一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法技术

本发明专利技术公开一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法，使用的装置包括立式车床加工系统、待加工大孔径工件和自适应超声冲击改性系统；立式车床加工系统包括机架、回转卡盘和三轴移动机构，回转卡盘用于安装待加工大孔径工件，三轴移动机构位于回转卡盘的上方，自适应超声冲击改性系统包括连接刀杆、两个对称设置的超声冲击工具头和双动气缸，连接刀杆设有沿X轴方向延伸的直线滑轨，两个超声冲击工具头分别通过一双向滑块滑动设置在直线滑轨上，两个超声冲击工具头之间通过双动气缸连接，双动气缸驱动两个超声冲击工具头分别沿着直线滑轨做直线往复运动，从而工件的内壁进行超声冲击。得到内表面质量高的工件，且降低工件的生产成本。件的生产成本。件的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法


[0001]本专利技术涉及超声加工
，特别涉及一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击装置及方法。

技术介绍

[0002]大孔径工件是大型工业设备中的重要组成部分。这些零部件通常需要具备高强度、高耐磨性和高韧性等特性，以保证其能够承受严苛的工作条件。在传统技术上，制造这些大孔径零部件需要使用热处理或化学方法，这些方法不仅成本高昂，而且加工过程中容易在部件的表面产生浸蚀和变形，使得加工出的部件的质量较差，且使用寿命较短。
[0003]随着科技的发展和材料加工技术的不断改进，新的表面改性技术逐渐应用于材料加工领域。其中，表层超声改性技术是一种快速有效的方法，可以为大型工业设备的生产提供便利。但是现有的超声改性技术在加工前的对刀操作时，准确度较差，需要重复、频繁的对刀，且在加工过程中容易出现工件受力不均等问题，导致生产效率降低、生产加工成本提高。上述问题若不加以有效预防，对人员和经济都有着巨大损失。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法，能够改善大孔径工件内表面质量，延长大孔径工件的使用寿命，降低工件的生产、加工及使用成本。
[0005]为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法，涉及一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击装置，所述装置包括立式车床加工系统、待加工大孔径工件和自适应超声冲击改性系统；
[0006]所述立式车床加工系统包括机架、设置在机架上的回转卡盘和三轴移动机构，所述回转卡盘用于安装所述待加工大孔径工件，所述三轴移动机构位于回转卡盘的上方，所述三轴移动机构连接并驱动所述自适应超声冲击改性系统对待加工大孔径工件进行超声冲击；
[0007]所述自适应超声冲击改性系统包括连接刀杆、两个对称设置的超声冲击工具头和双动气缸，所述连接刀杆设有沿X轴方向延伸的直线滑轨，两个超声冲击工具头分别通过一双向滑块滑动设置在所述直线滑轨上，两个超声冲击工具头之间通过双动气缸连接，双动气缸驱动两个超声冲击工具头分别沿着直线滑轨做直线往复运动，从而对待加工大孔径工件的内壁进行超声冲击；
[0008]该方法包括如下步骤：
[0009]S1：安装：将待加工大孔径工件安装在回转卡盘上，将自适应超声冲击装置安装在三轴移动机构上；
[0010]S2：对刀：控制三轴移动机构带动自适应超声冲击改性系统进行原点归位，并调整自适应超声冲击改性系统至待加工大孔径工件内孔的上端面附近进行对刀；对刀前启动双
动气缸，双动气缸驱动两端的超声冲击工具头抵住待加工大孔径工件内壁，设置好车床刀补参数，然后三轴移动机构驱动自适应超声冲击改性系统退出此位置，完成对刀；
[0011]S3：三轴驱动机构驱动自适应超声冲击改性系统回到上述对刀位置，一侧的超声冲击工具头先顶在待加工大孔径工件的内壁，随后启动双动气缸，双动气缸的活塞杆伸出，并对超声冲击工具头径向施加静载荷，使得两端的超声冲击工具头完全抵住待加工大孔径工件的内壁，两侧对称的超声冲击工具头的轴线的中点位置和待加工大孔径工件的轴线时刻保持重合；
[0012]S4：调整并设置好相应的自适应超声冲击改性系统的超声冲击参数和立式车床加工系统的转速和进给量参数，启动进给对待加工大孔径工件由初始端向末端进行表层改性。
[0013]进一步，所述超声冲击参数为：静压力为200～1500N、振幅为3～15μm、频率为12～35kHz、功率为500～1600w；
[0014]立式车床加工系统的转速为10～400r/min、线速度为0.210m/s～16.755m/s、进给量为0.015～0.3mm/r；
[0015]双动气缸加载载荷为125N～2500N。
[0016]进一步，所述自适应超声冲击改性系统在连接刀杆的上端设置有锥形刀柄，通过所述锥形刀柄将连接刀杆以及超声冲击工具头装夹在三轴移动机构上。
[0017]进一步，所述三轴移动机构包括设置在机架上的Y轴导轨、架设在Y轴导轨上并沿Y轴导轨滑动的X轴导轨、架设在X轴导轨上并沿X轴导轨滑动的Z轴导轨，所述Z轴导轨上滑动设有车床主轴，所述车床主轴用于连接所述自适应超声冲击改性系统。
