一种伸缩旋转式超声多加工头、加工装置及加工方法

1.本发明涉及超声冲击技术领域，特别是涉及一种伸缩旋转式超声多加工头、加工装置及加工方法。


背景技术：

2.超声冲击是在超声能量的作用下，通过超声换能器连接的变幅杆对超声撞针进行高频率的碰撞，使撞针高频率的撞击零件，以改善零件表面的质量的工艺。由于相邻撞针之间具有空隙，在移动超声冲击加工头时，撞针对零件表面的撞击覆盖率较低且加工轨迹单一，因此需要对一个区域重复加工多次，大大降低了加工效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种伸缩旋转式超声多加工头、加工装置及加工方法，通过使安装有撞针的内套旋转，使撞针的撞击点分布更密集均匀并扩大覆盖范围，从而提高加工效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明公开了一种伸缩旋转式超声多加工头，用于和超声振动源相连，所述超声振动源包括外壳和安装于所述外壳上的振动端，包括：
6.内套；
7.相互平行的多个撞针，所述撞针穿过所述内套并能够与所述内套相对滑动；所述撞针具有限位部，所述限位部用于在所述撞针滑动时对所述撞针进行限位；所述撞针的第一端用于和所述振动端间歇接触，以获得撞向零件的动能，所述撞针的第二端用于撞击零件；
8.弹性件，所述弹性件用于向所述撞针施加朝向所述振动端的推力；
9.套设于所述内套外侧的外套，所述外套用于安装在所述外壳上；所述外套与所述内套在轴向限位，且在周向不限位；
10.安装于所述外套上的驱动组件，所述驱动组件与所述内套传动相连，以驱动所述内套沿周向旋转；
11.连接套，所述连接套的第一端用于和所述外壳可拆卸式相连，所述连接套的第二端与所述外套可拆卸式相连；
12.固紧套，所述连接套的第一端用于和所述外壳螺纹配合，所述连接套的第二端与所述外套螺纹配合；所述固紧套与所述连接套的第一端螺纹配合，且用于与所述外壳限位相抵。
13.优选地，还包括第一密封圈和第二密封圈；所述内套上设有内腔以及与所述内腔连通的第一进气口；所述撞针穿过所述内腔；所述外套上设有与所述第一进气口连通的第二进气口；所述弹性件为依次通过所述第二进气口、所述第一进气口充入所述内腔的压缩气体；所述压缩气体能够通过所述撞针与所述内套之间的缝隙，并对所述限位部施加推力；
所述第一密封圈和所述第二密封圈均同时与所述内套、所述外套密封接触；所述第一密封圈位于所述第一进气口和所述第二进气口的第一侧；所述第二密封圈位于所述第一进气口和所述第二进气口的第二侧。
14.优选地，还包括充气组件，所述充气组件与所述第二进气口相连，以向所述内腔充入压缩气体。
15.优选地，所述驱动组件包括驱动电机、固定架、主动带轮、从动带轮和传动带，所述驱动电机固定于所述固定架上，所述固定架固定于所述外套上，所述主动带轮固定于所述驱动电机的输出轴上，所述从动带轮固定于所述内套外侧，所述主动带轮与所述从动带轮通过所述传动带传动相连。
16.优选地，还包括第一衬套和第二衬套，所述第一衬套和所述第二衬套均位于所述内套与所述外套之间。
17.本发明还公开了一种超声冲击加工装置，包括超声振动源，所述超声振动源包括外壳和安装于所述外壳上的振动端，还包括上述的伸缩旋转式超声多加工头。
18.优选地，还包括机械臂，所述机械臂夹持所述外壳，用于移动所述伸缩旋转式超声多加工头。
19.本发明还公开了一种超声冲击加工方法，使用上述的超声冲击加工装置，并包括如下步骤：
20.s1、启动所述超声振动源；
21.s2、移动所述伸缩旋转式超声多加工头，使所述伸缩旋转式超声多加工头对所述零件的不同区域进行超声冲击，并使所述撞针与被加工区域的法线始终保持平行；同时通过所述驱动组件驱动所述内套沿周向旋转。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.相比于单纯平移内套的方式，本发明中内套增加了旋转运动，使撞针增加了垂直于内套平移方向的分运动，因而能够在与内套平移方向垂直的方向上使撞针的撞击点分布更密集均匀，从而提高加工效率与冲击覆盖率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为伸缩旋转式超声多加工头的示意图；
