可自動調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面處理領(lǐng)域，特別涉及一種可自動調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機械零部件廣泛地應(yīng)用于船舶、車輛、橋梁、壓力容器、海洋工程、航空航天、冶金、電力等重要領(lǐng)域，然而這些重要的機械零部件和結(jié)構(gòu)會因疲勞、蠕變、腐蝕、脆性斷裂、磨損等問題引起失效，其中疲勞損傷、腐蝕和磨損問題較常見。如由于提速，已使機械零部件疲勞問題成為影響鐵路行車安全和鋼軌使用壽命的重要損傷機制，再如乳鋼設(shè)備中冷乳輥接觸疲勞損傷問題迄今為止也沒有得到妥善的解決，而損傷問題在那些存在動態(tài)接觸摩擦的機械裝備中廣泛存在并嚴(yán)重的影響它們的使用壽命。因此，研究提高機械零部件抗疲勞、磨損和耐腐蝕性能的表面加工處理新方法，用于保護機械裝備可靠地安全運行，延長其有效服役壽命，防止其過早的失效，具有重要的經(jīng)濟和使用價值，有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]超聲表面滾壓加工方法是新近的一種超聲輔助加工技術(shù)，與傳統(tǒng)的滾壓工藝比較，該方法在加工過程中工作頭與零件表面摩擦力小，可以獲得光潔度高、硬度大及耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性能強的優(yōu)質(zhì)材料表面。
[0004]在超聲表面滾壓加工過程中，靜壓力是影響超聲表面滾壓加工精度的一個較重要因素，合適的靜壓力不僅可以降低滾壓加工表面的粗糙度，還能有效的提高被加工表面的硬度，耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強度。但在實際的超聲表面滾壓加工過程中，靜壓力不能夠被準(zhǔn)確的測量和控制，特別是在加工偏心軸類工件時，不能始終保證滾壓過程中靜壓力的恒定，從而導(dǎo)致被加工工件表面受力不均，這樣就不利于材料表面的強化。當(dāng)靜壓力較小時，不能在材料表面產(chǎn)生塑性變形或塑形變形的深度較低，而當(dāng)靜壓力過大時，較大的靜壓力就會抑制滾壓頭做超聲頻的機械振動，使得滾壓頭與材料表面摩擦力增加，材料表面容易出現(xiàn)脫落或劃痕，從而使超聲表面滾壓失去應(yīng)有的優(yōu)勢和效果。因此，急需一種能夠精確控制靜壓力的滾壓加工反饋系統(tǒng)，特別是在超聲滾壓加工過程中保持靜壓力的恒定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可自動調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，能夠精確測量和控制超聲表面滾壓加工時的靜壓力，解決了在加工偏心軸類工件時無法保證滾壓加工過程中靜壓力的恒定，而使加工表面受力不均，表面強化效果不理想等問題，本發(fā)明是在超聲表面滾壓裝置基礎(chǔ)上引入一種新的滾壓加工反饋系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對于靜壓力的精確測量和自動化控制。具有操作簡單、精確度高、運行平穩(wěn)、可實現(xiàn)同步自動化控制的優(yōu)點，提高了超聲表面滾壓加工時工藝參數(shù)的穩(wěn)定性和可控性。本發(fā)明是一種具有自我調(diào)節(jié)的可在加工過程中精確控制靜壓力和保持靜壓力平衡的反饋系統(tǒng)。本發(fā)明在滾壓軸類零件時因軸類零件不可避免的存在偏心等加工誤差，可通過此反饋系統(tǒng)保持靜壓力的恒定，從而消除偏心等加工誤差對于滾壓形成的納米晶表層粗糙度、組織均勻性及力學(xué)性能的有害影響。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
可自動調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，通過導(dǎo)線與電源箱17相連，其特征在于:壓力傳感器5通過緊固螺栓6固定在內(nèi)套筒4的內(nèi)套筒后蓋14上，具有螺紋的軸頭擰入壓力傳感器5中心的螺孔內(nèi)；電動推桿10通過兩個螺母9固定在外套筒12的外套筒后蓋11上，前端與壓力傳感器5螺紋連接；內(nèi)套筒4通過緊固螺釘15與外套筒12連接，超聲波振動裝置3置于內(nèi)套筒4內(nèi)，所述超聲波振動裝置3由固定連接在一起的變幅桿2和換能器組成，變幅桿2前端的中心處有半球形或半圓柱形凹槽;滾壓頭16通過內(nèi)套筒4固定于超聲波振動裝置3的前端;通過電動推桿10的伸縮使超聲振動系統(tǒng)3做軸向運動，以產(chǎn)生靜壓力。
[0007]所述的換能器為壓電陶瓷換能器。
[0008]所述的滾壓頭16為圓柱體或球體。
[0009]所述的電動推桿10是一種將電動機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置，由精密滾珠絲桿配合伺服馬達(dá)組成，伺服馬達(dá)上安裝霍爾線路板，通過霍爾原理準(zhǔn)確反饋馬達(dá)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，以實現(xiàn)對推桿進行精確控制的目的，通過推桿的伸縮提供靜壓力。
[0010]所述的壓力傳感器5把壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號，并把收集到的信號傳遞給PLC，以此來調(diào)節(jié)加工時靜壓力的恒定。
