一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，包括第一连接件、振动变幅杆、混合器、喷丸填充装置、喷气机构、工作台和控制系统；所述工作台设置有能驱动工件进给的驱动机构，工件装夹在驱动机构上；所述振动变幅杆一端嵌入第一连接件内，另一端设置有用于反弹喷丸的端面，所述振动变幅杆安装有一对位置相对的压电致动器，所述压电致动器与超声波发生器连接；所述喷气机构用于将压缩气体冲入混合器；所述喷丸填充装置用于将喷丸送入混合器内；所述混合器用于将压缩气体与喷丸混合。本发明专利技术实现较大直径的工作介质的高速超声喷丸加工，可加工出较大凹面，实现凸凹面及均匀度精密控制，可用于加工各类曲面的表面处理。

【技术实现步骤摘要】
一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统及方法
本专利技术涉及机械喷丸加工领域，特别是涉及一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统及方法。
技术介绍
超声喷丸加工方法广泛用于工件各种表面处理工艺中，能够显著降低工件表面的残余应力，提高工件的疲劳强度，并助于形成用于高强度连接或润滑的连接的凸凹结合面。但是由于超声喷丸加工实现原理的限制，造成喷丸的速度、加工区域精密控制以及加工的均匀度难以控制，超声喷丸加工形成通常如图1所示表面，难以将工件表面加工出较大凹面，相对较大的凹面更加助于提高工件表面的抗疲劳强度，直径相对较大的介质，介质的加工速度较低，难以加工出较大凹面，不利于喷丸作业。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本专利技术提出一种喷丸速度高的超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，包括工作台以及设置在工作台上的第一连接件、振动变幅杆、混合器、喷丸填充装置、喷气机构、驱动机构、控制系统；所述驱动机构用于驱动工件进给，工件装夹在驱动机构上；所述振动变幅杆一端嵌入第一连接件内，另一端设置有用于反弹喷丸的端面，所述振动变幅杆安装有一对位置相对的压电致动器，两个所述压电致动器沿垂直于轴线的方向间隔设置，所述压电致动器与超声波发生器连接；所述喷丸填充装置用于将喷丸送入混合器内；所述喷气机构用于将压缩气体冲入混合器；所述混合器位于振动变幅杆上方，用于将压缩气体与喷丸混合，将喷丸喷向振动变幅杆的端面，喷丸经过端面反弹加速后对下方的工件进行加工；所述控制系统与喷气机构、驱动机构连接以控制其工作。进一步，还包括喷丸回收机构以及喷丸运送机构，所述喷丸回收机构用于收集被混合器喷出并对工件加工过的喷丸，所述喷丸运送机构与喷丸回收机构连接并能将喷丸回收机构收集的喷丸重新送入喷丸填充装置。进一步，所述第一连接件设置有内腔；所述振动变幅杆插装在内腔中；所述振动变幅杆包括按顺序依次设置的配合定位段、第二连接件安装段、致动器安装段、第三连接件安装段以及喷丸作用段；所述配合定位段和喷丸作用段位于振动变幅杆两端，所述配合定位段与内腔底部配合相连，所述喷丸作用段外端面用于反弹喷丸；所述第二连接件安装段与内腔内壁之间安装有第二连接件；所述压电致动器设置有两个且位置相对地安装在致动器安装段；所述第三连接件安装段设置有第一凹槽，所述第一凹槽与内腔外壁之间安装有第三连接件，所述第三连接件与第一连接件固定连接。进一步，所述第一凹槽和第三连接件对应设置有两个且沿轴线间隔设置。进一步，所述内腔底部设置有圆形凹槽，圆形凹槽处安装有第一垫片，所述第一垫片外端设置有圆锥形凹槽，所述配合定位段与圆锥形凹槽匹配并插入安装在圆锥形凹槽内。进一步，所述第二连接件安装段和致动器安装段组成一个阶梯轴，第一连接段到致动器安装段直径依次减小，所述压电致动器外圈设置有卡簧，所述卡簧靠近第二连接件安装段的外周设置有台阶，所述台阶与第二连接件安装段组成能匹配安装第二连接件的第二凹槽。进一步，所述混合器包括气道和喷丸加入道，所述气道朝振动变幅杆的外端端面设置，所述喷丸加入道末端与气道中部连通，所述喷气机构用于将压缩气体冲入气道，所述喷丸填充装置用于将喷丸送入喷丸加入道。