26.图2为伸缩旋转式超声多加工头的爆炸图；
27.图3为伸缩旋转式超声多加工头部分结构的爆炸图；
28.图4为驱动组件的示意图；
29.图5为伸缩旋转式超声多加工头的部分剖面图；
30.图6为超声冲击加工装置的示意图；
31.图7为超声冲击加工装置的整体剖面图；
32.图8为超声冲击加工装置加工曲面的示意图；
33.附图标记说明：1-变幅杆；2-内套；3-撞针；4-外套；5-驱动组件；6-整体空腔；7-超声换能器；8-外壳；9-弹簧；10-力传感器；11-连接套；12-固紧套；13-限位件；14-第一衬套；15-第二衬套；16-第一密封圈；17-第二密封圈；18-驱动电机；19-固定架；20-第一螺栓；21-主动带轮；22-传动带；23-从动带轮；24-第二进气口。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种伸缩旋转式超声多加工头、加工装置及加工方法，通过使安装有撞针的加工头内套旋转，扩大撞针在撞击零件时的覆盖范围，从而提高加工效率。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。其中，多加工头实际是指多用加工头，即本实施例的伸缩旋转式超声多加工头可用于平面和曲面的加工。
37.参照图1～图5，本实施例提供一种伸缩旋转式超声多加工头，用于和超声振动源相连，超声振动源包括外壳8和安装于外壳8上的振动端。该伸缩旋转式超声多加工头包括内套2、撞针3、弹性件、外套4和驱动组件5。
38.其中，撞针3为多个且相互平行，撞针3穿过内套2并能够与内套2相对滑动。撞针3具有限位部，限位部用于在撞针3滑动时对撞针3进行限位。撞针3的第一端用于和振动端间歇接触，以获得撞向零件的动能，撞针3的第二端用于撞击零件。弹性件用于向撞针3施加朝向振动端的推力。外套4套设于内套2外侧，外套4用于安装在外壳8上。外套4与内套2在轴向限位，且在周向不限位。驱动组件5安装于外套4上，驱动组件5与内套2传动相连，以驱动内套2沿周向旋转。
39.该伸缩旋转式超声多加工头的工作原理如下：以平面的超声冲击加工为例，当该伸缩旋转式超声多加工头在零件的待加工面上方平移时(撞针3与待加工面的法线始终保持平行)，驱动组件5驱动内套2沿内套2的周向旋转，并带动穿过内套2的多个撞针3旋转，每个撞针3会形成类似于摆线的轨迹。相比于单纯平移内套2的方式，本实施例中内套2增加了旋转运动，使撞针3增加了垂直于内套2平移方向的分运动，因而能够在与内套2平移方向垂直的方向上使撞针3的撞击点分布更密集，从而提高加工效率。
40.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括第一密封圈16和第二密封圈17。内套2上设有内腔以及与内腔连通的第一进气口，撞针3穿过内腔。外套4上设有与第一进气口连通的第二进气口24。弹性件为依次通过第二进气口24、第一进气口充入内腔的压缩气体。压缩气体能够通过撞针3与内套2之间的缝隙，并对限位部施加推力。第一密封圈16和第二密封圈17均同时与内套2、外套4密封接触，以起到密封的作用。第一密封圈16位于第一进气口和第二进气口24的第一侧，第二密封圈17位于第一进气口和第二进气口24的第二侧，以避免压缩气体在进入内腔前沿内套2与外套4之间的间隙泄漏。第一密封圈16与第二密封圈17之间的区域和内腔连通，形成一个整体空腔6。需要说明的是，根据实际情况的不同，可以调整充入内腔的压缩气体的压力。
41.然而，实际实施方式不限于此。例如，弹性件还可以是金属弹簧，金属弹簧套设于撞针3外侧且位于内套2与撞针3的限位部之间。
