CN105964779B - 一种机械锤击平整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械锤击平整装置，安装于数控机床或机器人上，其特征在于，包括机架及设在机架上的压电陶瓷促动器、支撑架、电机、锤击头和气枪，其中，支撑架依预设轨迹滑动设置于机架上，压电陶瓷促动器的内轴与支撑架固定连接，电机固设于支撑架上，且电机输出轴与锤击头传动相连，气枪设于电机输出轴的侧部，与外接动力源相连，且气枪的出气口对准锤击头在工件上的着力点。本发明用于平面或自由曲面工件的加工处理，不仅加工效率高，而且还能提高工件的表面硬度。

Description

一种机械锤击平整装置

技术领域

本发明涉及一种平整装置，尤其是涉及一种可提高加工效率、改善表面平整质量和提高表面硬度的机械锤击平整装置。

背景技术

在汽车工业中，铣削的成型工具，例如车身部件的深拉工具、复合材料部件的插入模具或塑料部件的注塑模具，在今天仍然需要手动整平或精加工。即使在其他高度自动化的企业，抛光较大的自由表面有时也需要多达20个工作日。由于金属硬度较高，在磨削和抛光上所耗时间很长，进一步降低了深拉工具及模具的加工效率。模具的表面完整性关系着铸件质量的好坏，一般来说模具零件的工作性能如耐磨性、抗腐蚀性以及强度等，在很大程度上受其表面质量的影响。模具表面质量越高，其零件的耐磨、抗腐蚀及强度越高，其寿命也越长。特别是在一些高精度的零件尤为重要，如航天用的铸件以及相机或太空的铸造光学镜头等。另一方面，类似车身的深拉工具以及模具的表面硬度也是零件质量的一个重要指标。高的表面硬度可以提高工件的使用寿命，提高零件的耐磨性。目前如模具的加工硬化是独立于平整之外的工序，因此大大降低了生产效率。

常见的表面平整多见于平面，对于曲面而言，平整手段并不多，常见的有砂带磨抛、磁流变抛光、磨粒流磨抛、等离子抛光以及气囊抛光等。其中磁流变、等离子以及气囊抛光成本较高，不适合大批量加工生产。砂带磨抛适合外凸件，类似模具则显得无能为力。磨粒流磨抛可以对模具进行抛光，是较好的加工方式，然而其无法提高表面硬度，且由于冲击压力不够导致加工效率低下。

中国专利申请CN104476100A公开一种应用于机械臂上金属锤击加工工具，主要应用数控加工工具对金属材料进行纹理加工领域。借助六轴机械臂动作，通过对金属板快速连续的移动锤击，在金属板上加工出各式各样的纹理。

综上，目前还未见高效率、高表面质量和硬度的金属机械锤击整平技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机械锤击平整装置，用于平面或自由曲面工件的加工处理，不仅加工效率高，而且还能提高工件的表面硬度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种机械锤击平整装置，安装于数控机床或机器人上，包括机架及设在机架上的压电陶瓷促动器、支撑架、电机、锤击头和气枪，其中，支撑架依预设轨迹滑动设置于机架上，压电陶瓷促动器的内轴与支撑架固定连接，电机固设于支撑架上，且电机输出轴与锤击头传动相连，气枪设于电机输出轴的侧部，与外接动力源相连，且气枪的出气口对准锤击头在工件上的着力点。

采用上述技术方案，本发明安装于数控机床或机器人上，工作时，压电陶瓷促动器的内轴在其驱动器的驱动下带动支撑架，沿着压电陶瓷促动器轴线方向产生一定频率的进给，而电机固设于支撑架上，电机输出轴与锤击头传动相连，这样，压电陶瓷促动器会带动锤击头在机架上沿预设的轨迹进行高频进给，同时，电机也会带动锤击头转动，最终形成锤击头旋转且高频锤击的平整方式，在此过程中，根据实际工况需求，压电陶瓷促动器的运动频率可以调节，从几十赫兹到几百赫兹不等，锤击头与工件表面的距离也可调节。加工时，安装于机架上的气枪可提供高压气体，冲击金属表面，起到风冷的作用。

本发明具有如下有益效果：

1）提高加工效率。较大的自由曲面平整或精加工仍然需要花很多人工时间，机械锤击平整装置可以替代人工，在机器人和数控机床的配合下实现自动化平整，大大提高加工效率。

2）平整后表面完整性好。传统的各种平整技术只追求表面粗糙度等表面指标，机械锤击平整不仅能够获得较低的表面粗糙度，更会因为锤击效果引入压应力，大大提高表面的硬度，提高工件的表面完整性。

