本發(fā)明涉及金屬表面加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲波金屬材料表面加工裝置及工作方法。

背景技術(shù)：

目前，用于對金屬材料表面進(jìn)行處理的超聲波加工裝置，一般包括工作頭、變幅桿、縱向振動模式的換能器、安裝固定部件及其他輔助裝置組成，工作時(shí)換能器帶動變幅桿做縱向高頻振動并敲擊工作頭，工作頭對所加工的零件進(jìn)行滾壓加工，從而達(dá)到降低零件表面粗糙度的目的。

傳統(tǒng)的超聲波金屬表面加工裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積較大，對一些空間狹窄的零件表面，如小孔等不能進(jìn)行加工；而現(xiàn)有超聲波金屬表面加工裝置的工作頭工作面與變幅桿直接接觸，加劇了工作頭的磨損；同時(shí)由于工作頭與變幅桿接觸面積小，傳遞能量有限，需施加很大的靜壓力才能正常工作，加工效果不理想，使得這類裝置的應(yīng)用場合受到很大限制。

綜上所述，對于現(xiàn)有技術(shù)的超聲波金屬表面加工裝置在對空間狹窄的零件表面加工方面存在的多個(gè)問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超聲波金屬材料表面加工裝置，該裝置采用細(xì)長桿式結(jié)構(gòu)，并且工作頭工作面只與工件接觸，而不會與彎振桿接觸，大幅度減小了工作頭的磨損；

進(jìn)一步的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種超聲波金屬材料表面加工裝置，包括彎振桿，所述彎振桿首端側(cè)部設(shè)置工作頭，彎振桿尾端與超聲波振子連接；

所述彎振桿首端側(cè)部設(shè)置凹槽，工作頭轉(zhuǎn)動裝配于該凹槽內(nèi)；

所述工作頭為回轉(zhuǎn)體，所述凹槽與工作頭工作面之間具有設(shè)定間隙，以減小工作頭工作過程中的旋轉(zhuǎn)阻力。

進(jìn)一步的，所述凹槽與工作頭工作面配合處設(shè)有窄槽。

進(jìn)一步的，所述窄槽由凹槽向彎振桿外周方向延伸設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述凹槽與工作頭定位面之間為間隙配合，所述凹槽與工作頭定位面之間的間隙小于凹槽與工作頭工作面之間的間隙。

進(jìn)一步的，所述工作頭的回轉(zhuǎn)軸線與彎振桿軸線的夾角不大于45°。

進(jìn)一步的，所述超聲波振子包括相互連接的1/4波長彎曲振動換能器和1/4波長變幅桿。

或者，所述超聲波振子包括相互連接的半波長彎曲振動換能器和半波長變幅桿。

進(jìn)一步的，所述彎振桿與超聲波振子為一體式結(jié)構(gòu)。

或者，所述彎振桿與超聲波振子通過螺母連接。

進(jìn)一步的，所述彎振桿尾端帶有第一外螺紋，所述超聲波振子帶有第二外螺紋，第一外螺紋和第二外螺紋旋向相反。

進(jìn)一步的，所述螺母的內(nèi)螺紋分成第一段和第二段，第一段和第二段旋向相反，第一段與第一外螺紋相配合，第二段與第二外螺紋相配合。

或者，所述彎振桿與超聲波振子通過螺柱連接。

進(jìn)一步的，所述螺柱一端嵌設(shè)于彎振桿內(nèi)部，螺柱另一端嵌設(shè)于超聲波振子內(nèi)部。

進(jìn)一步的，所述1/4波長彎曲振動換能器和半波長彎曲振動換能器可以采用夾心式壓電陶瓷換能器或磁致伸縮換能器。

進(jìn)一步的，所述工作頭為球體或弧面滾子或滾針。

或者，所述工作頭為滾輪。

進(jìn)一步的，所述滾輪一側(cè)面與定位塊連接，滾輪另一側(cè)面露于彎振桿外，定位塊和滾輪均設(shè)置于凹槽內(nèi)。滾輪一側(cè)面設(shè)置定位塊，而另一側(cè)面露出，更加適用于帶有臺階等的工件的加工，滾輪可與臺階拐角處實(shí)現(xiàn)接觸配合，有效解決其他工作頭無法接觸加工臺階拐角的問題。

或者，所述滾輪兩側(cè)面均與定位塊連接，定位塊和滾輪均設(shè)置于凹槽內(nèi)。滾輪兩側(cè)面均設(shè)置定位塊，使得滾輪兩側(cè)受力均衡，滾輪的工作面可與彎振桿完全脫離，旋轉(zhuǎn)阻力小，轉(zhuǎn)動更為順暢。

