CN108393651B - 一种多场耦合锥面滚压加工的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多场耦合锥面滚压加工的装置，多场耦合具体是指高温热场、变频脉冲磁场和超声场耦合。该装置包括滚压刀、变幅杆、换能器、超声波发生器、热偶线圈、温度控制器、脉冲磁场强化系统、测力仪以及安装架；本发明设计出一种新型滚压刀结构，可以根据不同的滚压工件更换不同的滚压轮，同时可以根据不同的工件锥面角度更换不同滚压角度，使用方便可靠；本发明通过温度控制器控制工件加热温度，提高工件滚压温度使工件原子活力增强，克服位错运动阻力减小，从而获得良好的滚压表面质量；本发明通过将锥形工件放置于脉冲磁场作用区域，提高工件硬度和耐磨性能；本发明通过测力仪可以实时监控滚压过程中的滚压力的值，并通过数控系统反馈实现滚压过程中的滚压力恒定；本发明设计出一种可以安装在普通车床上的超声滚压系统，可以对锥面轴类零件进行滚压加工，可降低零件表面粗糙度，提高表面硬度，获得良好的表面质量和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚压装置，具体涉及一种多场耦合锥面滚压加工的装置，多场耦合具体是指高温热场、变频脉冲磁场和超声场耦合。
背景技术
带有锥面轴类零件在机械结构中被广泛运用，而这类零件大多数通过车削加工得到，经过车削加工后的零件表面会留下车削纹理，形成微观缺陷。轴类零件在实际工作中受到大的扭矩、弯矩和轴向交变拉压力，容易从外圆表面缺陷处发生疲劳断裂，从而影响轴类零件的使用寿命。因此，需要对其表面进行滚压加工以提高表面质量及疲劳寿命。
滚压加工使工件表面的凸峰填入凹谷，降低表面粗糙度，提高表面质量。但普通滚压的光整效果不理想，将高温热场、变频脉冲磁场和超声加工技术引入到滚压加工中，对带锥面的轴类零件表面质量的提高具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多场耦合锥面滚压加工的装置，该装置可以实现锥面轴类零件表面的滚压加工。
实现本发明的技术方案如下：
一种多场耦合锥面滚压加工的装置，该装置包括滚压刀、变幅杆、换能器、超声波发生器、高温辅助加热系统、变频脉冲磁场强化系统、测力仪以及安装架；其中安装架连接变幅杆和测力仪，并将测力仪安装在车床刀架处。
在进行滚压时，模拟电路超声波发生器两电极接在换能器电极的两端，将正弦电震荡信号传递给换能器；换能器采用夹心式压电换能器，将压电陶瓷安装在电极之间，通过压电陶瓷的逆压电效应将正弦电震荡信号转换成超声振动机械能，一侧电极与后盖板相连，另一侧电极通过绝缘环与前盖板相连，通过预紧力螺杆的夹持给压电陶瓷一定的预紧力，使压电陶瓷在工作中只承受压应力；超声变幅杆通过预应力螺杆与超声换能器相连接，通过理论计算所设计的超声变幅杆将超声换能器的超声振动振幅放大到实际所需要的振幅，将变幅杆套圈过盈装配在超声变幅杆振幅为零的地方，通过法兰盘将变幅杆安装在安装架上，变幅杆套圈通过法兰盘和安装架轴肩进行定位，同时通过法兰盘上六个螺栓进行夹紧；滚压刀通过联轴器连接在变幅杆的末端，通过联轴器将超声振动传递给滚压刀继而进行滚压加工；安装架通过螺栓连接安装在测力仪上；测力仪通过螺栓连接安装在车床车架上。
进一步地，所述的高温辅助加热系统由热偶线圈和温度控制器组成，温度控制器通过控制热偶线圈的电流值，可以较好地控制工件的加热温度。热偶线圈加热工件到一定温度后，即可对工件锥面进行滚压加工。
进一步地，所示的变频脉冲磁场强化系统由线圈、铁芯和调节手柄等组成，可以通过控制系统调节磁场频率、强度和磁化处理时间。
