用于车床的可换刀超声压光装置的制作方法

本专利涉及一种用于车床的可换刀超声压光装置，属于特种机械加工技术领域。

背景技术：

超声波机加工是在机床的刀具上附加超声振动，实现对难加工以及硬脆材料的切削加工。随着超声波技术的发展，超声波技术在机械加工方面的应用越来越多；压光是利用机械挤压的原理，获得光洁如镜的金属表面的一种机械无切削的塑性加工方法，可同时达到光整加工及强化两种目的，是磨削、车削无法做到的。但是由于超声波系统复杂，在车床上进行超声波压光难度较大，而且无法实现自动换刀，同时，车床或者其他旋转机床加工时切削液用量大，污染环境、资源浪费严重。

技术实现要素：

本专利的目的就是设计一种用于车床的可换刀超声压光装置，在不改变车床结构的情况下，把超声波能量通过无线传能的方式传递到安装在刀架上的超声压光刀，在车床上实现超声波压光，并可实现自动换刀，油雾用量少。

用于车床的可换刀超声压光装置，其特征是：超声压光刀通过其壳体上的装夹块安装在车床的刀架上，超声无线发射器安装在刀架座的侧面，在超声压光刀的壳体内设置有超声无线接收器和超声换能器，超声无线发射器和超声压光刀内的超声无线接收器上下相对布置；超声无线发射器与超声波发生器通过电缆连接，超声无线发射器和超声无线接收器以无线的方式传递超声波能量，超声无线接收器与超声换能器通过设置在超声压光刀壳体内的导线连接；内置高压油雾喷管设置在超声压光刀内部，内置高压油雾喷管的前端与超声压光刀的滚动体与超声换能器之间的空隙连通；在超声压光刀的超声无线接收器与超声无线发射器相对的平面上包覆一层弹性密封垫，弹性密封垫上有与内置高压油雾喷管后端连通的通过孔；在超声无线发射器上设置有弹性喷嘴，弹性喷嘴通过弹性密封垫弹性连接在内置高压油雾喷管的后端，所述弹性喷嘴具有圆弧形的顶面，在圆弧形顶面上设置有多个喷液针孔，弹性喷嘴的后端通过油雾连接管与高压油雾源连通；

进一步的，所述用于车床的可换刀超声压光装置还包括一外置高压油雾喷嘴，外置高压油雾喷嘴的前端朝向超声压光刀的滚动体和工件的待压光表面喷射高压油雾，外置高压油雾喷嘴的后端与高压油雾源连通；

进一步的，所述超声压光刀的壳体为圆柱形，壳体的前端开口，壳体的后端带有中心孔，超声无线接收器封装在壳体下端圆周部分，在壳体后端孔壁上设置有内螺纹，在壳体环形底面上依次设置有压簧和压环，压环通过弹簧调节螺栓压持在壳体的环形底面的前端，通过弹簧调节螺栓来调节压簧的长度；滚动体支撑套的后端通过超声换能器的换能器法兰与超声换能器依次固定在压环的前端面上形成弹性伸缩机构；超声换能器的变幅杆伸出壳体后位于滚动体支撑套内，在滚动体支撑套的前端通过螺纹连接有滚动体调节母，在滚动体支撑套和滚动体调节母之间形成前后两端开口的滚动体容腔；滚动体置于滚动体容腔内，滚动体的前端与工件的待压光表面接触，滚动体的后端与变幅杆的前端接触；

进一步的，所述滚动体容腔由滚动体前半容腔和滚动体后半容腔组合构成，在滚动体支撑套的前端外圆上设置有外螺纹，在滚动体调节母的后端内孔上设置有与之相配的内螺纹，滚动体支撑套和滚动体调节母的前端面中心设置有中心孔，滚动体支撑套的前端面向后凹入形成滚动体后半容腔；滚动体调节母的前端面向前凸出形成滚动体前半容腔，滚动体支撑套和滚动体调节母通过螺纹连接形成完整的滚动体容腔；

进一步的，所述滚动体容腔的形状与滚动体形状相适应，滚动体容腔两端开口小于滚动体最大尺寸，滚动体凸出处于滚动体容腔两端开口。

本专利的优点是：

1)安装方便，通过旋转刀架即可实现自动换刀，光整效果好、精度高，由于在车床上附加超声波光整，所以可以对车削零件在车削完成后直接对表面进行光装加工，从而代替后续的研磨、磨削等工序；

2)光整工具寿命长，对车床的主轴和导轨冲击小，不损害车床的精度；

3)光整后表面组织改善，由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性；

4)弹性喷嘴的圆弧顶面上的喷液针孔在换刀时可自动对超声压光刀下部和超声无限发射器的上端进行高压喷液清洁，换刀完成后喷液针孔喷出的高压油雾全部收拢在内置高压油雾喷管内再对滚动体进行润滑、冷却和浮球，结构设计巧妙，提高了工作效率和压光效果；