[0018]进一步，所述X轴导轨、Z轴导轨以及车床主轴均连接有驱动电机，并通过所连接的驱动电机驱动。
[0019]采用上述方案后，本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.由于双动气缸压力的作用，两侧对称的超声冲击头中心线和待加工大孔径工件的轴线时刻保持重合，且不影响零件加工方面的形状以及位置精度，达到浮动可调节的作用；
[0021]2.两侧对称的超声冲击头中心线和待加工大孔径工件的轴线时刻保持重合，可以弥补连接刀杆和回转卡盘轴线的偏差，对刀的准确度高，从而减少加工前频繁的对刀；
[0022]3.两侧对称的超声冲击头中心线和待加工大孔径工件的轴线时刻保持重合，可以自动弥补待加工孔轴线与回转卡盘中心轴线的偏差，降低对工件的装夹定位要求，对于带有大孔径的非圆柱外表面零件的加工改性，本装置可以进行简单定位和快速装夹；
[0023]4.两侧对称安装的超声冲击工具头可同时对工件加工，以提高加工效率；在加工过程中使工件的受力载荷对称，可减少工件的变形；且加工过程中不会对连接刀杆产生额外的弯矩载荷，可有效保持其原有的形位精度；
[0024]5.工件表层改性后，会在表层引入塑性变形，细化其表层组织，能够在工件表层赋予较高幅值的残余压应力同时有效减小其表面粗糙度，大幅改善大孔径工件的抗磨损性能，提高工件的硬度，使其服役寿命得到提高，达到降低成本的目标。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一实施例超声冲击装置结构示意图；
[0026]图2是本专利技术一实施例自适应超声冲击改性系统和工件结构剖视图；
[0027]图3是本专利技术一实施例自适应超声冲击改性系统和工件结构正视图；
[0028]图4是图3中A处局部放大图；
[0029]图5是本专利技术一实施例自适应超声冲击改性系统对刀前状态图；
[0030]图6是本专利技术一实施例自适应超声冲击改性系统对刀后状态图；
[0031]图7是本专利技术一实施例超声冲击工具头运动状态示意图。
[0032]标号说明：
[0033]1、立式车床加工系统；11、机架；12、回转卡盘；13、三轴移动机构；131、Y轴导轨；132、X轴导轨；133、Z轴导轨；134、车床主轴；
[0034]2、待加工大孔径工件；3、自适应超声冲击改性系统；31、锥形刀柄；32、连接刀杆；33、超声冲击工具头；34、双动气缸；35、直线滑轨；36、双向滑块。
具体实施方式
[0035]以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细的说明。
[0036]本专利技术提供一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法，涉及一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击装置，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击方法，其特征在于：涉及一种大孔径工件表层改性的自适应超声冲击装置，所述装置包括立式车床加工系统(1)、待加工大孔径工件(2)和自适应超声冲击改性系统(3)；所述立式车床加工系统(1)包括机架(11)、设置在机架(11)上的回转卡盘(12)和三轴移动机构(13)，所述回转卡盘(12)用于安装所述待加工大孔径工件(2)，所述三轴移动机构(13)位于回转卡盘(12)的上方，所述三轴移动机构(13)连接并驱动所述自适应超声冲击改性系统(3)对待加工大孔径工件(2)进行超声冲击；所述自适应超声冲击改性系统(3)包括连接刀杆(32)、两个对称设置的超声冲击工具头(33)和双动气缸(34)，所述连接刀杆(32)设有沿X轴方向延伸的直线滑轨(35)，两个超声冲击工具头(33)分别通过一双向滑块(36)滑动设置在所述直线滑轨(35)上，两个超声冲击工具头(33)之间通过双动气缸(34)连接，双动气缸(34)驱动两个超声冲击工具头(33)分别沿着直线滑轨(35)做直线往复运动，从而对待加工大孔径工件(2)的内壁进行超声冲击；该方法包括如下步骤：S1：安装：将待加工大孔径工件(2)安装在回转卡盘(12)上，将自适应超声冲击改性系统(3)安装在三轴移动机构(13)上；S2：对刀：控制三轴移动机构(13)带动自适应超声冲击改性系统(3)进行原点归位，并调整自适应超声冲击改性系统(3)至待加工大孔径工件(2)内孔的上端面附近进行对刀；对刀前启动双动气缸(34)，双动气缸(34)驱动两端的超声冲击工具头(33)抵住待加工大孔径工件(2)内壁，设置好车床刀补参数，然后三轴移动机构(13)驱动自适应超声冲击改性系统(3)退出此位置，完成对刀；S3：三轴驱动机构驱动自适应超声冲击改性系统(3)回到上述对刀位置，一侧的超声冲击工具头(33)先顶在待加工大孔径工件(2)的内壁，随后启动双动气缸(34)，双动气缸(34)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志龙，王魏庆，蒋清山，李毅，陈俊英，陈秀玉，吴晓斌，朱立，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：