CN113444870A - 一种超声冲击振动时效系统 - Google Patents

Abstract

一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：包括PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台、超声波冲击枪、支撑平台、联轴器；伺服电机包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；三轴伺服平台包括立柱、横梁、底座、超声波冲击枪固定装置。本发明能够对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理，且具有处理过程平稳、处理效果均匀的优点。

Description

一种超声冲击振动时效系统

技术领域

本发明涉及超声冲击振动时效技术领域，特指一种超声冲击振动时效系统。

背景技术

焊接是一种重要的材料成型工艺，已经被广泛应用于机械制造工程领域中，然而结构件焊接成型后在其焊缝及其附近区域会产生较大的拉应力，会对焊接结构件的使用性能产生非常大的影响，比如降低焊接结构件的疲劳寿命、加速焊接结构件的应力腐蚀开裂等。因此，如何有效的消除结构件的焊接残余应力已经成为焊接技术领域的重要研究课题。

传统振动时效技术采用可调速电机作为激振设备，对焊接结构件进行整体激振处理，主要适用于消除尺寸较大的焊接结构件的残余应力，且很难对大型复杂焊接结构件的局部区域进行有效的时效处理。高频振动时效技术采用电磁式激振器作为激振设备，对于尺寸较小的焊接结构件可以直接装夹在电磁式激振器的激振台面上进行时效处理，对于尺寸较大的焊接结构件可以直接将电磁式激振器的激振台面与焊接结构件的表面紧密接触，从而对焊接结构件进行高频振动时效处理。我们不难发现，传统振动时效技术与高频振动时效技术虽然都可以采用振动的方式对焊接结构件进行时效处理，但是处理后焊缝及其附近区域分布的仍然是拉应力，对焊接结构件的使用性能而言依然是不利的，而超声冲击振动时效技术能够在焊缝及其附近区域引入较大的压应力，对于焊接结构件的性能提升是有利的，尤其是可以提高焊接结构件的疲劳寿命、防止焊接结构件的应力腐蚀开裂。

超声冲击振动时效技术具有处理效率高、处理时间短、处理效果好、操作简单等特点，已经被广泛应用于机械加工制造领域中，尤其适用于消除焊接结构件的残余应力，且当选取合适的工艺参数对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理时能够在结构件焊缝及其附近区域引入压应力，从而提高焊接结构件的使用性能。目前在机械加工制造领域被广泛应用的超声冲击振动时效设备为超声波冲击枪，即在超声变幅杆端部安装有超声冲击头，其工作过程类似于喷丸过程。然而目前主要是依靠人工手持超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理，很容易导致焊接结构件表面的残余应力消除效果出现不理想且不均匀的情况，这是因为当超声冲击针与焊接结构件表面紧密接触时，超声波冲击枪会产生剧烈的振动，很容易导致超声冲击针偏离焊缝中心区域，且由于操作人员在移动超声波冲击枪的过程中作用在超声波冲击枪上的力也是不均匀的，很容易导致作用在焊接结构件上的冲击力出现较大的波动。综上所述，我们不难发现在采用手持式超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理时，很容易出现残余应力消除效果不理想且不均匀的情况。针对人工手持超声波冲击枪消除焊接结构件残余应力时很容易出现残余应力消除效果不理想且不均匀的情况，本发明提出一种超声冲击振动时效系统。本发明提出的超声冲击振动时效系统具有能够自动且平稳地对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理的优点，从而改善超声冲击振动时效消除焊接结构件残余应力的效果。

发明内容

为了解决采用人工手持超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理时，出现的残余应力消除不理想且不均匀的问题，本发明提出一种超声冲击振动时效系统，即以三轴伺服平台、支撑平台和超声波冲击枪为基础搭建一种超声冲击振动时效系统，能够对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理，且具有处理过程平稳、处理效果均匀的优点。

一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：包括PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台、超声波冲击枪、支撑平台、联轴器；伺服电机包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；联轴器包括第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器；三轴伺服平台包括立柱、横梁、底座、超声波冲击枪固定装置；立柱包括立柱支承座、立柱固定座、Z轴滚珠丝杠、Z轴导轨、立柱螺纹孔，立柱支承座中安装有单列滚动轴承，立柱固定座中安装有双列滚动轴承，Z轴滚珠丝杠通过立柱支承座中的单列滚动轴承和立柱固定座中的双列滚动轴承安装在立柱上；横梁包括横梁支承座、横梁固定座、X轴滚珠丝杠、X轴导轨、横梁螺纹孔，横梁支承座中安装有单列滚动轴承，横梁固定座中安装有双列滚动轴承，X轴滚珠丝杠通过横梁支承座中的单列滚动轴承和横梁固定座中的双列滚动轴承安装在横梁上；底座包括底座支承座、底座固定座、Y轴滚珠丝杠、Y轴导轨，底座支承座中安装有单列滚动轴承，底座固定座中安装有双列滚动轴承，Y轴滚珠丝杠通过底座支承座中的单列滚动轴承和底座固定座中的双列滚动轴承安装在底座上；超声波冲击枪固定装置包括主固定块、副固定块、螺钉、卡槽、固定装置螺纹孔；立柱与底座通过立柱螺纹孔与Y轴滚珠丝杠连接，横梁与立柱通过横梁螺纹孔与Z轴滚珠丝杠连接，超声波冲击枪固定装置与横梁通过固定装置螺纹孔与X轴滚珠丝杠连接，底座的两端通过螺钉与支撑平台固定连接；超声波冲击枪包括背衬、压电陶瓷、换能器、变幅杆、冲击头，冲击头与焊接结构件表面相互接触；超声波冲击枪固定在三轴伺服平台的超声波冲击枪固定装置上，PC机与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的输入端连接，第一伺服电机通过第一联轴器与轴滚珠丝杠连接，第二伺服电机通过第二联轴器与轴滚珠丝杠连接，第三伺服电机通过第三联轴器与轴滚珠丝杠连接，焊接结构件通过装夹的方式固定在支撑平台上；所述的双列滚动轴承与单列滚动轴承起到支承与固定滚珠丝杠的作用。