42.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括充气组件，充气组件与第二进气口24相连，以向内腔充入压缩气体。
43.本实施例中，驱动组件5包括驱动电机18、固定架19、主动带轮21、从动带轮23和传动带22，驱动电机18固定于固定架19上，固定架19固定于外套4上，主动带轮21固定于驱动电机18的输出轴上，从动带轮23固定于内套2外侧，主动带轮21与从动带轮23通过传动带22传动相连。固定架19可以通过第一螺栓20固定在外套4上，也可以通过焊接等其它方式固定在外套4上。
44.然而，实际实施方式不限于此。例如，主动带轮21、从动带轮23和传动带22可分别替换为主动链轮、从动链轮和链条。
45.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括第一衬套14和第二衬套15，第一衬套14和第二衬套15均位于内套2与外套4之间。第一衬套14和第二衬套15可起到磨损保护的作用，减小内套2与外套4的磨损。
46.然而，实际实施方式不限于此。例如，第一衬套14和第二衬套15均可替换为轴承。
47.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括连接套11，连接套11的第一端用于和外壳8可拆卸式相连，连接套11的第二端与外套4可拆卸式相连。当伸缩旋转式超声多加工头与不同型号的超声振动源相连时，只需要替换连接套11即可。
48.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括固紧套12。连接套11的第一端用于和外壳8螺纹配合，连接套11的第二端与外套4螺纹配合。固紧套12与连接套11的第一端螺纹配合，且用于与外壳8限位相抵。通过螺纹结构可调整超声振动源与撞针3的安装距离，通过固紧套12与外壳8紧密相抵可锁定连接套11与外壳8的距离。
49.然而，实际实施方式不限于此。例如，连接套11的第一端可以通过第二螺栓与外壳8可拆卸式相连，连接套11的第二端可以通过第三螺栓与外套4可拆卸式相连。
50.本实施例中，伸缩旋转式超声多加工头还包括限位件13。第一衬套14和第二衬套15分别位于从动带轮23的第一侧和第二侧。限位件13螺纹配合于内套2远离撞针3的一端，限位件13和从动带轮23分别从两侧对第一衬套14进行限位。从动带轮23和第一密封圈16分别从两侧对第二衬套15进行限位。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可选择其它布置形式。
51.参照图6～图8，本实施例还提供一种超声冲击加工装置，包括超声振动源，超声振动源包括外壳8和安装于外壳8上的振动端，还包括上述的伸缩旋转式超声多加工头。
52.参照图7，超声振动源可从市场上购得，此处仅做简要说明。超声振动源的振动端为变幅杆1，变幅杆1与壳体内的超声换能器7相连，超声换能器7将电能转换为动能并传递至变幅杆1。弹簧9将超声换能器7压向变幅杆1，力传感器10位于壳体与弹簧9之间，用于监测弹簧9对力传感器10施加的压力。
53.上述超声冲击加工装置可以采用手持的使用方式，也可以采用机器夹持的使用方式。本实施例中，超声冲击加工装置还包括机械臂，机械臂夹持外壳8，用于移动伸缩旋转式超声多加工头。
54.本实施例还提供一种超声冲击加工方法，使用上述的超声冲击加工装置，并包括
如下步骤：
55.s1、启动超声振动源。
56.s2、移动伸缩旋转式超声多加工头，使伸缩旋转式超声多加工头对零件的不同区域进行超声冲击，并使撞针3与被加工区域的法线始终保持平行。同时通过驱动组件5驱动内套2沿周向旋转。
57.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。