一种刚性测力平面滚压刀具的制作方法

本实用新型涉及一种平面滚压刀具，尤其是一种刚性测力平面滚压刀具。

背景技术：

滚压法是指在滚压刀具的作用下，外力诱导金属材料表面发生强塑性变形，通过近表层材料的塑性流动激活晶体内部的位错、层错等非平衡缺陷，通过位错增殖、孪生、滑移等晶体学运动将小角大晶界逐渐切割为大角小晶界，实现表面大晶粒被分割细化为超细晶或纳米晶。滚压加工是无切屑加工的一种，它不仅可以达到很高的光洁度，而且可提高被加工零件的机械性能——表面硬度、材料的疲劳性能、材料的耐腐蚀性能等。滚压法的实质是利用高硬度的无刃工具——滚珠或滚轮，使其对被加工表面造成局部高压。由于工具沿被加工表面滚动，形成了表面材料的弹性-塑性变形，使前一工序留于表面的微观凸峰被碾平，并且使材料的表层晶粒变小，最终变成纳米晶。

滚压刀具通过刀柄与铣床等机床的主轴连接，带动刀头转动，从而带动刀头上的滚轮在工件表面滚动来实现滚压加工。目前常见的滚压刀具压力调节机构多是弹簧，滚压力难以控制，滚压力过大，零件表面局部应力加大，容易形成破裂、起鳞，反而降低了表面质量；滚压刀具的滚压力太小，不能使待加工表面的波峰压下去，达不到理想的粗糙度。

技术实现要素：

为克服现有滚压刀具存在滚压力无法控制的不足，本实用新型提供一种可实时检测滚压力、加工表面的质量较好的刚性测力平面滚压刀具。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种刚性测力平面滚压刀具，包括刀柄和刀头，所述刀头包括刀柄连接块、用于检测被加工表面滚压力的力传感器、传感器固定座和滚轮组件，所述传感器固定座位于所述刀柄的下方并通过刀柄连接块与刀柄的下端固定连接，所述滚轮组件包括滚轮安装座、两个滚轮和滚轮安装轴，所述滚轮安装座为T型，所述滚轮安装座的下端横向设有所述滚轮安装轴，两个滚轮可转动地安装在所述滚轮安装轴的左右两端并对称布置；

所述滚轮安装座位于所述传感器固定座的下方，所述传感器固定座的底面中部开有传感器安装槽，所述力传感器安装在所述传感器安装槽内并向下伸出，所述滚轮安装座与所述力传感器之间设有间隙，所述滚轮安装座通过上下移动组件可上下移动的安装在传感器固定座上；

所述力传感器与机床控制装置的显示仪表连接。

进一步，所述传感器固定座的左右两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述滚轮安装座的左右两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述滚轮安装座的第一通孔与所述传感器固定座的第一通孔上下正对，所述滚轮安装座的第二通孔与所述传感器固定座的第二通孔上下正对；

所述上下移动组件包括等高套筒和定位螺栓，所述等高套筒设置有两个，分别为第一等高套筒和第二等高套筒，所述定位螺栓设置有两个，分别为第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述第一等高套筒的上端安装在所述传感器固定座的第一通孔内，所述滚轮安装座的第一通孔可上下移动的安装在所述第一等高套筒的下端上，所述第一定位螺栓自下而上穿过第一等高套筒固定在刀柄连接块上，所述第一定位螺栓的螺栓头顶在所述第一等高套筒的下端面上，所述第二等高套筒的上端安装在所述传感器固定座的第二通孔内，所述滚轮安装座的第二通孔可上下移动的安装在所述第二等高套筒的下端上，所述第二定位螺栓自下而上穿过第二等高套筒固定在刀柄连接块上，所述第二定位螺栓的螺栓头顶在所述第二等高套筒的下端面上。

再进一步，所述传感器安装座、刀柄连接块、刀柄均分别沿其轴线设有中心孔，所述传感器安装槽与所述传感器安装座的中心孔连通，所述传感器安装座的中心孔与刀柄连接块的中心孔连通，所述刀柄连接块的中心孔与所述刀柄的中心孔连通，所述刀柄的中心孔与刀柄上安装机床主轴的轴孔连通。

