CN114523259A - 一种旋转换刀柔性滚压刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转换刀柔性滚压刀具，包括刀柄、刀柄连接块、刀具连接筒、支撑座、刀具转换器以及滚压刀头，所述刀柄连接块分别与刀柄和刀具连接筒螺柱固定连接，刀具连接筒内依次设置有承力板、测力装置以及优力胶，支撑座通过螺柱与优力胶和测力装置相连接，刀具转换器设置在支撑座的下部，刀具转换器的下部设置有滚压刀头。刀具转换器包括上端部和下端部以及上下端部之间的转动连接件和伸缩卡紧机构。本发明通过伸缩卡紧机构、刀具转换器上下端部、转动连接件完成刀具转换器的设计，使得滚压加工中可以实时更换滚压刀具，省去了传统方式中需要停机取下滚压装置更换刀具后再安装、对刀等工序，提高了滚压加工效率。

Description

一种旋转换刀柔性滚压刀具

技术领域

本发明属于金属材料滚压加工技术领域，具体涉及一种旋转换刀柔性滚压刀具，实现滚压加工中根据需要实时更换滚压加工刀具。

背景技术

金属材料表面滚压加工是较为热门的表面光整改性技术，通过滚压刀具引入剧烈塑性变形诱导表面晶粒纳米化，从而实现金属材料表面强化光整的目的。在滚压加工中根据滚动体滚压刀具的不同可以分为滚珠滚压、滚轮滚压、滚柱滚压。其中滚轮滚压主要用于工件边缘的成形加工，滚柱滚压和滚轮滚压分别根据其与工件线接触和点接触特点在加工领域中广泛应用。

工件表面滚压强化加工中采用不同的滚压方式就需要更换相应的滚压刀具，而目前常用的换刀方式是在机器停止运转后取下滚压装置，更换合适的滚压刀具并重新进行安装、对刀等操作，这样大大减弱了加工效率。因此需要设计一种可以在不反复拆装滚压装置的基础上完成实时换刀的滚压刀具。

发明内容

针对上述问题情况，本发明提供一种旋转换刀柔性滚压刀具，解决现有滚压加工过程中更换刀具时需要停机将滚压刀具重新装卸及对刀操作，严重制约加工效率等技术问题，在滚压加工中通过实时更换滚压刀具实现对同一金属材料进行不同类型的滚压加工。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种旋转换刀柔性滚压刀具，包括刀柄、刀柄连接块、刀具连接筒、支撑座、刀具转换器以及滚压刀头，所述刀柄通过螺柱与刀柄连接块固定连接，刀柄连接块和刀具连接筒固定连接，所述刀具连接筒内依次设置有承力板、测力装置以及优力胶，承力板上端与刀柄连接块相互扣合固定，承力板下端通过螺柱与测力装置连接，优力胶设置在测力装置和支撑座之间，支撑座通过螺柱与优力胶和测力装置相连接，刀具转换器设置在支撑座的下部，刀具转换器的下部设置有滚压刀头，所述刀具转换器包括上端部和下端部，通过旋转下端部进行滚压刀头的实时切换。

作为进一步的技术方案，在支撑座和刀具连接筒之间还设置有横向负载消除机构，所述横向负载消除机构包括直线轴承支撑架和承载球，直线轴承支撑架设置在刀具连接筒内表面，承载球与支撑座相接触。

作为进一步的技术方案，所述测力装置包括传感器固定座以及传感器固定座内部的压力传感器，承力板下部通过螺柱与传感器固定座连接，所述压力传感器用于采集加工过程中刀具受力情况。

作为进一步的技术方案，所述刀具转换器的上端部和下端部通过转动连接件和伸缩卡紧机构进行连接，上端部与支撑座固定连接，上端部还设置有转动连接件的连接通孔和伸缩卡紧机构的安装槽，下端部的上表面设置有伸缩卡紧机构对应的凹面卡紧槽，下端部的下表面设置有用于安装滚压刀头的刀头安装槽。

作为进一步的技术方案，所述伸缩卡紧机构包括卡紧凸台、伸缩平台、伸缩弹簧、支撑基座以及导向燕尾槽，所述卡紧凸台嵌扣在刀具转换器下端部的凹面卡紧槽中，卡紧凸台与伸缩平台固定连接，伸缩弹簧设置在伸缩平台和支撑基座之间，伸缩平台与支撑基座卡扣连接并设置有上下导向的导向燕尾槽。

