一种轨迹可控的表面强化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种轨迹可控的表面强化装置，本装置通过表面强化处理来改善各项机械性能，并进一步提升加工处理的效果，为一种可加工叶片的表面超声滚压加工设备，可与机床配套使用，甚至可以根据叶片的形状实现轨迹可控加工过程。

A trajectory controlled surface hardening device

The invention relates to a controllable trajectory surface strengthening device, the device through the surface treatment to improve the mechanical properties, and further enhance the processing effect of surface ultrasonic machining apparatus for rolling a blade, and supporting the use of machine tools, and even according to the implementation process of blade shape controllable trajectory.

【技术实现步骤摘要】
一种轨迹可控的表面强化装置
本专利技术涉及复杂曲面形状的零部件的表面强化领域，为一种轨迹可控的表面强化装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代工业领域对机械结构和零部件的使用性能和服役寿命提出了更高的要求。不仅要求其具有更高的使用性能、更长的服役寿命，而且要求其能够适应更严苛的服役环境。但是，众所周知，材料的强度、耐热性、耐腐蚀性、耐摩擦磨损等性能是决定机械结构和零部件使用性能和寿命的关键因素。因此，如何提高材料的这些性能已经日趋成为先进制造
的重大研究问题。在大多数情况下，材料的破坏是从表面开始的。例如，表面是疲劳裂纹萌生的重要部位。据统计，由于疲劳而失效的机械结构约占失效结构的90％。此外，腐蚀和磨损也多始于表面。全世界每年生产的钢铁约有10％因表面腐蚀而变为铁锈，30％的机电设备因此而损坏，因磨损造成的能源损失占能耗的1/3，工业发达国家因磨损造成的经济损失高达数百亿美元，我国因磨损而损耗的钢材多达五百万吨。提高材料的表面性能，可以在很大程度上降低这些损耗的发生。与此同时，我国目前正在加速航空发动机涡轮盘等关键部件材料的国产化制造进程，部分高校和企业都在自主开展了大量的相关研究。航空发动机叶片材料要求有较好的机械性能，一般通过表面强化处理改善各项机械性能，加工处理的效果影响着叶片的使用寿命。目前，自主研发出一套可加工航空发动机叶片材料的装置已成为航空发动机国产化进程中亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种解决或部分解决上述问题的轨迹可控的表面强化装置。为达到上述技术方案的效果，本专利技术的技术方案为：一种轨迹可控的表面强化装置，包含以下内容：表面强化装置用于具有加工复杂曲面形状的叶片，为一种超声滚压加工设备，其对加工轨迹可根据叶片的形状以实现精准控制；表面强化装置包含机床底座、超声波发生器、滚压系统、进给系统；滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；机床底座为表面强化装置的底座，以支撑其的放置；超声波发生器，为表面强化装置中的驱动电源及控制部分，用于将平时的市电转换成同超声波换能器相适应的高频电流；工作状态下超声波发生器会产生一个特频信号，特频信号根据需求的不同会产生正弦或脉冲信号，为在一个特定的频率下工作，而特定的频率为超声波换能器的工作频率；超声波发生器作为他激式开关电源，具有的功能为：第一，频率微调，调整频率使超声波发生器始终处于最佳工作状态下，保证其的效率最大，频率调整范围在2％以内；第二，振幅控制，工作过程中超声波换能器的负载随时可能发生变化，超声波发生器要具备自动调整驱动的特性，保证滚压工具头能获得稳定的振幅；第三，系统保护，若表面强化装置的工作环境发生变化，超声波发生器应自行停止工作并报警显示，以防其被损坏；滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；超声波换能器作为表面强化装置中的关键部件，超声波换能器与变幅杆通常结合在一起使用，主要作用是把超声波发生器产生的高频振荡的电信号转换成机械振动，并经过变幅杆将其进行振幅放大和聚能后再传输到滚压工具头，从而实现对被加工工件的超声滚压处理；变幅杆在超声波加工中被称为超声聚能器，机械振动的质点位