CN106583866B - 一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具 - Google Patents

Abstract

一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，包括刀柄和刀头，所述刀柄的上端设有与机床主轴连接的螺纹孔，所述刀头包括刀柄连接块、滚轮组件、柔性导向组件和电极，所述刀柄连接块位于所述刀柄的下方并与刀柄固定连接，所述电极与电极供电装置连接；所述滚轮安装座沿轴线设有中心孔，所述电极可上下移动的位于所述中心孔内，所述电极的上端设有电极套，所述电极套的上端面为45度倾斜角的斜面；所述调整杆的前端面的倾斜角为45度并与电极套的上端面相贴合；同时，所述调整杆的前端面与所述电极套的后端面磁性相吸。本发明提供一种加工工件表面的质量较好、避免机床震动的具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具。

Description

一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具

技术领域

本发明涉及一种平面滚压刀具，尤其是一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具。

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，使其对被加工工件表面造成局部高压。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。滚压刀具一般分为刚性和弹性两种。对于刚性结构的滚压刀具，只适合于滚压粗大的零件，传统的滚压器是无弹性的，加工是刚性的，易使工件表面产生“麻点”、“起皮”等缺陷。刚性滚压时，工艺系统刚性差将造成滚压力的波动，使表面质量不均匀。当滚轮的滚压力和滚压件的材料很均勾时，才能获得良好的滚压效果。因此，在表面质量要求高的滚压加工时，选用柔性滚压工具，柔性滚压工具在滚压过程中能起到缓冲的作用，能够使滚轮保持相同的滚压量，试件表面变形量一致，故可获得均匀光整的滚压表面，但其缺点是具有较低的修正形状误差。由于结构中安装了弹性元件，因此可以避免机床震动、材料不均造成的滚压力的巨大波动，在一定程度上，也可以适当减轻滚压工具在加工过程中受到的冲击。

电火花沉积是直接利用电能的高密度能量对金属的表面进行沉积处理的工艺。它是直接利用火花放电的能量，将电极材料转移至工作表面，构成沉积层的沉积方法。电极材料与工件材料产生冶金结合形成沉积层。由于形成含电极材料的合金化的表面沉积层，使工件表面的物理性能、化学性能和力学性能得到改善，而其心部的组织和力学性能不发生变化。但传统的电火花沉积的沉积层厚度小、沉积时间长、表面粗糙度低，所以有很多缺陷。而当材料表面进行滚压加工后，表面的粗晶细化成纳米晶，纳米晶体中存在大量的晶界、三叉晶界和非平衡缺陷，可以作为原子扩散的通道。纳米晶体中原子较常规粗晶具有更大的活性，大量晶界上的原子可动性很大，原子容易脱离晶格束缚，更易扩散。研究表明原子在纳米晶中扩散较常规粗晶容易，主要表现在扩散系数提高，扩散激活能降低。

发明内容

为克服现有滚压刀具存在机床震动的不足，本发明提供一种加工工件表面的质量较好、避免机床震动的具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，包括刀柄和刀头，所述刀柄的上端设有与机床主轴连接的螺纹孔，所述刀头包括刀柄连接块、滚轮组件、柔性导向组件和电极，所述刀柄连接块位于所述刀柄的下方并与刀柄固定连接，所述电极与电极供电装置连接；

所述滚轮组件包括滚轮安装座和两个滚轮，所述滚轮安装座为T型，所述滚轮安装座的下端左右两侧分别设有滚轮安装轴，两个滚轮可转动地安装在所述滚轮安装座的左右两侧并对称布置；所述滚轮安装座沿轴线设有中心孔，所述电极可上下移动的位于所述中心孔内，所述电极的上端设有电极套，所述电极套的上端面为45度倾斜角的斜面；所述滚轮安装座的顶面沿着前后方向设有导向槽，调整杆安装在所述导向槽内，所述调整杆的后端面上设有槽孔，调整螺丝的前端设有凸台，所述调整螺丝自后至前穿过导向槽的后壁并可旋转地安装在导向槽上，所述调整螺丝上的凸台卡接在所述调整杆的槽孔内，所述调整杆的前端面的倾斜角为45度并与电极套的上端面相贴合；同时，所述调整杆的前端面与所述电极套的上端面磁性相吸；

所述滚轮安装座位于所述刀柄连接块的下方，所述滚轮安装座与所述刀柄连接块之间设有间隙，所述滚轮安装座通过上下移动组件可上下移动的安装在刀柄连接块上；

所述柔性导向组件包括导向柱、弹簧和滚珠套，所述滚轮安装座的上端开有滚珠套安装槽，所述滚珠套位于所述滚珠套安装槽内，所述导向柱的上端与所述刀柄连接块过盈配合，所述导向柱的下端穿过弹簧伸入到滚珠套内，所述弹簧的上端顶触在刀柄连接块上，所述弹簧的下端顶触在滚轮安装座上。

进一步，所述滚轮安装座上设有通孔，所述上下移动组件包括等高套筒和定位螺栓，所述等高套筒的上端顶触在所述刀柄连接块上，所述滚轮安装座的通孔可上下移动的安装在所述等高套筒的下端上，所述定位螺栓自下而上穿过等高套筒固定在刀柄连接块上，所述定位螺栓的螺栓头顶在所述等高套筒的下端面上。