5)全过程不使用切削液，而是用极少量的高压油雾取代，所以对油的使用量非常小，对环境污染小，冷却和润滑效果好。

附图说明

图1是本专利实施例主视图；

图2是本专利实施例俯视图；

图3是超声压光刀主视图；

图4是超声压光刀右视图；

图5是滚动体调节母结构示意图；

图6是滚动体支撑套结构示意图；

图7是超声换能器结构示意图；

图8是超声压光刀与超声无线发射器油雾静态连接局部放大示意图；

图9是弹性喷嘴局部放大结构示意图。

图中：1-超声压光刀，2-工件，3-外置高压油雾喷嘴，4-刀架，5-刀架座，6-超声无线发射器，7-拖板，8-卡盘，9-喷液针孔；10-壳体，11-超声无线接收器；12-弹簧调节螺栓，13-压簧，14-压环，15-超声换能器，16-滚动体支撑套，17-护环，18-滚动体调节母，19-滚动体；20-弹性密封垫，21-内置高压油雾喷管；22-密封环，23-电缆，24-油雾连接管，25-弹性喷嘴；26-小压簧；

101-装夹块，151-超声换能体，152-换能器法兰，153-变幅杆，161-滚动体后半容腔，181-滚动体前半容腔。

具体实施方式

如图1、图3、图4所示，用于车床的可换刀超声压光装置，包括超声压光刀1、外置高压油雾喷嘴3、内置高压油雾喷管21、超声无线发射器6、油雾连接管24等，超声压光刀1通过其壳体10上的装夹块101安装在车床的可旋转的刀架4上，其具体位置就是刀架4上安装车刀的位置，用压紧螺栓把超声压光刀1的装夹块101固定夹持在刀架4上；超声无线发射器6通过螺钉安装在刀架座5的侧面，刀架座5固定连接在拖板7上，工件2通过卡盘8卡持在车床主轴上；在超声压光刀1的壳体10内设置有超声无线接收器11和超声换能器15，超声无线发射器6和超声压光刀1内部的超声无线接收器11上下相对布置进行传能；超声无线发射器6与超声波发生器通过电缆23连接，超声无线接收器11的下端面为平面，超声无线发射器6的上端面为平面并与超声无线接收器11的下端面相对布置，超声无线发射器6和超声无线接收器11以无线的方式传递超声波能量，超声无线接收器11与超声换能器15通过设置在超声压光刀1的壳体10内的导线连接；所述超声无线接收器11设置在超声压光刀1下部圆周部位，在超声压光刀1内设置有内置高压油雾喷管21，内置高压油雾喷管21穿过壳体10及滚动体支撑套16后进入到滚动体支撑套16与超声换能器15的前端之间的空隙，并通过此空隙使高压油雾进入到滚动体19的后端，在换能器法兰152的前端与滚动体支撑套16连接部分设置有密封环22；内置高压油雾喷管21的前端与超声压光刀1的滚动体19的后端所在的容腔接通，通过内置高压油雾喷管21的高压油雾直接作用在滚动体19的后端，起到浮球作用。内置高压油雾喷管21的后端开口设置在超声压光刀1下端的超声无线接收器11与超声无线发射器6相对的平面上即超声无线接收器11的下端面上；在内置高压油气喷管21开口端所在的平面上包覆一层弹性密封垫20，弹性密封垫20通过粘接的办法固定在超声压光刀1的下端平面上，弹性密封垫20上有与内置高压油雾喷管21后端连通的通过孔。

如图8、图9所示，在超声无线发射器6与超声无线接收器11相对的顶面上(即超声无线发射器6的上端平面)设置有弹性喷嘴25，弹性喷嘴25上设置有圆柱凸台，在超声无线发射器6的顶面上设置有台阶形的安装孔，弹性喷嘴25置于安装孔内，在弹性喷嘴25的凸台下端与安装孔的台阶之间设置有小压簧26，在安装孔的上端与弹性喷嘴25的凸台上端之间设置有压盖，弹性喷嘴25通过压盖和小压簧26弹性压持在安装孔内，弹性喷嘴25在小压簧26的作用下其上端突出于超声无线发射器6的上端平面；弹性喷嘴25的上端具有圆弧形的顶面，在圆弧顶面上设置有多个喷液针孔9，如图1所示，弹性喷嘴25的下端伸出超声无线发射器6的壳体并通过油雾连接管24与高压油雾源连接；弹性喷嘴25通过弹性密封垫20弹性静态连接在内置高压油雾喷管21的后端，弹性密封垫20上与内置高压油雾喷管21后端连通的通过孔的尺寸略小于弹性喷嘴25的圆弧尺寸，换刀时，随同刀架4旋转，由于小压簧26压缩，弹性喷嘴25从弹性密封垫20上的通过孔脱开，并在弹性作用下沿弹性密封垫20的表面滑动，高压油雾从弹性喷嘴25中多个喷液针孔9中分散喷出到超声压光刀1下部的无线超声接收器11的下端平面并反弹溅射到超声无线发生器6的上端平面，对超声无线发射器6和超声无线接收器11相对的表面进行清洗，除去表面上的铁屑等杂物，起到清洁作用，便于更好的传输超声波能量，当弹性喷嘴25滑动到新换超声压光刀1连接工作位置时，弹性喷嘴25的顶端圆弧部分包覆收拢在新的超声压光刀1的弹性密封垫20上通过孔内，高压油雾通过弹性喷嘴25进入到内置高压油雾喷管21内，弹性密封垫20起到静态密封作用。弹性喷嘴25的材料为青铜、不锈钢等耐磨材料。为了对超声无线发射器6进行保护，在超声无线发射器6的上表面覆一层保护塑料层，不影响导磁。