进一步地，所述的滚压刀结构包括滚压轮、滚压轴、轴承座、法兰盘以及轴承。滚压轮过盈配合在滚压轴上，滚压轴两端间隙配合在两轴承上，轴承安装在轴承座上。滚压过程中，通过机床的Z轴和X轴进给实现滚压加工，并通过测力仪实时监控滚压过程中的滚压力，并通过数控系统的闭环控制实现滚压过程中的滚压力恒定。
有益效果
(1)本发明设计出一种可以安装在普通数控车床上的多场耦合锥面滚压加工的装置，可以对工件锥面进行滚压加工，可降低零件表面粗糙度，提高表面硬度，获得良好的表面质量和力学性能。
(2)本发明通过温度控制器控制工件加热温度，提高工件滚压温度使工件原子活力增强，克服位错运动阻力减小，从而获得良好的滚压表面质量。
(3)本发明设计设计出一种新型滚压刀结构，可以根据不同的工件锥面角度更换不同滚压角度，使用方便可靠。
(4)本发明通过测力仪可以实时监控滚压过程中的滚压力，并通过数控系统的闭环控制实现滚压过程中的滚压力恒定。
附图说明
图1(a)为滚压装置主视图
图1(b)为滚压装置俯视图
图2为滚压刀的结构示意图
图3为超声振动系统安装示意图
图4为滚压装置安装示意图图
1-滚压刀，2-变幅杆支撑结构，3-超声振动系统，4-车床换刀架，5-测力仪，6-调节手柄，7-铁芯，8-磁场电源，9-磁场机架，10-线圈，11-温度控制器，12-热偶线圈，13-工件，14-滚压刀上端头，15-滚压刀端盖，16-滚压刀下端头，17-轴承，18-滚压轮，19-滚压轴，20-变幅杆，21-法兰盘，22-支撑架，23-变幅杆套圈，24-绝缘垫环，25-电极，26-压电陶瓷，27-预紧螺母，28-绝缘套，29-滚压装置，30-数控车床。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明设计出一种可以安装在普通数控车床30上的多场耦合锥面滚压加工的装置29；滚压刀1通过过盈配合安装在超声振动系统3的变幅杆末端，滚压刀可以根据不同的工件锥面角度更换不同滚压角度，超声振动系统3可以为锥面滚压提供超声振动；超声振动系统3通过变幅杆支撑结构2安装在测力仪5上，通过测力仪5可以实时监控滚压过程中的三向滚压力；测力仪5通过螺栓连接固定在数控车床30换刀架4上。温度控制器11通过控制热偶线圈10内电流值控制工件加热温度。变频脉冲磁场强化系统由调节手柄6、铁芯7、磁场电源8、磁场机架9以及线圈10组成，通过磁场电源8可以调节系统的电源和电压，从而调节磁场频率，通过调节手柄6调节两铁芯7之间的距离，从而改变磁场强度。
如图2所示，本发明所设计出的一种外圆滚压刀1，滚压轮18通过过盈配合安装在滚压轴19上，可以根据所滚压的工件种类更换滚压轮，根据不同工件锥面角度更换不同滚压角度，具有较好的通用性；滚压轴19两端安装轴承17，在滚压加工过程中，滚压轴19绕轴承17转动，可以实现滚压加工过程中滚压轮受力均匀，减小摩擦；轴承外圈通过滚压刀上端头14和滚压刀下端头16夹紧定位；滚压刀端盖15和滚压轴19上的轴肩实现轴承17的轴向定位；滚压刀上端头14的端部外圆柱通过过盈配合安装在超声振动系统的变幅杆上。
如图3所示，本发明设计出的一种超声振动系统，变幅杆20通过预紧螺栓27与换能器相连接，同时通过预紧螺栓27的作用，给夹持的压电陶瓷26一定的预紧力，使换能器在工作中不至于受到大的张力,可以实现大功率发射；压电陶瓷26安装在电极25之间；电极25与变幅杆20之间垫以绝缘垫24；压电陶瓷中心孔用绝缘套28与变幅杆20之间绝缘，以防止高压打火；变幅杆20通过过盈配合和变幅杆套圈23相固连，并且固连位置变幅杆振幅为零；变幅杆套圈23通过支撑架22的轴肩和法兰盘21的轴肩进行轴向定位，通过保证轴向夹紧；法兰盘21通过螺栓连接固定在支撑架22上。
