CN105729042A - 便携式超声压光刀 - Google Patents

Abstract

本专利公开了便携式超声压光刀，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)后位于滚动体支撑套(8)内，在滚动体支撑套(8)的前端通过螺纹连接有滚动体调节母(9)，在滚动体支撑套(8)和滚动体调节母(9)之间形成滚动体容腔，滚动体(11)的前端与工件表面接触，滚动体(11)的后端与变幅杆(703)的前端接触；本专利的优点是：压光刀复合超声后的光整效果好，压光后在零件表面产生压应力，切削阻力大幅降低，减少了振动对机床的冲击。

Description

便携式超声压光刀

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，由于压光刀的滚动体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，而且滚动体本身磨损严重，所以滚动体一般选用合金钢、钨钢、金刚石、陶瓷等硬脆材料，刀具使用寿命短，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；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

本发明的目的是：设计一种便携式超声压光刀，在常规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，在滚动体上再施加超声振动，增加工件表面的材料塑性流动性，增加压光刀的光整效果，提高滚动体的寿命，同时通过弹性机构调整刀具的刚性，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，便携式超声压光刀，其特征是：包括外套、内套、超声换能器、滚动体和油雾润滑装置，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在内套内，超声换能体通过电缆与超声波发生器电连接；滚动体支撑套通过换能器法兰与超声换能器依次固定在内套端面上，超声换能器的变幅杆伸出内套后位于滚动体支撑套内，在滚动体支撑套的前端通过螺纹连接有滚动体调节母，在滚动体支撑套和滚动体调节母之间形成滚动体容腔，滚动体活动置于滚动体容腔中，滚动体容腔的形状与滚动体形状相适应，滚动体容腔两端开口小于滚动体最大尺寸，滚动体凸出处于滚动体容腔两端开口，滚动体的前端与工件表面接触，滚动体的后端与变幅杆的前端接触；油雾润滑装置的喷射嘴朝向滚动体的前端喷射油雾。

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；弹簧调节母是一带有轴向贯通的出线孔的内六方螺钉，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；

在滚动体支撑套的前端外圆上设置有外螺纹，在滚动体调节母的后端内孔上设置有与之相配的内螺纹，滚动体支撑套和滚动体调节母的前端面中心设置有中心孔，滚动体支撑套的前端面向内凹入形成滚动体后半容腔；滚动体调节母的前端面向外凸出形成滚动体前半容腔，滚动体支撑套和滚动体调节母通过螺纹连接形成完整的滚动体容腔；

所述滚动体为钢球，滚动体调节母上的滚动体前半容腔和滚动体支撑套上的滚动体后半容腔为中心开口的球冠形，球冠的高度小于钢球半径。

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：弹簧调节母结构示意图；

图5：图4中B-B剖面图；

图6：内套结构示意图；

图7:图6中C-C剖面图；

图8：滚动体支撑套结构示意图；

图9：滚动体调节母结构示意图；

图10：超声换能器外形结构示意图；

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-滚动体支撑套；9-滚动体调节母；10-护环；11-滚动体；12-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；801-滚动体后半容腔；901-滚动体前半容腔。

具体实施方式

如图1到图3、图6、图7所示，便携式超声压光刀包括外套4、内套6、超声换能器7、滚动体11和油雾润滑装置12，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；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4、图5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8到图10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和滚动体支撑套8的法兰上设置有螺钉过孔，超声换能器7和滚动体支撑套8通过螺钉依次连接在内套6前端面上，换能器法兰702和滚动体支撑套8法兰的外径与外套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后位于滚动体支撑套8内，在滚动体支撑套8的前端外圆周上设置有外螺纹，在滚动体调节母8后端的内孔上设置有内螺纹，滚动体调节母9通过螺纹连接在滚动体支撑套8的前端。

