止工件新生表面被氧化等。

滾壓主要分為平面類零件加工和圓柱面類零件加工。目前平面類零件滾壓加工主要是將滾壓刀頭裝夾在機床的主軸上，通過滾壓刀頭的旋轉(zhuǎn)運動和工件在加工平面內(nèi)的進(jìn)給運動來實現(xiàn)。這種方法的缺點是刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專門人員看護(hù)加工過程，運行成本較高。而且，工件表面的加工軌跡不均勻。采用平面滾珠滾壓加工中被加工表面的軌跡，如果刀具相對運動是沿著x方向，那么在垂直于相對運動(即y方向)中，距離中心軸線位置越遠(yuǎn)的軌跡越致密。這種短時間內(nèi)、相鄰區(qū)域若有大量軌跡經(jīng)過，容易對工件表面造成熱變形。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有滾壓加工方式的運行成本較高、均勻性較差的不足，本發(fā)明提供一種有效降低運行成本、均勻性良好的超聲滾壓表面納米化加工裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種超聲滾壓表面納米化加工裝置，包括滾壓刀具、主軸和驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與主軸連接，所述加工裝置還包括超聲振動裝置，所述主軸內(nèi)安裝所述超聲波發(fā)生裝置，所述滾壓刀具與彈簧夾頭連接，所述彈簧夾頭與所述主軸連接；

所述滾壓刀具包括旋轉(zhuǎn)接頭和刀具軸，所述刀具軸上安裝旋轉(zhuǎn)接頭，所述旋轉(zhuǎn)接頭與所述彈簧夾頭連接，所述刀具軸下方的空腔安裝電磁線圈、優(yōu)力膠層和滾珠支承座，所述優(yōu)力膠層位于所述滾珠支承座上，所述優(yōu)力膠層與空腔內(nèi)壁設(shè)有間隙，所述滾珠支承座的下方設(shè)有保持架，所述滾珠支承座與保持架上開有球形保持孔，滾珠位于所述球形保持孔中；所述刀具軸、優(yōu)力膠層和滾珠支承座的中部開有用于布置通氣和通電連接件的通孔。

進(jìn)一步，所述主軸外殼包括蓋板、上圓筒、固定板、下圓筒和透蓋，所述上圓筒、固定板和下圓筒固定在一起，所述蓋板連接在上圓筒上，所述驅(qū)動裝置安裝在蓋板上，所述驅(qū)動裝置的輸出軸與力矩傳遞筒連接，所述力矩傳遞筒上安裝電刷，電刷座固定在蓋板上，所述電刷座與所述電刷之間通過電刷板相連，所述力矩傳遞筒固定在套筒上，所述套筒外壁上下連接兩個軸承，上方軸承與所述固定板連接，下方軸承與透蓋連接，所述透蓋固定在所述下圓筒的下端，所述套筒內(nèi)布置超聲波發(fā)生裝置，所述超聲波裝置的增幅桿的下端與所述彈簧夾頭連接。

所述彈簧夾頭為雙錐形彈簧夾頭，所述彈簧夾頭下端與刀具軸的上端連接。

所述滾珠支承座的邊緣凸出三個凸臺與和空腔內(nèi)壁的三個凹槽相契合，保持架邊緣有一個圓環(huán)板，板上開有四個扇形孔，以此來和空腔底端的四個扇形柱相套牢；空腔低端的四個扇形柱上有外螺紋。

所述保持架中心有一個圓孔，圓孔邊上有一個圓環(huán)臺階，所述圓環(huán)臺階上放置平板式電磁線圈。

所述旋轉(zhuǎn)接頭包括由上到上依次布置的旋轉(zhuǎn)接頭下透蓋、下骨架油封、下軸承、橡膠擋圈、伺服環(huán)、電刷、上軸承、上骨架油封和旋轉(zhuǎn)接頭上透蓋，所述伺服環(huán)的孔中插入導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管與刀具軸的通孔連通。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：驅(qū)動裝置通過鍵將力矩和轉(zhuǎn)速傳遞給超聲振動裝置外殼。超聲振動裝置外殼上端裝有電刷，來給超聲波發(fā)生裝置提供能量和信號。超聲振動裝置外殼通過軸承使其X、Y、Z三個方向得到固定而又能夠旋轉(zhuǎn)。超聲波發(fā)生裝置和前后蓋板以及增幅桿通過螺栓相連。增幅桿中間有一個圓形的平臺與超聲振動裝置外殼通過螺栓相連以此來傳遞轉(zhuǎn)速和力矩。

增幅桿下面套著一個雙錐形彈簧夾頭，彈簧夾頭下面連著滾壓刀具的軸。在安裝彈簧夾頭之前，必須將彈簧夾頭裝入鎖緊螺母內(nèi)，然后將裝有彈簧夾頭的鎖緊螺母輕輕擰在主軸上。為了獲得最佳的使用性能，在安裝彈簧夾頭之前，務(wù)必將彈簧夾頭、鎖緊螺母的螺紋部分及定位面、錐面清理干凈。夾頭與鎖緊螺母的安裝過程中，夾頭與鎖緊螺母必須傾斜一定的角度，然后輕輕的放入鎖緊螺母的鎖緊卡槽內(nèi)。