在进行滚压加工过程中，超声波发生器接通电源产生超声频电能，同时将超声频电能通过电极传递给换能器；在电极的电场作用下，换能器中的压电陶瓷内部电极化状态会发生相应的变化，通过逆压电效应，将超声频电能转化为一定的超声机械振动能；在超声振动系统中，换能器所产生的超声振幅相对较小，通过变幅杆将机械振动质点的位移量和运动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，产生聚能作用，并将超声机械振动传递给滚压刀；通过测力仪可以实时监控滚压过程中滚压力的数值大小。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种多场耦合锥面滚压加工的装置(29)，其特征在于，包括滚压刀(1)，变幅杆支撑结构(2)，超声振动系统(3)，车床安装架(4)，测力仪(5)、变频脉冲磁场强化系统和高温辅助加热系统，其中所述滚压刀(1)可以安装在普通数控车床上，滚压刀(1)通过过盈配合安装在超声振动系统(3)的变幅杆末端，超声振动系统(3)可以为锥面滚压提供超声振动，超声振动系统(3)通过变幅杆支撑结构(2)安装在测力仪(5)上，通过测力仪(5)可以实时监控滚压过程中的滚压力，并通过数控系统的闭环控制实现滚压过程中的滚压力恒定，测力仪(5)通过螺栓连接固定在车床安装架(4)上；所述的脉冲磁场强化系统包括调节手柄(6)、铁芯(7)、磁场电源(8)、磁场机架(9)以及线圈(10)组成，通过磁场电源(8)可以调节系统的电源和电压，从而调节磁场频率，通过调节手柄(6)调节两铁芯(7)之间的距离，从而改变磁场强度；所述滚压刀(1)包括滚压刀上端头(14)、滚压刀端盖(15)、滚压刀下端头(16)、轴承(17)、滚压轮(18)和滚压轴(19)，其中，滚压轮(18)通过过盈配合安装在滚压轴(19)上，可以根据所滚压的工件种类更换滚压轮(18)；滚压轴(19)两端安装轴承(17)，在滚压加工过程中，滚压轴(19)绕轴承(17)转动；轴承外圈通过滚压刀上端头(14)和滚压刀下端头(16)夹紧定位；滚压刀端盖(15)和滚压轴(19)上的轴肩实现轴承(17)的轴向定位，滚压刀上端头(14)的端部外圆柱通过过盈配合安装在超声振动系统(3)的变幅杆上；所述超声振动系统(3)包括换能器、变幅杆(20)、法兰盘(21)、支撑架(22)、变幅杆套圈(23)、绝缘垫(24)、电极(25)、压电陶瓷(26)、预紧螺母(27)和绝缘套(28)，其中，变幅杆(20)通过预紧螺栓(27)与换能器相连接，同时通过预紧螺栓(27)的作用，给夹持的压电陶瓷(26)一定的预紧力，使换能器在工作中不至于受到大的张力,可以实现大功率发射；压电陶瓷(26)安装在电极(25)之间；电极(25)与变幅杆(20)之间垫以绝缘垫(24)；压电陶瓷中心孔用绝缘套(28)与变幅杆(20)之间绝缘，以防止高压打火；变幅杆(20)通过过盈配合和变幅杆套圈(23)相固连，并且固连位置变幅杆振幅为零；变幅杆套圈(23)通过支撑架(22)的轴肩和法兰盘(21)的轴肩进行轴向定位，通过保证轴向夹紧；法兰盘(21)通过螺栓连接固定在支撑架(22)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的高温辅助加热系统包括温度控制器(11)和热偶线圈(12)，热偶线圈(12)缠绕在工件锥面处，温度控制器(11)通过控制热偶线圈(12)电流值控制加热温度。
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