进一步，还包括导向筒，所述导向筒呈锥形，所述导向筒设置在工件与喷丸作用段之间的喷丸路径上。本专利技术还提供一种基于上述超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统的使用方法，包括如下步骤：步骤一：将工件装夹在工作台的驱动机构上；步骤二：同时开启喷气机构和喷丸填充装置，高压气体混合着喷丸从混合器喷出至振动变幅杆末端的端面上的以振动变幅杆轴心为圆心的圆形区域内，同时超声波发生器开启，振动变幅杆在压电致动器提供的超声频电能激励下，实现轴向振动，喷丸经过振动变幅杆的反弹和振动加速后对工件表面进行加工；步骤三：在控制系统的控制和驱动机构的驱动下，工件根据待加工面的轮廓进行均匀运动，实现了加工面的均匀加工，待工件的加工面全部加工完后，停止系统运作。进一步，所述喷丸为球体，所述喷丸的直径R和速度V按照如下公式设置，其中α为所需压痕区域的面积，单位m2；H为待加工工件的洛氏硬度，单位为HRC；δ所需凹面区域的深度，单位为m；K0为凹面区域深度与压痕区域面积的系数；ρ为选定工作介质(喷丸)的密度kg/m3。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用压电致动发生器使得振动变幅杆产生轴向振动，轴向振动对喷丸进行加速反弹，实现较大直径的工作介质的高速超声喷丸加工，可加工出较大凹面，实现凸凹面及均匀度精密控制。可用于加工各类曲面的表面处理，在加工空间较为狭小的齿轮齿面的表面处理工艺中具有更加广泛的应用前景。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是超声振动喷丸加工表面形貌的地势测绘图；图2是超声喷丸速度矢量图；图3是本专利技术的结构示意图；图4是振动变幅杆的结构示意图；图5是卡簧、压电致动器和第二连接件的连接结构局部示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图3，本专利技术的一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，包括工作台9以及设置在工作台9上的第一连接件1、振动变幅杆2、混合器3、喷丸填充装置4、喷气机构5、驱动机构91、控制系统；所述驱动机构91用于驱动工件8进给，工件8装夹在驱动机构91上；所述振动变幅杆2一端嵌入第一连接件1内，另一端设置有用于反弹喷丸的端面，所述振动变幅杆2安装有一对位置相对的压电致动器6，两个所述压电致动器6沿垂直于轴线的方向间隔设置，所述压电致动器6与超声波发生器连接；所述喷气机构5用于将压缩气体冲入混合器3；所述喷丸填充装置4用于将喷丸送入混合器3内；所述混合器3位于振动变幅杆2上方，用于将压缩气体与喷丸混合，将喷丸喷向振动变幅杆2的端面，喷丸经过端面反弹加速后对下方的工件8进行加工；所述控制系统与喷丸填充装置4、喷气机构5、驱动机构连接以控制其工作。为了能回收并重复使用喷丸，本系统还包括喷丸回收机构41以及喷丸运送机构42，喷丸运送机构42与喷丸回收机构41、喷丸填充装置4连接并设置在两者中间。所述喷丸回收机构41用于收集被混合器3喷出并对工件8加工过的喷丸，所述喷丸运送机构42与喷丸回收机构41连接并能将喷丸回收机构41收集的喷丸重新送入喷丸填充装置4。为了防止喷丸加工后分散过于散乱，难以收集，优选地，振动变幅杆2的喷丸作用段26、混合器3以及工件8均处于一个密闭空间内，喷丸回收机构41设置在密闭空间底部，当然工作台9也可以设置在密闭空间内。喷丸回收机构41和喷丸运送机构42在喷丸加工领域属于常用技术，如专利CN201320804805.2，就公开了一种数控喷丸机的弹丸循环回收装置，而喷丸填充装置4仅仅是一个喷丸入料机构，例如喷丸填充装置4具体可以是一个料斗，料斗底部设置一个阀门，料斗底部与喷丸加入道32连通，喷丸可以从料斗掉落进入混合器3，喷丸运送机构42将喷丸输送至料斗内，阀门可以是手动阀门或是电磁阀，电磁阀可以与控制系统连接，即可实现喷丸的自动填充控制，当然喷丸入料机构在喷丸加工领域属于常见的现有技术，可以根据需要进行相应的选择，这里不做限制。