CN108787870B - 超声微坑加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微坑加工技术，具体是一种超声微坑加工装置。本发明解决了现有微坑加工技术适用范围受限、加工工艺复杂、加工成本高、加工连续性差、加工精度低、加工周期长的问题。超声微坑加工装置，包括水平工作台、矩形块状支座、横向支杆、超声加工头、时控开关、超声波发生器；所述超声加工头包括圆管形保护套、变幅杆、支撑圆盘、压电换能器、圆盘形刀架、冲头；超声波发生器的输入端通过时控开关与交流电源的输出端连接；超声波发生器的输出端与压电换能器的输入端连接。本发明适用于加工缸套类摩擦副。
Description
技术领域
本发明涉及微坑加工技术，具体是一种超声微坑加工装置。
背景技术
在加工缸套类摩擦副时，通常需要在缸套的内表面加工出具有一定尺寸、形状和排列的微坑（微小凹坑），以改善摩擦副的表面摩擦学性能、降低摩擦副的摩擦和磨损、提高摩擦副的使用性能和寿命。在现有技术条件下，微坑加工技术主要包括电化学掩膜加工技术、金刚石压刻技术、表面喷丸处理技术、激光表面织构技术等。实践表明，现有微坑加工技术由于自身原理所限，存在如下问题：一、电化学掩膜加工技术存在的问题是：可加工尺寸范围较小，由此导致适用范围受限。二、金刚石压刻技术存在的问题是：其一，金刚石压刻工具的制作工艺复杂、制作成本高，由此导致加工工艺复杂、加工成本高。其二，在加工过程中，金刚石压刻工具表面的金刚石容易脱落或破裂，由此导致加工连续性差。三、表面喷丸处理技术存在的问题是：无法对微坑的形貌进行精确控制，由此导致加工精度低。四、激光表面织构技术存在的问题是：在加工过程中，熔化的基体材料通常会在加工区域周围形成熔渣凸起，由此需要抛光工序处理，从而导致加工周期长。基于此，有必要发明一种全新的微坑加工装置，以解决现有微坑加工技术适用范围受限、加工工艺复杂、加工成本高、加工连续性差、加工精度低、加工周期长的问题。
发明内容
本发明为了解决现有微坑加工技术适用范围受限、加工工艺复杂、加工成本高、加工连续性差、加工精度低、加工周期长的问题，提供了一种超声微坑加工装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：
超声微坑加工装置，包括水平工作台、矩形块状支座、横向支杆、超声加工头、时控开关、超声波发生器；
水平工作台的上表面开设有横向条形凹槽，且横向条形凹槽的纵向截面呈倒T形；矩形块状支座的下表面延伸设置有横向条形凸台，且横向条形凸台的纵向截面呈倒T形；横向条形凸台滑动嵌装于横向条形凹槽内；横向支杆的右端面与矩形块状支座的左表面中部固定；
所述超声加工头包括圆管形保护套、变幅杆、支撑圆盘、压电换能器、圆盘形刀架、冲头；圆管形保护套呈竖直设置，且圆管形保护套的外侧面中部与横向支杆的左端面固定；变幅杆的轴线与圆管形保护套的轴线重合；支撑圆盘的端面中央贯通开设有装配圆孔，且支撑圆盘通过装配圆孔固定装配于变幅杆的节圆处；支撑圆盘封盖于圆管形保护套的下端管口；压电换能器位于圆管形保护套内，且压电换能器的轴线与圆管形保护套的轴线重合；压电换能器的下端面与变幅杆的上端面固定；圆盘形刀架的轴线与圆管形保护套的轴线重合，且圆盘形刀架的上端面与变幅杆的下端面固定；冲头的数目为若干个；各个冲头均垂直固定于圆盘形刀架的下端面，且各个冲头沿横向等距排列；
超声波发生器的输入端通过时控开关与交流电源的输出端连接；超声波发生器的输出端与压电换能器的输入端连接。
工作时，缸套呈水平设置，且与电机的输出轴连接。超声加工头伸入缸套，且各个冲头贴近缸套的内表面。具体工作过程如下：首先，启动电机，电机驱动缸套围绕自身轴线进行转动。然后，设置时控开关的接通时间和断开时间。当时控开关接通时，交流电源输出的交流电经时控开关传输至超声波发生器。超声波发生器将交流电转换为超声频交变电流信号，并将超声频交变电流信号传输至压电换能器。压电换能器将超声频交变电流信号转换为超声频机械振动。超声频机械振动经变幅杆进行放大后，带动圆盘形刀架和各个冲头进行竖直振动，各个冲头由此在缸套的内表面冲压加工出一排微坑。当时控开关断开时，超声波发生器停止工作。随着时控开关的交替接通与断开，各个冲头在缸套的内表面冲压加工出若干排微坑。在此过程中，通过调节时控开关的接通时间和断开时间，即可调节微坑的尺寸、形状以及相邻两排微坑之间的距离。矩形块状支座能够沿横向条形凹槽进行横向移动，由此带动横向支杆和超声加工头进行横向移动，从而使得超声加工头伸入或退出缸套。
基于上述过程，与现有微坑加工技术相比，本发明所述的超声微坑加工装置利用超声振动实现了在缸套的内表面加工出具有一定尺寸、形状和排列的微坑，由此具备了如下优点：一、与电化学掩膜加工技术相比，本发明的可加工尺寸范围更大，由此使得适用范围更广。二、与金刚石压刻技术相比，本发明无需制作金刚石压刻工具，由此使得加工工艺更简单、加工成本更低、加工连续性更好。三、与表面喷丸处理技术相比，本发明能够对微坑的形貌（尺寸、形状和排列）进行精确控制，由此使得加工精度更高。四、与激光表面织构技术相比，本发明无需抛光工序处理，由此使得加工周期更短。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有微坑加工技术适用范围受限、加工工艺复杂、加工成本高、加工连续性差、加工精度低、加工周期长的问题，适用于加工缸套类摩擦副。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中超声加工头的结构示意图。
