爪式柔性超声弧面滚压刀具的制作方法

本发明涉及一种爪式柔性超声弧面滚压刀具。

背景技术：

弧面滚压加工是一种无屑冷加工方式，是连续局部塑性成形技术在表面精加工方面的应用。滚压是金属在外界压力的作用下，表面产生连续局部塑性变形，来改善和提高机械零件的最终表面质量和性能，具有光整和表面强化的双重作用。弧面滚压刀具能在一些存在弧度且需要进行滚压加工的表面进行加工，利用刀头中弹性元件使刀头紧贴被加工表面，从而达到弧面滚压加工的目的。

据调查发现传统滚压主要分为平面类零件加工和圆柱面类零件加工。目前平面类零件滚压加工主要是将滚压刀头装夹在机床的主轴上，通过滚压刀头的旋转运动和工件在加工平面内的进给运动来实现。这种传统滚压刀具对存在弧面的表面进行加工时，由于表面的凹凸不平导致刀头滚珠不能与被加工表面充分接触，会造成被加工表面加工不均匀以及表面光洁度被破坏的现象，并且部分区域会出现滚压轨迹密集的现象，这会导致在该区域出现热变形，所以传统滚压刀具对弧面加工存在极大的局限性。

技术实现要素：

为了解决传统滚压刀具对于弧面等不平整平面的不适合性，本发明提供一种能有效对弧面进行滚压加工的爪式柔性超声弧面滚压刀具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种爪式柔性超声弧面滚压刀具，包括刀头装置、传动装置和驱动装置，所述驱动装置通过传动装置与刀头装置连接，所述驱动装置包括电机和联轴器，所述电机安装在电机箱内，所述电机箱的一侧通过螺栓螺母组件与安装轴连接；

所述传动装置包括连接螺栓、钢板弹簧组件和万向节，所述电机的电机轴通过联轴器与万向节的上端连接，所述万向节的下端与钢板弹簧组件连接；

所述钢板弹簧组件包括两个以上爪结构和中心结构，两个以上的爪结构围绕中心结构一周，所述万向节的下端通过连接螺栓安装在中心结构的中心处，每个爪结构均包括一个钢板、刀头安装架和安装架顶盖，所述钢板为曲线形，所述钢板的一端与中心结构固定连接，所述刀头安装架和安装架顶盖设置在钢板的另一端上，所述刀头安装架上设有用于安装刀头装置的安装槽，所述安装架顶盖扣装在刀头装置上并与安装槽螺纹连接；

所述刀头装置的数目与爪结构的数目相同，每个刀头装置均包括球形滚珠、刀头固定架、安装块、固定螺栓和应变片，所述应变片位于安装块的上方且通过固定螺栓与安装块连接，所述安装块的底部设有球形凹槽，所述球形滚珠通过刀头固定架安装在球形凹槽内，所述应变片与固定螺栓的螺杆组成一个超声振动发生器，所述应变片与超声电源连接。

进一步，所述电机箱包括箱本体和箱顶盖，所述箱顶盖与箱本体螺纹连接，所述箱本体一侧的侧面上设有轴结构，该轴结构通过螺栓螺母组件与安装轴连接。

再进一步，所述刀头固定架与安装块螺纹连接，所述安装块的上端设有环形凸台，所述环形凸台位于安装槽内，并与安装架顶盖螺纹连接。

更进一步，所述爪结构设置有三个，三个爪结构均布在中心结构外一周，所述刀头装置也设置三个，分别安装在三个爪结构上。

本发明技术构思为：结合刀头超声振动达成对弧形表面等不平整表面就进行滚压加工的目的。

从传统刀具的不足出发，设计了一种适用于弧面滚压的超声滚压刀具。所述传动装置中的钢板弹簧作为一种弹性元件，起到了缓冲刀头超声振动所产生的刚性冲击，同时可以保证每个刀头都能与弧形表面得到充分的接触。并且钢板弹簧被制成一种多爪结构的模块化装置，可以会根据被加工件表面的情况适量的更换钢板弹簧组件，可以选择三爪，四爪或者更多爪结构的钢板弹簧组件，这样设计可以适应更多的工况。同时刀所述头装置设计成模块化组件，可以更好的更方便的更换刀头。所述模块化的钢板弹簧组件与刀头装置组合可以使整个加工装置适应不同的工况。

整个装置是附加超声振动的弧面滚压装置，是在滚压装置上附加超声振动。超声滚压加工作为特种加工技术的一种，是一种将超声高频振动附加到传统机械加工技术上的复合加工方式，从而达到提高和改善相应的加工效果。