3）成本低。由于采用的是硬质的锤击头，具有很好的耐磨性，再加上平整机理是锤击变形，不存在切削，因此刀具磨损小，使用寿命长，另外硬件成本不高。

4）冷却效果好。由于加工机理是锤击变形，产生的热量不多，加上采用风冷形式，机械锤击平整的冷却效果好。

总之，本发明通过采用机械锤击平整技术，通过合理规划加工轨迹，可提高平整效率，增大表面压应力，提高工件表面硬度，获得较好的表面质量。

优选地，所述的机架包括连接法兰、L型板、固定法兰及防侧向板，其中，连接法兰通过螺钉与外部法兰配合连接，固定法兰套设于压电陶瓷促动器上，并通过螺钉固定于L型板和连接法兰上，防侧向板安装于L型板上，压电陶瓷促动器的头部穿设于防侧向板，且压电陶瓷促动器的内轴通过螺钉固定于支撑架上。工作时，连接法兰可与包括六轴机器人、数控机床等外部设备连接，连接法兰、固定法兰以及L型板固定在一起，并连接压电陶瓷促动器的外壳，而防侧向板则可用于防止压电陶瓷促动器受到过大的横向载荷，保证其工作正常。

优选地，所述的L型板上设有一Z型板，所述的气枪安装于Z型板上。

优选地，所述的电机固定于一电机固定板上，所述的电机固定板与支撑架固定连接，支撑架固定于一支撑板上，所述支撑板与一滑块连接，所述的滑块沿一滑轨移动，锤击头通过转接头与电机连接。为了形成工件表面不同的表面纹理，滑块运动轨迹是可以预设的，以确保工件的表面完整性。这样，机械锤击平整装置不止应用于平面工件，更可以应用于曲面工件。

附图说明

图1为本发明实施例的三维示意图；

图2为本发明实施例的侧视图；

图3位本发明配合机器人的锤击整平示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

一种机械锤击平整装置，包括连接法兰1、L型板2、固定法兰3、压电陶瓷促动器4、防侧向板5、Z型板6、气枪7、锤击头8、转接头9、电机固定板10、电机11、支撑架12、支撑板13、滑块14及滑轨15。

如图1和2所示，连接法兰1通过螺钉与外部法兰配合连接。固定法兰3通过螺钉固定于L型板2以及连接法兰1，于是，固定法兰3、L型板2和连接法兰1三者连接在一起。固定法兰3套在压电陶瓷促动器4上，并紧密配合。压电陶瓷促动器4通过螺钉安装于L型板2上。防侧向板5安装于L型板2上，且与压电陶瓷促动器4的头部配合。压电陶瓷促动器4的内轴通过螺钉固定于支撑架12上。Z型板6安装于L型板2上，且气枪7安装于Z型板6上。电机11固定于电机固定板10上，电机固定板10与支撑架12连接，支撑架12固定于支撑板13上，支撑板13与滑块14连接，滑块14在滑轨15上移动。锤击头8通过转接头9与电机11连接。

工作时，连接法兰1与机器人法兰相连，连接法兰1与固定法兰3以及L型板2固定一起，并连接压电陶瓷促动器4的外壳。压电陶瓷促动器4的内轴在其驱动器的驱动下带动支撑板12，沿着压电陶瓷促动器4轴线方向产生一定频率的进给。支撑板12固定着电机11，而电机11通过转接头9连接锤击头8，压电陶瓷促动器4会带动锤击头8在L型板2的滑轨15上进行高频进给。其中电机11也会带动锤击头8转动，最终形成锤击头8旋转且高频锤击的平整方式。安装于Z型板2上的气枪7提供高压气体，加工时冲击金属表面，起到风冷的作用。防侧向板5用于防止压电陶瓷促动器4受到过大的横向载荷，保证其工作正常。

如图3所示，以六轴机器人16带动机械锤击装置平整自由曲面工件18为例。根据工作台17位置和工件18的自由曲面形状并结合机械锤击平整装置的尺寸，利用机器人16离线编程技术，获得锤击头8的运动轨迹。对于不同曲率的工件需要更换锤击头8以完成曲面的锤击整平。压电陶瓷促动器4的运动频率和位移可通过驱动器进行调节，频率从几十赫兹到几百赫兹不等，位移从几微米到几十微米不等，这根据实际工况而定。锤击头8与工件18表面的距离可调，也根据实际工况而定。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种机械锤击平整装置，安装于数控机床或机器人上，其特征在于，包括机架及设在机架上的压电陶瓷促动器、支撑架、电机、锤击头和气枪，所述的机架包括连接法兰、L型板、固定法兰及防侧向板，支撑架依预设轨迹滑动设置于机架上，其中，连接法兰通过螺钉与外部法兰配合连接，固定法兰套设于压电陶瓷促动器上，并通过螺钉固定于L型板和连接法兰上，防侧向板安装于L型板上，压电陶瓷促动器的头部穿设于防侧向板上，且压电陶瓷促动器的内轴通过螺钉与支撑架固定连接，电机固设于支撑架上，且电机输出轴与锤击头传动相连，气枪设于电机输出轴的侧部，与外接动力源相连，且气枪的出气口对准锤击头在工件上的着力点。

2.如权利要求1所述的一种机械锤击平整装置，其特征在于，所述的L型板上设有一Z型板，所述的气枪安装于Z型板上。

3.如权利要求1或2所述的一种机械锤击平整装置，其特征在于，所述的电机固定于一电机固定板上，所述的电机固定板与支撑架固定连接，支撑架固定于一支撑板上，所述支撑板与一滑块连接，所述的滑块沿一滑轨移动，锤击头通过转接头与电机连接。