進(jìn)一步的，所述彎曲振動換能器固定連接于外殼，所述外殼與壓板連接。

一種超聲波金屬材料表面加工裝置的工作方法，包括以下步驟：

將彎振桿與超聲波振子連接，在彎振桿凹槽內(nèi)置入工作頭，將超聲波振子與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，將彎振桿首端靠近工件待加工表面，使工作頭與工件待加工表面接觸；使工作頭與工件相對運(yùn)動，彎振桿和工作頭在超聲波振子的彎曲振動作用下產(chǎn)生彎曲振動，使得工作頭對工件待加工表面進(jìn)行高頻沖擊加工。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)精巧，使用范圍廣；彎振桿上設(shè)置有與工作頭配合的凹槽和窄槽，使得工作頭工作面只與工件接觸，而不會與彎振桿發(fā)生接觸，大幅度減小了工作頭的磨損；

由于工作頭定位面與彎振桿或工作頭通過定位塊與彎振桿之間為面接觸，使得超聲波振子發(fā)出的超聲波能量最大限度地傳遞給了工作頭，工作過程主要是工作頭對工件的高頻沖擊，工作靜壓力小，一般為100n—300n，加工效果更好。

本發(fā)明的裝置中彎振桿和超聲波振子之間可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)連接，而通過螺母連接時(shí)，將彎振桿和超聲波振子設(shè)置的螺紋旋向相反，這樣使得螺母與彎振桿、超聲波振子配合后的緊固性更好，即使在外力作用下也不容易發(fā)生松動，并且可以方便地調(diào)整彎振桿與超聲波振子在圓周方向的相對位置。

本發(fā)明的裝置中的超聲波振子采用相互連接的1/4波長彎曲振動換能器和1/4波長變幅桿或相互連接的半波長彎曲振動換能器與半波長變幅桿，其振動模式為彎曲振動，在其驅(qū)動下，彎振桿與工作頭做彎曲振動；工作頭與工件接觸后，使彎振桿產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膹澢冃?，為工作頭提供合適的靜壓力。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1a為本發(fā)明實(shí)施例一加工裝置的俯視圖；

圖1b為本發(fā)明實(shí)施例一加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二工作頭與彎振桿配合的側(cè)視剖視圖；

圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二加工裝置的俯視圖；

圖2c為本發(fā)明實(shí)施例二加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例三加工裝置的俯視圖；

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例三加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明實(shí)施例四加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例五加工裝置的示意圖；

圖5a為本發(fā)明實(shí)施例五加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例六加工裝置的示意圖；

圖6a為本發(fā)明實(shí)施例六加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例七加工裝置的示意圖；

圖7a為本發(fā)明實(shí)施例七加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例八加工裝置的示意圖；

圖8a為本發(fā)明實(shí)施例八加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例九加工裝置的示意圖；

圖9a為本發(fā)明實(shí)施例九加工裝置與外殼、壓板的配合示意圖；

圖10為兩端帶定位塊的滾輪式工作頭與定位塊配合示意圖；

圖11為球體形工作頭示意圖；

圖12為一端帶定位塊的滾輪式工作頭與定位塊配合示意圖。

圖中，1.工作頭，2.彎振桿，3.螺母，4.超聲波振子，5.窄槽，6.外殼，7.壓板，8.螺柱，9.定位塊，11.工作頭工作面，12.工作頭定位面。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在超聲波金屬表面加工裝置無法很好加工空間狹窄的零件表面的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N超聲波金屬材料表面加工裝置及工作方法。

實(shí)施例一：

本申請的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1，1a所示，提供了一種超聲波金屬材料表面加工裝置，包括彎振桿2，所述彎振桿2首端側(cè)部設(shè)置工作頭1，彎振桿2尾端與超聲波振子4連接；

所述彎振桿2首端側(cè)部設(shè)置凹槽(圖中未示出)，工作頭1轉(zhuǎn)動裝配于該凹槽內(nèi)；

所述工作頭1為回轉(zhuǎn)體，其外周表面分為工作面和定位面，如圖10所示，工作頭工作面11即為工作頭與工件表面接觸的圓周面，工作頭定位面12即為工作頭端部與彎振桿配合的面。

所述凹槽與工作頭1工作面之間具有設(shè)定間隙，以減小工作頭工作過程中的旋轉(zhuǎn)阻力。

所述凹槽與工作頭1工作面配合處設(shè)有窄槽5，所述窄槽5由凹槽向彎振桿2外周方向延伸設(shè)置；窄槽為細(xì)長弧形，窄槽的寬度小于凹槽的寬度，窄槽的寬度也小于工作頭的寬度(如圖1中，工作頭的橫向長度即為寬度)，窄槽由凹槽向彎振桿外周方向延伸設(shè)定深度。該窄槽的設(shè)置，使得工作頭1的工作面與彎振桿相分離，以減小工作頭工作面的磨損。