另外驱动机构91也可以有多种形式，加工简单的回转体零件时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，其特征在于：包括工作台(9)以及设置在工作台(9)上的第一连接件(1)、振动变幅杆(2)、混合器(3)、喷丸填充装置(4)、喷气机构(5)、驱动机构(91)、控制系统；所述驱动机构(91)用于驱动工件进给，工件装夹在驱动机构(91)上；所述振动变幅杆(2)一端嵌入第一连接件(1)内，另一端设置有用于反弹喷丸的端面，所述振动变幅杆(2)安装有一对位置相对的压电致动器(6)，两个所述压电致动器(6)沿垂直于轴线的方向间隔设置，所述压电致动器(6)与超声波发生器连接；所述喷气机构(5)用于将压缩气体冲入混合器(3)；所述喷丸填充装置(4)用于将喷丸送入混合器(3)内；所述混合器(3)位于振动变幅杆(2)上方，用于将压缩气体与喷丸混合，将喷丸喷向振动变幅杆(2)的端面，喷丸经过端面反弹加速加速后对下方的工件进行加工；所述控制系统与喷气机构(5)、超声波发生器、驱动机构(91)连接以控制其工作。

【技术特征摘要】
1.一种超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，其特征在于：包括工作台(9)以及设置在工作台(9)上的第一连接件(1)、振动变幅杆(2)、混合器(3)、喷丸填充装置(4)、喷气机构(5)、驱动机构(91)、控制系统；所述驱动机构(91)用于驱动工件进给，工件装夹在驱动机构(91)上；所述振动变幅杆(2)一端嵌入第一连接件(1)内，另一端设置有用于反弹喷丸的端面，所述振动变幅杆(2)安装有一对位置相对的压电致动器(6)，两个所述压电致动器(6)沿垂直于轴线的方向间隔设置，所述压电致动器(6)与超声波发生器连接；所述喷气机构(5)用于将压缩气体冲入混合器(3)；所述喷丸填充装置(4)用于将喷丸送入混合器(3)内；所述混合器(3)位于振动变幅杆(2)上方，用于将压缩气体与喷丸混合，将喷丸喷向振动变幅杆(2)的端面，喷丸经过端面反弹加速加速后对下方的工件进行加工；所述控制系统与喷气机构(5)、超声波发生器、驱动机构(91)连接以控制其工作。2.根据权利要求1所述的超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，其特征在于：还包括喷丸回收机构(41)以及喷丸运送机构(42)，所述喷丸回收机构(41)用于收集被混合器(3)喷出并对工件加工过的喷丸，所述喷丸运送机构(42)与喷丸回收机构(41)连接并能将喷丸回收机构(41)收集的喷丸重新送入喷丸填充装置(4)。3.根据权利要求1所述的超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，其特征在于：所述第一连接件(1)设置有内腔(11)；所述振动变幅杆(2)插装在内腔(11)中；所述振动变幅杆(2)包括按顺序依次设置的配合定位段(21)、第二连接件安装段(23)、致动器安装段(24)、第三连接件安装段(25)以及喷丸作用段(26)；所述配合定位段(21)和喷丸作用段(26)位于振动变幅杆(2)两端，所述配合定位段(21)与内腔(11)底部配合相连，所述喷丸作用段(26)外端面用于反弹喷丸；所述第二连接件安装段(23)与内腔(11)内壁之间安装有第二连接件(231)；所述压电致动器(6)安装在致动器安装段(24)；所述第三连接件安装段(25)设置有第一凹槽(251)，所述第一凹槽(251)与内腔(11)外壁之间安装有第三连接件(2511)，所述第三连接件(2511)与第一连接件(1)固定连接。4.根据权利要求3所述的超声喷丸高速均匀加工各种型面的系统，其特征在于：所述第一凹槽(251)和第三连接件(2511)对应设置有两个且沿轴线间...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐进元，陈雪林，赵久越，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43