更进一步，两个滚轮分别通过轴承可转动地安装在滚轮安装轴的左右两端，所述轴承与滚轮安装座的下端之间还设有用于轴承定位的定位套筒，所述滚轮安装轴的左端设有挡块，所述滚轮安装轴的右端依次穿过左端的轴承、左端的定位套筒、滚轮安装座、右端的定位套筒、右端的轴承与锁紧螺母连接。

本实用新型的有益效果：能够实时准确地检测加工表面的滚压力，且适应较不平整的加工表面。

附图说明

图1是一种刚性测力平面滚压刀具的剖视图。

图2是图1的侧剖图。

图3是滚轮的放大图。

图4是刀柄的主视图，其中左部剖面。

图5是图4的右视图。

图6是图4的俯视图。

图7是刀柄连接块的剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

参照图1～图7，一种刚性测力平面滚压刀具，包括刀柄1和刀头，所述刀头包括刀柄连接块3、用于检测被加工表面滚压力的力传感器4、传感器固定座6和滚轮组件，所述传感器固定座6位于所述刀柄1的下方并通过刀柄连接块3与刀柄1的下端固定连接，所述滚轮组件包括滚轮安装座7、两个滚轮8和滚轮安装轴10，所述滚轮安装座7为T型，所述滚轮安装座7的下端横向设有所述滚轮安装轴10，两个滚轮8可转动地安装在所述滚轮安装轴10的左右两端并对称布置；

所述滚轮安装座7位于所述传感器固定座6的下方，所述传感器固定座6的底面中部开有传感器安装槽，所述力传感器4安装在所述传感器安装槽内并向下伸出，所述滚轮安装座7与所述力传感器4之间设有间隙，所述滚轮安装座7通过上下移动组件可上下移动的安装在传感器固定座6上；

所述力传感器4与机床控制装置的显示仪表连接。

进一步，所述传感器固定座6的左右两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述滚轮安装座7的左右两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述滚轮安装座7的第一通孔与所述传感器固定座6的第一通孔上下正对，所述滚轮安装座7的第二通孔与所述传感器固定座6的第二通孔上下正对；

所述上下移动组件包括等高套筒13和定位螺栓，所述等高套筒13设置有两个，分别为第一等高套筒和第二等高套筒，所述定位螺栓设置有两个，分别为第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述第一等高套筒的上端安装在所述传感器固定座6的第一通孔内，所述滚轮安装座的第一通孔可上下移动的安装在所述第一等高套筒的下端上，所述第一定位螺栓自下而上穿过第一等高套筒固定在刀柄连接块3上，所述第一定位螺栓的螺栓头顶在所述第一等高套筒的下端面上，所述第二等高套筒的上端安装在所述传感器固定座6的第二通孔内，所述滚轮安装座的第二通孔可上下移动的安装在所述第二等高套筒的下端上，所述第二定位螺栓自下而上穿过第二等高套筒固定在刀柄连接块3上，所述第二定位螺栓的螺栓头顶在所述第二等高套筒的下端面上。

再进一步，所述传感器安装座6、刀柄连接块3、刀柄1均分别沿其轴线设有中心孔，所述传感器安装槽与所述传感器安装座6的中心孔连通，所述传感器安装座6的中心孔与刀柄连接块3的中心孔连通，所述刀柄连接块3的中心孔与所述刀柄1的中心孔连通，所述刀柄1的中心孔与刀柄上安装机床主轴的轴孔连通。

更进一步，两个滚轮8分别通过轴承9可转动地安装在滚轮安装轴10的左右两端，所述轴承9与滚轮安装座7的下端之间还设有用于轴承定位的定位套筒11，所述滚轮安装轴10的左端设有挡块，所述滚轮安装轴10的右端依次穿过左端的轴承、左端的定位套筒、滚轮安装座、右端的定位套筒、右端的轴承与锁紧螺母12连接。

