技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于材料表面碾壓加工領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)心碾壓表面納米化裝置。
背景技術(shù)
[0002] 目前，已有的金屬材料表面納米化的處理裝置主要分為兩大類：一類是受傳統(tǒng)
噴丸技術(shù)啟發(fā)設(shè)計(jì)的裝置，通過金屬小球或柱狀壓頭對(duì)金屬材料表面進(jìn)行反復(fù)撞擊；另外一類是內(nèi)置有金屬小球的壓頭轉(zhuǎn)動(dòng)，小球在金屬表面旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)使得材料表面產(chǎn)生塑性
變形。其中，由于受到整體手動(dòng)加載方式和
主軸剛性傳動(dòng)的限制，現(xiàn)有的第二類表面納米化裝置存在有效加工尺寸小，可操作性差以及壓頭對(duì)
工件平整度要求較高等問題，很難實(shí)現(xiàn)高效工業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 為解決上述問題，為了克服現(xiàn)有的材料表面納米化設(shè)備操作不便、加工效率低和剛性
接觸導(dǎo)致碾壓頭施壓不均勻的問題，本發(fā)明提供一種新
型材料表面納米化設(shè)備，該設(shè)備不僅能夠較有效的改善施壓不均問題，而且能方便高效地對(duì)平面進(jìn)行碾壓納米化處理。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 一種可調(diào)心碾壓表面納米化裝置，包括
機(jī)架、碾壓頭、
工作臺(tái)、控制臺(tái)，所述機(jī)架上設(shè)有
電機(jī)組，所述的電機(jī)組由控制臺(tái)控制其開斷及正反轉(zhuǎn)，其中電機(jī)I通過
傳動(dòng)系統(tǒng)控制位于機(jī)架兩側(cè)的
絲桿I轉(zhuǎn)動(dòng)，所述絲桿I與
螺母構(gòu)成
絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，在兩個(gè)絲杠螺母上安裝一個(gè)橫梁，在橫梁上安裝有碾壓頭，通過控制絲杠I的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)碾壓頭所在的中間橫梁的上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)碾壓頭在電機(jī)II的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；在所述機(jī)架的底部設(shè)置有工作臺(tái)，且由控制臺(tái)控制電機(jī)III、IV帶動(dòng)工作臺(tái)橫縱向雙向進(jìn)給。
[0006] 優(yōu)選的是，所述工作臺(tái)的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)，兩個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)均包括螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中螺母與各自方向的
導(dǎo)軌分別固定于下
底板和下
滑板上，相應(yīng)電機(jī)通過絲杠II傳動(dòng)控制工作臺(tái)進(jìn)給。
[0007] 優(yōu)選的是，所述的絲杠II通過電機(jī)自動(dòng)控制或者通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)手輪手動(dòng)控制。
[0008] 優(yōu)選的是，所述的碾壓頭中控制碾壓頭轉(zhuǎn)速的電機(jī)II的
輸出軸與中間主軸之間通過鍵連接，中間主軸的另一端通過主軸離合與球籠式
萬向節(jié)連接，球籠式萬向節(jié)與碾壓頭底部接盤連接，碾壓頭安裝在底部接盤上。
[0009] 優(yōu)選的是，在裝置的橫梁和中間主軸之間安裝有推
力軸承，所述
推力軸承的滾子和
軸承內(nèi)圈之間安裝有檢測(cè)碾壓頭與被加工工件表面接觸壓力的壓力
傳感器。
[0010] 優(yōu)選的是，所述的球籠式萬向節(jié)能實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)三維的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，
自由度為3。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的電機(jī)I通過變速
鏈輪控制橫梁上下運(yùn)動(dòng)速度。
[0012] 優(yōu)選的是，所述碾壓頭的滾珠按阿基米德螺旋線的十字排布。