移或速度通过变幅杆能得到放大，同时在较小的面积上聚集超声能量，起到聚能作用；在超声波换能器与滚压工具头之间连接变幅杆，用于将机械振幅放大到所需的要求，为了使超声能量更有效地从超声波换能器向负载传输，变幅杆还能作为阻抗变换器进行阻抗匹配；进给系统包含叶片夹持及进给系统、高度进给立柱、滚压头夹持系统；在滚压轨迹的控制中，叶片夹持及进给系统负责叶片前后方向的进给，并控制叶片的旋转，使得工件的加工段的中面垂直于滚压工具头，高度进给立柱主要实现滚压工具头在滚压过程中的上下进给，滚压头夹持系统则负责其包含的滚压头的左右运动，两侧的进给运动通过同步控制器来实现同步；表面强化装置在滚压加工过程中，叶片由叶片夹持及进给系统夹持，通过其中包含的伺服电机连接减速器带动丝杠旋转，以实现叶片进给；表面强化装置的夹持端为一个磁盘，其通过设计好的磁性夹具，将叶片夹持及进给系统连接，并且磁盘为一种可旋转结构，在叶片进给过程中，能够根据叶片的形貌，调整其旋转角度，使得叶片的加工面中心与滚压系统中滚压工具头垂直；对叶片的滚压轨迹，机床两侧的安装有高度进给立柱，其为高度可调控的立柱，根据滚压前编入的高度参量，高度参量的值等于立柱的高度，在滚压过程中进行高度调节，高度调节通过伺服电机中的带动丝杠实现，两侧的电机通过的运动控制器以实现同步；叶片夹持及进给系统中，叶片的装夹采用上下左右4块夹块，并装有装夹头，来负责叶片的夹持，叶片夹持及进给系统的末端为一个电磁铁，装夹头使用铁磁性材料，以通过电磁力固定在叶片夹持及进给系统上；装夹头采用与机床三角卡盘类似的原理，分布转动旋钮，使得上下或左右一起转动，从而对叶片进行定位和固定。本专利技术的有益成果为：本专利技术提供了一种轨迹可控的表面强化装置，本装置通过表面强化处理来改善各项机械性能，并进一步提升加工处理的效果，为一种可加工叶片的表面超声滚压加工设备，可与机床配套使用，甚至可以根据叶片的形状实现轨迹可控加工过程。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本专利技术的保护范围之内。具体方法如下：实施例1：本专利技术的轨迹可控的表面强化装置中，涉及了超声滚压装置组件。超声滚压加工是利用超声冲击能量和静载滚压相结合的工作方法，为一种更高效的处理方式。在现有的超声和滚压结合的加工工具头中，一种是把滚压刀具固定在旋转架上，处理轴向和径向的表面，另一种是把施力部件结合滚动的柱体工作头，可处理平面表面。现今，将超声表面滚压方法推广到曲面结构，更加具有重要的经济实用价值和广阔的应用前景。表面强化装置包含机床底座、超声波发生器、滚压系统、进给系统；滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头，进给系统包含叶片夹持及进给系统、高度进给立柱、滚压头夹持系统；超声波发生器，不仅是超声振动系统中的驱动电源及控制部分，还是大功率超声系的重要组成部分。它用于将平时的市电转换成与超声波换能器相适应的高频电流是超声波发生器的主要作用。考虑到转换效率，超声波电源通常会采用开关电源的电路形式。从电路的采用形式上看，超声波放大器往往采用线性放大电路及开关电源电路。开关电源电路的优点在于转换效率高，因此，大功率超声波电源采用此形式。工作状态下发生器会产生一个特频信号，根据需求的不同会产生正弦或脉冲信号，特频信号中特定的频率就是换能器的工作频率。一般情况下，超声设备常用的频率有20KHz、25KHz、28KHz、40KHz、60KHz、100KHz或更大的频率。作为他激式电源的超声波发生器是超声波电源的主要形式。超声波发生器的电源采用开关电源电路，而其中的超声波放大器采用线性放大电路及开关电源电路；由于他激式电源的输出功率相对于自激式电源要大一些，因此目前广泛采用的是他激式电源。在超声滚压实验中，超声波发生器应该具备输出频率稳定、振幅可靠等特性。选择应遵循以下几个标准：(1)频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨迹可控的表面强化装置，其特征在于，包含以下内容：所述表面强化装置用于具有加工复杂曲面形状的叶片，为一种超声滚压加工设备，其对加工轨迹可根据所述叶片的形状以实现精准控制；所述表面强化装置包含机床底座、超声波发生器、滚压系统、进给系统；所述滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；所述机床底座为所述表面强化装置的底座，以支撑其的放置；所述超声波发生器，为所述表面强化装置中的驱动电源及控制部分，用于将平时的市电转换成同所述超声波换能器相适应的高频电流；工作状态下所述超声波发生器会产生一个特频信号，所述特频信号根据需求的不同会产生正弦或脉冲信号，为在一个特定的频率下工作，而所述特定的频率为所述超声波换能器的工作频率；所述超声波