CN108608161B - 一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置及方法，包括刀盖、锁垫及刀头组件，所述刀盖一端安装在刀柄上，另一端与锁垫固定连接，所述刀盖设有多个刀头安装槽，所述锁垫上设有与刀头安装槽相对应的通孔，所述刀头组件穿过通孔安装在刀头安装槽内，所述刀头安装槽内设有顶推机构，用于顶推刀头组件移动，并利用位移监测装置监测刀头组件的位移量，本发明的滚压加工装置加工效率高、精确度高且可进行平面及不同类型槽面的滚压加工。

Description

一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置及方法

技术领域

本发明涉及滚压加工设备技术领域，具体涉及一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置及方法。

背景技术

滚压工艺作为一种有效降低零件表面粗糙度，同时可提高加工表面材料强度的加工技术，被应用于越来越多的领域。随着滚压工艺的广泛应用，被加工零件的形状及加工要求也越来越复杂。滚压加工的工作原理是使初加工表面在滚珠或滚柱的挤压作用下产生塑形流动，同时被加工表面的材料内部晶粒组织在外力作用下发生重组，实现晶粒细化，而细化后的晶粒组织在塑形流动的作用下重新分布，可有效改善零件表面材料的强度，并使加工表面质量的一致性得到提高，使其满足零件的使用要求。

但是由于滚压过程中无材料的去除，其加工过程实质上是滚珠或滚柱对被加工材料反复挤压，所以决定了滚压技术不能实现高速加工，因为高速滚压会破坏被加工表面，这就大大限制了滚压加工的高效性，而且同一刀具只能对同一类型平面进行滚压加工，因此，如何在保证滚压加工精度的前提下，提高加工效率，扩展同一刀具滚压加工平面的种类是滚压加工技术领域的一大技术难题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，在保证滚压加工优势的基础上，提高滚压加工的高效性，既可保证滚压加工的精度要求，又可以提高加工效率，同时可以应用于多种类型平面或槽面的加工。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，包括刀盖、锁垫及刀头组件，所述刀盖一端安装在刀柄上，另一端与锁垫固定连接，所述刀盖设有多个刀头安装槽，所述锁垫上设有与刀头安装槽相对应的通孔，所述刀头组件穿过通孔安装在刀头安装槽内，所述刀头安装槽内设有顶推机构，用于顶推刀头组件移动，并利用位移监测装置监测刀头组件的位移量。

进一步的，所述刀具安装槽按多排分布，同一排相邻的刀头安装槽之间的距离相同，不同排的相邻刀头安装槽之间的距离不同，不同排的刀头安装槽交错分布。

进一步的，所述顶推机构包括位于刀头安装槽内的液压缸，所述液压缸内设有可沿其轴向滑动的液压推柱，液压缸通过液压油路与外接液压设备连接，外接液压设备提供液压油推动液压推柱的运动。

进一步的，所述液压缸沿轴向的两端设置密封垫圈，防止液压油泄漏。

进一步的，所述位移监测装置采用绕线式位移传感器，所述绕线式位移传感器安装在刀盖上设置刀头安装槽的端面上，位于刀头安装槽的外周。

进一步的，所述通孔的侧壁上设有多个轴线与通孔侧壁倾斜呈锐角的凹槽，所述凹槽内可转动的连接有自锁块。

进一步的，所述自锁块的自由转动端具有弧形结构。

进一步的，所述刀头组件包括刀头本体，所述刀头本体一端设有弧形过渡段，另一端固定连接刀头盖的一端，刀头盖的另一端设有伸出结构，所述伸出结构内固定有滚珠，对滚珠下端进行支撑，所述刀头盖内固定有滚珠垫，对滚珠上端进行支撑。

进一步的，弧形过渡段的长度小于液压推柱伸出液压缸距离最小时液压推柱伸出端端面与锁垫之间的距离，弧形过渡段的长度大于液压推柱伸出液压缸距离最大时液压推柱伸出端端面与锁垫之间的距离。

本发明还公开了一种可在线监测压力及刀具滚及的滚压加工装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：将刀柄和刀盖安装到滚压加工机床上，将锁垫固定在刀盖上，将刀头组件穿过锁垫的通孔，安装到刀头安装槽内。

步骤2：启动滚压加工机床，利用液压推柱顶推刀头组件，对工件进行滚压加工，不同液压推柱顶推刀头组件行进不同的位移量，实现对多种槽面的加工，加工过程中，位移监测装置实时采集刀头组件的位移信息，传递给滚压加工机床的控制系统，控制系统根据设定的刀头滚压轨迹，通过外接液压设备调节液压推柱对刀头组件的顶推位移量，保证加工过程中刀头组件位移的精确度。

本发明的有益效果：

1.本发明的滚压加工装置，具有位移监测装置及顶推机构，由位移监测装置采集刀头组件的纵向位移信息，由顶推机构采集滚压压力信息，并进行反馈调节，可以实现滚压加工过程中滚压力和刀头组件轨迹的实时在线监测，保证了加工工艺的准确性。