再进一步，两个滚轮分别通过轴承可转动地安装在滚轮安装轴上，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右两端分别通过锁紧螺母锁紧。

本发明的有益效果：能够可以避免机床震动、材料不均造成的滚压力的巨大波动，在一定程度上，也可以适当减轻滚压工具在加工过程中受到的冲击；并且还能实现滚压加工和电火花沉积协同加工。

附图说明

图1是一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具的剖视图。

图2是图1的侧剖图。

图3是图1中滚轮的放大图。

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是滚轮安装座的剖视图。

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参照图1～图8，一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，包括刀柄1和刀头，所述刀柄1的上端设有与机床主轴连接的螺纹孔，所述刀头包括刀柄连接块3、滚轮组件、柔性导向组件和电极16，所述刀柄连接块3位于所述刀柄1的下方并与刀柄1固定连接，所述电极16与电极供电装置连接；

所述滚轮组件包括滚轮安装座15和两个滚轮13，所述滚轮安装座为T型，所述滚轮安装座15的下端左右两侧分别设有滚轮安装轴，两个滚轮13可转动地安装在所述滚轮安装座15的左右两侧并对称布置；所述滚轮安装座15沿轴线设有中心孔，所述电极16可上下移动的位于所述中心孔内，所述电极16的上端设有电极套17，所述电极套17的上端面为45度倾斜角的斜面；所述滚轮安装座15的顶面沿着前后方向设有导向槽，调整杆9安装在所述导向槽内，所述调整杆9的后端面上设有槽孔，调整螺丝10的前端设有凸台，所述调整螺丝10自后至前穿过导向槽的后壁并可旋转地安装在导向槽上，所述调整螺丝10上的凸台卡接在所述调整杆9的槽孔内，所述调整杆9的前端面的倾斜角为45度并与电极套17的上端面相贴合；同时，所述调整杆9的前端面与所述电极套17的上端面磁性相吸；

所述滚轮安装座15位于所述刀柄连接块3的下方，所述滚轮安装座15与所述刀柄连接块3之间设有间隙，所述滚轮安装座15通过上下移动组件可上下移动的安装在刀柄连接块上；

所述柔性导向组件包括导向柱4、弹簧5和滚珠套6，所述滚轮安装座15的上端开有滚珠套安装槽，所述滚珠套6位于所述滚珠套安装槽内，所述导向柱4的上端与所述刀柄连接块3过盈配合，所述导向柱4的下端穿过弹簧5伸入到滚珠套6内，所述弹簧5的上端顶触在刀柄连接块3上，所述弹簧5的下端顶触在滚轮安装座15上。

进一步，所述滚轮安装座15上设有通孔，所述上下移动组件包括等高套筒8和定位螺栓7，所述等高套筒8的上端顶触在所述刀柄连接块3上，所述滚轮安装座15的通孔可上下移动的安装在所述等高套筒8的下端上，所述定位螺栓7自下而上穿过等高套筒8固定在刀柄连接块3上，所述定位螺栓7的螺栓头顶在所述等高套筒8的下端面上。

再进一步，两个滚轮13分别通过轴承12可转动地安装在滚轮安装轴上，所述轴承12与滚轮安装座15的下端之间还设有用于轴承定位的定位套筒14，所述滚轮安装轴的左右两端分别通过锁紧螺母11锁紧。

如图1、图4、图5和图6，刀柄1成锥体形状，上端中心开有螺纹孔，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；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。

如图2、图7和图8所示，调整螺丝10安在滚轮安装座15上端的导向槽的螺纹孔上，然后将调整杆9顺着滚轮安装座15上端的导向槽放进去，使得调整螺丝10前端的凸台放入调整杆9的后端的槽孔内，可以使得调整杆9随着调整螺丝10旋转角度而有线性的位移。调整螺丝10向前旋转一定角度，调整杆9就会向前前进一定距离，反之亦然。电极16、电极套17用特殊的方法连为一体，然后将电极套17朝上从滚轮安装座15中间的通孔从下穿入，电极套17和调整杆9有磁性可以相吸，所以让电极套17和调整杆9相吸为止。当向前旋转调整螺丝10时，调整杆9就会向前前进一定距离，电极套17会带动电极16向下移动同样的距离，当向后旋转调整螺丝10时，调整杆9就会向后移动一定距离，因为磁力相吸，电极套17会带动电极16向上移动同样的距离。因为电火花沉积时候电极会损耗，所以需要调整电极的位置，以求最佳的沉积效果。

如图3所示，滚轮安装座15下端左右两侧分别设有滚轮安装轴，滚轮安装座15在靠近滚轮安装轴的一侧设有小的凸台，先将定位套筒14穿入滚轮安装轴靠到凸台上，将特殊形状的滚轮13和轴承12过盈配合的套在一起，然后将轴承12穿入滚轮安装轴，靠到定位套筒14上。最后将锁紧螺母11拧上，两个定位套筒14要保证两个滚轮13的对称性。

