量的螺孔，壓力傳感器5通過緊固螺栓6固定在內(nèi)套筒后蓋14上。所述的電動(dòng)推桿10的軸頭和外殼都具有螺紋，軸頭擰入壓力傳感器5的中心螺孔上，所述的外套筒后蓋11中心有一螺孔，電動(dòng)推桿10通過兩個(gè)螺母固定于外套筒后蓋11上。通過推桿的伸縮可實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)3在殼體內(nèi)做軸向運(yùn)動(dòng)，以此來產(chǎn)生靜壓力。
[0027]所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)，超聲波振動(dòng)系統(tǒng)3沿軸線方向做超聲頻機(jī)械振動(dòng)，滾壓頭16做超聲振動(dòng)，并對(duì)工件做超聲滾壓加工處理。
[0028]所述的電動(dòng)推桿10是一種將電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置，本發(fā)明使用的是精密滾珠絲桿配伺服馬達(dá)，在伺服馬達(dá)軸上安裝霍爾線路板，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，壓力傳感器5采集到變化信息，并將采集的信號(hào)發(fā)送到PLC，PLC作為中央處理器對(duì)反饋來的信號(hào)進(jìn)行分析處理，對(duì)壓力實(shí)時(shí)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，然后將指令發(fā)送到電動(dòng)推桿10上的霍爾元件上，并通過霍爾原理來準(zhǔn)確反饋馬達(dá)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)推桿進(jìn)行精確的控制，通過推桿的伸縮使得靜壓力實(shí)時(shí)值恢復(fù)到原設(shè)定的壓力值，以此保持滾壓加工過程中靜壓力的恒定。
[0029]如圖2所示，所述的可自動(dòng)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，所述的電源箱17—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(hào)來調(diào)控電動(dòng)推桿的伸縮，從而調(diào)節(jié)靜壓力，使靜壓力實(shí)時(shí)值達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定。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。
[0030]本發(fā)明在實(shí)際使用時(shí)，將超聲滾壓裝置通過外套筒12上的夾塊13用螺栓固定在機(jī)床上。先打開電源開關(guān)19，通過調(diào)節(jié)車床橫向進(jìn)給的手輪使?jié)L壓頭16與工件I相接觸，停止機(jī)床，按調(diào)零按鈕20調(diào)節(jié)靜壓力為零，旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)旋鈕21進(jìn)行靜壓力的設(shè)定，在壓力顯示器18上會(huì)顯示出設(shè)定的壓力值，調(diào)到預(yù)定值后，調(diào)節(jié)電流使超聲滾壓系統(tǒng)達(dá)到滾壓加工時(shí)所需要的振幅，之后打開超聲滾壓裝置的執(zhí)行開關(guān)進(jìn)行滾壓加工。
[0031]下面是現(xiàn)有和本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置對(duì)相同材料的偏心軸類工件進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的對(duì)比。
[0032]實(shí)施例一
使用現(xiàn)在技術(shù)對(duì)鎂合金軸類工件表面進(jìn)行處理。本實(shí)例中滾壓加工的是存在加工偏心誤差的軸類零件(軸類零部件采用機(jī)床加工時(shí)會(huì)存在微小的偏心誤差，或者實(shí)際應(yīng)用中存在一些偏心軸類零部件需要做滾壓納米加工處理)。滾壓加工采用球狀的工作頭在工件表面滾動(dòng)。
[0033]本實(shí)例中，各主要技術(shù)參數(shù)為:機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為250r/min，沖擊工作頭進(jìn)給量為10mm/min，靜壓力為100N，加工往返5次，選用乳化冷卻液作為潤滑液，工作頭選用軸承鋼，直徑為151111]1，工作頭輸出超聲振幅為10口1]1。
[0034]本實(shí)例加工結(jié)果:由于偏心的存在，軸類零部件兩側(cè)受力大小不一致，一側(cè)受力較為理想，該側(cè)滾壓效果較好，另一側(cè)因偏心的存在，滾壓力較大，滾壓效果較差，已經(jīng)在表面出現(xiàn)凹坑，其表面比較粗糙，甚至不如滾壓前的效果。通過高精度電感表面粗糙度測試儀測量的兩側(cè)粗糙度匕平均值約為I.2μπι。
[0035]實(shí)施例二
本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置對(duì)實(shí)例一所述的偏心鎂合金軸類工件表面進(jìn)行處理，首先進(jìn)行靜壓力調(diào)零處理，然后設(shè)定好加工時(shí)所需要的靜壓力(預(yù)設(shè)值)，本次加工仍采用球狀的工作頭在工件表面滾動(dòng)。
[0036]本實(shí)例的各主要參數(shù)與實(shí)例一相同
本實(shí)例加工結(jié)果:使用包含本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置處理的鎂合金偏心軸類工件表面非常光滑，通過高精度電感表面粗糙度測試儀測量的粗糙度1^約為0.2μπι。
[0037]通過實(shí)施案例一和實(shí)施案例二的表面粗糙度值的對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)實(shí)用本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置可以很大程度上減少表面粗糙度，因?yàn)樵谡麄€(gè)加工過程中本發(fā)明反饋系統(tǒng)能夠使得靜壓力不受偏心的影響而一直保持恒定?？梢娫诔暠砻鏉L壓過程中保持靜壓力的恒定對(duì)被加工表面的粗糙度有很大的影響。