2.本发明的滚压加工装置，通过位移监测装置可以得到刀头组件的纵向位移量，从而可以实时监测滚压加工过程中各个刀头的纵向位移变化，再结合机床的进给位移，可以得到整个加工过程中刀头的运动轨迹，即零件被加工后的表面形状。

3.本发明的滚压加工装置，具有多个刀头安装槽和多个刀头组件，加工过程中，多个刀头组件采用多种组合加工方式，可以满足多种类型槽面的加工，同时大大提高了加工效率。

4.本发明的滚压加工装置，不同排相邻刀头安装槽之间的距离不同，刀头安装槽交错分布，降低了各个刀头组件加工后的刀痕间距，降低了被加工表面的粗糙度值。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明刀盖结构示意图；

图2为本发明图1中的A向示意图；

图3为本发明图1中B处局部放大示意图；

图4为本发明锁垫结构示意图；

图5为本发明凹槽与自锁块配合示意图；

图6为本发明刀头组件爆炸结构示意图；

图7为本发明工作原理示意图；

其中，1.刀柄，2.刀盖，3.锁垫，4.刀头安装槽，5.通孔，6.液压缸，7.液压推柱，8.液压信号输入端，9.密封垫圈，10.绕线式位移传感器，11.液压油路，12.位移信号输出端，13.刀头本体，14.弧形过渡段，15.螺纹连接段，16.刀头盖，17.伸出结构，18.滚珠，19.滚珠垫，20.凹槽，21.转轴，22.自锁块，23.弧形结构。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前如何在保证滚压加工精度的前提下，提高加工效率，扩展同一刀具滚压加工平面的种类是滚压加工技术领域的一大技术难题，针对上述问题，本申请提出了一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置及方法。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-7所示，一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，包括刀盖、锁垫及刀头组件，所述刀盖2上端与刀柄1连接，使用时，刀柄通过螺纹结构固定在滚压加工机床上，所述刀盖的下端与锁垫3固定连接。

所述刀盖下端设有九个矩形的刀头安装槽4，锁垫上设有与刀头安装槽相对应的九个矩形的通孔5，刀头组件穿过通孔安装到刀头安装槽内。

所述的九个刀头安装槽分为三排，分别为一排刀头安装槽、二排刀头安装槽及三排刀头安装槽，每排具有三个刀头安装槽，一排刀头安装槽中相邻两个刀头安装槽之间的距离c大于三排刀头安装槽中相邻两个刀头安装槽之间的距离b，三排刀头安装槽中相邻两个刀头安装槽之间的距离b大于二排刀头安装槽中相邻两个刀头安装槽之间的距离a，不同排之间的刀头安装槽交错分布，采用此种设置方式，可以产生多种不同的刀头组件组合方式，满足不同槽面的加工要求，而且降低了刀头组件加工后被加工表面上的刀痕间距，降低了被加工表面的粗糙度值。

所述刀头安装槽内设有顶推机构，所述顶推机构包括安装在刀头安装槽内的液压缸6，所述液压缸内设有可沿其上下运动的液压推柱7，所述液压缸与液压油路11连接，通过液压油路连接外接液压设备，外接液压设备通过刀盖上的液压信号输入端8向液压油路内注入一定压力的液压油，液压油通过液压油路流入液压缸，推动液压推柱的运动，所述液压缸的上下两端设置密封垫圈9，防止液压油的泄漏。

所述刀头安装槽内设置有位移监测装置，所述位移监测装置采用绕线式位移传感器10，所述位移传感器设置在刀盖的下端，刀头安装槽的外周位置处，通过位移信号输出端12与外接的位移信号采集器相连，位移信号采集器将采集的位移信号传输给滚压加工机床的控制系统，得到刀头组件的位移信息。

所述刀头组件包括刀头本体13，刀头本体截面形状为与刀头安装槽形状相匹配的矩形，所述刀头本体上部设有弧形过渡段14，下端设有一段螺纹连接段15，通过螺纹连接段与刀头盖16的上端固定连接，刀头盖的下端设有伸出结构17，所述伸出结构内固定有滚珠18，伸出结构可卡住滚珠下部的两端，防止滚珠向下运动，所述刀头盖内通过螺纹连接有滚珠垫19，对滚珠上部进行支撑，防止滚珠向上运动，伸出结构和滚珠垫共同对滚珠进行限位和紧固。

弧形过渡段的长度小于液压推柱运动伸出液压缸距离最小时，液压推柱底端与锁垫之间的距离，保证弧形过渡段可以完全进入刀盖的刀头安装槽内，弧形过渡段的长度大于液压推柱伸出液压缸距离最大时，液压推柱底端与锁垫之间的距离，防止液压推柱脱离液压缸，弧形过渡段在绕线式位移传感器中运动时，可产生电信号，弧形过渡段不同位置对应不同的电信号，通过位移信号采集器将电信号传递给滚压加工机床的控制系统，由控制系统转化为对应的位移信号。

