CN105195972B - 一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具 - Google Patents

一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，包括滚压刀具模块和无刷电机模块，无刷电机模块包括电机外壳、定子和转子，定子呈倒锥形设置在电机外壳内部，转子固定在转动主轴上，转子为与定子配合的倒锥形转子；转子上方的转动主轴上还固定套装有制动轮，制动轮与固定在电机外壳上的制动片配合连接，转动主轴上还套装有弹簧，弹簧的上下两端分别与制动轮和转子固定连接。本发明的刀具能够准确及时地了解在压入加工表面时刀具所受的静态初始力，且适应较不平整的加工表面，加工精度较高；且本发明的刀具与锥形无刷电机连接，通过锥形无刷电机能够使滚压加工时加工面积更加自由，有益于精简加工设备，降低设备成本，提高加工效率。

Description

一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具
技术领域
本发明涉及无切屑加工领域，尤其是一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具。
背景技术
滚压法是无切屑加工的一种，它不仅可以达到很高的光洁度，而且可提高被加工零件的机械性能，同时辅以合适的加工工艺，可以实现表面晶粒细化，甚至是纳米化。滚压法的实质是利用高硬度的无刃工具——钢珠或滚子，使其对被加工表面造成局部高压。由于工具沿被加工表面滚动，形成了表面材料的弹性-塑性变形，使前一工序留于表面的微观凸峰被碾平，表面形成了一定厚度的强化层。由于表面平滑，硬度提高，零件的耐磨性和疲劳强度就大为改善。同时通过表面结构的致密化改进，提升构件表面抗高温和耐腐蚀的性能。通过这种一步法的加工模式，期望可以得到从毛坯到产品的快捷加工过程，同时该产品拥有较好的综合性能。
滚压刀通过刀柄与铣床等机床的主轴连接，带动刀具转动，从而带动刀头上的滚珠在工件表面滚动来实现滚压加工。目前常见的滚压刀压力调节机构多是弹簧，滚压余量难以控制，滚压余量过大，零件表面局部应力加大，容易形成破裂、起鳞，反而降低了表面质量。滚压刀滚压余量太小，不能使待加工表面的波峰压下去，达不到理想的粗糙度。
同时目前的滚压刀通过刀柄直接与铣床等机床的连接存在着加工面积受到限制，往往多个滚珠同时滚压的效果反而不如单个滚珠进行滚压，因为单球滚压时能够使加工工件的加工面积更加自由，反而使正常的多个滚珠同时进行滚压不方便进行。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够自由控制加工面积的带有锥形无刷电机的平面滚压刀具。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，包括滚压刀具模块和无刷电机模块，所述无刷电机模块包括电机外壳、定子、转子、转动主轴、制动轮、制动片和弹簧，所述定子呈倒锥形设置在所述电机外壳内部，所述转子固定在所述转动主轴上，所述转动主轴的上端通过轴承固定在电机外壳的内壁，转动主轴的下端穿过所述电机外壳连接滚压刀具模块，所述转子为与所述定子配合的倒锥形转子；所述转子上方的转动主轴上还固定套装有制动轮，所述制动轮与固定在电机外壳上的制动片配合连接，所述制动轮和定子之间的转动主轴上还套装有弹簧，弹簧的上下两端分别与制动轮和转子固定连接。
进一步的，所述滚压刀具模块包括刀柄部分和刀具本体，所述刀柄部分包括刀柄和刀柄连接块，所述刀柄与所述刀柄连接块连接，所述刀具本体包括刀具连接筒和位于刀具连接筒下部的滚珠组件，所述刀柄连接块与所述刀具连接筒的上端连接，所述刀具本体还包括承力板、力传感器、传感器固定座和优力胶，所述刀具连接筒自上而下依次布置承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶和滚珠组件，所述刀柄连接块与所述承力板连接，所述承力板与所述传感器固定座之间间隙配合，所述传感器固定座内安装所述力传感器，所述传感器固定座与所述优力胶固定连接，所述优力胶与所述滚珠组件固定连接。
进一步的，所述传感器固定座上部开有凹槽和通孔，所述力传感器位于所述凹槽内，所述承力板和传感器固定座在对称的两侧穿有等高套筒，固定螺钉自下而上穿过所述等高套筒并固定在所述刀柄连接块上，所述承力板和传感器固定座之间留有用于保证力传感器在自由状态没有和承力板接触的间隙。
进一步的，所述滚珠组件包括支承座、滚珠和保持架，所述保持架固定在所述支承座的下部，所述滚珠安装在保持架内。
进一步的，所述支承座和保持架的一圈圆弧间隔地开有球形保持孔，所述滚珠可自动滚动地位于所述球形保持孔内，所述滚珠的下方一部分凸出所述保持架外。