如图1和图2所示，刀柄连接块3下端有三个圆孔，将三根导向柱4的上端插入三个圆孔，由于导向柱4和圆孔是过盈配合，所以需要一定的方法插入，将三根导向柱4的上端完全插入。滚轮安装座15上对应于刀柄连接块3下端的三个孔也设有三个滚珠套安装槽，将三个滚珠套6插入三个滚珠套安装槽中，然后将三个导向柱4的下端相对应的插入滚珠套6中，然后将等高套筒8插入滚轮安装座15的通孔中，一直顶到刀柄连接块3底面上，然后将内六角螺栓5从等高套筒8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8上，使滚轮安装座15不会脱离刀具。因为定位螺栓7即内六角螺栓的存在使得滚轮安装座15在Z轴上有一个下限，在滚轮安装座15上表面和刀柄连接块3的下表面有一定的间隙，中间由三个弹簧5隔开，这样滚轮安装座15在Z轴的位移大小由滚压力和弹簧刚度共同决定。

本发明的工作过程为：刀柄1和铣床主轴连接，铣床主轴将转速传递到刀柄1上，刀柄1通过内六角螺栓2将转速传到刀柄连接块3上，刀柄连接块3通过导向柱4将转速传到滚轮安装座上，然后滚轮安装座通过滚轮安装轴11将转速传递到滚轮14上。

当滚压开始的时候将电极16通电，电火花沉积是直接利用电能的高密度能量对金属的表面进行沉积处理的工艺。它把电极材料作为工作电极，使之与被沉积的金属工件(阴极)之间产生火花放电，直接利用火花放电的能量，将电极材料转移至工作表面，构成沉积层的沉积方法。电极材料与工件材料产生冶金结合形成沉积层。由于形成含电极材料的合金化的表面沉积层，使工件表面的物理性能、化学性能和力学性能得到改善，而其心部的组织和力学性能不发生变化。边滚压边电沉积能使表面沉积层厚度加深，结合层形成速度加快。

通过旋转调整螺丝10来调节调整杆9，调整杆9和电极套17是45度接触，当调整杆9向前移动时，就会给电极套17一个45度的力，电极套17下半部分在孔里，无法被推向前面，所以向下的分力就会将电极套17向下推。当调整杆9向后移动时，因为调整杆9和电极套17有磁性相吸，就会给电极套17一个45度的力，电极套17下半部分在孔里，无法被拉向后面，所以向上的分力就会将电极套17向上拉。

Claims (3)

1.一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，包括刀柄和刀头，所述刀柄的上端设有与机床主轴连接的螺纹孔，其特征在于：所述刀头包括刀柄连接块、滚轮组件、柔性导向组件和电极，所述刀柄连接块位于所述刀柄的下方并与刀柄固定连接，所述电极与电极供电装置连接；

所述滚轮组件包括滚轮安装座和两个滚轮，所述滚轮安装座为T型，所述滚轮安装座的下端左右两侧分别设有滚轮安装轴，两个滚轮可转动地安装在所述滚轮安装座的左右两侧并对称布置；所述滚轮安装座沿轴线设有中心孔，所述电极可上下移动的位于所述中心孔内，所述电极的上端设有电极套，所述电极套的上端面为45度倾斜角的斜面；所述滚轮安装座的顶面沿着前后方向设有导向槽，调整杆安装在所述导向槽内，所述调整杆的后端面上设有槽孔，调整螺丝的前端设有凸台，所述调整螺丝自后至前穿过导向槽的后壁并可旋转地安装在导向槽上，所述调整螺丝上的凸台卡接在所述调整杆的槽孔内，所述调整杆的前端面的倾斜角为45度并与电极套的上端面相贴合；同时，所述调整杆的前端面与所述电极套的上端面磁性相吸；

所述滚轮安装座位于所述刀柄连接块的下方，所述滚轮安装座与所述刀柄连接块之间设有间隙，所述滚轮安装座通过上下移动组件可上下移动的安装在刀柄连接块上；

所述柔性导向组件包括导向柱、弹簧和滚珠套，所述滚轮安装座的上端开有滚珠套安装槽，所述滚珠套位于所述滚珠套安装槽内，所述导向柱的上端与所述刀柄连接块过盈配合，所述导向柱的下端穿过弹簧伸入到滚珠套内，所述弹簧的上端顶触在刀柄连接块上，所述弹簧的下端顶触在滚轮安装座上。

2.如权利要求1所述的一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，其特征在于：所述滚轮安装座上设有通孔，所述上下移动组件包括等高套筒和定位螺栓，所述等高套筒的上端顶触在所述刀柄连接块上，所述滚轮安装座的通孔可上下移动的安装在所述等高套筒的下端上，所述定位螺栓自下而上穿过等高套筒固定在刀柄连接块上，所述定位螺栓的螺栓头顶在所述等高套筒的下端面上。

3.如权利要求1或2所述的一种具有电火花沉积功能的柔性平面滚压刀具，其特征在于：两个滚轮分别通过轴承可转动地安装在滚轮安装轴上，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右两端分别通过锁紧螺母锁紧。