CN112593058B - 一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床，包括支座、滚压装置、位置及压力调节装置，支座为圆环状结构；所述滚压装置设置多个，多个滚压装置围绕圆环状结构依次设置；每一滚压装置均与滑块固接，滑块与沿圆环状结构径向布设的滑轨连接，滑块与位置及压力调节装置连接，由位置及压力调节装置带动滑块沿滑轨移动，进而带动滚压装置沿支座径向移动。

Description

一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床

技术领域

本发明属于轴类零件加工技术领域，具体涉及一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前针对轴类零件的超声振动辅助滚压装置大部分是安装在车床刀架上，用滚压头替换车刀进行加工。发明人发现，这带来了径向不平衡力的问题，并且由于轴类零件的圆柱度误差，引起径向振动，使滚压头对零件表面的压力产生波动，影响加工质量。并且，研究表明，要想达到良好的强化效果，即零件表层晶粒达到纳米级别，需进行若干道次的滚压加工，这就降低了加工效率，增加了工人工作量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床，该装置结构简单、控制精度高、加工效率高，可一次实现轴类零件的表面纳米化。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置，包括支座、滚压装置、位置及压力调节装置，支座为圆环状结构；所述滚压装置设置多个，多个滚压装置围绕圆环状结构依次设置；每一滚压装置均与滑块固接，滑块与沿圆环状结构径向布设的滑轨连接，滑块与位置及压力调节装置连接，由位置及压力调节装置带动滑块沿滑轨移动，进而带动滚压装置沿支座径向移动。

作为进一步的技术方案，所述滚压装置包括外壳，外壳内设有内衬，内衬和外壳之间可相对滑动，且内衬和外壳底部之间设置调压弹簧。

作为进一步的技术方案，所述调压弹簧和外壳底部之间设置压力传感器，压力传感器与控制器通信，控制器控制位置及压力调节装置动作以带动滑块移动。

作为进一步的技术方案，所述内衬与振动发生装置固定连接，振动发生装置端部设置滚子。

作为进一步的技术方案，所述滚压装置设置三个，其中一个滚压装置的滚子为W形滚子，其中一个滚压装置的滚子为球形滚子，其中一个滚压装置的滚子为圆柱形滚子。

作为进一步的技术方案，所述位置及压力调节装置包括可转动的调节盘，调节盘开设多个弧形槽，每一弧形槽内穿设可沿其滑动的连接件，每一连接件均与一滑块固定连接。

作为进一步的技术方案，多条弧形槽依次围绕调节盘中心设置；所述弧形槽与调节盘中心的距离由一端至另一端依次增大。

作为进一步的技术方案，所述调节盘与圆环状结构同心设置。

作为进一步的技术方案，所述调节盘与蜗轮固接，蜗轮与蜗杆啮合连接，蜗杆与动力装置连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机床，包括如上所述的轴类零件表面强化装置。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的表面强化装置，多个滚压装置由位置及压力调节装置带动，进而调整滚压装置的位置，从而适用于不同尺寸的轴类零件加工；同时，位置及压力调节装置带动滚压装置移动时可调整滚压装置的滚压力，进而可保证滚压装置的滚子对零件的压力恒定。

本发明的表面强化装置，设置三种形式的滚子，分别为W形、球形和圆柱形，通过三个滚子对轴类零件表面进行依次滚压加工，可一次实现轴类零件的表面纳米化。

本发明的表面强化装置，滚压装置中设置压力传感器，可监测滚子的滚压力，通过控制器直接控制位置及压力调节装置，进而调整滚压装置的位置，从而调节滚子更为靠近或远离轴类零件，实现对滚压力的调整，继而保证了滚压力的恒定。

附图说明

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

图1是本发明根据一个或多个实施方式的表面强化装置在机床的安装示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的表面强化装置的示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的表面强化装置的另一角度示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的蜗轮组件示意图；

图5是位置及压力调节装置调节滚压装置适用于较大尺寸轴类零件的示意图；

图6是位置及压力调节装置调节滚压装置适用于较小尺寸轴类零件的示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的滚压装置示意图；

图8是轴类零件依次经W形滚子、球形滚子、圆柱形滚子滚压的过程示意图；

图9是滚子滚压力的闭环控制原理图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，I为表面强化装置，II为待加工的轴类零件，III为车床；

1底座，2滚压装置，3位置及压力调节装置，4连接螺栓，5安装座，6滑块；

2-1外壳，2-2调压弹簧，2-3内衬，2-4换能器，2-5挡圈，2-6变幅杆，2-7端盖，2-8保护罩，2-9滚子，2-10压力传感器；

2-9a W形滚子，2-9b球形滚子，2-9c圆柱形滚子；

3-1步进电机，3-2蜗杆，3-3蜗轮组件，3-4螺栓；

3-3-1蜗轮，3-3-2调节盘。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，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。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置及机床。