进一步，所述的PC机控制伺服驱动器输出控制信号，驱动伺服电机运动，从而控制所述的滚珠丝杠的运动。

进一步，所述的X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨对三轴伺服平台起导向和支承的作用。

进一步，所述的超声波冲击枪的背衬放置在超声波冲击枪固定装置的卡槽内，并通过主固定块、副固定块和螺钉进行装夹固定；通过三轴伺服平台的运动实现超声波冲击枪与焊接结构件的紧密接触，并带动超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理。

具体来说，由PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台、超声波冲击枪、支撑平台组成一种超声冲击振动时效系统，能够自动且平稳地对焊接结构件需要时效的部位进行超声冲击振动时效处理。PC机、控制器、伺服驱动器、伺服电机以及三轴伺服平台组成对超声波冲击枪的控制单元，即通过PC机控制伺服驱动器输出控制信号，伺服驱动器接收到信号后控制伺服电机，伺服电机接收到指令后输出转矩和转速经三轴伺服平台中的滚珠丝杠导轨转化为直线运动，带动固定在超声波冲击枪固定装置上的超声波冲击枪实现三轴移动，从而对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理。

本发明的技术构思是：由PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台、超声波冲击枪、支撑平台以及联轴器组成的一种超声冲击振动时效系统；超声波冲击枪的冲击头与焊接件表面相互接触，对焊接件进行自动超声冲击振动时效处理。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的一种超声冲击振动时效系统，能够对焊接结构件进行自动超声冲击振动时效处理，提高超声冲击振动时效技术对焊接结构件处理的自动化程度以及平稳性。

2、本发明提出的一种超声冲击振动时效系统，能够对焊接结构件进行高效的超声冲击振动时效处理，提高残余应力的消除效果。

3、本发明提出的一种超声冲击振动时效系统，通过超声波冲击枪固定装置，可以方便快捷地装卸超声波冲击枪。

附图说明

图1一种超声冲击振动时效系统示意图。

图2三轴伺服平台示意图。

图3立柱示意图。

图4横梁示意图。

图5底座示意图。

图6超声波冲击枪示意图。

图7超声波冲击枪固定装置示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：包括PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台6、超声波冲击枪7、支撑平台2、联轴器；伺服电机包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；联轴器包括第一联轴器3、第二联轴器4、第三联轴器5；三轴伺服平台包括立柱61、横梁62、底座63、超声波冲击枪固定装置64；立柱包括立柱支承座611、立柱固定座612、Z轴滚珠丝杠613、Z轴导轨614、立柱螺纹孔615，立柱支承座611中安装有单列滚动轴承，立柱固定座612中安装有双列滚动轴承，Z轴滚珠丝杠613通过立柱支承座611中的单列滚动轴承和立柱固定座612中的双列滚动轴承安装在立柱61上；横梁62包括横梁支承座621、横梁固定座622、X轴滚珠丝杠623、X轴导轨624、横梁螺纹孔625，横梁支承座621中安装有单列滚动轴承，横梁固定座622中安装有双列滚动轴承，X轴滚珠丝杠623通过横梁支承座621中的单列滚动轴承和横梁固定座622中的双列滚动轴承安装在横梁62上；底座63包括底座支承座631、底座固定座632、Y轴滚珠丝杠633、Y轴导轨634，底座支承座631中安装有单列滚动轴承，底座固定座632中安装有双列滚动轴承，Y轴滚珠丝杠633通过底座支承座631中的单列滚动轴承和底座固定座632中的双列滚动轴承安装在底座63上；超声波冲击枪固定装置64包括主固定块641、副固定块642、螺钉643、卡槽644、固定装置螺纹孔645；立柱61与底座63通过立柱螺纹孔615与Y轴滚珠丝杠633连接，横梁62与立柱61通过横梁螺纹孔625与Z轴滚珠丝杠613连接，超声波冲击枪固定装置64与横梁62通过固定装置螺纹孔645与X轴滚珠丝杠623连接，底座63的两端通过螺钉与支撑平台2固定连接；超声波冲击枪7包括背衬71、压电陶瓷72、换能器73、变幅杆74、冲击头75，冲击头75与焊接结构件1表面相互接触；超声波冲击枪7固定在三轴伺服平台6的超声波冲击枪固定装置64上，PC机与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的输入端连接，第一伺服电机通过第一联轴器3与Z轴滚珠丝杠613连接，第二伺服电机通过第二联轴器4与X轴滚珠丝杠623连接，第三伺服电机通过第三联轴器5与Y轴滚珠丝杠633连接，焊接结构件1固定在支撑平台2上；所述的双列滚动轴承与单列滚动轴承起到支承与固定滚珠丝杠的作用。

