一种可调心碾压表面纳米化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可调心碾压表面纳米化装置,该装置利用塑性变形引起晶粒细化的原理诱导金属材料表面纳米化。本装置主要由顶部的变速带轮组、中间传动轴系、碾压头组合以及实现横纵双向进给的工作台和设备整体框架等五大主要部分组成。中间传动轴系实现主轴变频调速电机与碾压头系统的连接，其中球笼式万向节实现碾压头的自动调心。设备两侧的丝杠与主轴电机所在的中横梁中的螺母配合传动，完成中间轴系的上下运动，从而对板材表面施压。工作台有横纵两向的导轨，实现双向进给，工作台上部安装有工件夹具。本发明专利技术的加工效率和设备操作的人性化有很大提高，纳米化效果较好。

【技术实现步骤摘要】
一种可调心碾压表面纳米化装置
本专利技术属于材料表面碾压加工领域，特别涉及一种可调心碾压表面纳米化装置。
技术介绍
目前，已有的金属材料表面纳米化的处理装置主要分为两大类：一类是受传统喷丸技术启发设计的装置，通过金属小球或柱状压头对金属材料表面进行反复撞击；另外一类是内置有金属小球的压头转动，小球在金属表面旋转滚动使得材料表面产生塑性变形。其中，由于受到整体手动加载方式和主轴刚性传动的限制，现有的第二类表面纳米化装置存在有效加工尺寸小，可操作性差以及压头对工件平整度要求较高等问题，很难实现高效工业化生产。
技术实现思路
为解决上述问题，为了克服现有的材料表面纳米化设备操作不便、加工效率低和刚性接触导致碾压头施压不均匀的问题，本专利技术提供一种新型材料表面纳米化设备，该设备不仅能够较有效的改善施压不均问题，而且能方便高效地对平面进行碾压纳米化处理。本专利技术采用如下技术方案：一种可调心碾压表面纳米化装置，包括机架、碾压头、工作台、控制台，所述机架上设有电机组，所述的电机组由控制台控制其开断及正反转，其中电机I通过传动系统控制位于机架两侧的丝杆I转动，所述丝杆I与螺母构成丝杠螺母传动机构，在两个丝杠螺母上安装一个横梁，在横梁上安装有碾压头，通过控制丝杠I的旋转实现碾压头所在的中间横梁的上下运动，同时碾压头在电机II的驱动下进行旋转；在所述机架的底部设置有工作台，且由控制台控制电机III、IV带动工作台横纵向双向进给。优选的是，所述工作台的进给系统包括横向进给系统和纵向进给系统，两个进给系统均包括螺旋传动机构，所述螺旋传动机构中螺母与各自方向的导轨分别固定于下底板和下滑板上，相应电机通过丝杠II传动控制工作台进给。优选的是，所述的丝杠II通过电机自动控制或者通过一个旋转手轮手动控制。优选的是，所述的碾压头中控制碾压头转速的电机II的输出轴与中间主轴之间通过键连接，中间主轴的另一端通过主轴离合与球笼式万向节连接，球笼式万向节与碾压头底部接盘连接，碾压头安装在底部接盘上。优选的是，在装置的横梁和中间主轴之间安装有推力轴承，所述推力轴承的滚子和轴承内圈之间安装有检测碾压头与被加工工件表面接触压力的压力传感器。优选的是，所述的球笼式万向节能实现空间内三维的相对转动，自由度为3。优选的是，所述的电机I通过变速链轮控制横梁上下运动速度。优选的是，所述碾压头的滚珠按阿基米德螺旋线的十字排布。优选的是，所述工作台的上部安装有工件夹具。优选的是，所述可调心碾压表面纳米化装置还包括有照明系统和对工件进行冷却的冷却系统。优选的是，所述工作台的进给系统包括横向进给系统和纵向进给系统中安装有限位开关对两个方向的运动行程限制。上述的电机组包括控制中间横梁的电机I、控制碾压头转速的电机II、控制工作台纵向进给的电机III和控制工作台横向进给的电机IV。本专利技术的工作过程如下：工作台部分分上下两层，横纵方向的螺旋传动机构中螺母与各自方向的进给系统横向导轨、进给系统纵向导轨固定于下底板和下滑板，两丝杠及其传动轴与电机输出轴连接传动，完成工件加工时的双向进给，两丝杠及其传动轴也用过转向齿轮与传动轴由两个方向的进给手轮控制，增加了工件加工时进给的灵活性。两个方向的运动行程由限位开关限制，当下滑板或工作台运动到限定位置时，同时接触触发开关，进给电机反转，下滑板或工作台反向运动，完成工件的来回往复旋转碾压。工作台上安装有工件夹具。工件夹具将待加工板材试样安装在工作台上，控制面板上的调频旋钮将主轴调至低速，并按下主轴下降按钮，将变速链轮延伸支架中的手轮顺时针转动，降低横梁的下降速度至最低。当下降至与碾压头中滚珠与工件表面将近接触时，先暂停下降，然后使用快速地点触下降按钮法来控制，使碾压头急促短暂地下降，直至稳定地碾压在试样上表面。此时，主轴轴系中推力轴承中安装的压力传感器将滚珠与工件表面的压力(kN)显示于控制面板。主轴调速电机带动碾压头转动，顶部接盘中排布滚珠在工件表面以一定的线速度滚动旋转，对金属板材表面进行碾压处理。根据待加工板材的尺寸调整限位开关的位置，设计碾压头在工件表面的行走路径，由控制面板中的“下滑板”、“工作台”按钮分别控制工件横、纵向进给。