所述凹槽與工作頭l定位面之間為間隙配合。所述凹槽與工作頭1定位面之間的間隙小于凹槽與工作頭1工作面之間的間隙。

所述工作頭1的回轉(zhuǎn)軸線與彎振桿2軸線的夾角不大于45°，使得彎振桿能最大限度的將振動能量傳遞給工作頭。

所述超聲波振子4為相互連接的1/4波長彎曲振動換能器和1/4波長變幅桿，或者所述超聲波振子4為相互連接的半波長彎曲振動換能器與半波長變幅桿。彎曲振動換能器可以為夾心式壓電陶瓷換能器或磁致伸縮換能器。

所述彎振桿2與超聲波振子4通過螺母3連接。彎振桿可以根據(jù)需要做成不同的長度。超聲波振子的振動模式為彎曲振動，在其驅(qū)動下，彎振桿和工作頭做彎曲振動；工作頭與工件接觸后，使彎振桿產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膹澢冃?，為工作頭提供合適的靜壓力。

所述彎振桿2尾端帶有第一外螺紋，所述超聲波振子4帶有第二外螺紋，第一外螺紋和第二外螺紋旋向相反。

所述螺母3的內(nèi)螺紋分成第一段和第二段，第一段和第二段旋向相反，第一段與第一外螺紋相配合，第二段與第二外螺紋相配合。

本實(shí)施例中，所述工作頭1為滾輪，滾輪可以是由若干個(gè)不同直徑的圓柱體和曲面柱體組成的，可以繞自身中心線自由轉(zhuǎn)動；滾輪上直徑較大的回轉(zhuǎn)曲面為其工作面，與工件待加工面接觸加工；滾輪兩端與工作面同軸的定位面與彎振桿凹槽的配合面以較小間隙設(shè)置；

本實(shí)施例中，如圖10所示，滾輪兩側(cè)面均與定位塊9連接，定位塊9和滾輪均設(shè)置于凹槽內(nèi)。滾輪兩側(cè)面均設(shè)置定位塊，使得滾輪兩側(cè)受力均衡，滾輪的工作面可與彎振桿完全脫離，旋轉(zhuǎn)阻力小，轉(zhuǎn)動更為順暢。滾輪和定位塊可以是分體可拆卸式連接，也可以是一體式結(jié)構(gòu)，采用一體式結(jié)構(gòu)，可以極大減少超聲能量的損耗。工作頭通過定位塊與彎振桿有較大的接觸面積，定位塊與彎振桿之間為面接觸，最大限度的將超聲振動能量傳遞給工作頭，以實(shí)現(xiàn)靜壓力更小、加工效果更好的目的。

如圖1b所示，將加工裝置的彎振桿與超聲波振子連接，并將超聲波振子4固定連接于外殼6,所述外殼6與壓板7連接。這樣固定連接之后，將超聲波振子4與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，通過超聲波振子4帶動彎振桿2及工作頭1動作，即可對金屬工件待加工表面進(jìn)行加工。

實(shí)施例二：

如圖2，2a，2b所示，本實(shí)施例中，將工作頭替換為球體。工作頭當(dāng)然也可以設(shè)置成弧面滾子或滾針。其他與實(shí)施例一相同。

如圖11所示，球體形工作頭中間部分的球帶為工作頭工作面11，其余部分為工作頭定位面12，工作頭側(cè)部不再設(shè)置定位塊，工作頭的定位面與彎振桿之間為面接觸，彎振桿2的凹槽與該工作面配合處設(shè)置窄槽5，本實(shí)施例中凹槽為球形槽，窄槽為圓弧形槽，窄槽的變化曲率大于凹槽底部的變化曲率，這樣使得工作頭工作面與彎振桿具有設(shè)定間隙。

如圖2c所示，將加工裝置的彎振桿與超聲波振子連接，并將超聲波振子4固定連接于外殼6,所述外殼6與壓板7連接。這樣固定連接之后，將振子4與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，通過超聲波振子4帶動彎振桿2和球體工作頭1動作，即可對金屬工件待加工表面進(jìn)行加工。

實(shí)施例三：

如圖3,3a,3b所示，本實(shí)施例中，將工作頭替換為只有一端帶有定位面的滾輪，滾輪一端與工作面同軸的定位面與彎振桿凹槽的配合面以較小間隙設(shè)置。其他與實(shí)施例一相同。