[0013] 優(yōu)選的是，所述工作臺(tái)的上部安裝有工件夾具。
[0014] 優(yōu)選的是，所述可調(diào)心碾壓表面納米化裝置還包括有照明系統(tǒng)和對(duì)工件進(jìn)行冷卻的冷卻系統(tǒng)。
[0015] 優(yōu)選的是，所述工作臺(tái)的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)中安裝有限位
開關(guān)對(duì)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)行程限制。
[0016] 上述的電機(jī)組包括控制中間橫梁的電機(jī)I、控制碾壓頭轉(zhuǎn)速的電機(jī)II、控制工作臺(tái)縱向進(jìn)給的電機(jī)III和控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的電機(jī)IV。
[0017] 本發(fā)明的工作過程如下：
[0018] 工作臺(tái)部分分上下兩層，橫縱方向的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中螺母與各自方向的進(jìn)給系統(tǒng)橫向?qū)к?、進(jìn)給系統(tǒng)縱向?qū)к壒潭ㄓ谙碌装搴拖禄澹瑑山z杠及其
傳動(dòng)軸與電機(jī)輸出軸連接傳動(dòng)，完成工件加工時(shí)的雙向進(jìn)給，兩絲杠及其傳動(dòng)軸也用過轉(zhuǎn)向
齒輪與傳動(dòng)軸由兩個(gè)方向的進(jìn)給手輪控制，增加了工件加工時(shí)進(jìn)給的靈活性。兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)行程由限位開關(guān)限制，當(dāng)下滑板或工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到限定
位置時(shí)，同時(shí)接觸觸發(fā)開關(guān)，進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)，下滑板或工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)，完成工件的來回往復(fù)旋轉(zhuǎn)碾壓。工作臺(tái)上安裝有工件夾具。
[0019] 工件夾具將待加工板材試樣安裝在工作臺(tái)上，控制面板上的調(diào)頻旋鈕將主軸調(diào)至低速，并按下主軸下降按鈕，將變速鏈輪延伸
支架中的手輪順
時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，降低橫梁的下降速度至最低。當(dāng)下降至與碾壓頭中滾珠與工件表面將近接觸時(shí)，先暫停下降，然后使用快速地點(diǎn)觸下降按鈕法來控制，使碾壓頭急促短暫地下降，直至穩(wěn)定地碾壓在試樣上表面。此時(shí)，主軸軸系中推力軸承中安裝的
壓力傳感器將滾珠與工件表面的壓力(kN)顯示于控制面板。主軸調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)碾壓頭轉(zhuǎn)動(dòng)，頂部接盤中排布滾珠在工件表面以一定的線速度滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)金屬板材表面進(jìn)行碾壓處理。根據(jù)待加工板材的尺寸調(diào)整限位開關(guān)的位置，設(shè)計(jì)碾壓頭在工件表面的行走路徑，由控制面板中的“下滑板”、“工作臺(tái)”按鈕分別控制工件橫、縱向進(jìn)給。經(jīng)實(shí)踐，如上述步驟對(duì)金屬材料表面碾壓處理一定時(shí)間可以在其表面得到納微米層。
[0020] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0021] 該設(shè)備采用機(jī)械傳動(dòng)加壓方式：頂部電機(jī)I通過帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)兩側(cè)絲杠I轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過控制臺(tái)的升降旋鈕開關(guān)控制碾壓頭所在的中間橫梁上下運(yùn)動(dòng)，該設(shè)備通過調(diào)整碾壓頭的升降來控制其與工件表面的直接接觸壓力，其值可由壓力傳感器顯示。利用絲杠I傳動(dòng)自
鎖性確保碾壓過程中法向壓力的恒定。此種施壓方式可操作性強(qiáng)，并能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制，有效提高加工效率；碾壓頭所在的中間軸系與橫梁裝配成一體，而碾壓頭內(nèi)部主軸和滾珠內(nèi)置頭之間采用萬向節(jié)聯(lián)接，利用其自動(dòng)調(diào)心功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備針對(duì)不平整工件加工面的自調(diào)節(jié)。
