CN115608904A - 压电驱动式侧向冲击微锻机构 - Google Patents
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Abstract
一种压电驱动式侧向冲击微锻机构，包括：壳体以及依次设置于其内部的复位机构、压电机构、柔性铰链以及微锻头，其中：复位机构的两端分别与壳体内部以及压电机构的一端相连，柔性铰链分别与压电机构的另一端以及微锻头的末端相接触，微锻头的首端正对待处理工件，压电机构在电压作用下产生竖向位移，该位移通过柔性铰链转变为侧向位移并驱动冲击头作用于待处理工件。本发明利用Scott‑Russell结构柔性铰链使得微锻头的锤击方向沿伸出轴径向，保证整个加工区域的冲击强度是均匀的，且无需专用设备，可直接作为刀具安装在机床上，在不改变工件装夹的情况下完成对其加工。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种微锻领域的技术，具体是一种压电驱动式侧向冲击微锻机构。
背景技术
微锻技术作为一种新型的表面处理技术，与喷丸等类似技术相比，可以保证整个加工区域的冲击强度是均匀的，且无需专用设备，可直接作为刀具安装在机床上，在不改变工件装夹的情况下完成对其加工。现有通过电磁场进行微锻的技术，但其执行机构振动方式为竖向振动，振动方向多沿伸出轴轴向，适用于加工零件表面法线方向无遮挡的部分，对于其他特征如腔体侧壁、整体叶盘叶片等表面由于冲击头无法触及而不再适用，且电磁驱动式机构往往体积较大，结构不紧凑。
发明内容
本发明针对现有用于诱导残余压应力、增加表面硬度、降低表面粗糙度、表面织构加工的显微冷锻装置存在因驱动机制过于复杂且结构较大，无法垂直处理有遮挡部分的狭长结构零件表面及精度不高的问题，提出一种压电驱动式侧向冲击微锻机构，利用Scott-Russell结构柔性铰链使得微锻头的锤击方向沿伸出轴径向，保证整个加工区域的冲击强度是均匀的，且无需专用设备，可直接作为刀具安装在机床上，在不改变工件装夹的情况下完成对其加工。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种压电驱动式侧向冲击微锻机构，包括：壳体以及依次设置于其内部的复位机构、压电机构、柔性铰链以及微锻头，其中：复位机构的两端分别与壳体内部以及压电机构的一端相连，柔性铰链分别与压电机构的另一端以及微锻头的末端相接触，微锻头的首端正对待处理工件，压电机构在电压作用下产生竖向位移，该位移通过柔性铰链转变为侧向位移并驱动冲击头作用于待处理工件。
所述的柔性铰链为Scott-Russell结构柔性铰链，将输入位移转向90度后输出。
所述的压电机构，通过外置的可编程电源给压电陶瓷两端输入电压实现压电驱动。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为Scott-Russell结构柔性铰链结构示意图；
图3为实施例1的应用示意图；
图中：1端盖、2预紧弹簧、3外壳、4压电陶瓷、5柔性铰链、6冲击头、7工件、8冲程。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种压电驱动式侧向冲击微锻机构，冲击头的锤击方向沿伸出轴径向，拓展了微锻机构的应用范围，该压电驱动式侧向冲击微锻机构包括：壳体以及依次设置于其内部的复位机构、压电机构、柔性铰链5以及微锻头6，其中：复位机构的两端分别与壳体内部以及压电机构的一端相连，柔性铰链5分别与压电机构的另一端以及微锻头6的末端相接触，微锻头6的首端正对待处理工件7，压电机构在电压作用下产生竖向位移，该位移通过柔性铰链5转变为侧向位移并驱动冲击头6作用于待处理工件7。
如图2所示，所述的柔性铰链为Scott-Russell结构，将输入位移转向90度后输出，该Scott-Russell结构为万字形三分支结构，通过调整其特征尺寸的比例，例如三分支结构的长度，即图中AO和OC的长度比实现不同的传动比。
所述的微锻头6的首端为球形结构或其他末端带微织构(如三角形、五角星)的结构，该微锻头6优选采用硬质合金或橡胶类材质制成。
所述的压电机构优选采用压电陶瓷4制成。
所述的电压作用，通过可编程电源实现三角波、方波、常值等类型的电压输入，从而实现不同类型的末端位移，达到不同的强化效果。