滚动体支撑套8的前端面向内凹入形成滚动体后半容腔801；滚动体调节母9的前端面向外凸出形成滚动体前半容腔901，滚动体前半容腔901和滚动体后半容腔801相配形成完整的滚动体容腔；滚动体容腔的形状与滚动体11的形状相适应，滚动体支撑套8和滚动体调节母9的前端面中心设置有中心孔作为滚动体容腔的两端开口，滚动体11活动置于滚动体容腔中，滚动体容腔两端开口小于滚动体11本体尺寸，滚动体11凸出于滚动体前半容腔901和滚动体后半容腔801的中心孔，即滚动体11凸出处于滚动体容腔的两端开口，滚动体11的前端与工件表面接触，滚动体11的后端与变幅杆703的前端接触；变幅杆703带动滚动体11振动对工件表面进行超声撞击；滚动体11在滚动体容腔中可以自由滚动，由于滚动体11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。

压光刀通过外套4上装夹块401安装在车床刀架上，在外套4的右端内孔上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，对压光刀起保护作用。

本实施例中，滚动体11为钢球，滚动体调节母9上的滚动体前半容腔901和滚动体支撑套8上的滚动体后半容腔801为中心开口的球冠形，球冠的高度小于钢球半径。钢球材料采用40CrNiMo,热处理硬度为HRC42，可以加工硬度比钢球低的任何塑性材料，如硬度低于钢球的钢件、铝件、铜件。实际应用中，滚动体11可以选择金刚石滚动体滚轮、陶瓷滚轮等其他材料和结构形式，相应的滚动体容腔的形状与滚动体的形状相适配，而且滚动体11的滚动部分要从滚动体前端的滚动体前半容腔901的中心孔突出，工作时与工件表面接触。

转动滚动体调节母9，可以调整滚动体调节母9与滚动体支撑套8连接螺纹的旋入深度，调节滚动体调节母9前端面与滚动体支撑套8前端面之间的间隙变化，从而调节滚动体容腔的轴向尺寸，滚动体11随同变幅杆703振动的振幅变化，使工件表面压光达到最佳效果。

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12的喷射嘴朝向滚动体11的前端喷射油雾，通过压缩空气把冷却液变成高压雾状后喷洒在滚动体11和加工表面上，对滚动体11和加工工件表面进行润滑、冷却和清洁，所用压缩空气压力约为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 (4)

1.便携式超声压光刀，其特征是：包括外套(4)、内套(6)、超声换能器(7)、滚动体(11)和油雾润滑装置(12)，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；滚动体支撑套(8)通过换能器法兰(702)与超声换能器(7)依次固定在内套(6)端面上，超声换能器(7)的变幅杆(703)伸出内套(6)后位于滚动体支撑套(8)内，在滚动体支撑套(8)的前端通过螺纹连接有滚动体调节母(9)，在滚动体支撑套(8)和滚动体调节母(9)之间形成滚动体容腔，滚动体(11)活动置于滚动体容腔中，滚动体容腔的形状与滚动体(11)形状相适应，滚动体容腔两端开口小于滚动体(11)最大尺寸，滚动体(11)凸出处于滚动体容腔两端开口，滚动体(11)的前端与工件表面接触，滚动体(11)的后端与变幅杆(703)的前端接触；油雾润滑装置(12)的喷射嘴朝向滚动体(11)的前端喷射油雾。

2.根据权利要求1所述的便携式超声压光刀，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所述的便携式超声压光刀，其特征是：在滚动体支撑套(8)的前端外圆上设置有外螺纹，在滚动体调节母(8)的后端内孔上设置有与之相配的内螺纹，滚动体支撑套(8)和滚动体调节母(9)的前端面中心设置有中心孔，滚动体支撑套(8)的前端面向内凹入形成滚动体后半容腔(801)；滚动体调节母(9)的前端面向外凸出形成滚动体前半容腔(901)，滚动体支撑套(8)和滚动体调节母(9)通过螺纹连接形成完整的滚动体容腔。

4.根据权利要求1或2所述的便携式超声压光刀，其特征是：所述滚动体(11)为钢球，滚动体调节母(9)上的滚动体前半容腔(901)和滚动体支撑套(8)上的滚动体后半容腔(801)为中心开口的球冠形，球冠的高度小于钢球半径。