[0022] 底部的工作臺(tái)部分利用橫向工作臺(tái)導(dǎo)軌和縱向下滑板導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)了雙向進(jìn)給。橫縱向進(jìn)給分別由控制
臺(tái)面板上“工作臺(tái)”“下滑板”按鈕控制。有效增加了設(shè)備的有效碾壓處理面積，顯著提高了碾壓設(shè)備的工作效率。另外，新型碾壓機(jī)增加了冷卻系統(tǒng)。
[0023] 本發(fā)明可以高效地對(duì)材料表面進(jìn)行碾壓加工實(shí)現(xiàn)納米化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的人性化操作，并且在一定程度上降低了設(shè)備對(duì)工件裝夾平整度的要求，得到材料表層一定厚度的無孔隙、無分界，而具有梯度的納微米層，納微米化效果好，加工效率高。
附圖說明
[0024] 為了更清楚地說明本發(fā)明
實(shí)施例或
現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1(a)-(b)是本發(fā)明中可調(diào)心碾壓表面納米化裝置主要部件裝配示意圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明中可調(diào)心碾壓表面納米化裝置中間軸系的裝配示意圖。
[0027] 圖3是可調(diào)心碾壓表面納米化裝置的碾壓頭底部接盤中硬質(zhì)
合金滾珠的分布示意圖。
[0028] 圖4是本發(fā)明中球籠萬向節(jié)的局部放大圖。
[0029] 其中，1.進(jìn)給系統(tǒng)橫向?qū)к墸?.限位開關(guān)，3.下滑板，4.進(jìn)給系統(tǒng)縱向?qū)к墸?.進(jìn)給電機(jī)，6.工作臺(tái)，7.碾壓頭底部接盤，8.球籠式萬向節(jié)，9.中間主軸軸系傳動(dòng)主軸，10.橫梁，11.主軸電機(jī)，12.傳動(dòng)絲杠，13.頂梁，14.主軸升降變速帶輪組，15.變速鏈輪延伸支架，16.立柱，17.冷卻系統(tǒng)，18.進(jìn)給手輪，19.變速電機(jī)，20.底板，21.硬質(zhì)合金滾珠，22.工件。
具體實(shí)施方式
[0030] 以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0031] 如圖1(a)-(b)所示，本發(fā)明的金屬材料表面納微米化的新型裝置由四臺(tái)電機(jī)(頂部控制中間橫梁的變速電機(jī)19、控制碾壓頭轉(zhuǎn)速的主軸電機(jī)11、兩臺(tái)控制進(jìn)給的進(jìn)給電機(jī)5、頂部的主軸升降變速帶輪組14、中間主軸傳動(dòng)軸系、碾壓頭組合以及實(shí)現(xiàn)橫縱雙向進(jìn)給的工作臺(tái)和設(shè)備整體
框架等五大主要部分組成。該設(shè)備采用機(jī)械傳動(dòng)加壓方式：控制中間橫梁的變速電機(jī)19通過帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)兩側(cè)傳動(dòng)絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過控制臺(tái)的升降旋鈕開關(guān)控制碾壓頭所在的中間橫梁10上下運(yùn)動(dòng)，該設(shè)備通過調(diào)整碾壓頭的升降來控制其與工件22表面的直接接觸壓力，其值可由壓力傳感器顯示。利用傳動(dòng)絲杠12傳動(dòng)自鎖性確保碾壓過程中法向壓力的恒定。此種施壓方式可操作性強(qiáng)，并能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制，有效提高加工效率；碾壓頭所在的中間軸系與橫梁裝配成一體，而碾壓頭內(nèi)部主軸和滾珠內(nèi)置頭之間采用萬向節(jié)聯(lián)接，利用其自動(dòng)調(diào)心功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備針對(duì)不平整工件22加工面的自調(diào)節(jié)，具體結(jié)構(gòu)如圖1(a)-圖1(b)所示：
[0032] 底板20四
角安裝有立柱16，立柱16上部固定頂梁13，固定于頂梁13的變速電機(jī)19通過變速帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)兩側(cè)傳動(dòng)絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中絲杠螺母副控制碾壓頭所在的中間主軸軸系隨中間橫梁10上下運(yùn)動(dòng)。
