[发明专利]一种细长轴表面超声波加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高细长轴表面质量和降低细长轴表面粗糙度值的加工方法及装置，属于细长轴加工技术领域。

背景技术

细长轴工件的长度与直径之比大于20～25倍（L/d>20～25），由于细长轴本身刚性差（L/d值愈大，刚性愈差），对其外表面的加工通常是车削或磨削，通常采用一夹一顶的装夹方式，细长轴工件转动，车刀直线进给，进行车削过程中受切削力、自重和旋转时离心力的作用，会产生弯曲、振动，严重影响其圆柱度和表面粗糙度，受热伸长产生弯曲变形，加工很难进行，严重时会使工件在顶尖间卡住。因此 ，车 细 长 轴 一般 要 使用中心架支承、用过渡套筒支承或使用跟刀架支承。对于表面粗糙度要求较高的细长轴工件还要进行磨削、抛光等。超声波已经广泛应用于金属工件表面加工，以降低工件表面的粗糙度值，提高加工精度。因此，细长轴工件表面的超声波加工也是降低其表面的粗糙度值、提高加工精度的有效方法。

在车床上对轴类工件进行超声波加工的装置已经出现，如CN101503755B公开的《一种用于普通车床的数控超声波加工装置》、CN101502881公开的《数控车床用超声波金属表面加工装置》、CN102490089A《外圆面超声波加工装置》以及CN202072730U公开的《快进式超声波金属表面加工装置》。

上述能够对外圆面进行超声波加工的装置，只能对强度较高不易变形的轴类工件进行超声波加工，不能解决细长轴工件加工过程中变形的问题，并且只具有一个超声波刀头，加工效率较低。

发明内容

本发明针对现有细长轴超声波加工技术存在的问题，提供一种加工效率高、质量高的细长轴表面超声波加工方法，同时提供一种实现该方法的装置。

本发明的细长轴表面超声波加工方法，是：

在细长轴的外侧沿圆周方向均匀布置至少两个超声波刀具，各个超声波刀具同时与细长轴接触，各个超声波刀具绕细长轴的轴线转动，同时使各个超声波刀具与细长轴相对移动（各个超声波刀具移动或细长轴移动），以超声波刀具转动、细长轴转动以及超声波刀具与细长轴相对移动的方式，或者以超声波刀具转动、细长轴不转动以及超声波刀具与细长轴相对移动的方式，对细长轴表面进行超声波加工；这样在超声波加工过程中细长轴不产生径向外力，不会产生径向变形，保证了加工后的形状公差（如直线度和圆度等），从而保证了超声波加工的质量，采用多个超声波刀具同时对工件进行超声波金属表面加工，提高了加工效率。

实现上述方法的细长轴表面超声波加工装置，采用以下技术方案：

该装置，该细长轴表面加工装置，包括支架、转轴、转轴转动机构、气液滑环和超声波刀具；支架中加工有一个安装转轴和气液滑环的中心孔，转轴安装在支架的中心孔中，并与设置在支架上的转轴转动机构连接，该转轴转动机构带动转轴转动，转轴内为通孔；气液滑环设置在支架的中心孔中，并与转轴固定连接，气液滑环与支架的中心孔之间设置有冷却液通路和气路；气液滑环的外侧圆周上均匀固定分布有至少两个超声波刀具，气液滑环上还设置有电滑环，电滑环与超声波刀具电连接；每一个超声波刀具上的工具头均伸入气液滑环内；冷却液通路与超声波刀具上的冷却液槽连通；气路与超声波刀具上的气腔连通。

所述转轴转动机构为皮带传动，包括电机、小带轮、皮带 和大带轮，电机安装在支架上，小带轮安装在电机上，大带轮安装在转轴上，小带轮和大带轮之间设置皮带。

    所述超声波刀具包括外壳、滑套和滑套复位机构，滑套安装在外壳内，滑套伸出外壳的一端安装有工具头，滑套在外壳内的一端与外壳底部形成气腔，该气腔与气液滑环上的气路连通，滑套复位机构设置在外壳底部，滑套外侧设置有冷却液槽，该冷却液槽与气液滑环上的冷却液通路连通，滑套的内孔中安装有与工具头接触的变幅杆，变幅杆与换能器连接，换能器与电滑环电连接。

所述超声波刀具中的滑套复位机构，包括顶杆、端盖和弹簧，顶杆通过端盖安装在外壳内，一端顶在滑套上，另一端伸出外壳，端盖固定在外壳上，顶杆在外壳外侧的部分与端盖之间设置有弹簧。

上述细长轴表面超声波加工装置的应用模式如下所述：