本實用新型涉及一種平面滾壓刀具，尤其是一種控制滾壓力的剛性平面滾壓刀具。

背景技術：

滾壓法是指在滾壓刀具的作用下，外力誘導金屬材料表面發(fā)生強塑性變形，通過近表層材料的塑性流動激活晶體內部的位錯、層錯等非平衡缺陷，通過位錯增殖、孿生、滑移等晶體學運動將小角大晶界逐漸切割為大角小晶界，實現(xiàn)表面大晶粒被分割細化為超細晶或納米晶。滾壓加工是無切屑加工的一種，它不僅可以達到很高的光潔度，而且可提高被加工零件的機械性能——表面硬度、材料的疲勞性能、材料的耐腐蝕性能等。滾壓法的實質是利用高硬度的無刃工具——滾珠或滾輪，使其對被加工表面造成局部高壓。由于工具沿被加工表面滾動，形成了表面材料的彈性-塑性變形，使前一工序留于表面的微觀凸峰被碾平，并且使材料的表層晶粒變小，最終變成納米晶。

滾壓刀具通過刀柄與多錐無刷電機的主軸連接，帶動刀具轉動，從而帶動刀頭上的滾輪在工件表面滾動來實現(xiàn)滾壓加工。目前常見的滾壓刀壓力調節(jié)機構多是彈簧，滾壓余量難以控制，滾壓余量過大，零件表面局部應力加大，容易形成破裂、起鱗，反而降低了表面質量。滾壓刀滾壓余量太小，不能使待加工表面的波峰壓下去，達不到理想的粗糙度。我們將滾壓刀具和多錐無刷電機連接起來，使得我們可以自主的控制滾壓力的大小。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有滾壓刀具存在滾壓力無法控制的不足，本實用新型提供一種可實時檢測滾壓力、工件表面的加工質量較好的控制滾壓力的剛性平面滾壓刀具。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種控制滾壓力的剛性平面滾壓刀具，包括刀柄和刀頭，所述刀頭通過刀柄與刀頭驅動裝置連接，所述刀頭包括刀柄連接塊、用于檢測工件表面滾壓力的力傳感器、傳感器固定座和滾輪組件，所述傳感器固定座位于所述刀柄的下方并通過刀柄連接塊與刀柄的下端固定連接，所述滾輪組件包括滾輪安裝座、兩個滾輪和滾輪安裝軸，所述滾輪安裝座為T型，所述滾輪安裝座的下端橫向設有所述滾輪安裝軸，兩個滾輪可轉動地安裝在所述滾輪安裝軸的左右兩端并對稱布置；

所述滾輪安裝座位于所述傳感器固定座的下方，所述傳感器固定座的底面中部開有傳感器安裝槽，所述力傳感器安裝在所述傳感器安裝槽內并向下伸出，所述滾輪安裝座與所述力傳感器之間設有間隙，所述滾輪安裝座通過上下移動組件可上下移動的安裝在傳感器固定座上；

所述刀頭驅動裝置為多錐無刷電機，所述多錐無刷電機包括電機外殼以及安裝在電機外殼內的電機主軸、彈簧、制動板、定子和轉子，所述電機主軸豎向布置并通過軸承可轉動的安裝在電機外殼內，所述電機外殼包括電機殼體、殼體頂壁、上端蓋和下端蓋，所述電機殼體的上端設有所述殼體頂壁，所述上端蓋位于所述殼體頂壁的上方并與電機殼體的上端固定連接，所述電機殼體的下端設有所述下端蓋，所述殼體頂壁與上端蓋之間形成用于制動板上下移動的制動板活動空腔；所述定子固定在電機殼體內壁上，所述轉子位于定子的中心孔內，所述電機主軸的上端自下而上依次穿過轉子、彈簧、殼體頂壁與所述制動板的底面固定連接，所述彈簧的下端通過圓環(huán)塊和軸承安裝在電機主軸的軸肩上，所述彈簧的上端頂觸在殼體頂壁上，轉子固定在電機主軸的中部，所述電機主軸的下端穿過下端蓋與所述刀柄連接；所述定子的中心孔為錐形，所述轉子為與錐體，所述轉子的錐面傾斜度與定子的中心孔的錐面傾斜度相同。

