[发明专利]一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统及对刀方法

说明书

本发明公开一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统及对刀方法，涉及高精度超声冲击加工领域，该系统包括龙门架，所述龙门架上固定安装有位移调节装置，所述位移调节装置包括粗动位移装置，所述粗动位移装置上方连接有微动位移装置，所述微动位移装置上固定安装有超声冲击枪；所述龙门架底部安装有水平位移台，所述水平位移台上安装有力检测装置，所述力检测装置上固定设置有工件夹具，所述工件夹具用于安装工件，所述工件夹具位于所述超声冲击枪下方。以本发明上述系统为基础的对刀方法，使超声冲击加工微织构过程中对刀简单、对刀精度高。

技术领域

本发明涉及高精度超声冲击加工技术领域，特别是涉及一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统及对刀方法。

背景技术

超声冲击加工是一种广泛应用的冷表面处理技术，普遍应用于提高焊接金属零件的疲劳寿命，降低残余应力。利用高能冲击头对工件表面的高频冲击作用，可以消除工件表面表层有害的残余拉应力，引入残余压应力，从而提高了工件的机械性能和力学性能。此外，通过提高冲击振幅可以在加工表面产生永久性塑性变形，同时配合精密运动台对加工路径进行控制，可以实现高精度功能表面微织构的加工。在超声冲击加工材料表面微织构的过程中，控制超声冲击加工微织构的深度精度尤为重要，而要想获得高精度的微织构深度，前提便是要做到精准对刀。这里“对刀”是指确定冲击球14与加工工件表面的位置。

与传统加工方式加工过程中，加工装置(刀具)本身不发生运动或者只发生旋转运动不同，超声冲击加工过程中，冲击球14会在竖直方向产生超高频的振动，因此传统对刀方法难以适用超声冲击加工。目前一种可行的静态对刀方法，即在关闭超声冲击枪的前提下，通过移动超声冲击枪来确定冲击头与工件的位置，但是这种方式无法确定冲击枪关闭状态下，超声变幅杆15处于振动周期中的位置，并且受到重力的影响，冲击球14与超声变幅杆15间会产生间隙，严重影响对刀的精度，如图1和2所示，图1为超声变幅杆处于在最高处时的状态示意图，图2为超声变幅杆处于在最低处时的状态示意图。因此，需要一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统，通过传感器实时监测冲击过程中冲击球与超声变幅杆的位置，反馈给超声冲击枪的竖直驱动装置，来实现精准对刀。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统及对刀方法，以解决上述现有技术存在的问题，使超声冲击加工微织构过程中对刀简单、对刀精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统，包括龙门架，所述龙门架上固定安装有位移调节装置，所述位移调节装置包括粗动位移装置，所述粗动位移装置上方连接有微动位移装置，所述微动位移装置上固定安装有超声冲击枪；所述龙门架底部安装有水平位移台，所述水平位移台上安装有力检测装置，所述力检测装置上固定设置有工件夹具，所述工件夹具用于安装工件，所述工件夹具位于所述超声冲击枪下方。

可选的，所述位移调节装置包括与所述龙门架固定连接的导轨固定板，所述导轨固定板一侧设置有竖直的导轨，所述粗动位移装置包括粗动滑块，所述微动位移装置包括微动滑块；所述粗动滑块一端和所述微动滑块一端均滑动设置于所述导轨上；所述粗动滑块连接有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆末端连接有驱动电机；所述微动滑块上固定安装有压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器底部与所述粗动滑块顶部抵接。

可选的，所述压电陶瓷驱动器通过沉头螺钉固定于所述微动滑块下方的横板上。

可选的，所述力检测装置包括力传感器、信号放大器和信号采集器，所述力传感器选用压电石英力传感器，固有频率大于100kHz；所述信号采集器采用频率为100kHz。

本发明还提供一种用于超声冲击加工的高精度动态对刀系统的对刀方法，包括如下步骤：

步骤一；启动超声冲击枪，固定加工工件，启动力检测装置；驱动粗动位移装置带动超声冲击枪向下移动；