如图1、图2所示，还包括一外置高压油雾喷嘴3，外置高压油雾喷嘴3的前端朝向超声压光刀1的滚动体19和工件2的待压光表面喷射高压油雾，对滚动体19和工件2的压光表面进行润滑和冷却，外置高压油雾喷嘴3的后端与高压油雾源连接。

如图2所示，本实施例中车床刀架4为可旋转的方刀架，可以装夹四把刀具，超声压光刀1安装在刀架4上，而超声无线发射器6安装在刀架4下方的刀架座5上，刀架座5固定安装在拖板7上，超声无线发射器6与刀架座5相对静止不动，而刀架4可以旋转，通过旋转刀架4，可以使用四把刀具中的任意一把进行加工，加工中可以进行自动换刀。

如图3、图4所示，超声压光刀1包括壳体10、壳体10上的装夹块101、超声换能器15、超声无线接收器11、滚动体容腔和滚动体19，壳体10为圆柱形，壳体10的前端开口，壳体10的后端带有中心孔，超声无线接收器11封装在壳体10下端的圆周侧，超声无线接收器11的下端面为平面，在壳体10后端孔壁上设置有内螺纹，在壳体10环形底面上依次设置有压簧13和压环14，压环14通过弹簧调节螺栓12压持在壳体10的环形底面的前端，弹簧调节螺栓12的螺纹与壳体10后端孔壁上的内螺纹相配，通过弹簧调节螺栓12来调节压簧13的长度；如图7所示，超声换能器15包括超声换能体151和与超声换能体151前端刚性连接的变幅杆153，在圆柱形超声换能体151的外圆周上设置有换能器法兰152，超声换能器15的后端置于压环14的环形空腔内，滚动体支撑套16的后端通过换能器法兰152与超声换能器15依次固定在压环14的前端面上；超声换能器15前端的变幅杆153伸出壳体10后位于滚动体支撑套16内，在滚动体支撑套16的前端通过螺纹连接有滚动体调节母18，在滚动体支撑套16和滚动体调节母18之间形成前后两端开口的滚动体容腔；滚动体19置于滚动体容腔内，滚动体19的前端与工件2的待压光表面接触，滚动体19的后端与变幅杆153的前端接触；在壳体10的前端内孔上设置有内螺纹，护环17通过其外圆上的螺纹安装在壳体10的前端部，对压光刀起保护作用。

如图5、图6所示，在滚动体支撑套16的前端外圆上设置有外螺纹，在滚动体调节母18的后端内孔上设置有与之相配的内螺纹，滚动体支撑套16和滚动体调节母18的前端面中心设置有中心孔，滚动体支撑套16的前端面向后凹入形成滚动体后半容腔161；滚动体调节母18的前端面向前凸出形成滚动体前半容腔181，滚动体支撑套16和滚动体调节母18通过螺纹连接形成完整的滚动体容腔；所述滚动体19为钢球，滚动体调节母18上的滚动体前半容腔181和滚动体支撑套16上的滚动体后半容腔161为中心开口的球冠形，球冠的高度小于钢球半径。钢球材料采用40crnimo，热处理硬度为hrc42，可以加工硬度比钢球低的任何塑性材料，如硬度低于钢球的钢件、铝件、铜件。实际应用中，滚动体19也可以选择金刚石滚动体滚轮、陶瓷滚轮等其他材料和结构形式，相应的滚动体容腔的形状与滚动体的形状相适配，而且滚动体19的滚动部分要从滚动体19前端的滚动体前半容腔181的中心孔突出，工作时与工件2表面接触。

本专利中高压油雾源为通用的油雾发生装置，把高压空气与润滑冷却用液压油混合，气体压力为1-3mpa，通过油雾连接管道输送到外置高压油雾喷嘴3和内置高压油雾喷管21，再喷出后形成高压油雾。外置高压油雾喷嘴3喷出的高压油雾喷射到滚动体19和工件2的压光表面，对工件2的压光表面和滚动体19起到冷却和润滑的作用，改善压光表面的组织结构，提高压光后的表面光亮度。内置高压油雾喷管21内的高压油雾通过滚动体支撑套16和超声换能器15之间的间隙进入到滚动体后半容腔161，并从滚动体容腔与滚动体19之间的间隙喷溅出来，由于滚动体19和滚动体容腔之间有间隙，高压油雾和高压气体包覆在滚动体钢球周围表面使钢球产生浮力，通过油雾气流支撑滚动体钢球，形成浮球现象，起到弹性元件的作用，使滚动体19更加灵活，尽管工件2表面发生微观塑性变形但工件2表面不会产生皱褶，不会与钢球发生粘连，压光后工件2表面的光洁度有明显提高。