所述制動板的頂面設有第一制動橡膠，所述上端蓋的底面設有第二制動橡膠，所述第二制動橡膠與所述第一制動橡膠粘接；所述力傳感器與機床控制裝置連接，所述機床控制裝置與定子連接。

進一步，所述傳感器固定座的左右兩端分別設有第一通孔和第二通孔，所述滾輪安裝座的左右兩端分別設有第一通孔和第二通孔，所述滾輪安裝座的第一通孔與所述傳感器固定座的第一通孔上下正對，所述滾輪安裝座的第二通孔與所述傳感器固定座的第二通孔上下正對；

所述上下移動組件包括等高套筒和定位螺栓，所述等高套筒設置有兩個，分別為第一等高套筒和第二等高套筒，所述定位螺栓設置有兩個，分別為第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述第一等高套筒的上端安裝在所述傳感器固定座的第一通孔內，所述滾輪安裝座的第一通孔可上下移動的安裝在所述第一等高套筒的下端上，所述第一定位螺栓自下而上穿過第一等高套筒固定在刀柄連接塊上，所述第一定位螺栓的螺栓頭頂在所述第一等高套筒的下端面上，所述第二等高套筒的上端安裝在所述傳感器固定座的第二通孔內，所述滾輪安裝座的第二通孔可上下移動的安裝在所述第二等高套筒的下端上，所述第二定位螺栓自下而上穿過第二等高套筒固定在刀柄連接塊上，所述第二定位螺栓的螺栓頭頂在所述第二等高套筒的下端面上。

再進一步，所述定子設有三個，所述轉子設有三個，一個轉子與一個定子一一對應，三個轉子的錐面傾斜度相互之間均不同。

再進一步，所述傳感器安裝座、刀柄連接塊、刀柄均分別沿其軸線設有中心孔，所述傳感器安裝槽與所述傳感器安裝座的中心孔連通，所述傳感器安裝座的中心孔與刀柄連接塊的中心孔連通，所述刀柄連接塊的中心孔與所述刀柄的中心孔連通，所述刀柄的中心孔與刀柄驅動裝置的電機主軸的軸孔連通。

更進一步，兩個滾輪分別通過軸承可轉動地安裝在滾輪安裝軸的左右兩端，所述軸承與滾輪安裝座的下端之間還設有用于軸承定位的定位套筒，所述滾輪安裝軸的左端設有擋塊，所述滾輪安裝軸的右端依次穿過左端的軸承、左端的定位套筒、滾輪安裝座、右端的定位套筒、右端的軸承與鎖緊螺母連接。

本實用新型的有益效果：能夠實時準確地檢測工件表面的滾壓力，且適應較不平整的工件表面。

附圖說明

圖1是一種控制滾壓力的剛性平面滾壓刀具的剖視圖。

圖2是圖1的側剖圖。

圖3是滾輪的放大圖。

圖4是刀柄的主視圖，其中左部剖面。

圖5是圖4的右視圖。

圖6是圖4的俯視圖。

圖7是刀柄連接塊的剖面圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。

參照圖1～圖7，一種控制滾壓力的剛性平面滾壓刀具，包括刀柄1和刀頭，所述刀頭通過刀柄1與刀頭驅動裝置連接，所述刀頭包括刀柄連接塊3、用于檢測工件表面滾壓力的力傳感器4、傳感器固定座6和滾輪組件，所述傳感器固定座6位于所述刀柄1的下方并通過刀柄連接塊3與刀柄1的下端固定連接，所述滾輪組件包括滾輪安裝座7、兩個滾輪8和滾輪安裝軸10，所述滾輪安裝座7為T型，所述滾輪安裝座7的下端橫向設有所述滾輪安裝軸10，兩個滾輪8可轉動地安裝在所述滾輪安裝軸10的左右兩端并對稱布置；

所述滾輪安裝座7位于所述傳感器固定座6的下方，所述傳感器固定座6的底面中部開有傳感器安裝槽，所述力傳感器4安裝在所述傳感器安裝槽內并向下伸出，所述滾輪安裝座7與所述力傳感器4之間設有間隙，所述滾輪安裝座7通過上下移動組件可上下移動的安裝在傳感器固定座6上；

