申请/专利权人：河南理工大学

申请日：2019-01-29

公开（公告）日：2024-02-13

公开（公告）号：CN109731761B

主分类号：B06B1/06

分类号：B06B1/06;B06B3/00;B23P9/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.13#授权;2019.06.04#实质审查的生效;2019.05.10#公开

摘要：本发明公开了一种齿轮齿根超声挤压强化专用装置，它包括超声刀柄、换能器、变幅杆、刀柄压盖、锁紧螺母、支撑座套筒、滚珠保持架、硬质合金垫片、滚压球和滚珠压盖等。所述锁紧螺母、支撑座套筒、滚珠保持架、硬质合金垫片和滚珠压盖组成滚珠限位系统。所述变幅杆输出端外圆设有外螺纹，与所述滚珠限位系统中的锁紧螺母及支撑座套筒进行螺纹连接，所述变幅杆输出端面设有硬质合金垫片。所述换能器经导线与超声电源连接后，将超声高频机械振动传递至变幅杆，硬质合金垫片将变幅杆的超声振动传递至滚压球，滚压球在限位系统中发生高频振动以达到超声振动滚压工件的目的。

主权项：1.一种齿轮齿根超声挤压强化专用装置，包括超声刀柄、换能器、变幅杆、刀柄压盖，所述换能器和变幅杆的大端位于所述超声刀柄的内腔中，所述变幅杆的法兰盘通过所述刀柄压盖固定在所述超声刀柄上，所述变幅杆的小端贯穿所述刀柄压盖的中心孔而出，其特征是：所述变幅杆的小端外部设置有螺纹段，该螺纹段上设置有锁紧螺母和支撑套筒，所述支撑套筒的外端设置有保持架和滚压球压盖，所述保持架和滚压球压盖均设置有中心贯通孔，并且该中心贯通孔的直径小于滚压球的直径，所述滚压球通过所述保持架和滚压球压盖限位，所述滚压球与所述变幅杆的小端外端部之间设置有硬质合金垫片；所述换能器经导线与超声电源连接，将超声高频机械振动传递至所述变幅杆，所述硬质合金垫片将所述变幅杆的超声振动传递至所述滚压球，所述滚压球在限位中发生高频振动而达到超声振动滚压工件；所述硬质合金垫片的一端与所述变幅杆相连，另一端设计为圆弧形状并与所述滚压球相接触，所述滚压球压盖与所述支撑套筒进行螺纹连接并压紧所述滚压球，根据不同工况条件施加不同大小的预紧力；所述支撑套筒在所述变幅杆上旋合一定长度后，由所述锁紧螺母反向旋合对所述支撑套筒进行预紧固定，从而固定整个限位系统。