本实施例涉及上述机构的微锻加工工艺，包括初始状态、空载状态和加工状态，其中：不施加电压时的位置即为初始状态，当施加交变电压后，当机构输出的冲程小于初始位置与工件之间的距离，则微锻头不与工件接触，此状态为空载状态；当机构输出的冲程大于初始微锻头与工件之间的间隙，则微锻头与工件发生接触，对待处理工件表面进行加工，此状态为加工状态。通过调整电压幅值和频率可以产生不同的冲击力大小，从而影响最终得到的材料的表面性能，包括粗糙度、残余应力、表面层硬度等性能。
本发明涉及一种基于上述机构的应用场景，将其置于机械臂或者机床上，使机构沿着预设的轨迹以一定的进给速度及覆盖率对整个被加工表面进行冲击，实现被加工表面的表面改性。通过改变电压幅值及频率、冲击头直径、冲程、进给速度、覆盖率等参数可以使零件表面达到不同的改性效果。
针对薄壁型工件，可使用两个该机构组合成卡钳式结构，从工件7的两侧同时对工件进行冲击，避免工件产生过大变形，同时，工件两个面同时被加工，提高了加工效率，如图3所示。
与现有技术相比，本装置通过压电的控制，精度显著高于电磁驱动式微锻机构，同时通过侧向冲击机构扩大了微锻设备的应用范围，解决了其原来不易进入狭长区域加工侧壁的缺点。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (8)
1.一种压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征在于，包括：壳体以及依次设置于其内部的复位机构、压电机构、柔性铰链以及微锻头，其中：复位机构的两端分别与壳体内部以及压电机构的一端相连，柔性铰链分别与压电机构的另一端以及微锻头的末端相接触，微锻头的首端正对待处理工件，压电机构在电压作用下产生竖向位移，该位移通过柔性铰链转变为侧向位移并驱动冲击头作用于待处理工件。
2.根据权利要求1所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的柔性铰链为Scott-Russell结构柔性铰链，将输入位移转向90度后输出。
3.根据权利要求1所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的压电机构，通过外置的可编程电源给压电陶瓷两端输入电压实现压电驱动。
4.根据权利要求1或2所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的柔性铰链为万字形三分支结构的Scott-Russell结构，通过调整其特征尺寸的比例实现不同的传动比。
5.根据权利要求1所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的微锻头的首端为球形、三角形或五角星的结构。
6.根据权利要求1或5所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的微锻头采用硬质合金或橡胶类材质制成。
7.根据权利要求1或3所述的压电驱动式侧向冲击微锻机构，其特征是，所述的压电机构采用压电陶瓷制成。
8.根据权利要求1～7中任一所述压电驱动式侧向冲击微锻机构的微锻加工工艺，其特征在于，包括初始状态、空载状态和加工状态，其中：不施加电压时的位置即为初始状态，当施加交变电压后，当机构输出的冲程小于初始位置与工件之间的距离，则微锻头不与工件接触，此状态为空载状态；当机构输出的冲程大于初始微锻头与工件之间的间隙，则微锻头与工件发生接触，对待处理工件表面进行加工，此状态为加工状态；通过调整电压幅值和频率可以产生不同的冲击力大小，从而影响最终得到的材料的表面性能，包括粗糙度、残余应力、表面层硬度等性能。
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| CN117086249A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 山西金正达金属制品有限公司 | 一种高强度锻件的加工工艺 |
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2021
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| CN117086249B (zh) * | 2023-10-20 | 2024-01-05 | 山西金正达金属制品有限公司 | 一种高强度锻件的加工工艺 |
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