本實(shí)施例中，如圖3，12所示，滾輪一側(cè)面與定位塊9連接，滾輪另一側(cè)面露于彎振桿2外，定位塊9和滾輪均設(shè)置于凹槽內(nèi)。滾輪一側(cè)面設(shè)置定位塊，而另一側(cè)面露出，更加適用于帶有臺階等的工件的加工，滾輪可與臺階拐角處實(shí)現(xiàn)接觸配合，有效解決其他工作頭無法接觸加工臺階拐角的問題。

如圖12所示，滾輪上直徑較大的回轉(zhuǎn)曲面為工作頭工作面11，工作頭工作面11是與工件表面接觸的圓周面，滾輪另一端與彎振桿凹槽配合的面為工作頭定位面12，彎振桿2的凹槽與該工作面配合處設(shè)置窄槽5,這樣使得工作頭工作面與彎振桿具有設(shè)定間隙。

如圖3b所示，將加工裝置的彎振桿與超聲波振子連接，并將超聲波振子4固定連接于外殼6,所述外殼6與壓板7連接。這樣固定連接之后，(將振子4與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，)通過超聲波振子4帶動彎振桿2和球體工作頭1動作，即可對金屬工件待加工表面進(jìn)行加工。

實(shí)施例四：

如圖4，4a所示，本實(shí)施例中，將彎振桿2和超聲波振子4設(shè)置成一體式的，一體式結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可以最大程度的減少超聲波振子4傳出能量的浪費(fèi)，使彎振桿獲取的能量更大，加工效果更好。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例五：

如圖5，5a所示，本實(shí)施例中，將彎振桿2和超聲波振子4設(shè)置成一體式的，一體式結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可以最大程度的減少超聲波振子4傳出能量的浪費(fèi)，彎振桿獲取的能量更大，加工效果更好。其他與實(shí)施例二相同。

實(shí)施例六：

如圖6，6a所示，本實(shí)施例中，將彎振桿2和超聲波振子4設(shè)置成一體式的，一體式結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可以最大程度的減少超聲波振子4傳出能量的浪費(fèi)，彎振桿獲取的能量更大，加工效果更好。其他與實(shí)施例三相同。

實(shí)施例七：

如圖7，7a所示，本實(shí)施例中，彎振桿2與超聲波振子4通過螺柱8連接。

所述螺柱8一端嵌設(shè)于彎振桿2內(nèi)部，螺柱8另一端嵌設(shè)于超聲波振子4內(nèi)部。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例八：

如圖8，8a所示，本實(shí)施例中，彎振桿2與超聲波振子4通過螺柱8連接。

所述螺柱8一端嵌設(shè)于彎振桿2內(nèi)部，螺柱8另一端嵌設(shè)于超聲波振子4內(nèi)部。其他與實(shí)施例二相同。

實(shí)施例九：

如圖9，9a所示，本實(shí)施例中，彎振桿2與超聲波振子4通過螺柱8連接。

所述螺柱8一端嵌設(shè)于彎振桿2內(nèi)部，螺柱8另一端嵌設(shè)于超聲波振子4內(nèi)部。其他與實(shí)施例三相同。

本申請的任一種典型的實(shí)施方式中，提供一種用于金屬材料表面加工裝置的工作方法，包括以下步驟：

將彎振桿與超聲波振子連接，在彎振桿凹槽內(nèi)置入工作頭，將超聲波振子與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，將彎振桿首端靠近工件待加工表面，使工作頭與工件待加工表面接觸；使工作頭與工件相對運(yùn)動，彎振桿和工作頭在超聲波振子的彎曲振動作用下產(chǎn)生彎曲振動，使得工作頭對工件待加工表面進(jìn)行高頻沖擊加工。

采用本發(fā)明加工裝置可以高效地對空間狹窄的零件表面進(jìn)行加工，且加工效果更好；以加工小孔為例，采用本發(fā)明加工裝置對小孔表面進(jìn)行加工的步驟為：

將彎振桿與超聲波振子連接，在彎振桿凹槽內(nèi)置入工作頭，將超聲波振子與超聲波發(fā)生器連接，啟動超聲波發(fā)生器，將彎振桿首端伸入工件內(nèi)孔中，使工作頭與工件內(nèi)孔內(nèi)側(cè)面接觸；使工作頭和工件相對運(yùn)動，彎振桿和工作頭在超聲波振子的彎曲振動作用下產(chǎn)生彎曲振動，使得工作頭對工件內(nèi)孔內(nèi)側(cè)面進(jìn)行高頻沖擊加工。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。