阅读说明：本技术 一种大直径金属内球面的超声滚压装置 (Ultrasonic rolling device for large-diameter metal inner spherical surface ) 是由 李朵朵 付秀丽 潘永智 门秀花 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种大直径金属内球面的超声滚压装置,主要包括刀具伸缩装置、刀架摆动装置、定心装置、空心支撑主轴以及传动系统；刀架摆动装置的摆架通过两转轴与主轴套连接,主轴套通过配合固定于空心支撑主轴；通过螺钉固定于摆架的连接座安装移动装置和超声滚压头导轨组成刀具伸缩装置；定心装置通过螺钉固定于空心支撑主轴,与定心架配合的定心轴下端方头穿过并支撑主轴套；伺服电机通过同步带连接传动丝杠,与传动丝杠配合的滑块螺母与连接座通过导杆连接；导杆运动实现摆架绕转轴上下摆动,在移动装置的带动下,超声滚压头在导轨上实现轴向进给运动,本发明可实现金属内球面多维度的超声滚压加工任务,具有结构简单、操作方便的特点。(The invention provides an ultrasonic rolling device for a large-diameter metal inner spherical surface, which mainly comprises a cutter telescopic device, a cutter rest swinging device, a centering device, a hollow support main shaft and a transmission system, wherein the cutter telescopic device is arranged on the cutter rest swinging device; the swing frame of the tool rest swinging device is connected with a main shaft sleeve through two rotating shafts, and the main shaft sleeve is fixed on the hollow supporting main shaft through matching; a cutter telescopic device is formed by a connecting seat fixed on the swing frame through screws, a moving device and an ultrasonic rolling head guide rail; the centering device is fixed on the hollow supporting spindle through a screw, and a square head at the lower end of the centering shaft matched with the centering frame penetrates through and supports the spindle sleeve; the servo motor is connected with a transmission screw rod through a synchronous belt, and a slide block nut matched with the transmission screw rod is connected with the connecting seat through a guide rod; the guide rod moves to realize the up-and-down swing of the swing frame around the rotating shaft, and the ultrasonic rolling head realizes the axial feed motion on the guide rail under the driving of the moving device.)

一种大直径金属内球面的超声滚压装置

技术领域

本发明涉及一种大直径金属内球面的超声滚压装置，属于超声滚压加工技术领域。

背景技术

相对于圆柱面、圆锥面、端面以及曲面的超声滚压加工，内球面的超声滚压加工工艺更为复杂，特别是加工大型工件内球面，必须设计与制造专用的车内球面工艺装置或专机，投入成本也较高，难以获得符合使用要求的表面粗糙度。在某种特殊场合或高精度设备上，零件的加工精度会直接影响设备的使用寿命以及被加工件的表面粗糙度；通常大直径内球面会使用镗床或磨床加工，但其加工效率低，加工精度难以保证。

超声滚压技术是借助滚压工具头在工件表面预置法向静压力，同时施加30kHz的超声冲击振动，在设定进给条件下，促使工件表层产生高应变率弹塑性变形和晶粒细化行为，从而实现“熨峰填谷”式的表面光整和强化效果。可改善材料表面特性并提高耐磨性及疲劳寿命。超声波加工属于精密加工，具有效率高、成本低、无污染的特点，在半精车的基础上，仅需要一道工序就能够使零件表面达到镜面效果。超声滚压装置可以直接安装在相应的机床刀架上，或是安装在超声波加工装置上，在超声波加工装置的带动下完成对金属工件表面的超声波加工。目前为止，由于加工内球面时超声滚压装置安装的复杂性以及机床主轴自由度等问题，内球面的精密加工较难实现。

发明内容

本发明针对现有超声波金属内表面加工装置存在的不足，提供一种大直径金属内球面的超声滚压装置。

本发明的目的是提供一种大直径金属内球面的超声滚压装置，采用以下技术方案：

一种大直径金属内球面的超声滚压装置，包括刀具伸缩装置、刀架摆动装置、定心装置、空心支撑主轴以及传动系统，其特征是：刀具伸缩装置包括连接座、气缸、燕尾槽导轨、滑块、超声滚压头；所述连接座固定于摆架一端，所述超声滚压头安装在连接座上的燕尾槽导轨上并与气缸连接；刀架摆动装置包括伺服电机、同步带、传动丝杠、滑块螺母、导杆、摆架；所述伺服电机连接同步带的一端，所述同步带的另一端连接传动丝杠，所述滑块螺母与丝杠配合固定于导轨中，所述导杆一端连接滑块螺母，一端连接摆架；定心装置包括定心轴、定心架、主轴套；所述定心架固定于空心支撑主轴上。