进一步，所述的PC机控制伺服驱动器输出控制信号，驱动伺服电机运动，从而控制所述的滚珠丝杠的运动。

进一步，所述的X轴导轨624、Y轴导轨634、Z轴导轨614对三轴伺服平台6起导向和支承的作用。

进一步，所述的超声波冲击枪7的背衬71放置在超声波冲击枪固定装置64的卡槽644内，并通过主固定块641、副固定块642和螺钉643进行装夹固定；通过三轴伺服平台的运动实现超声波冲击枪与焊接结构件1的紧密接触，并带动超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理。

具体来说，由PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台6、超声波冲击枪7、支撑平台2、联轴器组成一种超声冲击振动时效系统，能够自动且平稳地对焊接结构件1需要时效的部位进行超声冲击振动时效处理。PC机、控制器、伺服驱动器、伺服电机以及三轴伺服平台6组成对超声波冲击枪7的控制单元，即通过PC机控制伺服驱动器输出控制信号，伺服驱动器接收到信号后控制伺服电机，伺服电机接收到指令后输出转矩和转速经三轴伺服平台中的滚珠丝杠转化为直线运动，带动固定在超声波冲击枪固定装置64上的超声波冲击枪7实现三轴移动，从而对焊接结构件1进行超声冲击振动时效处理。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：包括PC机、伺服驱动器、伺服电机、三轴伺服平台、超声波冲击枪、支撑平台、联轴器；伺服电机包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；联轴器包括第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器；三轴伺服平台包括立柱、横梁、底座、超声波冲击枪固定装置；立柱包括立柱支承座、立柱固定座、Z轴滚珠丝杠、Z轴导轨、立柱螺纹孔，立柱支承座中安装有单列滚动轴承，立柱固定座中安装有双列滚动轴承，Z轴滚珠丝杠通过立柱支承座中的单列滚动轴承和立柱固定座中的双列滚动轴承安装在立柱上；横梁包括横梁支承座、横梁固定座、X轴滚珠丝杠、X轴导轨、横梁螺纹孔，横梁支承座中安装有单列滚动轴承，横梁固定座中安装有双列滚动轴承，X轴滚珠丝杠通过横梁支承座中的单列滚动轴承和横梁固定座中的双列滚动轴承安装在横梁上；底座包括底座支承座、底座固定座、Y轴滚珠丝杠、Y轴导轨，底座支承座中安装有单列滚动轴承，底座固定座中安装有双列滚动轴承，Y轴滚珠丝杠通过底座支承座中的单列滚动轴承和底座固定座中的双列滚动轴承安装在底座上；超声波冲击枪固定装置包括主固定块、副固定块、螺钉、卡槽、固定装置螺纹孔；立柱与底座通过立柱螺纹孔与Y轴滚珠丝杠连接，横梁与立柱通过横梁螺纹孔与Z轴滚珠丝杠连接，超声波冲击枪固定装置与横梁通过固定装置螺纹孔与X轴滚珠丝杠连接，底座的两端通过螺钉与支撑平台固定连接；超声波冲击枪包括背衬、压电陶瓷、换能器、变幅杆、冲击头，冲击头与焊接结构件表面相互接触；超声波冲击枪固定在三轴伺服平台的超声波冲击枪固定装置上，PC机与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的输入端连接，第一伺服电机通过第一联轴器与轴滚珠丝杠连接，第二伺服电机通过第二联轴器与轴滚珠丝杠连接，第三伺服电机通过第三联轴器与轴滚珠丝杠连接，焊接结构件通过装夹的方式固定在支撑平台上；所述的双列滚动轴承与单列滚动轴承起到支承与固定滚珠丝杠的作用。

2.如权利要求1所述的一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：所述的PC机控制伺服驱动器输出控制信号，驱动伺服电机运动，从而控制所述的滚珠丝杠的运动。

3.如权利要求1所述的一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：所述的X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨对三轴伺服平台起导向和支承的作用。

4.如权利要求1所述的一种超声冲击振动时效系统，其特征在于：所述的超声波冲击枪的背衬放置在超声波冲击枪固定装置的卡槽内，并通过主固定块、副固定块和螺钉进行装夹固定；通过三轴伺服平台的运动实现超声波冲击枪与焊接结构件的紧密接触，并带动超声波冲击枪对焊接结构件进行超声冲击振动时效处理。

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