滾壓刀具的軸上面裝著一個旋轉(zhuǎn)接頭，以此來向刀具通氣和電。刀具的軸是階梯軸，這樣就可以在安裝旋轉(zhuǎn)接頭時有個Z軸的軸向定位。旋轉(zhuǎn)接頭通過電刷將電傳入滾壓刀具的軸中，通過伺服環(huán)將氣通入滾壓刀具的軸中。滾壓刀具的軸中心有一個中心孔來通氣和電。伺服環(huán)內(nèi)部和外部有一個導(dǎo)氣的凹槽來使氣能不間斷的通入中心孔中。在伺服環(huán)和軸的導(dǎo)氣孔上插入一個導(dǎo)氣管，這樣就能使旋轉(zhuǎn)接頭固定在刀具的軸上了。

刀具軸下方是一個空腔，空腔中間安裝著優(yōu)力膠、滾珠支承座、滾珠、保持架、蓋子、平板式電磁線圈。

優(yōu)力膠位于滾珠支承座上方，并與空腔的內(nèi)壁有一定間隙。優(yōu)力膠不僅提供一定的壓縮變形，而且提供相當(dāng)?shù)膲嚎s強度，保證了刀頭在承受一定滾壓力的同時，能夠全部或部分地消除因工件表面不平整帶來的加工振動。優(yōu)力膠通過兩個螺栓與空腔相連。

支承座和保持架分別開有球形保持孔，滾珠位于球形孔內(nèi)并可以自由滾動。滾珠的一部分凸出保持架外，用于加工工件。滾珠的自由滾動可以保證滾珠磨損均勻，從而延長了滾珠使用壽命，保證了加工精度。滾珠可選擇硬質(zhì)合金球或者陶瓷球。支撐座通過兩個螺栓與優(yōu)力膠相連。支撐座邊緣凸出三個凸臺以此來和空腔壁上的三個凹槽相契合，以此來傳遞轉(zhuǎn)速和力矩。

保持架邊緣有一個圓環(huán)板，板上開有四個扇形孔，以此來和空腔低端的四個扇形柱相套牢?？涨坏投说乃膫€扇形柱上有外螺紋，這樣將有內(nèi)螺紋的蓋子轉(zhuǎn)到空腔上，以此來將保持架固定在空腔上。保持架中心有一個圓孔，圓孔邊上有一個圓環(huán)臺階以此來放置平板式電磁線圈。平板式電磁線圈、支承座、優(yōu)力膠中心有一個孔來插入導(dǎo)氣管。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：刀頭能實現(xiàn)在Z軸上的超聲振動，并且能夠?qū)ぜM(jìn)行加熱并且提供氣氛保護(hù)，有效降低運行成本；而且在刀具中添加了優(yōu)力膠等零件，降低了因加工表面不平整帶來的誤差，均勻性更好，工件加工后的表面質(zhì)量明顯提高。

附圖說明

圖1是超聲滾壓表面納米化加工裝置的剖視圖

圖2是滾壓刀具剖視圖。

圖3是滾壓刀具中優(yōu)力膠層和滾珠支承座之間的連接關(guān)系圖

圖4是旋轉(zhuǎn)接頭剖視圖。

圖5是主軸剖視圖。

圖6是超聲波發(fā)生裝置。

圖7是滾珠支承座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是保持架的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖8，一種超聲滾壓表面納米化加工裝置，從下到上由滾壓刀具1、旋轉(zhuǎn)接頭2、彈簧夾頭3、主軸4、超聲波發(fā)生器5、直流無刷電機6組成。

參照圖2和圖3可知滾壓刀具下端有一個空腔，首先放入優(yōu)力膠13并與空腔的內(nèi)壁有一定間隙。優(yōu)力膠是一種介于塑料和橡膠之間的一種新型材料，具有強度好，壓縮變形小的特性。優(yōu)力膠13在受到軸向力時發(fā)生壓縮變形，并發(fā)生輕微膨脹。當(dāng)優(yōu)力膠13受到刀具外殼14內(nèi)壁限制時，優(yōu)力膠的壓縮強度變得更大。因此，優(yōu)力膠13不僅提供一定的壓縮變形，而且提供相當(dāng)?shù)膲嚎s強度，保證了刀頭在承受一定滾壓力的同時，能夠全部或部分地消除因工件表面不平整帶來的加工振動。

用兩個螺栓16將優(yōu)力膠13和刀具外殼14連接起來。優(yōu)力膠13滾珠支撐座12也通過兩個螺栓連接起來。滾珠支撐座12形狀如圖6所示，滾珠支撐座12邊上的三個凸臺可以與刀具外殼14邊上的三個凹槽相配合，以此來傳遞轉(zhuǎn)速和力矩。參照圖7可知保持架8邊緣有四個孔，將保持架8的四個孔套入刀具外殼14相應(yīng)的四個凸臺，然后再將蓋子7通過螺紋聯(lián)接旋緊，將保持架8固定在刀具外殼上。