[0011]所述的電源箱17上有壓力顯示器18、電源開關(guān)19、調(diào)零按鈕20、壓力調(diào)節(jié)旋鈕21、電流調(diào)節(jié)旋鈕22、電流電壓振幅顯示器23，在滾壓加工前進行調(diào)零，然后設(shè)定加工時所需的靜壓力。
[0012]所述的外套筒12的外部設(shè)置執(zhí)行開關(guān)7、電源插口8、夾塊13
本發(fā)明的有益效果在于:實現(xiàn)了超聲表面滾壓加工時靜壓力的準(zhǔn)確顯示和精確控制，具有操作簡單、精確度高、運行平穩(wěn)、可實現(xiàn)同步自動化控制的優(yōu)點，提高了超聲表面滾壓加工時工藝參數(shù)的可控性。
【附圖說明】
[0013]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的電源箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的壓力傳感器的主視示意圖；
圖4為本發(fā)明的壓力傳感器的側(cè)視示意圖；
圖5為現(xiàn)有技術(shù)加工的偏心軸類零件周向硬度分布曲線圖；
圖6為本發(fā)明加工的偏心軸類零件周向硬度分布曲線圖。
[0015]圖中:1、工件;2、變幅桿;3、超聲波振動裝置;4、內(nèi)套筒;5、壓力傳感器;6、緊固螺栓;7、執(zhí)行開關(guān);8、電源插口；9、螺母；10、電動推桿；11、外套筒后蓋；12、外套筒；13、夾塊；14、內(nèi)套筒后蓋;15、緊固螺釘;16、滾壓頭；17、電源箱；18、壓力顯示器;19、電源開關(guān);20、調(diào)零按鈕;21、壓力調(diào)節(jié)旋鈕;22、電流調(diào)節(jié)旋鈕;23、電流電壓振幅顯示器。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實施方式】。
[0017]參見圖1至圖6所示，本發(fā)明的可自動調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，包括換能器、變幅桿、滾壓頭、電動推桿、壓力傳感器等，壓力傳感器5通過緊固螺栓6固定在內(nèi)套筒4的內(nèi)套筒后蓋14上，具有螺紋的軸頭可以擰入壓力傳感器5中心的螺孔內(nèi)；電動推桿10通過兩個螺母9固定在外套筒12的外套筒后蓋11上，前端與壓力傳感器5螺紋連接；內(nèi)套筒后蓋14和外套筒后蓋11具有螺紋，而內(nèi)套筒4和外套筒12內(nèi)有與之相對應(yīng)的螺紋，這樣就把后蓋固定在其后面，并通過緊固螺釘15固定，超聲波振動裝置3置于內(nèi)套筒4內(nèi)，所述超聲波振動裝置3由固定連接在一起的變幅桿2和換能器組成，變幅桿2前端的中心處有半球形或半圓柱形凹槽，變幅桿2為半波長超聲變幅桿;滾壓頭16通過內(nèi)套筒4固定于超聲波振動裝置3的前端。超聲滾壓加工時可將球體或圓柱體放入凹槽中使用。內(nèi)套筒4和外套筒12上有八個通風(fēng)口利于超聲波振動系統(tǒng)3的散熱。
[0018]通過電動推桿10的伸縮可以使超聲振動系統(tǒng)3做軸向運動，以此來產(chǎn)生加工時的靜壓力，通過導(dǎo)線與電源箱17相連，電源箱一方面將工頻交流電轉(zhuǎn)換為超聲振蕩，為超聲滾壓裝置提供能量，另一方面通過處理壓力傳感器的信號來調(diào)控電動推桿的伸縮，使靜壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定。壓力傳感器可以通過數(shù)字轉(zhuǎn)換精確的顯示出加工時靜壓力的大小，而當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，壓力傳感器將信號發(fā)送到PLC，PLC對壓力實時值與預(yù)設(shè)值進行比較，然后對電動推桿進行伸縮控制，來保持加工過程中靜壓力的恒定。
[0019]所述的換能器為壓電陶瓷換能器。
[0020]所述的滾壓頭16為圓柱體或球體的滾柱或滾球。
[0021]所述的電動推桿10是一種將電動機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置，由精密滾珠絲桿配合伺服馬達(dá)組成，伺服馬達(dá)上安裝霍爾線路板，通過霍爾原理準(zhǔn)確反饋馬達(dá)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，以實現(xiàn)對推桿進行精確控制的目的，通過推桿的伸縮提供加工時所需的穩(wěn)定可控的靜壓力。
[0022]所述的壓力傳感器5可以把壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號，并把收集到的信號傳遞給PLC，以此來調(diào)節(jié)加工時靜壓力的恒定。
[0023]所述的電源箱17上有壓力顯示器18、電源開關(guān)19、調(diào)零按鈕20、壓力調(diào)節(jié)旋鈕21、電流調(diào)節(jié)旋鈕22、電流電壓振幅顯示器23，在滾壓加工前進行調(diào)零，然后設(shè)定加工時所需的靜壓力。
[0024]所述的外套筒12的外部設(shè)置執(zhí)行開關(guān)7、電源插口8、夾塊13，便于在加工時固定超聲表面滾壓裝置。
[0025]所述的靜壓力自動調(diào)控是在加工負(fù)載發(fā)生變化時，壓力傳感器將采集的信號發(fā)送至IJPLC，PLC對靜壓力實時值與預(yù)設(shè)值進行比較，通過對信號的處理控制推桿的伸縮以達(dá)到壓力的預(yù)設(shè)值，從而保證加工時靜壓力的恒定。
[0026]所述的壓力傳感器5上有八個螺孔，內(nèi)套筒后蓋14上有相同尺寸和數(shù)