图中：1-水平工作台，2-矩形块状支座，3-横向支杆，401-圆管形保护套，402-变幅杆，403-支撑圆盘，404-压电换能器，405-圆盘形刀架，406-冲头，5-时控开关，6-超声波发生器，7-缸套。
具体实施方式
超声微坑加工装置，包括水平工作台1、矩形块状支座2、横向支杆3、超声加工头、时控开关5、超声波发生器6；
水平工作台1的上表面开设有横向条形凹槽，且横向条形凹槽的纵向截面呈倒T形；矩形块状支座2的下表面延伸设置有横向条形凸台，且横向条形凸台的纵向截面呈倒T形；横向条形凸台滑动嵌装于横向条形凹槽内；横向支杆3的右端面与矩形块状支座2的左表面中部固定；
所述超声加工头包括圆管形保护套401、变幅杆402、支撑圆盘403、压电换能器404、圆盘形刀架405、冲头406；圆管形保护套401呈竖直设置，且圆管形保护套401的外侧面中部与横向支杆3的左端面固定；变幅杆402的轴线与圆管形保护套401的轴线重合；支撑圆盘403的端面中央贯通开设有装配圆孔，且支撑圆盘403通过装配圆孔固定装配于变幅杆402的节圆处；支撑圆盘403封盖于圆管形保护套401的下端管口；压电换能器404位于圆管形保护套401内，且压电换能器404的轴线与圆管形保护套401的轴线重合；压电换能器404的下端面与变幅杆402的上端面固定；圆盘形刀架405的轴线与圆管形保护套401的轴线重合，且圆盘形刀架405的上端面与变幅杆402的下端面固定；冲头406的数目为若干个；各个冲头406均垂直固定于圆盘形刀架405的下端面，且各个冲头406沿横向等距排列；
超声波发生器6的输入端通过时控开关5与交流电源的输出端连接；超声波发生器6的输出端与压电换能器404的输入端连接。
压电换能器404的下端面与变幅杆402的上端面一体固定或通过螺栓固定，且压电换能器404的下端面与变幅杆402的上端面之间涂有耦合剂。
具体实施时，所述时控开关5为毫秒级时控开关。所述交流电源为50Hz交流电源。
Claims (1)
1.一种超声微坑加工装置，其特征在于：包括水平工作台（1）、矩形块状支座（2）、横向支杆（3）、超声加工头、时控开关（5）、超声波发生器（6）；
水平工作台（1）的上表面开设有横向条形凹槽，且横向条形凹槽的纵向截面呈倒T形；矩形块状支座（2）的下表面延伸设置有横向条形凸台，且横向条形凸台的纵向截面呈倒T形；横向条形凸台滑动嵌装于横向条形凹槽内；横向支杆（3）的右端面与矩形块状支座（2）的左表面中部固定；
所述超声加工头包括圆管形保护套（401）、变幅杆（402）、支撑圆盘（403）、压电换能器（404）、圆盘形刀架（405）、冲头（406）；圆管形保护套（401）呈竖直设置，且圆管形保护套（401）的外侧面中部与横向支杆（3）的左端面固定；变幅杆（402）的轴线与圆管形保护套（401）的轴线重合；支撑圆盘（403）的端面中央贯通开设有装配圆孔，且支撑圆盘（403）通过装配圆孔固定装配于变幅杆（402）的节圆处；支撑圆盘（403）封盖于圆管形保护套（401）的下端管口；压电换能器（404）位于圆管形保护套（401）内，且压电换能器（404）的轴线与圆管形保护套（401）的轴线重合；压电换能器（404）的下端面与变幅杆（402）的上端面固定；圆盘形刀架（405）的轴线与圆管形保护套（401）的轴线重合，且圆盘形刀架（405）的上端面与变幅杆（402）的下端面固定；冲头（406）的数目为若干个；各个冲头（406）均垂直固定于圆盘形刀架（405）的下端面，且各个冲头（406）沿横向等距排列；
超声波发生器（6）的输入端通过时控开关（5）与交流电源的输出端连接；超声波发生器（6）的输出端与压电换能器（404）的输入端连接；
工作时，缸套呈水平设置，且与电机的输出轴连接；超声加工头伸入缸套，且各个冲头贴近缸套的内表面；具体工作过程如下：首先，启动电机，电机驱动缸套围绕自身轴线进行转动；然后，设置时控开关的接通时间和断开时间；当时控开关接通时，交流电源输出的交流电经时控开关传输至超声波发生器；超声波发生器将交流电转换为超声频交变电流信号，并将超声频交变电流信号传输至压电换能器；压电换能器将超声频交变电流信号转换为超声频机械振动；超声频机械振动经变幅杆进行放大后，带动圆盘形刀架和各个冲头进行竖直振动，各个冲头由此在缸套的内表面冲压加工出一排微坑；当时控开关断开时，超声波发生器停止工作；随着时控开关的交替接通与断开，各个冲头在缸套的内表面冲压加工出若干排微坑；在此过程中，通过调节时控开关的接通时间和断开时间，即可调节微坑的尺寸、形状以及相邻两排微坑之间的距离；
压电换能器（404）的下端面与变幅杆（402）的上端面一体固定或通过螺栓固定，且压电换能器（404）的下端面与变幅杆（402）的上端面之间涂有耦合剂；
所述时控开关（5）为毫秒级时控开关；
所述交流电源为50Hz交流电源。
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