[0038]實(shí)施例三
對(duì)未包含本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置加工的鎂合金偏心軸類零件進(jìn)行周向的硬度測定。
[0039]本實(shí)例采用布氏硬度計(jì)測量未包含本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置加工的鎂合金軸類工件表層顯微硬度。沿周向約每隔30°測量一次，最后得到該種處理方式鎂合金周向顯微硬度分布曲線。
[0040]本實(shí)例得到的硬度分布曲線如圖5所示，可以直觀的看出，從0°_180°硬度分布極其不均勻，且整體上硬度值相對(duì)較低，并未完全在材質(zhì)表面實(shí)現(xiàn)納米強(qiáng)化層。這充分說明由于偏心的存在，使得加工靜壓力在軸類零件的一側(cè)不穩(wěn)定。而曲線從180°-360°硬度分布基本均勻，且硬度值整體較高，是母材的1.5-2倍，這說明在該側(cè)的實(shí)際靜壓力值和預(yù)設(shè)值是基本一致的，靜壓力在滾壓過程中基本恒定。
[0041 ]實(shí)施例四
同樣的方法對(duì)包含本發(fā)明反饋系統(tǒng)的超聲表面滾壓裝置加工的鎂合金偏心軸類零件進(jìn)行周向的硬度測定。
[0042]本實(shí)例得到的硬度分布曲線如圖6所示，可以直觀的看出，從O。-360°的硬度分布都非常均勻，硬度值整體較高，約為母材的2倍，這說明本發(fā)明的反饋系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)的控制實(shí)際靜壓力值與預(yù)設(shè)值相同，能夠保證超聲表面滾壓納米強(qiáng)化的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)加工偏心軸類零部件的目的。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可自動(dòng)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(dòng)推桿(10)通過兩個(gè)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(dòng)裝置(3)置于內(nèi)套筒(4)內(nèi)，所述超聲波振動(dòng)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(dòng)裝置(3)的前端;通過電動(dòng)推桿(10)的伸縮使超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)做軸向運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生靜壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述的換能器為壓電陶瓷換能器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述的滾壓頭(16)為圓柱體或球體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述的電動(dòng)推桿(10)是一種將電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)推桿進(jìn)行精確控制的目的，通過推桿的伸縮提供靜壓力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述的壓力傳感器(5)把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并把收集到的信號(hào)傳遞給PLC，以此來調(diào)節(jié)加工時(shí)靜壓力的恒定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于: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(jìn)行調(diào)零，然后設(shè)定加工時(shí)所需的靜壓力。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，其特征在于: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)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可自動(dòng)調(diào)控靜壓力的超聲表面滾壓加工反饋系統(tǒng)，屬于金屬表面處理領(lǐng)域。包括超聲換能器、超聲變幅桿、滾壓頭、電動(dòng)推桿、壓力傳感器等。壓力傳感器通過緊固螺栓固定在內(nèi)套筒的后端，具有螺紋的軸頭固定在壓力傳感器上，電動(dòng)推桿緊固在外套筒后蓋上，通過推桿的伸縮可以使超聲振動(dòng)系統(tǒng)作軸向運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生靜壓力。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，壓力傳感器的信號(hào)發(fā)送到PLC，PLC對(duì)實(shí)時(shí)壓力值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，然后對(duì)電動(dòng)推桿進(jìn)行伸縮控制，來保持加工過程中靜壓力的恒定。本發(fā)明具有操作簡單、精確度高、運(yùn)行平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)同步自動(dòng)化控制的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B23P9/02
【公開號(hào)】CN105689959
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610263100
【發(fā)明人】趙小輝, 趙博, 劉宇, 彭志剛, 張艷君, 薛桂連
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日