全文数据：齿轮齿根超声挤压强化专用装置技术领域：本发明涉及一种齿轮齿根强化设备，特别是涉及一种齿轮齿根超声挤压强化专用装置。背景技术：滚压加工是通过在工件表面施加一定的压力使工件表面材料产生弹塑性变形,进而形成塑形流动,将工件材料微观轮廓中的凸起填补至凹坑中,并进行强化处理，从而提高表面质量。但普通滚压加工方法容易在工件表层形成加工硬化层,与内部基体材料有明显分层现象,易造成表层脱落，不能充分发挥滚压加工的优点。相较于普通滚压,超声滚压具有更深的作用范围,且材料的弹性模量、硬度等变化更为均匀,有利于减小滚压分层现象。超声滚压工艺是一项复合超声冲击强化和滚压于一体的表面强化工艺,其优点是既能得到足够的压力层深度,又能得到较低的表面粗糙度值。当下将超声振动施加至滚压头上比较困难，且稳定性不高。其原因是滚压头需要一固定装置，但该装置设计不合理时能量损失较大，不利于超声滚压加工。因此采用合适的限位装置对滚压头进行定位并且具有较好的振动传递效率已成为超声滚压技术进一步发展中急需解决的重要问题。发明内容：本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、定位精度高、振动效果好且便于更换滚压球的齿轮齿根超声挤压强化专用装置。本发明的技术方案是：一种齿轮齿根超声挤压强化专用装置，包括超声刀柄、换能器、变幅杆、刀柄压盖，所述换能器和变幅杆的大端位于所述超声刀柄的内腔中，所述变幅杆的法兰盘通过所述刀柄压盖固定在所述超声刀柄上，所述变幅杆的小端贯穿所述刀柄压盖的中心孔而出，所述变幅杆的小端外部设置有螺纹段，该螺纹段上设置有锁紧螺母和支撑套筒，所述支撑套筒的外端设置有保持架和滚压球压盖，所述保持架和滚压球压盖均设置有中心贯通孔，并且该中心贯通孔的直径小于滚压球的直径，所述滚压球通过所述保持架和滚压球压盖限位，所述滚压球与所述变幅杆的小端外端部之间设置有硬质合金垫片；所述换能器经导线与超声电源连接，将超声高频机械振动传递至所述变幅杆，所述硬质合金垫片将所述变幅杆的超声振动传递至所述滚压球，所述滚压球在限位中发生高频振动而达到超声振动滚压工件。所述超声刀柄的形式是BT型、HSK型、ISO型或SK型多种形式，所述超声刀柄的外壳开设两个导线孔，使所述换能器与外部的超声电源连接，接收到外部超声激励。所述超声刀柄的内腔设有台阶以放置所述法兰盘；内腔的端口处设有螺纹，所述超声刀柄与所述刀柄压盖进行螺纹连接进而压紧所述法兰盘，使所述变幅杆与所述超声刀柄相连；所述台阶处设有销钉孔并放置销钉，使所述超声刀柄与所述变幅杆装配时起限位作用。所述换能器由预应力螺栓、反射端、压电陶瓷堆和铜电极片组成，所述变幅杆作为所述换能器的前盖板进行设计，即将所述换能器与所述变幅杆进行一体式设计，两者也可分别设计。所述压电陶瓷堆可由两片或四片晶片组成，所述变幅杆形状可采用直型、锥型或阶梯型多种形式；所述变幅杆节点位置设有法兰盘，所述法兰盘上设有定位孔。所述硬质合金垫片的一端与所述变幅杆相连，另一端设计为圆弧形状并与所述滚压球相接触，所述滚珠压盖与所述支撑座套筒进行螺纹连接并压紧所述滚压球，根据不同工况条件施加不同大小的预紧力。所述支撑座套筒在所述变幅杆上旋合一定长度后，由所述锁紧螺母反向旋合对所述支撑座套筒进行预紧固定，从而固定整个限位系统。本发明的有益效果是：1、本发明能够保证滚压球具有较好的定位精度，采用硬质合金垫片作为变幅杆与滚压球的振动传递介质使滚压球具有良好的振动效果，本发明解决了传统方法下滚压头定位精度低，振动效果差的问题。2、本发明解决了传统方法下滚压球发生磨损时不易更换的问题，依靠滚压球保持架及滚压球压盖对滚压球进行固定，仅需装卸滚压球压盖即可更换滚压球，操作方便。3、本发明采用螺纹连接刀柄和变幅杆，由压盖将法兰盘压紧至刀柄中，易于操作，便于变幅系统的更换，并且有利于减小刀柄振动。4、本发明变幅杆与换能器进行一体式设计减小了振动系统的整体尺寸，满足小尺寸刀柄加工时的需求，通用性得到提高。振动系统设计完成后，不受刀柄形式限制，针对不同形式的机床可更换相应类型的刀柄，扩大了超声滚压加工的应用范围，易于推广实施，具有良好的经济效益。附图说明：图1是刀柄为BT形式，变幅杆为阶梯形的超声滚压装置结构剖视图；图2为图1中滚压球限位系统的局部放大图；图3为图1的外观结构示意图；图4为圆锥过渡复合变幅杆装配至HSK形刀柄的剖视图。具体实施方式：实施例：参见图1-图4，图中，1-超声刀柄，2-导线孔，3-换能器，4-变幅杆，5-定位销，6-法兰盘，7-刀柄压盖，8-锁紧螺母，9-支撑座套筒，10-滚压球压盖，11-硬质合金垫片，12-保持架，13-滚压球，14-预应力螺栓，15-反射端，16-压电陶瓷堆，17-铜电极片。用于齿轮齿根超声挤压强化的专用装置，包括超声刀柄1、换能器3、变幅杆4、刀柄压盖7、锁紧螺母8、支撑座套筒9、滚珠保持架12、硬质合金垫片11、滚珠球13和滚珠压盖10等。锁紧螺母8、支撑座套筒9、滚珠保持架12、硬质合金垫片11和滚珠压盖10组成滚珠限位系统。变幅杆输出端4设有外螺纹，与滚珠限位系统中的锁紧螺母8及支撑座套筒9进行螺纹连接，变幅杆4输出端设有硬质合金垫片11。所述换能器3经导线与超声电源连接后，将超声高频机械振动传递至变幅杆4，硬质合金垫片11将变幅杆4的超声振动传递至滚珠球13，滚珠球13在限位系统中发生高频振动以达到超声振动滚压工件的目的。超声刀柄1的形式可以是BT型、HSK型、ISO型、SK型等多种形式，刀柄1设有内腔以放置换能器3及变幅杆4，刀柄1外壳开设两个导线孔2，以使换能器3可接收到外部超声激励。刀柄1空腔设有台阶以放置法兰盘6。内腔端口处设有螺纹，超声刀柄1与刀柄压盖7进行螺纹连接进而压紧法兰盘6，同时将变幅杆4与刀柄1相连。台阶处设有销钉孔并放置销钉5，在刀柄1与变幅杆4装配时起限位作用。换能器3由预应力螺栓14、反射端15、压电陶瓷堆16、铜电极片17组成，所述变幅杆4可作为换能器3的前盖板进行设计，即将换能器3与变幅杆4进行一体式设计，两者也可分别设计。压电陶瓷堆16可由两片或四片晶片组成，所述变幅杆4形状可采用直型、锥型、阶梯型等多种形式。变幅杆4的节点位置设有法兰盘6，法兰盘6上设有定位孔。硬质合金垫片11一端与变幅杆相连，另一端设计为圆弧形状并与滚珠球13相接触。滚珠保持架12由支撑座套筒9进行定位，滚珠球13两侧分别设有滚珠保持架12及滚珠压盖10，对滚珠球13起限位作用。滚珠压盖10与支撑座套筒9进行螺纹连接并压紧滚珠球13，根据不同工况条件施加不同大小的预紧力。支撑座套筒9和锁紧螺母8均与变幅杆4进行螺纹连接，支撑座套筒9在变幅杆4上旋合一定长度后，由锁紧螺母8反向旋合对支撑座套筒9进行预紧固定，从而固定整个限位系统。工作时，将超声刀柄1装配置主轴中，换能器3接收超声激励后发生高频振动，超声振动依次传递至变幅杆4、硬质合金垫片11、滚压球13，从而达到高频振动滚压工件的目的。另外，变幅杆4与压电陶瓷16接触面、反射端15与压电陶瓷16接触面、预应力螺栓14和反射端15接触面，均需要精密研磨，以使声波有效传递、减小系统温升。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