如图1、图4、图5和图6所示，刀柄1成锥体形状，上端中心开有轴孔，能够被铣床等设备的主轴所装夹，刀柄连接块3的上部形状和刀柄1相契合。刀柄1的底部设有导向圆柱，保证刀柄1和刀柄连接块3的同轴度以及便于各螺纹孔定位；刀柄1的底部还有矩形块，用来传递力矩和转速；刀柄1的轴孔下面开有中心孔，将力传感器4的线从这个中心孔连下去。安装的时候只要把刀柄1和刀柄连接块3相应的凸台与台阶对齐合上就行了。刀柄1和刀柄连接块3通过正立的内六角螺栓2连接，刀柄连接块3上部开有4个螺纹孔用来和刀柄1连接。刀柄连接块3下部也有四个螺纹孔，其中两个螺纹孔用来连接传感器固定座6，另外两个螺纹孔用来连接滚轮安装座7，通过定位螺栓将力矩和转速传递到滚轮8上。

如图1和图2所示，刀柄连接块3下表面和传感器固定座6上表面贴牢，用两个倒立的内六角螺栓5将刀柄连接块3和传感器固定座6连接起来。传感器固定座6在传感器安装槽的上方设有中心孔，刀柄1的中心孔、刀柄连接块3的中心孔、传感器固定座6的中心孔要对齐，这样力传感器4的数据线就能从这些孔连出去了，机床主轴有电刷，就可以实现力传感器4在滚压刀具工作时仍然传送数据。力传感器4安装在传感器固定座6内，当滚压刀具没有与被加工的工件表面接触时力传感器4的下端与滚轮安装座7也并无接触，当滚压刀具与加工表面接触时，力传感器4的下端与滚轮安装座7有接触并且力传感器所受的力大小就是滚压刀具作用被加工的工件表面的滚压力的大小。

等高套筒13插入传感器固定座6和滚轮安装座7的相对应的通孔中，使传感器固定座6和滚轮安装座7对齐，然后用定位螺栓即内六角螺栓14从等高套筒13穿过与刀柄连接块3的螺纹孔连接，将螺栓头一直拧到等高套筒上，使滚轮安装座7不会脱离刀头。因为等高套筒13的存在使得滚轮安装座7在Z方向有一个可自由移动的行程，这样滚轮在滚压时就可以将滚压力传到力传感器4上了。

滚轮安装座7在刀具的最下方，滚轮安装座7和传感器固定座6在对称的两侧穿有等高套筒13；等高套筒13是一种空心套筒，倒立的内六角螺栓14穿过等高套筒13的中心孔，把滚轮安装座7连接到刀柄连接块3上。等高套筒13的作用是保证滚轮安装座7和传感器固定座6之间留有一定的距离并且又能保证滚轮安装座7只在一定的行程内移动。

如图3所示，滚轮安装座7下部横向有一通孔，该通孔与滚轮安装轴10过盈配合。将特殊形状的滚轮8和轴承9过盈配合的套在一起，然后将轴承9穿入滚轮安装轴10，然后将定位套筒11套在滚轮安装轴10上，将轴承9固定；然后将滚轮安装轴10插入滚轮安装座7的通孔，使定位套筒11右边靠着滚轮安装座7，滚轮安装轴10会从通孔中穿出，然后将另一个定位套筒11套在滚轮安装轴10上靠到滚轮安装座7上，然后依次穿入滚轮8、锁紧螺母12；两个定位套筒11要保证两个滚轮8的对称性。

本实用新型的工作过程为：力传感器4在自由状态下没有和滚轮安装座7接触，当滚轮8下压被加工的工件表面时，被加工的工件表面给滚轮7一个向上的力，滚轮安装座7沿着等高套筒13向上运动，直至与力传感器4接触并受力；在这个过程中，等高套筒起导向作用；力传感器4通过信号连接线将滚压力信号输出到机床控制装置的显示仪表上，这样刀头滚压被加工的工件表面的滚压力值都显示在了显示仪表上，每个滚压力值下，被加工的工件表面的加工效果不同，通过调节刀具在被加工的工件表面的进给行程，可以获得不同的滚压力值，不同的加工效果，便于对比实验以及对加工工艺进行改进。