[发明专利]一种超声冲击表层强化装置及方法

说明书

本发明公开一种超声冲击表层强化装置及方法，装置包括多工位刀架、曲面轨迹扫描模块、回转平台、超声冲击模块和控制装置。本发明相对于现有超声强化装置及方法而言可提高对零件表层的强化效果。基于使用曲面轨迹扫描模块识别零件的异形曲面轮廓，并将曲面数据信息与回转平台运动控制相结合，辅助超声冲击表层强化工艺，实时调整超声冲击模块的旋转角度并始终保持冲击方向与曲面轮廓垂直，轨迹扫描与超声冲击强化几乎同时进行，使得在零件表面的冲击力始终为法向力，避免因冲击头与零件表面间的接触夹角变化而产生切向力等不利影响，并通过结合力反馈信号与人工智能深度学习方法提高超声冲击表层强化精度，实现均匀一致、更好的强化效果。

技术领域

本发明涉及超声表层强化技术领域，特别是指一种超声冲击表层强化装置及方法。

背景技术

超声强化是一种抗疲劳表层改性技术，包含超声冲击、超声滚压等技术领域。利用大功率超声作为驱动能量，在工具头上施加高频超声振动，从而将超声能量施加于零件表层，使零件表层发生弹塑性变形从而引入残余压应力，改变表层显微组织结构，可同时达到光整加工及表层强化两种目的，因此大大提升零件的抗疲劳性能和服役寿命。

现有的超声强化工艺大多数应用于平面类和圆柱形轴类零件，如：①授权公告号为CN209175201U的实用新型专利中公开了一种用于平面和外圆滚压的超声滚压装置，但是只适用于规则外表面的超声强化；②授权公告号为CN109439885B的发明专利中公开了一种超声冲击装置，同样也只适用于规则外表面的平板件和回转件的超声冲击处理；③针对异形曲面零件的超声强化工艺，授权公告号为CN209954118U的实用新型专利中公开了一种用于异形曲面加工的超声滚压装置，采用柔性气动关节夹持器带动滚球工具头进行多向转动，从而实现对零件复杂异形曲面的超声滚压加工，但是该方法未能实现针对零件异形曲面轨迹的扫描识别功能，且没有具体说明精准控制转动角度实时变化的方法；④申请公布号为CN109465680A的发明专利中公开了一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，申请公布号为CN108330264A的发明专利中公开了一种轨迹可控的表面强化装置，申请公布号为CN109015232A的发明专利中公开了一种大型复杂曲面超声表面光整强化系统及其使用方法；上述的几个发明专利主要采用将超声冲击装置与加工机床的主轴或工业机器人的末端执行器固定连接，通过借助加工机床的控制装置或旋转编码器或机器人运动轨迹控制器，实现超声冲击的振动方向始终为工件表面法线方向，但是所述发明中也未能实现针对零件异形曲面轨迹的扫描识别功能；⑤授权公告号为CN102719637B的发明专利中公开了一种适用于机械化操作的内藏针式超声表面强化冲击头，将冲击针设置在位于导向套上的导向孔内，导向套分别采用平面端面导向套、圆弧端面导向套、锥顶小平面导向套从而对平面、恒曲率曲面、任意连续曲率曲面工件进行超声强化处理，但是对于异形曲面回转零件，由于其沿轴线方向上的直径是逐渐变化的，无法设计出与之相适配的导向套，不同直径大小的圆柱形轴件就需要匹配不同尺寸的导向套，大大增加了成本；同时，该发明中也未能实现针对零件异形曲面轨迹的扫描识别功能。

上述专利中在实际生产中均有局限性，有些甚至还需要匹配不同被加工零件尺寸而配置的多种导向装置，生产成本高；此外，现有专利在进行超声冲击强化的过程中，加工精度不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声冲击表层强化装置及方法，可以识别异形曲面零件的表面轮廓，使得作用在零件表面的冲击力始终为法向力，进而提高超声冲击表层强化精度，并保持加工过程强化精度的稳定性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：