一种轴类零件表面滚压装置的制作方法

技术领域：

本发明属于机械零件加工技术领域，涉及到轴类零件表面强化的工艺装备，尤其涉及一种轴类零件表面滚压装置，该装置特别适用于细长轴等刚度较差的轴类零件的表面滚压加工。

背景技术：
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机械产品的使用寿命和使用性能与零件的加工质量有着密切的关系。机械零件在金属切削加工过程中，受切削力和摩擦力的作用，零件表面一薄层的体积往往发生改变，因此，零件表面在加工后不仅在留下刀具加工的痕迹等加工缺陷，而且还会产生残余拉应力。在使用过程中，零件表面往往暴露在空气中，表面凹坑处容易积留腐蚀物，使表面容易受到腐蚀。轴类零件在外力作用下，零件表面往往所受的应力最大，成为裂纹的起始源。为了延长轴类零件的使用寿命，采用精密的加工的方法降低其表面粗糙度，或者对其表面进行热处理以改善其机械性能。对于受循环载荷作用的零件，还常常需要使用冷压强化的方法使其金属表层发生冷态的塑性变形，在表层产生残余压应力和冷硬层，从而提高零件的抗疲劳强度和抗腐蚀性能，如飞机的起落架，采用喷丸强化的方法在其表面产生残余压应力，延缓起落架在飞机长期起落过程中所受冲击载荷作用而萌生疲劳裂纹。

滚压是提高工件表面质量一种常用的工艺，属于零件表面的光整加工。它是利用单个滚轮对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，不仅降低工件表面粗糙值，而且塑性变形还会使表层组织冷硬化和晶粒变细，在表层形成了有益的残余压应力，硬度和强度也得到提高，从而改善了工件抗疲劳性能、耐磨性以及耐蚀性等，延长了工件的使用寿命。

目前，轴类零件的滚压加工一般是车床上进行的，即先将轴类零件的一端用三爪卡盘夹住，另一端用顶尖顶着，滚轮安装在刀架上，车床主轴带动轴类零件旋转，通过刀架带动滚轮沿轴的径向进给，并沿零件的轴线做轴向运动，从而使轴类零件的整个表面被滚轮滚压。在滚压过程中，要使轴类表面的金属材料产生塑性的流动，滚轮与工件之间产生接触应力要高于金属材料的屈服应力，常常达到几百个mpa量级，如常用的45钢轴类滚压时需要达到355mpa以上。由于目前使用单个滚轮从轴的一侧施加径向压力，单侧施力会使轴类零件发生变形，在靠近轴类零件夹持端因刚度大而变形较小，而在轴的中间，因刚度小而发生较大的弹性变形，弹性变形使滚压过程中产生了让刀，使滚压深度减小，因此轴类零件滚压后不仅产生腰鼓形的圆柱度误差，而且形成的残余压应力层不均匀，甚至不能产生有效的残余压应力层，滚压质量变差，特别是对于细长轴，滚压的质量难以达到要求，甚至无法加工。

技术实现要素：
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本发明提供一种轴类零件表面滚压装置，目的是解决现有滚压工具在滚压刚度较小的轴类零件时表面的残余压应力层深度不均匀，滚压后工件圆柱度误差大，滚压质量难以保证等不足，特别是解决现有的技术不能适用于细长轴的滚压的不足。本发明所提供的一种轴类零件表面滚压装置，不仅可以较好保证轴类零件滚压加工的表面质量，而且可以实现对细长轴等刚性差的零件进行高质量的滚压加工。

本发明所提供的一种轴类零件表面滚压装置包括底座7、滚压系统、调心系统、测量系统及装夹系统。

所述滚压系统包括第一滚轮1、第一圆柱销2、第一滚轮支架3、第一螺母4、螺杆5、第二螺母13、第二滚轮支架14、第二圆柱销15、第二滚轮16、盖板6及连接螺钉25；所述第一圆柱销2通过第一滚轮支架3上销孔和所述第一滚轮1的中心孔将所述第一滚轮1安装在所述第一滚轮支架3上；所述第二圆柱销15通过第二滚轮支架14上销孔和所述第二滚轮16的中心孔将所述第二滚轮16安装在所述第二滚轮支架14上；所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14安装在所述底座7的滑槽内，盖板6使所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14在所述底座7的槽内运动，所述盖板6通过连接螺钉25固定在所述底座7上；所述螺杆5的两端具有不同旋向的螺纹，所述螺杆5分别与所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14上的螺纹配合；所述第一螺母4安装在所述螺杆5上，所述第一螺母4位于所述第一滚轮支架3的右侧，所述第二螺母13安装在所述螺杆5上，所述第二螺母13位于所述第二滚轮支架14的左侧。