所述伸缩卡紧机构的数目与安装槽的数目、凹面卡紧槽的数目以及刀头安装槽的数目均相同。

作为进一步的技术方案，所述刀头安装槽间隔预定角度沿圆周方向均匀分布在下端部的下表面上，滚压刀头安装在刀头安装槽上；所述滚压刀头包括滚珠刀头、滚柱刀头以及滚轮刀头。

作为进一步的技术方案，所述刀具转换器呈倾斜设置，刀具转换器与水平方向的夹角和滚压刀头的方向与刀具转换器的轴线方向夹角是相等的。

作为进一步的技术方案，所述滚珠刀头包括滚珠、第一刀头支撑架以及第一刀头安装块，滚珠固定在第一刀头支撑架中，并通过第一刀头安装块进行限位，第一刀头支撑架和第一刀头安装块通过螺柱进行连接，第一刀头安装块与刀头安装槽螺纹连接，滚柱刀头和滚轮刀头的结构与滚珠刀头相同。

作为进一步的技术方案，所述滚柱刀头包括滚柱、第二刀头支撑架以及第二刀头安装块，滚轮刀头包括滚轮、第三刀头支撑架以及第三刀头安装块；所述滚柱和滚轮两侧设置支撑凸台，所述第二刀头支撑架和第三刀头支撑架设置有与支撑凸台相配合的环形凹面滑槽。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、实现滚压加工中根据加工需要实时更换滚压刀具;

通过伸缩卡紧机构、刀具转换器上下端部、转动连接件完成刀具转换器的设计，使得滚压加工中可以实时更换滚压刀具，本发明根据滚压加工中常用刀具设计并在刀具转换器上装载了滚柱刀头、滚珠刀头、滚轮刀头。刀具设计时使得刀具转换器倾斜角度与安装的刀头外倾角度相同，从而在排除非加工刀头干涉的情况下保证加工所用滚压刀头与整个滚压刀具保持竖直，从而提升装置受力稳定性。

2、实现滚压加工中轴向力的采集;

滚压刀具中安装了压力传感器，可以在加工过程中采集力信号，通过采集数据对滚压加工过程的下压力进行调控，从而提升滚压加工的质量。

3、实现横向负载的消除;

滚压刀具中设计并安装了横向负载消除机构，抵消刀具转换器安装后非对称结构产生的横向负载，使得刀具在加工不平整工件时可以上下小幅度平稳升降。

4、实现了滚压加工过程中产生的加工振动的抵消或消除；

通过在支撑座和传感器固定座之间设置优力胶，而优力胶的引入既可以提供一定压缩变形又可以提供相当大的压缩强度，保证刀具受到过大轴向力时可以通过优力胶的压缩变形全部或者部分抵消滚压加工过程中产生的加工振动。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种旋转换到柔性滚压刀具剖视图；

图2为本发明实施例1的测力装置结构示意图；

图3为本发明实施例1的横向负载消除机构结构示意图；

图4为本发明实施例1的刀具转换器结构爆炸图；

图5为本发明实施例1的伸缩卡紧机构结构示意图；

图6为本发明实施例1的滚珠刀头结构示意图；

图7为本发明实施例1的滚柱刀头结构示意图；

图8为本发明实施例1的滚轮刀头结构示意图。

图中：1、刀柄；2、刀柄连接块；3、承力板；4、压力传感器；5、传感器固定座；6、刀具连接筒；7、优力胶；8、横向负载消除机构；9、支撑座；10、刀具转换器；11、滚压刀头；12、直线轴承支撑架；13、承载球；14、上端部；15、下端部；16、转动连接件；17、伸缩卡紧机构；18、刀头安装槽；19、安装槽；20、凹面卡紧槽；21、卡紧凸台；22、伸缩平台；23、伸缩弹簧；24、支撑基座；25、导向燕尾槽；26、滚珠；27、第一刀头支撑架；28、第一刀头安装块；29、滚柱；30、第二刀头支撑架；31、第二刀头安装块；32、滚轮；33、第三刀头支撑架；34、第三刀头安装块；35、支撑凸台。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种旋转换刀的柔性滚压刀具，包括刀柄1、刀柄连接块2、刀具连接筒6、支撑座9、刀具转换器10以及滚压刀头11，其中刀柄1通过螺柱与刀柄连接块2固定连接，刀柄连接块2和刀具连接筒6的外延开设有相互配合的螺栓孔并通过螺栓螺母相连接，在刀具连接筒6内依次设置有承力板3、测力装置以及优力胶7，承力板3上端与刀柄连接块2相互扣合固定，承力板3下端通过螺柱与测力装置连接，优力胶7设置在测力装置和支撑座9之间，支撑座9通过螺柱与优力胶7和测力装置相连接，刀具转换器10设置在支撑座9的下部，刀具转换器10的下部设置有滚压刀头11，所述刀具转换器10包括上端部14和下端部15，通过旋转下端部15进行滚压刀头11的实时切换。金属加工过程中机床传动装置通过松紧机构卡紧刀柄1从而带动整个刀具运动。

