CN105689960A - 便携式超声驱动压光刀 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了便携式超声驱动压光刀，内套(6)置于外套(4)内通过弹簧(5)构成弹性伸缩机构；超声换能体(701)置于在内套(6)内，超声换能体(701)通过电缆(2)与超声波发生器(1)电连接；变幅杆(703)伸出内套(6)后通过弹簧卡头(8)与压光刀(9)的刀柄(901)连接；油雾润滑装置(12)的喷射嘴朝向压光刀(9)的前端压头喷射油雾。本专利的优点是：在压光头(9)上复合超声波后，压光后在零件表面产生压应力，压光效果好、工作效率高，切削阻力大幅降低，对机床的冲击小，更换压光刀(9)方便，适用于多种形式的压光刀(9)。

Description

便携式超声驱动压光刀
技术领域
本发明专利涉及一种机床刀具，特别是一种便携式超声驱动压光刀。
背景技术
无论用何种金属加工刀具加工，在零件表面总会留下微细的凸凹不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象；压光刀是利用机械挤压的原理，获得光洁如镜的金属表面的一种机械无切削的塑性加工方法；压光刀作为零件表面光整加工工具，是在常温下利用金属的塑性变形，使工件表面的微观不平度辗平从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸的目的。压光刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙值降低；由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。压光是一种无切削的塑性加工方法，可同时达到光整加工及强化两种目的，是磨削、车削无法做到的。但是，由于压光刀压头的硬度要大于加工表面的金属硬度，才能使加工的金属表面的金属产生塑性变形达到压光效果，而且压头本身磨损严重，所以压光刀压头一般选用合金钢、钨钢、金刚石、陶瓷等硬脆材料，压头使用寿命短，易损坏，综合使用成本高。同时，由于压光会在工件表面产生硬化层，此层与内部材料有明显的分层现象，容易造成表层脱落；滚压工艺很难掌握，处理不当，容易造成废品；同时，由于压光刀刚性力太大，一般为1000N-3000N，所以对机床传动机构导轨损伤很大，严重损伤机床精度和寿命。
发明内容
本发明的目的就是设计一种便携式超声驱动压光刀，压光刀的刀柄采用常规夹头形式，方便使用不同结构形式压头，并在压光刀上复合超声波振动，在压光刀对工件表面进行挤压光整的同时，再复合施加超声振动，增加工件表面的材料塑性流动性，增加压光刀的光整效果，提高压光刀压头的寿命，同时通过弹性机构调整压光刀的刚性，减少振动对机床的冲击，以保证机床的精度不受损失。
本发明的技术方案是，便携式超声驱动压光刀，其特征是：包括外套、内套、超声换能器、压光刀和油雾润滑装置，外套和内套是一端开口的圆柱形筒体，外套的外壁上设置有装夹块；内套置于外套内通过弹簧构成弹性伸缩机构；超声换能器的超声换能体置于内套内，超声换能器通过超声换能体与变幅杆连接处的换能器法兰固定连接在内套的开口端端面上，超声换能体通过电缆与超声波发生器电连接；超声换能器的变幅杆从内套开口端伸出后通过弹簧卡头与压光刀的刀柄连接；油雾润滑装置的喷射嘴朝向压光刀及正在压光的工件表面喷射油雾；
在外套的底部中心设置有螺纹孔，内套筒体底部中心设置有中心孔，内套置于外套内且开口端朝外，内套的外圆周和外套的圆柱内壁之间留有间隙，在外套底部和内套底部之间设置有弹簧；弹簧调节母是一内六方螺钉，弹簧调节母的外螺纹与外套底部螺纹孔相配，弹簧调节母穿过内套底部的中心孔和弹簧后通过螺纹连接在外套的底部，把内套弹性压持在外套的底部形成弹性伸缩机构；
压光刀的刀柄为ER刀柄，在刀头端部圆周上布置有轴向滚动体；