发生器作为他激式开关电源，具有的功能为：第一，频率微调，调整频率使所述超声波发生器始终处于最佳工作状态下，保证其的效率最大，频率调整范围在2％以内；第二，振幅控制，工作过程中所述超声波换能器的负载随时可能发生变化，所述超声波发生器要具备自动调整驱动的特性，保证所述滚压工具头能获得稳定的振幅；第三，系统保护，若所述表面强化装置的工作环境发生变化，所述超声波发生器应自行停止工作并报警显示，以防其被损坏；所述滚压系统包含所述超声波换能器、所述变幅杆、所述滚压工具头；所述超声波换能器作为所述表面强化装置中的关键部件，所述超声波换能器与所述变幅杆通常结合在一起使用，主要作用是把所述超声波发生器产生的高频振荡的电信号转换成机械振动，并经过所述变幅杆将其进行振幅放大和聚能后再传输到所述滚压工具头，从而实现对被加工工件的超声滚压处理；所述变幅杆在超声波加工中被称为超声聚能器，机械振动的质点位移或速度通过所述变幅杆能得到放大，同时在较小的面积上聚集超声能量，起到聚能作用；在所述超声波换能器与所述滚压工具头之间连接所述变幅杆，用于将机械振幅放大到所需的要求，为了使超声能量更有效地从所述超声波换能器向负载传输，所述变幅杆还能作为阻抗变换器进行阻抗匹配；所述进给系统包含叶片夹持及进给系统、高度进给立柱、滚压头夹持系统；在滚压轨迹的控制中，所述叶片夹持及进给系统负责叶片前后方向的进给，并控制叶片的旋转，使得工件的加工段的中面垂直于所述滚压工具头，所述高度进给立柱主要实现所述滚压工具头在滚压过程中的上下进给，所述滚压头夹持系统则负责其包含的滚压头的左右运动，两侧的进给运动通过同步控制器来实现同步；所述表面强化装置在滚压加工过程中，叶片由所述叶片夹持及进给系统夹持，通过其中包含的伺服电机连接减速器带动丝杠旋转，以实现叶片进给；所述表面强化装置的夹持端为一个磁盘，其通过设计好的磁性夹具，将所述叶片夹持及进给系统连接，并且所述磁盘为一种可旋转结构，在叶片进给过程中，能够根据叶片的形貌，调整其旋转角度，使得叶片的加工面中心与所述滚压系统中滚压工具头垂直；对叶片的滚压轨迹，机床两侧的安装有所述高度进给立柱，其为高度可调控的立柱，根据滚压前编入的高度参量，所述高度参量的值等于所述立柱的高度，在滚压过程中进行高度调节，高度调节通过所述伺服电机中的带动丝杠实现，两侧的电机通过的运动控制器以实现同步；所述叶片夹持及进给系统中，叶片的装夹采用上下左右4块夹块，并装有装夹头，来负责叶片的夹持，所述叶片夹持及进给系统的末端为一个电磁铁，所述装夹头使用铁磁性材料，以通过电磁力固定在所述叶片夹持及进给系统上；所述装夹头采用与机床三角卡盘类似的原理，分布转动旋钮，使得上下或左右一起转动，从而对所述叶片进行定位和固定。...

【技术特征摘要】
1.一种轨迹可控的表面强化装置，其特征在于，包含以下内容：所述表面强化装置用于具有加工复杂曲面形状的叶片，为一种超声滚压加工设备，其对加工轨迹可根据所述叶片的形状以实现精准控制；所述表面强化装置包含机床底座、超声波发生器、滚压系统、进给系统；所述滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；所述机床底座为所述表面强化装置的底座，以支撑其的放置；所述超声波发生器，为所述表面强化装置中的驱动电源及控制部分，用于将平时的市电转换成同所述超声波换能器相适应的高频电流；工作状态下所述超声波发生器会产生一个特频信号，所述特频信号根据需求的不同会产生正弦或脉冲信号，为在一个特定的频率下工作，而所述特定的频率为所述超声波换能器的工作频率；所述超声波发生器作为他激式开关电源，具有的功能为：第一，频率微调，调整频率使所述超声波发生器始终处于最佳工作状态下，保证其的效率最大，频率调整范围在2％以内；第二，振幅控制，工作过程中所述超声波换能器的负载随时可能发生变化，所述超声波发生器要具备自动调整驱动的特性，保证所述滚压工具头能获得稳定的振幅；第三，系统保护，若所述表面强化装置的工作环境发生变化，所述超声波发生器应自行停止工作并报警显示，以防其被损坏；所述滚压系统包含所述超声波换能器、所述变幅杆、所述滚压工具头；所述超声波换能器作为所述表面强化装置中的关键部件，所述超声波换能器与所述变幅杆通常结合在一起使用，主要作用是把所述超声波发生器产生的高频振荡的电信号转换成机械振动，并经过所述变幅杆将其进行振幅放大和聚能后再传输到所述滚压工具头，从而实现对被加工工件的超声滚压处理；所述变幅杆在超声波加工中被称为超声聚能器，机械振动的质点位移或速度通过所述变幅杆能得到放大，同时在较小...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜红兰，
申请(专利权)人：安庆市炜彤信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34