如图2所示，本发明的测力装置包括压力传感器4和传感器固定座5，压力传感器4安装在传感器固定座5的内部，通过压力传感器4采集加工过程中刀具受力情况，并根据采集数据实时调控滚压过程中的下压力，从而提升滚压加工的质量。承力板3的下端通过螺柱实现与传感器固定座5的间隙配合。

优力胶7位于刀具支撑座9和传感器固定座5之间，优力胶7是一种介于塑料与橡胶之间的新型材料，具有较高的强度且压缩变形小，滚压加工中因工件表面不平会产生加工振动，而优力胶7的引入既可以提供一定压缩变形又可以提供相当大的压缩强度，保证刀具受到过大轴向力时可以通过优力胶7的压缩变形全部或者部分抵消滚压加工过程中产生的加工振动。

刀具支撑座9通过螺柱实现与优力胶7、传感器固定座5等部件的连接，并通过螺柱传递滚压过程中刀具所需的扭矩。

本发明实施例中刀具转换器10间隔120°安装了滚珠、滚轮、滚柱三种滚压刀头，滚压加工过程中只有一种滚压刀头处于使用位置，且与整个刀具装置保持竖直，其余两个滚压刀头不参与滚压加工，为了避免另外两个刀头与滚压加工试样接触产生加工干涉，需将刀具转换器10倾斜一定角度，此角度与滚压刀头11安装时倾斜角度（即滚压刀头11与刀具转换器10中轴线的夹角）相同，这样便可以在排除干涉的基础上使加工所用刀头保持竖直。

滚压刀具加工时受到轴向负载或者加工不平工件时，由于优力胶7的引入刀具可以产生小幅度的升降，而刀具转换器10倾斜一定角度后相对于整个滚压刀具是非对称结构，在刀具小幅度升降的过程中会对整个刀具装置产生横向负载，因此需要通过横向负载消除机构8对产生的横向负载进行抵消，如图3所示，横向负载消除机构8由直线轴承组成，安装在刀具连接筒6和支撑座9之间，包括直线轴承支撑架12和承载球13，直线轴承支撑架12安装在刀具连接筒6内表面，承载球13与支撑座9相接触。刀具上下浮动时支撑座9在承载球13上滑动使的刀具可以平稳运动，并抵消刀具转换器产生的横向负载。

本发明中，金属滚压加工中可以通过刀具转换器10进行滚压刀头11的实时切换，如图4所示，刀具转换器10包括上端部14和下端部15，上端部14和下端部15通过转动连接件16和伸缩卡紧机构17进行连接，上端部14与支撑座9固定连接，并留有转动连接件16的连接通孔和伸缩卡紧机构17相应的安装槽19。刀具转换器10的下端部15通过转动连接件16与上端部14连接，使得下端部15可以以转动连接件16为中心轴绕着上端部14转动，且下端部15上下表面分别设置了伸缩卡紧机构17对应的凹面卡紧槽20和滚压刀头安装槽18。

如图5所示，刀具转换器10中的伸缩卡紧机构17由卡紧凸台21、伸缩平台22、伸缩弹簧23、支撑基座24和导向燕尾槽25组成，其中卡紧凸台21嵌扣在刀具转换器下端部15相应的凹面卡紧槽20之中，且卡紧凸台21与伸缩平台22固定连接。伸缩平台22与支撑基座24之间固定有伸缩弹簧23，且伸缩平台22与支撑基座24卡扣连接并设置上下导向燕尾槽25。