进一步的，所述支承座上开有阶梯孔，所述优力胶开有中心通孔，定位螺钉自下而上穿过所述阶梯孔、中心通孔后固定在所述传感器固定座内。
进一步的，所述刀柄呈锥体形状，所述刀柄的上端中心开有与转动主轴装夹的装配端。
进一步的，所述承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶和滚珠组件的侧边开有外键槽，所述刀具连接筒的内壁开有内键槽，所述外键槽与内键槽之间为供长键穿过的安装键槽，所述长键固定在刀柄连接块上。
本发明的有益效果在于：本发明的刀具能够准确及时地了解在压入加工表面时刀具所受的静态初始力，且适应较不平整的加工表面，加工精度较高；且本发明的刀具与锥形无刷电机连接，通过锥形无刷电机能够使滚压加工时加工面积更加自由，有益于精简加工设备，降低设备成本，提高加工效率。
附图说明
图1是本发明所述一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具的结构示意图。
图2是本发明滚压刀具模块的结构示意图。
图中，1-电机外壳、2-制动片、3-制动轮、4-弹簧、5-定子、转子、7-滚压刀具模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，其特征在于：包括滚压刀具模块7和无刷电机模块，所述无刷电机模块包括电机外壳1、定子5、转子6、转动主轴、制动轮3、制动片2和弹簧4，所述定子5呈倒锥形设置在所述电机外壳1内部，所述转子6固定在所述转动主轴上，所述转动主轴的上端通过轴承固定在电机外壳1的内壁，转动主轴的下端穿过所述电机外壳1连接滚压刀具模块7，所述转子6为与所述定子5配合的倒锥形转子6；所述转子6上方的转动主轴上还固定套装有制动轮3，所述制动轮3与固定在电机外壳1上的制动片2配合连接，所述制动轮3和定子5之间的转动主轴上还套装有弹簧4，弹簧4的上下两端分别与制动轮3和转子6固定连接。
无刷电机模块在运动时，定子5的电磁场变化带动转子6的转动，从而带动转动主轴和与转动主轴连接的滚压刀具模块的转动；当转速改变时，由于电磁场的存在会使力也发生改变，当在竖直方向上收到较大的力时，与弹簧直接连接的制动轮也会受到竖直向上的力，同时受到一定的转矩，此时弹簧起到缓冲作用，而制动片2会对制动轮3有效的起到制动作用，即停止转动主轴和滚压刀具模块的转动，防止损坏刀具。
如图2所述，压刀具模块包括刀柄部分和刀具本体，所述刀柄部分包括刀柄和刀柄连接块，所述刀柄与所述刀柄连接块连接，所述刀具本体包括刀具连接筒和位于刀具连接筒下部的滚珠组件，所述刀柄连接块与所述刀具连接筒的上端连接，所述刀具本体还包括承力板、力传感器、传感器固定座和优力胶，所述刀具连接筒自上而下依次布置承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶和滚珠组件，所述刀柄连接与所述承力板连接，所述承力板与所述传感器固定座之间间隙配合，所述传感器固定座内安装所述力传感器，所述传感器固定座与所述优力胶固定连接，所述优力胶与所述滚珠组件固定连接。
刀柄连接块的外延和刀具连接筒的外延开有互相配合螺栓孔，通过六角头螺栓和六角螺母可以把它们连接在一起，间接地把刀柄部分和刀具本体连接在一起。
滚珠组件包括支承座、滚珠和保持架，保持架固定在支承座的下部，滚珠安装在保持架内。保持架上有多个球形孔，能够安装多个滚珠，进一步降低加工表面粗糙度并显著提升加工效率。滚珠可选用硬质合金球或者陶瓷球，实现对不同硬度的工件进行加工，扩大加工对象范围。
刀柄成锥体形状，上端中心开有螺纹孔，能够被转动主轴所装夹。刀柄和刀柄连接块有导向结构，便于键槽及各螺纹孔定位。刀柄和刀柄连接块通过正立的内六角螺钉连接。
刀具本体的外面部分是刀具连接筒，里面部分自上而下分别是承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶、滚珠支承座、滚珠、保持架。刀具在下压过程中，工件对刀具的作用力自下而上传递，所以为了更准确、更方便地描述刀具，对刀具本体的描述也采用自下而上方式。
支承座和保持架分别开有球形保持孔，滚珠位于球形孔内并可以自由滚动。滚珠的一部分凸出保持架外，用于加工工件。滚珠的自由滚动可以保证滚珠磨损均匀，从而延长了滚珠使用寿命，保证了加工精度。滚珠可选择硬质合金球或者陶瓷球。支承座和保持架通过两根销轴进行定位和固定，再通过四根正向的螺钉进行连接。此时，支承座、滚珠和保持架作为一体式零件，保证他们能够同时旋转。
优力胶位于滚珠支承座上方，并与刀具连接筒的内壁有一定间隙。优力胶是一种介于塑料和橡胶之间的一种新型材料，具有强度好，压缩变形小的特性。优力胶在受到轴向力时发生压缩变形，并发生轻微膨胀。当优力胶受到刀具连接筒内壁限制时，优力胶的压缩强度变得更大。因此，优力胶不仅提供一定的压缩变形，而且提供相当的压缩强度，保证了刀头在承受一定滚压力的同时，能够全部或部分地消除因工件表面不平整带来的加工振动。