压光刀的刀柄为ER刀柄，在刀头端部端面上布置有径向滚动体；
压光头的刀柄为ER刀柄，在刀头上固定有金刚石压头；
在弹簧调节母的中心设置有出线孔，超声换能器的引线电缆通过出线孔引出与超声波发生器连接。
本发明的优点是：
(1)结构小巧，便于携带，更换压光头容易；
(2)适用范围广，适用于各种结构形式和各种材料的滚动体，如钢球、滚轮、滚柱、金刚石滚动体等；适合于对钢、铜、铝等各种塑性材料零件的表面压光；
(3)刀具成本低、损耗小，对机床的冲击损害小；
(4)在压光头上复合超声波后，压光效果好、工作效率高，压光后零件表面粗糟度不大于0.1；切削阻力大幅降低，在金属表面获得纳米结构表层，平均晶粒尺寸为50纳米，而且压光后在零件表面产生压应力；
(5)采用油雾润滑冷却，可对压光头表面进行清洁，节约冷却液、冷却效果好，减少了环境污染，零件表面质量进一步得到提升。
附图说明
图1：本发明实施例结构示意图；
图2：外套结构示意图；
图3：图2中A-A剖面图；
图4：超声换能器外形结构示意图；
图5：轴向滚动体压光刀结构示意图；
图6：径向滚动体压光刀结构示意图；
图7:带有金刚石压头的压光刀结构示意图；
图8：弹簧调节母结构示意图；
图9：图8中B-B剖面图；
图10：内套结构示意图；
图11：图10中C-C剖面图；
图中：1-超声波发生器；2-电缆；3-弹簧调节母；4-外套；5-弹簧；6-内套；7-超声换能器；8-弹簧卡头；9-压光刀；10-护环；11-油雾润滑装置；
301-出线孔；401-装夹块；402-螺纹孔；403-开口端内螺纹；701-超声换能体；702-换能器法兰；703-变幅杆；901-刀柄；902-轴向滚动体；903-径向滚动体；904-金刚石压头。
具体实施方式
如图1到图3、图10、图11所示，便携式超声驱动压光刀包括外套4、内套6、超声换能器7、压光刀9和油雾润滑装置11，外套4和内套6是一端开口的圆柱形筒体，外套4的外壁上设置有装夹块401，外套4筒体底部中心设置有螺纹孔402，外套4的开口端内孔设置有开口端内螺纹403；内套6筒体底部中心设置有中心孔，内套6置于外套4内且开口端朝外，内套6的外圆周和外套4的圆柱内腔内壁之间留有间隙，在外套4底部和内套6底部之间设置有弹簧5；内套6置于外套4内通过弹簧5构成弹性伸缩机构，如图8、图9所示，弹簧调节母3是一带有轴向贯通的出线孔301的内六方螺钉，弹簧调节母3的外螺纹与外套4底部螺纹孔402相配，弹簧调节母3穿过内套6底部的中心孔和弹簧5后通过螺纹连接在外套4的底部，把内套6弹性压持在外套4的底部；通过调整弹簧调节母3在外套4的螺纹孔402中的旋入深度，就可调整弹簧5压紧长度，从而调整压光刀的刚性；压光刀的刚性越大，对工件表面和刀具本身损伤越大，所以，实际使用中，要根据工件的材料、滚动体的材料调整压光刀的刚性。
如图4所示，超声换能器7为一体化换能器，把超声换能体701、变幅杆703集成固定连接在一起，在超声换能器7的中部设置有凸出于超声换能体701外圆的换能器法兰702，超声换能体701置于在内套6内，在弹簧调节母3的中心设置有出线孔301，超声换能体701的引线电缆2穿过弹簧调节母3中心的出线孔301后与超声波发生器1电连接；在内套6的前端面上设置有螺纹连接孔，在换能器法兰702上设置有螺钉过孔，超声换能器7通过螺钉连接在内套6前端面上即内套6的开口端端面上，换能器法兰702的外径与外套4的内圆柱孔孔壁之间留有间隙；超声换能器7的变幅杆703伸出内套6后通过弹簧卡头8与压光刀9的刀柄901连接，压光刀9的刀柄901为ER刀柄，弹簧卡头8与变幅杆703的端部尺寸和刀柄901的尺寸相配；利用弹簧卡头8把压光刀9的刀柄901与变幅杆703连接，便于刀柄901的安装和拆卸，可以适用于多种形式的压光刀9。