当伸缩卡紧机构17未受力时，卡紧凸台21嵌扣在在凹面卡紧槽20之中使刀具转换器10的下端部15保持相对固定，此时伸缩弹簧23处于张紧状态，使得伸缩平台22与支撑基座24紧密扣合，整个伸缩机构处于相对平衡状态。当刀具转换器10的下端部15施加扭矩伸缩卡紧机构17受力时，卡紧凸台21与凹面卡紧槽20逐渐脱离，伸缩弹簧23受力压缩，伸缩平台22受力沿着导向燕尾槽25向下运动直到卡紧凸台21完全脱离凹面卡紧槽20，此时整个伸缩卡紧机构17处于压缩状态并保持相对平衡，转动刀具转换器10的下端部15，伸缩卡紧机构17始终处于压缩状态直至转动120°后卡紧凸台21重新与凹面卡紧槽20嵌合，嵌合过程中伸缩弹簧23逐步恢复张紧状态，且伸缩平台22沿导向燕尾槽25向上移动重新与支撑基座24扣合，整个伸缩卡紧机构17恢复相对平衡状态。此时便完成一次换刀，若想再次更换刀具给刀具转换器10的下端部15重新施加相应扭矩即可。

伸缩卡紧机构17在刀具转换器上端部14和刀具下端部15之间均匀分布，伸缩卡紧机构17中的支撑基座24固定在刀具转换器10的上端部14相应的安装槽19之中，卡紧凸台21嵌扣在刀具下端部15相应的凹面卡紧槽20之中，使得滚压加工过程中刀具转换器上端部14和刀具转换器下端部15保持相对静止，刀具转换器下端部15不能通过转动连接件16绕着刀具转换器下端部随意转动。而滚压加工中更换刀头时可以给刀具转换器下端部15施加大扭矩，通过相互挤压使得伸缩卡紧机构17收缩，且伸缩卡紧机构中的卡紧凸台21与刀具转换器下端部15上的凹面卡紧槽20脱离，使得刀具转换器下端部15可以绕着中心轴转动连接件16相对转动，转动120°后刀具转换器下端部15上的三个凹面卡紧槽20重新与伸缩卡紧机构17中的卡紧凸台21嵌合，使得刀具转换器下端部15相对固定并完成一次换刀。若需要再次更换刀具可以重新施加相应的扭矩更换刀头直到加工所需的刀头。

刀具转换器10的下端部15间隔120°均匀设计了三个刀头安装槽18，根据加工需要可以增设更多刀头安装槽18，装载不同型号的滚压刀头11，设置刀头安装槽18时要保证各个刀头安装槽均等分布，且伸缩卡紧机构17的数目以及刀具转换器10上对应安装槽19和凹面卡紧槽20数目与刀头安装槽18数目相同，从而保证整个刀具转换器10换刀时的稳定性与平稳性，且加工所用刀头与整个滚压刀具保持竖直。

如图6-图8所示，为滚珠刀头、滚柱刀头以及滚轮刀头结构示意图，滚珠刀头由滚珠26、第一刀头支撑架27、第一刀头安装块28组成，其中滚珠26可以选用硬质合金球或者陶瓷球，滚珠26固定在第一刀头支撑架27之中，并通过第一刀头安装块28进行限位，第一刀头安装块28下表面设置与滚珠26相互配合的凹面使得滚珠在加工过程中可以自由转动。第一刀头支撑架27和第一刀头安装块28通过螺柱进行连接，方便拆卸和更换滚珠26。第一刀头安装块28上端先通过螺纹与刀头安装槽18相互连接，再通过螺柱将第一刀头支撑架27与第一刀头安装块28下端面相互固定。

滚柱刀头包括滚柱29、第二刀头支撑架30以及第二刀头安装块31，滚轮刀头包括滚轮32、第三刀头支撑架33以及第三刀头安装块34；滚柱刀头与滚轮刀头的安装方式与滚珠刀头相同，但是滚轮32和滚柱29两侧设有支撑凸台35，第二刀头支撑架30和第三刀头支撑架33也设置有环形凹面滑槽与支撑凸台35相互配合既对滚轮、滚柱两侧起到限位作用，又不影响滚压加工中刀头自身的相对转动。

实施例2

本实施例的刀具转换器10的下端部15间隔90°均匀设计了四个刀头安装槽18，装载不同型号的滚压刀头，且伸缩卡紧机构17的数目以及刀具转换器上下端部对应安装槽19和凹面卡紧槽20数目与刀头安装槽数目相同,其他同实施例1。