传感器固定座的下部开有螺纹孔，且传感器固定座位于优力胶的上方。再参照图和图，优力胶、保持架开有中心通孔，滚珠支承座开有阶梯孔。通过内六角螺钉把一体式零件(支承座、滚珠和保持架)、优力胶连接到滚珠支承座。这样设计的目的是：支承座、滚珠和保持架属于易磨损零件，在他们磨损后，我们只需拆装内六角螺钉，更换新的一体式零件(支承座、滚珠和保持架)即可。因此，节省了更换时间，提高了加工效率。
传感器固定座的上部开有孔和槽，力传感器位于传感器固定座内。力传感器的上方是承力板。承力板的上方是刀柄连接块。两个正立的内六角螺钉把刀柄连接块和承力板连接在一起。承力板和传感器固定座在对称的两侧穿有等高套筒。等高套筒是一种空心套筒。倒立的内六角螺钉穿过等高套筒的中心孔，把传感器固定座连接到刀柄连接块上。本刀具中等高套筒的作用是保证承力板和传感器固定座之间留有一定的距离。传感器在自由状态下没有和承力板接触。当刀具压下工件表面时，传感器固定座带动传感器向上运动，直至与承力板接触并受力。在这个过程中，等高套筒起导向作用。此时，力传感器通过信号连接线将压力信号输出到显示仪表。通过调节刀具在工件表面的进给行程，可以获得所需要的滚压加工的静态初始力。滚压加工前，需拔出力传感器端的信号连接线，避免刀具转动时发生缠绕。
刀柄连接块、承力板、传感器固定座、优力胶、滚珠支承座和保持架的侧面位置开有键槽。刀具连接筒在对应位置开有键槽。前述零件和刀具连接筒之间穿有长键，用来传递扭矩。长键的轴向固定通过安装在刀柄连接块上的紧定螺钉固定。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，其特征在于：包括滚压刀具模块(7)和无刷电机模块，所述无刷电机模块包括电机外壳(1)、定子(5)、转子(6)、转动主轴、制动轮(3)、制动片(2)和弹簧(4)，所述定子(5)呈倒锥形设置在所述电机外壳(1)内部，所述转子(6)固定在所述转动主轴上，所述转动主轴的上端通过轴承固定在电机外壳(1)的内壁，转动主轴的下端穿过所述电机外壳(1)连接滚压刀具模块(7)，所述转子(6)为与所述定子(5)配合的倒锥形转子(6)；所述转子(6)上方的转动主轴上还固定套装有制动轮(3)，所述制动轮(3)与固定在电机外壳(1)上的制动片(2)配合连接，所述制动轮(3)和定子(5)之间的转动主轴上还套装有弹簧(4)，弹簧(4)的上下两端分别与制动轮(3)和转子(6)固定连接；
所述滚压刀具模块(7)包括刀柄部分和刀具本体，所述刀柄部分包括刀柄和刀柄连接块，所述刀柄与所述刀柄连接块连接，所述刀具本体包括刀具连接筒和位于刀具连接筒下部的滚珠组件，所述刀柄连接块与所述刀具连接筒的上端连接，所述刀具本体还包括承力板、力传感器、传感器固定座和优力胶，所述刀具连接筒自上而下依次布置承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶和滚珠组件，所述刀柄连接块与所述承力板连接，所述承力板与所述传感器固定座之间间隙配合，所述传感器固定座内安装所述力传感器，所述传感器固定座与所述优力胶固定连接，所述优力胶与所述滚珠组件固定连接；
所述传感器固定座上部开有凹槽和通孔，所述力传感器位于所述凹槽内，所述承力板和传感器固定座在对称的两侧穿有等高套筒，固定螺钉自下而上穿过所述等高套筒并固定在所述刀柄连接块上，所述承力板和传感器固定座之间留有用于保证力传感器在自由状态没有和承力板接触的间隙；
所述滚珠组件包括支承座、滚珠和保持架，所述保持架固定在所述支承座的下部，所述滚珠安装在保持架内；
所述支承座和保持架的一圈圆弧间隔地开有球形保持孔，所述滚珠可自动滚动地位于所述球形保持孔内，所述滚珠的下方一部分凸出所述保持架外。
2.根据权利要求1所述的一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，其特征在于：所述支承座上开有阶梯孔，所述优力胶开有中心通孔，定位螺钉自下而上穿过所述阶梯孔、中心通孔后固定在所述传感器固定座内。
3.根据权利要求2所述的一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，其特征在于：所述刀柄呈锥体形状，所述刀柄的上端中心开有与转动主轴装夹的装配端。
4.根据权利要求1所述的一种带有锥形无刷电机的平面滚压刀具，其特征在于：所述承力板、力传感器、传感器固定座、优力胶和滚珠组件的侧边开有外键槽，所述刀具连接筒的内壁开有内键槽，所述外键槽与内键槽之间为供长键穿过的安装键槽，所述长键固定在刀柄连接块上。
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