所述调心系统包括第一调节螺钉8、紧定螺钉9、限位叉架10、托板11及第二调节螺钉12；所述第一调节螺钉8的端部与所述限位叉架10接触，并通过螺纹装配在底座7上；所述的第二调节螺钉12的端部与限位叉架10接触，所述的第二调节螺钉12通过螺纹装配在所述底座7上，所述限位叉架10的上端部与所述螺杆5配合，所述限位叉架10的下端部与所述托板11接触，所述托板11通过所述紧定螺钉9固定在所述底座7上。

所述测量系统包括百分表19、螺栓22、固定夹23及第三螺母24；所述固定夹23通过螺纹安装在所述第二滚轮支架14上，所述百分表19通过所述螺栓22和所述第三螺母24固定在所述固定夹23上。

所述装夹系统包括夹持板17、第三螺钉18、侧板20及第四螺钉21；所述夹持板17通过所述第三螺钉18固定在所述侧板20上，所述侧板20通过所述第四螺钉21安装在所述底座7上。

相比于现有单个滚轮的滚压技术，本发明装置具有以下技术优势：

(1)本滚压装置采用对称的两个滚轮结构，在滚压时，两个滚轮都对轴类零件施加径向挤压力，由于这对径向力的大小相等方向相反，使轴类零件在径向上保持受力平衡。

(2)本滚压装置避免了单个滚轮滚压造成的弯曲变形问题，滚压后轴类零件的圆柱度误差大大减小，滚压深度均匀，表面滚压质量得到有效提高。

(3)本滚压装置避免了轴类零件的单侧受力，因此可以用于直径很小的轴类零件表面滚压，或者是长径比很大、刚度很差的轴类零件的滚压，大大扩大滚压技术的适用范围。

(4)本滚压装置安装有了百分表，可以根据需要实时测量，便于精确控制滚压的深度，从而精确控制了表面形成的残余压应力，大大提高工件抗疲劳性能。

(5)本装置使用了对称的双滚轮结构，大大减小了单个滚轮在相同滚压深度下滚轮与轴类零件之间的接触应力，进一步降低了零件表面粗糙度值，延长了滚轮的使用寿命。

(6)本装置结构简单，所占的空间小，可以装夹在普通车床刀架上使用，使用方便，滚压的效率高。

附图说明：

图1是本发明一种轴类零件表面滚压装置结构示意图；

图2是本发明一种轴类零件表面滚压装置三维结构示意图；

图3是本发明一种轴类零件表面滚压装置工作示意图；

图4是百分表19等部件的装配示意图；

图5是支架与滚轮部件装配示意图；

图6是限位叉架10的三维结构示意图。

图中：1：第一滚轮；2：第一圆柱销；3：第一滚轮支架；4：第一螺母；5：螺杆；6：盖板；7：底座；8：第一调节螺钉；9：紧定螺钉；10：限位叉架；11：托板；12：第二调节螺钉；13：第二螺母；14：第二滚轮支架；15：第二圆柱销；16：第二滚轮；17：夹持板；18：第三螺钉；19：百分表；20：侧板；21：第四螺钉；22：螺栓；23：固定夹；24：第三螺母；25：连接螺钉。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明提供一种轴类零件表面滚压装置，该滚压装置包括底座7、滚压系统、调心系统、测量系统及装夹系统。

所述滚压系统包括第一滚轮1、第一圆柱销2、第一滚轮支架3、第一螺母4、螺杆5、第二螺母13、第二滚轮支架14、第二圆柱销15、第二滚轮16、盖板6及连接螺钉25；所述第一圆柱销2通过第一滚轮支架3上销孔和所述第一滚轮1的中心孔将所述第一滚轮1安装在所述第一滚轮支架3上；所述第二圆柱销15通过第二滚轮支架14上销孔和所述第二滚轮16的中心孔将所述第二滚轮16安装在所述第二滚轮支架14上；所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14安装在所述底座7的滑槽内，第一滚轮支架3和第二滚轮支架14的宽度小于与底座7配合的滑槽的宽度，盖板6使所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14在所述底座7的槽内运动，所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14与所述底座7槽为h7/g6的间隙配合；盖板6有两个，盖板6对称分布在第一滚轮支架3和第二滚轮支架14的前后两侧，盖板6通过六个连接螺钉25固定在底座7上。