实施例1：

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置，该表面强化装置I安装于车床III中部，通过一中间滑块与车床刀架相连，可通过刀架带动做进给运动，进而对待加工的轴类零件II表面进行强化处理。可实现轴向进给量为0.02～2mm/r，零件旋转速度为10-1000rpm。

表面强化装置I如图2、图3所示，由底座1、滚压装置2、位置及压力调节装置3、连接螺栓4、安装座5、滑块6组成。图中省略了超声脉冲电源。

滚压装置设置多个滚子，多个滚子围成圆形，通过多个滚子对轴类零件表面进行依次滚压加工，滚子的形式有球形、圆柱形等等。滚压装置中设置相应的装置将超声脉冲转化成机械振动并进行放大，作用在滚子之上。位置及压力调节装置通过蜗轮蜗杆机构可同时调节多个滚子距离中心的位置以适应不同的零件尺寸，通过压力传感器实时检测滚子对工件的压力，并通过步进电机带动支架旋转，保证滚子对轴类零件的压力恒定。

其中，底座1上留有安装孔，方便与车床中拖板相连，进而将整个表面强化装置与车床连接。底座1设有竖向的支座，支座加工有滑轨，方便与滑块6相连，滑轨中间开有一直槽口，直槽口可供螺栓3-4穿过并将蜗轮组件3-3与滑块6相连。滚压装置2固定于安装座5，安装座5通过连接螺栓4与滑块6固定连接。

位置及压力调节装置3由步进电机3-1、蜗杆3-2、蜗轮组件3-3及螺栓3-4组成。步进电机3-1与蜗杆3-2连接，步进电机的动力带动蜗杆3-2转动进而带动蜗轮组件转动。

步进电机与控制器连接，控制器收集滚压装置2底部压力传感器的压力信号，实时调节步进电机的转角，从而调整蜗轮组件的转动角度，进而控制滚压装置的径向位置和对零件的压力。

蜗轮组件3-3由蜗轮3-3-1和调节盘3-3-2组成，蜗轮和调节盘刚性连接，蜗轮由蜗杆驱动并带动调节盘同步转动。

调节盘上与支座上大孔同心安装，通过台阶孔约束其自由度只能转动；调节盘上开设多条弧形槽，多条弧形槽依次围绕调节盘中心设置，螺栓3-4(即连接件)设置于弧形槽内，且螺栓可沿弧形槽移动；

每一弧形槽的起点和终点与调节盘中心的距离不一致，也即每一弧形槽与调节盘中心的距离由一端至另一端依次增大，进而使得当调节盘转动时螺栓3-4在螺旋槽中滑动，从而带动滑块6滑动，由滑轨对滑块的限位作用，使得滑块沿滑轨移动。

在可选的实施方式中，支座设置为圆环状，滑轨设置多个，且多个滑轨在支座均沿径向布设；在优选的实施方式中，多个滑轨在支座均匀布设，每一滑轨均与一滑块相配合滑动连接，且每一滑轨均开设直槽口，以供螺栓3-4穿过，螺栓与滑块固定连接，由此在蜗轮带动调节盘转动时，螺栓在其上沿弧形槽滑动，进而带动滑块沿滑轨移动，而由于滑轨在支座沿径向布设，所以也就实现了滑块沿支座径向的移动。

每一滑块6均与一滚压装置2的外壳刚性连接，滑块滑动处涂抹润滑脂，以保证滑动的顺畅和精确。

与滑块相对应的，滚压装置也设置多个，由滚压装置与滑块固定连接，从而多个滚压装置在支座也是沿径向布设，且多个滚压装置在支座均匀布设。

在本实施例中，滚压装置、滑轨、滑块均设置为三个。

三个滚压装置沿支座圆周对称分布，相邻滚压装置之间的弧形夹角为120°，三个滚压装置与滑块6连接，可由滑块带动做直线运动。三个滑块由螺栓3-4连接在调节盘3-3-2上的弧形槽中，当调节盘转动时，三个滑块同步运动。

滚压装置2由外壳2-1、调压弹簧2-2、内衬2-3、换能器2-4、挡圈2-5、变幅杆2-6、端盖2-7、保护罩2-8、滚子2-9、压力传感器2-10组成。

其中，外壳2-1上加工有连接孔与滑块6相连，内衬2-3也为壳体状，外壳具有空腔，内衬2-3插接于外壳2-1空腔内，且内衬2-3与外壳2-1侧壁之间可以相对的滑动，内衬外表面与外壳内表面接触，其接触面上涂抹润滑脂。