所述摆架一端钻有螺纹孔，所述连接座通过螺钉固定在摆架上；所述燕尾槽导轨安装在连接座上，所述超声滚压头上装有滑块并与燕尾槽导轨配合；此处可以使用气缸作为移动装置，利用气压推动超声波刀具在燕尾槽导轨上柔性移动。

所述空心支撑主轴上有T形导轨，将与传动丝杠配合的滑块螺母固定于T形导轨中；所述导杆一端通过双头螺柱连接滑块螺母，另一端连接摆架；所述刀架摆动装置通过双头螺柱连接在摆架上。

所述空心支撑主轴上钻有四个螺纹孔，所述定心架通过螺钉固定于空心支撑主轴上；所述定心架上钻有一螺纹孔，所述定心轴与之配合，所述定心轴的另一端连接主轴套。

主轴套上钻一通孔，使定心轴穿过通孔并且底端方头与主轴套下端接触实现支撑作用，因此可调节主轴套的轴向位置。

刀架摆动装置采用伺服电机提供动力，伺服电机与传动丝杠之间通过同步带连接。

使用时，整个装置依靠变频电机和伺服电机提供动力，刀架摆动装置带动摆架上下往复摆动；在气缸的带动下超声滚压头在燕尾槽导轨上移动，超声滚压头接触工件内表面进行超声波金属表面加工；同时通过斜齿轮传动实现工作台的平稳回转。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过优化超声滚压头安装以及增加机床主轴自由度的方法，大幅度简化了工件的装夹方式，同时也降低了加工内球面时刀具系统的复杂性，扩大机床加工的工艺范围，最终形成完整的内球面超声滚压设备；

2.由于使用超声滚压技术，可以获得较低的表面粗糙度，同时提高了加工效率；

3.该装置结构简单可靠。

附图说明

图1是装置总体结构图。

图2是图1中沿A-A的剖视图。

图3是本发明的超声滚压头轴向伸缩装置示意图。

图中：1、同步带，2、传动丝杠，3、深沟球轴承，4、导杆，5、连接座，6、回转工作台，7、小斜齿轮，8、传动轴，9、行星齿轮减速机，10、变频电机，11、大斜齿轮，12、定心轴，13、定心架，14、空心支撑主轴，15、伺服电机，16、转轴，17、主轴套，18、滑块螺母，19、摆架，20、燕尾槽导轨，21、滑块，22、气缸，23、超声滚压头。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合附图和实施例对其做进一步的说明。

如图1、图2、图3所示，一种大直径金属内球面的超声滚压装置，摆架19通过转轴16与主轴套17连接，并且转轴16通过螺纹固定在主轴套17上，为了保证摆架19的回转精度，摆架19与转轴16之间安装深沟球轴承，使摆架19绕转轴16实现往复摆动；主轴套17通过配合与空心支撑主轴14连接，同时主轴套17与空心支撑主轴14使用平键连接，起到导向作用；超声滚压头23通过滑块21与燕尾槽导轨20连接，从而实现超声滚压头23沿连接座5轴向进给。

本发明工作过程如下，首先伺服电机15通电，带动同步带1工作，同步带1运转，进而带动传动丝杠2回转，此时与传动丝杠2配合的滑块螺母18沿T形导轨移动，导杆4带动摆架19绕转轴16运动，伺服电机15正反转，实现摆架19绕转轴16往复摆动功能，因此可以加工普通机床难以完成的内球面加工任务；考虑到传动丝杠2行程长度较大，工作时会发生弯曲变形，因此需要在传动丝杠下端安装深沟球轴承3以避免发生弯曲变形而影响工件表面质量。

连接座5上安装有气缸22和燕尾槽导轨20，超声滚压头23通过滑块21安装在燕尾槽导轨20上并与气缸22的活塞杆连接，在气压作用下，气缸22活塞杆进行轴向伸缩运动，在气缸22的带动下超声滚压头23可沿燕尾槽导轨20沿轴向移动接触工件内表面，从而实现加工不同尺寸的金属内球面。此处气缸22起到移动装置的作用，移动装置也可以使用液压缸代替，实现超声滚压头23在燕尾槽导轨20上轴向移动。

固定于空心支撑主轴14上的定心装置，定心架13上有与定心轴11配合的螺纹孔，通过拧定心轴12上端方头，可以带动主轴套17沿空心支撑主轴14轴向上下移动，以适应不同高度的工件，起到定心作用。

主传动系统是通过变频电机10输出动力，经行星齿轮减速机9减速，将动力传递给传动轴8，使其带动小斜齿轮7回转，此时与回转工作台6连接的大斜齿轮11与小斜齿轮7进行啮合运动，从而实现工作台的回转运动。

以上所述仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。