參照圖7和圖8，滾珠支承座12和保持架8分別開有球形保持孔，8個滾珠9位于球形孔內(nèi)并可以自由滾動。滾珠9的一部分凸出保持架8外，用于加工工件。滾珠9的自由滾動可以保證滾珠磨損均勻，從而延長了滾珠使用壽命，保證了加工精度。所述滾珠可選擇硬質(zhì)合金球或者陶瓷球。

參考圖3，旋轉(zhuǎn)接頭2由旋轉(zhuǎn)接頭下透蓋18、下骨架油封19、下軸承20、橡膠擋圈21、伺服環(huán)22、導(dǎo)氣管23、電刷24、上軸承25、旋轉(zhuǎn)接頭上透蓋26、上骨架油封27組成。將旋轉(zhuǎn)接頭2如圖3所示由上而下的組裝起來，先將旋轉(zhuǎn)接頭上透蓋26蓋上，再放入上骨架油封27，放入一定的潤滑脂后將上軸承25放入，一端要靠在上透蓋26上，在另一端將橡膠擋圈21卡入槽中以此來固定上軸承25.。然后再放入電刷24，一端要靠在上橡膠擋圈21上，在另一端將另一個上橡膠擋圈21卡入槽中以此來固定電刷24。放入一個上橡膠擋圈21，再將伺服環(huán)22放入，一端要靠在上橡膠擋圈21上，在另一端將另一個上橡膠擋圈21卡入槽中以此來固定伺服環(huán)22。將下軸承20放入，一邊靠在階梯上，另一邊用旋轉(zhuǎn)接頭下透蓋18靠上，旋轉(zhuǎn)接頭下透蓋18里面還有一個下骨架油封19.。將伺服環(huán)22的孔和旋轉(zhuǎn)接頭2的孔和軸上的孔在同一方向上時，將旋轉(zhuǎn)接頭2套入刀具外殼14的軸上，最后將導(dǎo)氣管23插入到伺服環(huán)22的孔中一直插到軸的孔，這樣子可以用導(dǎo)氣管23將旋轉(zhuǎn)接頭固定住。安裝好后的旋轉(zhuǎn)接頭2外殼是不動的，而內(nèi)部的軸可以高速旋轉(zhuǎn)。伺服環(huán)22內(nèi)外表面都有凹槽，這樣子無論伺服環(huán)22的孔在什么方位，都可以將氣體通入到導(dǎo)氣管23中。電刷24內(nèi)外也有凹槽，以便于將插頭接觸來導(dǎo)電。

參照圖1，滾壓刀具1通過彈簧夾頭3來與主軸4相連.。

參照圖4，主軸由六角頭螺栓-C級M16*65 28、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈16 29、封油墊圈30、透蓋31、軸承32、下圓筒33、擋筒34、固定板35、上圓筒36、六角頭螺栓-C級M89*40 37、蓋板38、普通型平鍵-A型6*50 39、力矩傳遞筒40、電刷41、電刷架42、六角頭螺栓-C級M8*40 43、超聲波發(fā)生裝置44、六角頭螺栓-C級M5*25 45組成。上圓筒36、固定板35和下圓筒33焊接在一起，將蓋板38用6個六角頭螺栓-C級M89*40 37連接在上圓筒36上。把直流無刷電機6用螺釘安在蓋板38上，直流無刷電機6伸出的軸用力矩傳遞筒40套上，以此來傳遞力矩和轉(zhuǎn)速。力矩傳遞筒40外面有螺紋，將有內(nèi)螺紋的電刷41轉(zhuǎn)入力矩傳遞筒40。電刷座42焊在蓋板38上，電刷座42與電刷41用電刷板連接，用來導(dǎo)電，電可以使超聲波發(fā)生器44產(chǎn)生Z軸的超聲振動。力矩傳遞筒40用4個六角頭螺栓-C級M8*40 43連接在套筒上。套筒外邊有兩個軸承，兩個軸承中間由擋筒34頂住，上面由固定板35頂住，下面由透蓋31頂住，這樣兩個軸承就固定好了。套筒中安放著超聲波發(fā)生裝置44，超聲波發(fā)生裝置44通過4個六角頭螺栓-C級M5*25 45連接在套筒上，以此來將轉(zhuǎn)速和力矩傳遞給增幅桿。透蓋31中間有一個封油墊圈30，這樣可以在透蓋31中間放入潤滑脂。透蓋31通過六個六角頭螺栓-C級M16*65 28連接在下圓筒33上。為了防止螺栓因震動而松動在六角頭螺栓-C級M16*65 28上面放上標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈16 29。

參照圖5，超聲波發(fā)生裝置44由上蓋板46、陶瓷換能器47、下蓋板48、增幅桿49、六角頭螺栓-全螺紋C級M20*130 50組成，上蓋板46、陶瓷換能器47、下蓋板48和增幅桿49依次轉(zhuǎn)入角頭螺栓-全螺紋C級M20*130 50。陶瓷換能器47與電刷41用導(dǎo)線連接，以此來導(dǎo)電，從而使陶瓷換能器47產(chǎn)生超聲波振動。