权利要求：1.一种齿轮齿根超声挤压强化专用装置，包括超声刀柄、换能器、变幅杆、刀柄压盖，所述换能器和变幅杆的大端位于所述超声刀柄的内腔中，所述变幅杆的法兰盘通过所述刀柄压盖固定在所述超声刀柄上，所述变幅杆的小端贯穿所述刀柄压盖的中心孔而出，其特征是：所述变幅杆的小端外部设置有螺纹段，该螺纹段上设置有锁紧螺母和支撑套筒，所述支撑套筒的外端设置有保持架和滚压球压盖，所述保持架和滚压球压盖均设置有中心贯通孔，并且该中心贯通孔的直径小于滚压球的直径，所述滚压球通过所述保持架和滚压球压盖限位，所述滚压球与所述变幅杆的小端外端部之间设置有硬质合金垫片；所述换能器经导线与超声电源连接，将超声高频机械振动传递至所述变幅杆，所述硬质合金垫片将所述变幅杆的超声振动传递至所述滚压球，所述滚压球在限位中发生高频振动而达到超声振动滚压工件。2.根据权利要求1所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述超声刀柄的形式是BT型、HSK型、ISO型或SK型多种形式，所述超声刀柄的外壳开设两个导线孔，使所述换能器与外部的超声电源连接，接收到外部超声激励。3.根据权利要求1所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述超声刀柄的内腔设有台阶以放置所述法兰盘；内腔的端口处设有螺纹，所述超声刀柄与所述刀柄压盖进行螺纹连接进而压紧所述法兰盘，使所述变幅杆与所述超声刀柄相连；所述台阶处设有销钉孔并放置销钉，使所述超声刀柄与所述变幅杆装配时起限位作用。4.根据权利要求1所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述换能器由预应力螺栓、反射端、压电陶瓷堆和铜电极片组成，所述变幅杆作为所述换能器的前盖板进行设计，即将所述换能器与所述变幅杆进行一体式设计，两者也可分别设计。5.根据权利要求4所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述压电陶瓷堆可由两片或四片晶片组成，所述变幅杆形状可采用直型、锥型或阶梯型多种形式；所述变幅杆节点位置设有法兰盘，所述法兰盘上设有定位孔。6.根据权利要求1所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述硬质合金垫片的一端与所述变幅杆相连，另一端设计为圆弧形状并与所述滚压球相接触，所述滚珠压盖与所述支撑座套筒进行螺纹连接并压紧所述滚压球，根据不同工况条件施加不同大小的预紧力。7.根据权利要求1所述的齿轮齿根超声挤压强化专用装置，其特征是：所述支撑座套筒在所述变幅杆上旋合一定长度后，由所述锁紧螺母反向旋合对所述支撑座套筒进行预紧固定，从而固定整个限位系统。

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