Claims (10)

1.一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，包括刀柄（1）、刀柄连接块（2）、刀具连接筒（6）、支撑座（9）、刀具转换器（10）以及滚压刀头（11），所述刀柄（1）与刀柄连接块（2）固定连接，刀柄连接块（2）和刀具连接筒（6）固定连接，所述刀具连接筒（6）内依次设置有承力板（3）、测力装置以及优力胶（7），承力板（3）上端与刀柄连接块（2）相互扣合固定，承力板（3）下端通过螺柱与测力装置连接，优力胶（7）设置在测力装置和支撑座（9）之间，支撑座（9）通过螺柱与优力胶（7）和测力装置相连接，刀具转换器（10）设置在支撑座（9）的下部，刀具转换器（10）的下部设置有滚压刀头（11），所述刀具转换器（10）包括上端部（14）和下端部（15），通过旋转下端部（15）进行滚压刀头（11）的实时切换。

2.根据权利要求1所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，在支撑座（9）和刀具连接筒（6）之间还设置有横向负载消除机构（8），所述横向负载消除机构（8）包括直线轴承支撑架（12）和承载球（13），直线轴承支撑架（12）设置在刀具连接筒（6）内表面，承载球（13）与支撑座（9）相接触。

3.根据权利要求1所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述测力装置包括传感器固定座（5）以及传感器固定座（5）内部的压力传感器（4），承力板（3）下部通过螺柱与传感器固定座（5）连接，所述压力传感器（4）用于采集加工过程中刀具受力情况。

4.根据权利要求1所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述刀具转换器（10）的上端部（14）和下端部（15）通过转动连接件（16）和伸缩卡紧机构（17）进行连接，上端部（14）与支撑座（9）固定连接，上端部（14）还设置有转动连接件（16）的连接通孔和伸缩卡紧机构（17）的安装槽（19），下端部（15）的上表面设置有伸缩卡紧机构（17）对应的凹面卡紧槽（20），下端部（15）的下表面设置有用于安装滚压刀头（11）的刀头安装槽（18）。

5.根据权利要求4所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述伸缩卡紧机构（17）包括卡紧凸台（21）、伸缩平台（22）、伸缩弹簧（23）、支撑基座（24）以及导向燕尾槽（25），所述卡紧凸台（21）嵌扣在刀具转换器（10）下端部（15）的凹面卡紧槽（20）中，卡紧凸台（21）与伸缩平台（22）固定连接，伸缩弹簧（23）设置在伸缩平台（22）和支撑基座（24）之间，伸缩平台（22）与支撑基座（24）卡扣连接并设置有上下导向的导向燕尾槽（25）。

6.根据权利要求5所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述伸缩卡紧机构（17）的数目与安装槽（19）的数目、凹面卡紧槽（20）的数目以及刀头安装槽（18）的数目均相同。

7.根据权利要求4所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述刀头安装槽（18）间隔预定角度沿圆周方向均匀分布在下端部（15）的下表面上，滚压刀头（11）安装在刀头安装槽（18）上；所述滚压刀头（11）包括滚珠刀头、滚柱刀头以及滚轮刀头。

8.根据权利要求1所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述刀具转换器（10）呈倾斜设置，刀具转换器（10）与水平方向的夹角和滚压刀头（11）的方向与刀具转换器（10）的轴线方向夹角相等。

9.根据权利要求7所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述滚珠刀头包括滚珠（26）、第一刀头支撑架（27）以及第一刀头安装块（28），滚珠（26）固定在第一刀头支撑架（27）中，并通过第一刀头安装块（28）进行限位，第一刀头支撑架（27）和第一刀头安装块（28）通过螺柱进行连接，第一刀头安装块（28）与刀头安装槽（18）螺纹连接，滚柱刀头和滚轮刀头的结构与滚珠刀头相同。

10.根据权利要求9所述的一种旋转换刀柔性滚压刀具，其特征在于，所述滚柱刀头包括滚柱（29）、第二刀头支撑架（30）以及第二刀头安装块（31），滚轮刀头包括滚轮（32）、第三刀头支撑架（33）以及第三刀头安装块（34）；所述滚柱（29）和滚轮（32）两侧设置支撑凸台（35），所述第二刀头支撑架（30）和第三刀头支撑架（33）设置有与支撑凸台（35）相配合的环形凹面滑槽。

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