所述第一滚轮1和所述第二滚轮16为同一种材料，几何尺寸相同，硬度为58-62hrc，所述第一滚轮1和所述第二滚轮16的两侧倒角均为15°，所述第一滚轮1和所述第二滚轮16的表面粗糙度ra小于0.4μm。

所述第一圆柱销2与所述第一滚轮1中心孔的配合为h7/g6的间隙配合，所述第一圆柱销2与所述第一滚轮支架3上的销孔的配合为m7/h6的过盈配合，所述第二圆柱销15与所述第二滚轮16中心孔的配合为h7/g6的间隙配合，所述第二圆柱销15与所述第二滚轮支架14上的销孔的配合为m7/h6的过盈配合。

所述螺杆5的两端具有不同旋向的螺纹，所述螺杆5分别与所述第一滚轮支架3和所述第二滚轮支架14上的螺纹配合；所述第一螺母4安装在所述螺杆5上，所述第一螺母4位于所述第一滚轮支架3一侧，所述第二螺母13安装在所述螺杆5上，所述第二螺母13位于所述第二滚轮支架14一侧。当旋转螺杆5时，第一滚轮支架3和第二滚轮支架14在底座7的槽内无滞阻的作相向或相离的等速移动，不进行滚压时，第一螺母4和第二螺母13分别位于螺杆5的两端，滚压时，第一螺母4和第二螺母13靠近并分别锁紧第一滚轮支架3和第二滚轮支架14，以消除螺纹的间隙和保证滚压时的稳定性。所述螺杆5的螺纹精度等级为c3，所述螺杆5左右两端的螺纹尺寸相同但旋向相反。

所述调心系统包括第一调节螺钉8、紧定螺钉9、限位叉架10、托板11及第二调节螺钉12；所述第一调节螺钉8的端部与所述限位叉架10接触，并通过螺纹装配在底座7上；所述第二调节螺钉12的端部与限位叉架10接触，所述第二调节螺钉12通过螺纹装配在所述底座7上，所述限位叉架10的上端部与所述螺杆5配合，所述限位叉架10的下端部与所述托板11接触，所述托板11通过紧定螺钉9固定在所述底座7上。所述紧定螺钉9有三个，均匀分布在托板11的四周，通过紧定螺钉9把托板11固定在底座7上；装配时，通过第一调节螺钉8前进和第二调节螺钉12后退，可以使限位叉架10向左移动，从而可以使螺杆5向左移动，反之亦然，这样就可以微调螺杆5的中心位置，从而保证了滚压时工件的中心位置。

所述测量系统包括百分表19、螺栓22、固定夹23及第三螺母24；所述固定夹23通过螺纹安装在所述第二滚轮支架14上，所述百分表19通过所述螺栓22和所述第三螺母24固定在所述固定夹23上。百分表19的测量杆的前端与第二滚轮16最先接触工件的母线平齐。

所述装夹系统包括夹持板17、第三螺钉18、侧板20及第四螺钉21；所述夹持板17通过所述第三螺钉18固定在所述侧板20上，所述侧板20通过所述第四螺钉21安装在所述底座7上。所述第三螺钉18有四个，呈矩形分布，将夹持板17与侧板20连接起来；所述第四螺钉21有四个，呈矩形分布，把侧板20固定在底座7上；底座7主要起着支承和连接作用。

本发明装置用于轴类零件表面滚压的具体步骤如下：

(1)通过车床的尾座上顶尖和三爪卡盘，将精车后的轴类零件固定在车床上。

(2)通过夹持板17和车床刀架上的压紧螺钉将滚压装置固定在四方刀架上，通过调整夹持板17下方垫块的厚度，调节滚轮高度，使两滚轮中心的连线和轴类零件的轴线在水平面内垂直相交。

(3)转动螺杆5带动第一滚轮支架3和第二滚轮支架14相向等速移动，逐渐靠近轴类零件，通过百分表19控制和调整滚轮切入零件表面的深度，并用扳手转动第一螺母4和第二螺母13，分别靠近并锁紧第一滚轮支架3和第二滚轮支架14。

(4)按下车床的启动按钮，主轴带动零件旋转，车床的刀架在大拖板的带动下沿着零件的轴线由尾架向三爪盘方向移动，实现对轴类零件表面自动滚压。对于滚压深度较深的轴类零件，可以多道多次的滚压。

(5)滚压完成后，机床停止旋转，在松开第一螺母4和第二螺母13，并使它们位于螺杆5的两端。

(6)反向旋转螺杆5带动第一滚轮支架3和第二滚轮支架14作相背移动，松开对零件的夹紧。

(7)从机床上取下零件，检验入库。