[0033] 其中，控制臺(tái)控制面板中的升降按鈕控制頂部電機(jī)19的正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由變速鏈輪延伸支架15中的手輪調(diào)整。碾壓頭所在的中間主軸軸系與中間橫梁10裝配成一體，其零件裝配關(guān)系如圖1所示，變頻調(diào)速主軸電機(jī)11的輸出軸分別通過離合與主軸9和球籠式萬向節(jié)8連接傳動(dòng)，其轉(zhuǎn)速經(jīng)過控制臺(tái)中的
變頻器變?yōu)樵O(shè)定值(大小由控制面板上的旋鈕設(shè)定)，從而實(shí)現(xiàn)不同線速度的滾珠對(duì)材料表面的旋轉(zhuǎn)碾壓，而其中的萬向節(jié)可以實(shí)現(xiàn)碾壓頭根據(jù)工件22待加工表面的平整度作出調(diào)整，自動(dòng)找平。
[0034] 圖中碾壓頭的底部接盤7如圖2所示分為兩部分，兩者之間按一定的排布分布有硬質(zhì)合金滾珠21，如圖3。
[0035] 碾壓頭中控制碾壓頭轉(zhuǎn)速的主軸電機(jī)11輸出軸與中間主軸9之間通過鍵連接，中間主軸的另一端通過主軸離合與球籠式萬向節(jié)8連接，球籠式萬向節(jié)8與碾壓頭底部接盤7由螺釘連接；球籠式萬向節(jié)能實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)三維的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，自由度為3。
[0036] 在裝置的橫梁和中間主軸之間安裝有推力軸承，所述推力軸承的滾子和
軸承內(nèi)圈之間安裝有檢測(cè)碾壓頭與被加工工件22表面接觸壓力的壓力傳感器。
[0037] 工作過程如下：
[0038] 工作臺(tái)部分分上下兩層，橫縱方向的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中螺母與各自方向的進(jìn)給系統(tǒng)橫向?qū)к?、進(jìn)給系統(tǒng)縱向?qū)к?固定于下底板20和下滑板3，兩絲杠及其傳動(dòng)軸與電機(jī)5輸出軸連接傳動(dòng)，完成工件22加工時(shí)的雙向進(jìn)給，兩絲杠及其傳動(dòng)軸也用過轉(zhuǎn)向齒輪與傳動(dòng)軸由兩個(gè)方向的進(jìn)給手輪18控制，增加了工件22加工時(shí)進(jìn)給的靈活性。兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)行程由限位開關(guān)2限制，當(dāng)下滑板3或工作臺(tái)6運(yùn)動(dòng)到限
定位置時(shí)，同時(shí)接觸觸發(fā)開關(guān)，進(jìn)給電機(jī)5反轉(zhuǎn)，下滑板3或工作臺(tái)6反向運(yùn)動(dòng)，完成工件22的來回往復(fù)旋轉(zhuǎn)碾壓。工作臺(tái)6上安裝有工件夾具。
[0039] 新型碾壓裝置增加了冷卻系統(tǒng)17和照明系統(tǒng)。
[0040] 夾具將待加工板材試樣安裝在工作臺(tái)6上，控制面板上的調(diào)頻旋鈕將主軸調(diào)至低速，并按下主軸下降按鈕，將變速鏈輪延伸支架15中的手輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，降低中間橫梁10的下降速度至最低。當(dāng)下降至與碾壓頭中滾珠21與工件22表面將近接觸時(shí)，先暫停下降，然后使用快速地點(diǎn)觸下降按鈕法來控制，使碾壓頭急促短暫地下降，直至穩(wěn)定地碾壓在試樣上表面。此時(shí)，主軸軸系中推力軸承中安裝的壓力傳感器將滾珠與工件表面的壓力(kN)顯示于控制面板。主軸調(diào)速電機(jī)11帶動(dòng)碾壓頭轉(zhuǎn)動(dòng)，頂部接盤中排布滾珠21在工件表面以一定的線速度滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)金屬板材表面進(jìn)行碾壓處理。根據(jù)待加工板材的尺寸調(diào)整限位開關(guān)2的位置，設(shè)計(jì)碾壓頭在工件表面的行走路徑，由控制面板中的“下滑板”、“工作臺(tái)”按鈕分別控制工件橫、縱向進(jìn)給。經(jīng)實(shí)踐，如上述步驟對(duì)金屬材料表面碾壓處理一定時(shí)間可以在其表面得到納微米層。
[0041] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的
基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種
修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