内衬2-3与外壳底部之间设置调压弹簧2-2，调压弹簧和外壳底部之间固设压力传感器2-10，压力传感器2-10可将测得的弹簧压力实时传递给控制器的步进电机控制程序，通过如图9所示反馈控制，保持滚子压力的恒定。

内衬2-3与端盖2-7连接，端盖2-7端部设置滚子2-9，内衬2-3内设置振动发生装置，由振动发生装置将超声脉冲转化成机械振动并进行放大，作用在滚子之上。振动发生装置包括换能器2-4，换能器2-4通过挡圈2-5与变幅杆2-6连接，变幅杆2-6端部与滚子2-9连接，变幅杆端部位置套设保护罩2-8。

弹簧压力由内衬2-3、挡圈2-5和变幅杆2-6传递给滚子2-9。滚压静压力为50-500N可调。

换能器2-4可将超声脉冲转化为机械振动，振动频率为10-40kHz。

变幅杆2-6为阶梯型，可将换能器2-4输出的振动放大，放大后的振幅为5～30μm。变幅杆左端加工有一圆锥形阶梯，与挡圈2-5接触。

滚子2-9有三种形式，如图8所示，分别为W形、球形和圆柱形。W形滚子外周工作面设置成W形，球形滚子外周工作面设置为弧形，圆柱形滚子外周工作面设置为直线形。W形和球形滚子可提高被加工零件的表面塑性变形量，提高纳米化的效率，而圆柱形滚子做最后的平整加工，提高表面质量。

三个滚压装置中，其中一个滚压装置的滚子设置为W形滚子2-9a，其中一个滚压装置的滚子设置为球形滚子2-9b，其中一个滚压装置的滚子设置为圆柱形滚子2-9c。被加工轴类零件的转动方向与W形滚子、球形滚子、圆柱形滚子的依次设置方向相同；如图8所示，被加工轴类零件转动时，按照W形→球形→圆柱形滚子的顺序依次被滚压。

本发明用不同形状的滚子起到增大表面塑性变形量，提高表面纳米化效率的作用，相当于使表层沿各个方向产生变形。

本发明的表面强化装置结构简单、控制精度高、加工效率高，可一次实现轴类零件的表面纳米化，适用于轴类零件的表面强化。

实施例2：

该实施例提供了一种机床，包括如上所述的轴类零件表面强化装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种能实现恒压力自平衡的轴类零件表面强化装置，其特征是，包括支座、滚压装置、位置及压力调节装置，支座为圆环状结构；所述滚压装置设置多个，多个滚压装置围绕圆环状结构依次设置；每一滚压装置均与滑块固接，滑块与沿圆环状结构径向布设的滑轨连接，滑块与位置及压力调节装置连接，由位置及压力调节装置带动滑块沿滑轨移动，进而带动滚压装置沿支座径向移动；

所述滚压装置设置三个，其中一个滚压装置的滚子为W形滚子，其中一个滚压装置的滚子为球形滚子，其中一个滚压装置的滚子为圆柱形滚子；

所述位置及压力调节装置包括可转动的调节盘，调节盘开设多个弧形槽，每一弧形槽内穿设可沿其滑动的连接件，每一连接件均与一滑块固定连接；

多条弧形槽依次围绕调节盘中心设置；所述弧形槽与调节盘中心的距离由一端至另一端依次增大；

所述调节盘与圆环状结构同心设置；

所述调节盘与蜗轮固接，蜗轮与蜗杆啮合连接，蜗杆与动力装置连接。

2.如权利要求1所述的轴类零件表面强化装置，其特征是，所述滚压装置包括外壳，外壳内设有内衬，内衬和外壳之间可相对滑动，且内衬和外壳底部之间设置调压弹簧。

3.如权利要求2所述的轴类零件表面强化装置，其特征是，所述调压弹簧和外壳底部之间设置压力传感器，压力传感器与控制器通信，控制器控制位置及压力调节装置动作以带动滑块移动。

4.如权利要求1所述的轴类零件表面强化装置，其特征是，滚压装置中设置相应的装置将超声脉冲转化成机械振动并进行放大，作用在滚子之上；位置及压力调节装置通过蜗轮蜗杆机构可同时调节多个滚子距离中心的位置以适应不同的零件尺寸，通过压力传感器实时检测滚子对工件的压力，并通过步进电机带动支架旋转，保证滚子对轴类零件的压力恒定。

5.如权利要求2所述的轴类零件表面强化装置，其特征是，所述内衬与振动发生装置固定连接，振动发生装置端部设置滚子。

6.一种机床，其特征是，包括如权利要求1-5任一项所述的轴类零件表面强化装置。

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