经实践，如上述步骤对金属材料表面碾压处理一定时间可以在其表面得到纳微米层。本专利技术的有益效果如下：该设备采用机械传动加压方式：顶部电机I通过带轮传动系统带动两侧丝杠I转动，从而通过控制台的升降旋钮开关控制碾压头所在的中间横梁上下运动，该设备通过调整碾压头的升降来控制其与工件表面的直接接触压力，其值可由压力传感器显示。利用丝杠I传动自锁性确保碾压过程中法向压力的恒定。此种施压方式可操作性强，并能实现半自动控制，有效提高加工效率；碾压头所在的中间轴系与横梁装配成一体，而碾压头内部主轴和滚珠内置头之间采用万向节联接，利用其自动调心功能实现设备针对不平整工件加工面的自调节。底部的工作台部分利用横向工作台导轨和纵向下滑板导轨实现了双向进给。横纵向进给分别由控制台面板上“工作台”“下滑板”按钮控制。有效增加了设备的有效碾压处理面积，显著提高了碾压设备的工作效率。另外，新型碾压机增加了冷却系统。本专利技术可以高效地对材料表面进行碾压加工实现纳米化的同时，实现设备的人性化操作，并且在一定程度上降低了设备对工件装夹平整度的要求，得到材料表层一定厚度的无孔隙、无分界，而具有梯度的纳微米层，纳微米化效果好，加工效率高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1(a)-(b)是本专利技术中可调心碾压表面纳米化装置主要部件装配示意图。图2是本专利技术中可调心碾压表面纳米化装置中间轴系的装配示意图。图3是可调心碾压表面纳米化装置的碾压头底部接盘中硬质合金滚珠的分布示意图。图4是本专利技术中球笼万向节的局部放大图。其中，1.进给系统横向导轨，2.限位开关，3.下滑板，4.进给系统纵向导轨，5.进给电机，6.工作台，7.碾压头底部接盘，8.球笼式万向节，9.中间主轴轴系传动主轴，10.横梁，11.主轴电机，12.传动丝杠，13.顶梁，14.主轴升降变速带轮组，15.变速链轮延伸支架，16.立柱，17.冷却系统，18.进给手轮，19.变速电机，20.底板，21.硬质合金滚珠，22.工件。具体实施方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。如图1(a)-(b)所示，本专利技术的金属材料表面纳微米化的新型装置由四台电机(顶部控制中间横梁的变速电机19、控制碾压头转速的主轴电机11、两台控制进给的进给电机5、顶部的主轴升降变速带轮组14、中间主轴传动轴系、碾压头组合以及实现横纵双向进给的工作台和设备整体框架等五大主要部分组成。该设备采用机械传动加压方式：控制中间横梁的变速电机19通过带轮传动系统带动两侧传动丝杠12转动，从而通过控制台的升降旋钮开关控制碾压头所在的中间横梁10上下运动，该设备通过调整碾压头的升降来控制其与工件22表面的直接接触压力，其值可由压力传感器显示。利用传动丝杠12传动自锁性确保碾压过程中法向压力的恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调心碾压表面纳米化装置，其特征在于：包括机架、碾压头、工作台、控制台，所述机架上设有电机组，所述的电机组由控制台控制其开断及正反转，其中电机I通过传动系统控制位于机架两侧的丝杆I转动，所述丝杆I与螺母构成丝杠螺母传动机构，在两个丝杠螺母上安装一个横梁，在横梁上安装有碾压头，通过控制丝杠I的旋转实现碾压头所在的中间横梁的上下运动，同时碾压头在电机II的驱动下进行旋转；在所述机架的底部设置有工作台，且由控制台控制电机III、IV带动工作台横纵向双向进给。

【技术特征摘要】
1.一种可调心碾压表面纳米化装置，其特征在于：包括机架、碾压头、工作台、控制台，所述机架上设有电机组，所述的电机组由控制台控制其开断及正反转，其中电机I通过传动系统控制位于机架两侧的丝杆I转动，所述丝杆I与螺母构成丝杠螺母传动机构，在两个丝杠螺母上安装一个中间横梁，在中间横梁上安装有碾压头，通过控制丝杠I的旋转实现碾压头所在的中间横梁的上下运动，同时碾压头在电机II的驱动下进行旋转；在所述机架的底部设置有工作台，且由控制台控制电机III、IV带动工作台横纵向双向进给；所述的碾压头中控制碾压头转速的电机II的输出轴与中间主轴之间通过键连接，中间主轴的另一端通过主轴离合与球笼式万向节连接，球笼式万向节与碾压头底部接盘连接，碾压头安装在底部接盘上；在所述的中间横梁和中间主轴之间安装有推力轴承，所述推力轴承的滚子和轴承内圈之间安装有检测碾压头与被加工工件表面接触压力的压力传感器；所述的球笼式...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙康宁，王亚萍，蔡奋，李奕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37