[發(fā)明專利]一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011417381.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112410536A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 查旭明;許志龍;沈志煌;陳俊英;翁建春;吳曉斌;孫杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D10/00
• 分類號(hào): C21D10/00;C22F3/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 渠述華

1.一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

包括多工位刀架、曲面軌跡掃描模塊、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、超聲沖擊模塊和控制裝置；

所述多工位刀架可沿X軸、Z軸方向移動(dòng)；

所述曲面軌跡掃描模塊、回轉(zhuǎn)平臺(tái)分別安裝在所述多工位刀架的不同工位上，以實(shí)現(xiàn)與所述多工位刀架同步運(yùn)動(dòng)；所述曲面軌跡掃描模塊用于掃描零件的曲面軌跡輪廓數(shù)據(jù)；

所述超聲沖擊模塊安裝在所述回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，所述回轉(zhuǎn)平臺(tái)可帶動(dòng)所述超聲沖擊模塊在XOZ平面上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述控制裝置用于控制所述曲面軌跡掃描模塊和回轉(zhuǎn)平臺(tái)，以及處理數(shù)據(jù)；

工作時(shí)，所述控制裝置接收輪廓數(shù)據(jù)并處理獲得曲率方向數(shù)據(jù)，并根據(jù)曲率方向數(shù)據(jù)，通過(guò)所述回轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)超聲沖擊模塊而調(diào)整沖擊力方向；所述超聲沖擊模塊實(shí)時(shí)采集超聲沖擊過(guò)程的力反饋信號(hào)，所述控制裝置根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)和力反饋信號(hào)進(jìn)行人工智能深度學(xué)習(xí)，以調(diào)整往后多次反復(fù)的超聲沖擊強(qiáng)化加工的沖擊力方向。

2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述曲面軌跡識(shí)別模塊為激光測(cè)量?jī)x，所述多工位刀架沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述激光測(cè)量?jī)x與零件表面的距離，使測(cè)量過(guò)程中被測(cè)零件全部位于所述激光測(cè)量?jī)x的測(cè)量區(qū)域內(nèi)，所述多工位刀架沿X軸方向運(yùn)動(dòng)以使所述激光測(cè)量?jī)x分段掃描零件表面，獲得分段的曲面軌跡輪廓數(shù)據(jù)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述激光測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度高于0.1μm，最大采樣頻率設(shè)置高于50kHz。

4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述回轉(zhuǎn)平臺(tái)包括安裝在所述多工位刀架上的固定底盤、與所述固定底盤樞接配合的轉(zhuǎn)動(dòng)盤，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤通過(guò)內(nèi)部的滾珠軸承與所述固定底盤樞接配合。

5.如權(quán)利要求1所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述超聲沖擊模塊包括依次連接的換能器、變幅桿和沖擊頭，以及與所述換能器電性連接的超聲發(fā)生器、設(shè)置在所述變幅桿與所述沖擊頭之間的測(cè)力儀；所述換能器安裝在所述回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，用于將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率；所述測(cè)力儀用于實(shí)時(shí)采集超聲沖擊過(guò)程的力反饋信號(hào)，通過(guò)分析測(cè)得的法向力、切向力大小判定超聲沖擊過(guò)程是否處于穩(wěn)定工作狀態(tài)；所述變幅桿用于把機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大，擴(kuò)大超聲振幅；所述超聲發(fā)生器用于驅(qū)動(dòng)所述換能器工作，所產(chǎn)生的機(jī)械能通過(guò)所述變幅桿為所述沖擊頭提供高頻振動(dòng)。

6.如權(quán)利要求5所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述沖擊頭為直徑3~6mm的硬質(zhì)合金球。

7.如權(quán)利要求5所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

所述測(cè)力儀基于壓電式傳感器原理測(cè)量高動(dòng)態(tài)力，測(cè)量范圍為-2~2kN，固有頻率設(shè)置高于50kHz；

超聲沖擊過(guò)程中，若所述測(cè)力儀測(cè)得的切向力超過(guò)0.1N，則表明超聲沖擊方向與曲面輪廓沒(méi)有相互垂直；若所述測(cè)力儀測(cè)得的法向力突躍式增大或減小，則表明超聲沖擊處于非穩(wěn)定工作狀態(tài)。

8.如權(quán)利要求1至7任一所述的一種超聲沖擊表層強(qiáng)化裝置，其特征在于：

還包括車床卡盤和頂尖，以及載物臺(tái)；

所述車床卡盤和頂尖用于夾持異形曲面回轉(zhuǎn)零件，并帶動(dòng)所述異形曲面回轉(zhuǎn)零件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述載物臺(tái)用于通過(guò)機(jī)械裝夾的方式固定異形曲面平面零件，并帶動(dòng)所述異形曲面平面零件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。