所述锁垫上通孔的侧壁上设有多个凹槽20，所述凹槽为长方体形状，长方体的轴线相对于凹槽的侧壁倾斜呈一定角度，所述凹槽相对的两个侧壁固定有转轴21两端，转轴上可转动的连接有自锁块22的一端，自锁块的另一端具有弧形结构23，刀头组件向上通过通孔时，弧形过渡段推动自锁块可以向上转动，使自锁块与凹槽的倾斜角度相同，从而有足够的空间使刀头组件通过，由于弧形过渡段可完全进入刀头安装槽内，因此自锁块可以锁住刀头组件，自锁块具有弧形结构，使自锁块与弧形过渡段为弧面接触，减小了摩擦力，方便刀头组件的安装，当刀头组件向下通过通孔时，自锁块由于凹槽的限位作用，弧形过渡段推动自锁块转动至水平位置时无法继续向下转动，弧形过渡段无法通过通孔，从而对刀头组件起到自锁作用。

本发明还公开了一种可在线监测压力及刀具滚及的滚压加工装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：将刀柄和刀盖安装到滚压加工机床上，将锁垫通过螺纹结构固定在刀盖上，将刀头组件穿过锁垫的通孔，安装到刀头安装槽内，并利用自锁块进行锁定。

步骤2：启动滚压加工机床，利用液压推柱顶推刀头组件，对工件进行滚压加工，不同液压推柱顶推刀头组件行进不同的位移量，实现对多种槽面的加工，加工过程中，位移监测装置实时采集刀头组件的位移信息，传递给滚压加工机床的控制系统，控制系统根据设定的刀头滚压轨迹，通过外接液压设备调节液压推柱对刀头组件的顶推位移量，保证加工过程中刀头组件位移的精确度。

本发明的滚压加工装置在加工过程中，可实时采集液压压力信息和刀头组件的位移信息，并进行反馈调节，保证了加工的精确度。

本发明的滚压加工装置，具有多个刀头安装槽和刀头组件，刀头组件位移量可利用液压推柱进行调节，提高了加工效率，并且满足了不同类型槽面的加工要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，包括刀盖、锁垫及刀头组件，所述刀盖一端安装在刀柄上，另一端与锁垫固定连接，所述刀盖设有多个刀头安装槽，所述锁垫上设有与刀头安装槽相对应的通孔，所述刀头组件穿过通孔安装在刀头安装槽内，所述刀头安装槽内设有顶推机构，用于顶推刀头组件移动，并利用位移监测装置监测刀头组件的位移量；

所述刀具安装槽按多排分布，同一排相邻的刀头安装槽之间的距离相同，不同排的相邻刀头安装槽之间的距离不同，不同排的刀头安装槽交错分布；

所述刀头组件包括刀头本体，所述刀头本体一端设有弧形过渡段，另一端固定连接刀头盖的一端，刀头盖的另一端设有伸出结构，所述伸出结构内固定有滚珠，对滚珠下端进行支撑，所述刀头盖内固定有滚珠垫，对滚珠上端进行支撑；

液压推柱伸出液压缸距离最小时，弧形过渡段长度小于液压推柱伸出端端部与锁垫之间的距离，液压推柱伸出液压缸距离最大时，弧形过渡段长度大于液压液压推柱伸出端端面与锁垫之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，所述顶推机构包括位于刀头安装槽内的液压缸，所述液压缸内设有可沿其轴向滑动的液压推柱，液压缸通过液压油路与外接液压设备连接，外接液压设备提供液压油推动液压推柱的运动。

3.如权利要求2所述的一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，所述液压缸沿轴向的两端设置密封垫圈。

4.如权利要求1所述的一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，所述位移监测装置采用绕线式位移传感器，所述绕线式位移传感器安装在刀盖上设置刀头安装槽的端面上，位于刀头安装槽的外周。

5.如权利要求1所述的一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，所述通孔的侧壁上设有多个轴线与通孔侧壁倾斜呈锐角的凹槽，所述凹槽内可转动的连接有自锁块。

6.如权利要求5所述的一种可在线监测压力及刀具轨迹的滚压加工装置，其特征在于，所述自锁块的自由转动端具有弧形结构。

7.一种使用权利要求1-6任一项所述的滚压加工装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将刀柄和刀盖安装到滚压加工机床上，将锁垫固定在刀盖上，将刀头组件穿过锁垫的通孔，安装到刀头安装槽内；

步骤2：启动滚压加工机床，利用液压推柱顶推刀头组件，对工件进行滚压加工，不同液压推柱顶推刀头组件行进不同的位移量，实现对多种槽面的加工，加工过程中，位移监测装置实时采集刀头组件的位移信息，传递给滚压加工机床的控制系统，控制系统根据设定的刀头滚压轨迹，通过外接液压设备调节液压推柱对刀头组件的顶推位移量，保证加工过程中刀头组件位移的精确度。