为解决传统刀具对被加工表面的位置有着严格的要求，只能加工被固定在规定位置上才能对其进行加工的问题。本发明进行了重新的设计，所述整个弧面装置可以脱离机床主轴而独自工作，从而实现从空间各个位置都可对弧面进行滚压加工，而不是仅限于机床上。可以对于不同空间位置的各种弧面进行加工。并且不再由机床主轴带动刀具转动，而是由驱动装置中的电机来带动刀头旋转，从而实现正常工作。

本发明的有益效果主要表现在：能对空间中不同位置的工件进行滚压加工；能对表面不平整的一些弧形表面进行滚压加工；能对齿轮表面进行超声滚压加工，使其能获得更高性能和表面形貌更优秀；将部分元件制成模块化元件，可以根据实际加工情况，选择适当的多爪结构钢板弹簧组件，使该刀具能适合多种不同的工况。

附图说明

图1是本发明的刀头装置的剖视图。

图2是本发明的剖视图。

图3是本发明在工件表面加工示意图。

图4是图2的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种爪式柔性超声弧面滚压刀具，包括刀头装置6、传动装置和驱动装置，所述驱动装置通过传动装置与刀头装置6连接，所述驱动装置包括电机14和联轴器12，所述电机14安装在电机箱内，所述电机箱的一侧通过螺栓螺母组件16与安装轴17连接；安装轴17与机械臂连接；

所述传动装置包括连接螺栓7、钢板弹簧组件8和万向节11，所述电机14的电机轴通过联轴器12与万向节11的上端连接，所述万向节11的下端与钢板弹簧组件8连接；钢板弹簧组件8具有弹簧性能的钢板，能产生柔性变形；

所述钢板弹簧组件8包括两个以上爪结构和中心结构，两个以上的爪结构围绕中心结构一周，所述万向节的下端通过连接螺栓安装在中心结构的中心处，每个爪结构均包括一个钢板、刀头安装架9和安装架顶盖10，所述钢板为曲线形，所述钢板的一端与中心结构固定连接，所述刀头安装架9和安装架顶盖10设置在钢板的另一端上，所述刀头安装架9上设有用于安装刀头装置6的安装槽，所述安装架顶盖10扣装在刀头装置6上并与安装槽螺纹连接；

所述刀头装置6的数目与爪结构的数目相同，每个刀头装置均包括球形滚珠1、刀头固定架2、安装块3、固定螺栓4和应变片5，所述应变片5位于安装块3的上方且通过固定螺栓5与安装块3连接，所述安装块3的底部设有球形凹槽，所述球形滚珠1通过刀头固定架2安装在球形凹槽内，所述应变片5与固定螺栓4的螺杆组成一个超声振动发生器，所述应变片5与超声电源连接。

进一步，所述电机箱包括箱本体13和箱顶盖15，所述箱顶盖15与箱本体13螺纹连接，所述箱本体13一侧的侧面上设有轴结构，该轴结构通过螺栓螺母组件16与安装轴17连接。

再进一步，所述刀头固定架2与安装块3螺纹连接，所述安装块3的上端设有环形凸台，所述环形凸台位于安装槽内，并与安装架顶盖10螺纹连接。

更进一步，所述爪结构设置有三个，三个爪结构均布在中心结构外一周，所述刀头装置6也设置三个，分别安装在三个爪结构上。

所述刀头装置6的安装顺序为：将应变片5、安装块3通过固定螺栓4连接在一起，再安装上球形滚珠1以及刀头固定架2。将刀头装置设计成模块化组件，可以更好的更方便的更换刀头。刀头中的应变片与固定螺栓的螺杆组成一个超声振动发生器，可以在滚压加工的同时附加超声振动，实现弧形表面性能的提升。

所述传动装置的安装顺序为：装置中的联轴器12联接电机14的电机轴与万向节11，万向节11连接联轴器12与钢板弹簧组件8，钢板弹簧组件8通过焊接连接万向节11与刀头安装架9。所述传动装置中的钢板弹簧组件8作为一种模块化装置，可以会根据被加工件表面的情况适量的更换，可以选择三爪，四爪或者更多爪结构的钢板弹簧组件8，这样设计可以适应更多的工况。并且钢板弹簧组件作为一种弹性元件，起到了缓冲刀头超声振动所产生的刚性冲击，同时可以保证每个刀头都能与弧形表面得到充分的接触。

所述驱动装置安装顺序为：将电机14装入电机箱的箱本体13中，箱顶盖15通过螺纹与箱本体13连接，箱本体13一侧的轴结构与安装轴17通过螺栓螺母组件16连接，实现整个装置的夹持。通过电机14驱动，脱离机床而独立工作，可以更加方便加工各种不同形状，不同位置的零件。

刀具工作时，电机4的电机轴通过联轴器12与万向节11连接，带动刀头装置旋转，对被加工件进行滚压加工。其中万向节11与钢板弹簧组件8，可以保证球形滚珠可以接触弧面。