压光刀9的刀头上布置有滚动体压头或者固定压头；滚动体压头可以为各种结构形式，活动设置在刀头上，如轴向圆柱滚子、径向圆柱滚子或者钢球，滚动体材料可以是金属、金刚石或者陶瓷等硬质材料；固定压头是在刀头上固定的硬质材材料，如陶瓷压头、金刚石压头等，固定压头通过焊接、铆接等方式镶嵌在刀头位置，固定压头可以固定在刀头的轴向端部，也可以固定在刀头的径向圆周上，如图7所示，金刚石压头904通过镶嵌固定在刀头外圆周上。如图5所示，滚动体压头是轴向布置在刀头外圆周上的圆柱滚子作为轴向滚动体902；如图6所示，滚动体压头是径向布置在刀头端面上的圆柱滚子作为径向滚动体903；具体选用滚动体压头还是固定压头，需要根据压光零件的表面形状来选择。
变幅杆703把超声振动传递到压光刀9，压光刀9发生超声振动对工件表面进行超声撞击；由于压光刀9在工件表面超声振动，不断冲击工件表面，使工件表面产生塑性变形，从而达到光整加工效果。压光刀9通过外套4上装夹块401安装在车床刀架上，在外套4开口端设置有开口端内螺纹403，护环10通过其外圆上的螺纹安装在外套4的端部，对压光刀9起保护作用。
超声波发生器1的频率根据要求压光的工件要求可以进行调节，一般选用20kHz到50kHz。
油雾润滑装置11的喷射嘴朝向压光刀9的压头(滚动体压头或者固定压头)及正在压光的工件表面喷射高压油雾，通过压缩空气把冷却液变成雾状后喷洒在压光刀9的压头和加工表面上，对压光刀9和加工工件表面进行润滑、冷却和清洁，压缩空气压力约为0.6MPa，冷却液采用通用机床用冷却液即可。高压油雾润滑、冷却所用的冷却液在高压下为雾状，所以冷却液的用量非常少，不到常规机加工冷却液的1％，所以节能、环保、无污染，而且冷却润滑效果好，工件表面质量高。

Claims (6)

1.便携式超声驱动压光刀，其特征是：包括外套(4)、内套(6)、超声换能器(7)、压光刀(9)和油雾润滑装置(11)，外套(4)和内套(6)是一端开口的圆柱形筒体，外套(4)的外壁上设置有装夹块(401)；内套(6)置于外套(4)内通过弹簧(5)构成弹性伸缩机构；超声换能器(7)的超声换能体(701)置于内套(6)内，超声换能器(7)通过超声换能体(701)与变幅杆(703)连接处的换能器法兰(702)固定连接在内套(6)的开口端端面上，超声换能体(701)通过电缆(2)与超声波发生器(1)电连接；超声换能器(7)的变幅杆(703)从内套(6)开口端伸出后通过弹簧卡头(8)与压光刀(9)的刀柄(901)连接；油雾润滑装置(11)的喷射嘴朝向压光刀(9)的压头及正在压光的工件表面喷射油雾。
2.根据权利要求1所述的便携式超声驱动压光刀，其特征是：在外套(4)的底部中心设置有螺纹孔(402)，内套(6)筒体底部中心设置有中心孔，内套(6)置于外套(4)内且开口端朝外，内套(6)的外圆周和外套(4)的圆柱内壁之间留有间隙，在外套(4)底部和内套(6)底部之间设置有弹簧(5)；弹簧调节母(3)是内六方螺钉，弹簧调节母(3)的外螺纹与外套(4)底部螺纹孔相配，弹簧调节母(3)穿过内套(6)底部的中心孔和弹簧(5)后通过螺纹连接在外套(4)的底部，把内套(6)弹性压持在外套(4)的底部形成弹性伸缩机构。
3.根据权利要求1或2所述的便携式超声驱动压光刀，其特征是：压光刀(9)的刀柄(901)为ER刀柄，在刀头端部圆周上布置有轴向滚动体(902)。
4.根据权利要求1或2所述的便携式超声驱动压光刀，其特征是：压光刀(9)的刀柄(901)为ER刀柄，在刀头端部端面上布置有径向滚动体(903)。
5.根据权利要求1或2所述的便携式超声驱动压光刀，其特征是：压光头(9)的刀柄(901)为ER刀柄，在刀头上固定有金刚石压头(904)。
6.根据权利要求1或2所述的便携式超声驱动压光刀，其特征是：在弹簧调节母(3)的中心设置有出线孔(301)，超声换能器(7)的引线电缆(2)通过出线孔(301)引出与超声波发生器(1)电连接。
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