所述刀頭驅動裝置為多錐無刷電機，所述多錐無刷電機包括電機外殼19以及安裝在電機外殼19內的電機主軸14、彈簧22、制動板24、定子18和轉子17，所述電機主軸14豎向布置并通過軸承可轉動的安裝在電機外殼19內，所述電機外殼19包括電機殼體、殼體頂壁、上端蓋26和下端蓋16，所述電機殼體的上端設有所述殼體頂壁，所述上端蓋26位于所述殼體頂壁的上方并與電機殼體的上端固定連接，所述電機殼體的下端設有所述下端蓋16，所述殼體頂壁與上端蓋26之間形成用于制動板24上下移動的制動板活動空腔；所述定子18固定在電機殼體內壁上，所述轉子17位于定子18的中心孔內，所述電機主軸14的上端自下而上依次穿過轉子17、彈簧22、殼體頂壁與所述制動板24的底面固定連接，所述彈簧22的下端通過圓環(huán)塊21和軸承安裝在電機主軸14的軸肩上，所述彈簧22的上端頂觸在殼體頂壁上，轉子17固定在電機主軸14的中部，所述電機主軸14的下端穿過下端蓋與所述刀柄1連接；所述定子18的中心孔為錐形，所述轉子17為與錐體，所述轉子17的錐面傾斜度與定子18的中心孔的錐面傾斜度相同。

所述制動板24的頂面設有第一制動橡膠25，所述上端蓋26的底面設有第二制動橡膠，所述第二制動橡膠與所述第一制動橡25膠粘接；所述力傳感器與機床控制裝置連接，所述機床控制裝置與定子連接。

進一步，所述傳感器固定座6的左右兩端分別設有第一通孔和第二通孔，所述滾輪安裝座7的左右兩端分別設有第一通孔和第二通孔，所述滾輪安裝座7的第一通孔與所述傳感器固定座6的第一通孔上下正對，所述滾輪安裝座7的第二通孔與所述傳感器固定座6的第二通孔上下正對；

所述上下移動組件包括等高套筒和定位螺栓5，所述等高套筒設置有兩個，分別為第一等高套筒和第二等高套筒，所述定位螺栓5設置有兩個，分別為第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述第一等高套筒的上端安裝在所述傳感器固定座6的第一通孔內，所述滾輪安裝座7的第一通孔可上下移動的安裝在所述第一等高套筒的下端上，所述第一定位螺栓自下而上穿過第一等高套筒固定在刀柄連接塊3上，所述第一定位螺栓的螺栓頭頂在所述第一等高套筒的下端面上，所述第二等高套筒的上端安裝在所述傳感器固定座6的第二通孔內，所述滾輪安裝座7的第二通孔可上下移動的安裝在所述第二等高套筒的下端上，所述第二定位螺栓自下而上穿過第二等高套筒固定在刀柄連接塊上，所述第二定位螺栓的螺栓頭頂在所述第二等高套筒的下端面上。

再進一步，所述定子18設有三個，所述轉子17設有三個，一個轉子與一個定子一一對應，三個轉子的錐面傾斜度相互之間均不同。

再進一步，所述傳感器安裝座4、刀柄連接塊3、刀柄1均分別沿其軸線設有中心孔，所述傳感器安裝槽與所述傳感器安裝座4的中心孔連通，所述傳感器安裝座4的中心孔與刀柄連接塊的中心孔連通，所述刀柄連接塊3的中心孔與所述刀柄1的中心孔連通，所述刀柄1的中心孔與刀柄驅動裝置的電機主軸的軸孔連通。

更進一步，兩個滾輪8分別通過軸承可轉動地安裝在滾輪安裝軸10的左右兩端，所述軸承8與滾輪安裝座7的下端之間還設有用于軸承定位的定位套筒11，所述滾輪安裝軸10的左端設有擋塊，所述滾輪安裝軸10的右端依次穿過左端的軸承、左端的定位套筒、滾輪安裝座、右端的定位套筒、右端的軸承與鎖緊螺母12連接。

如圖1和圖2所示，事先將多錐無刷電機的制動板24和第一制動橡膠25粘合在一起，將第一制動橡膠25和多錐形無刷電機上端蓋26同圓心的第二制動橡膠粘合在一起，將彈簧22和圓環(huán)塊21焊接在一起，將圓環(huán)塊21、彈簧22、圓柱滾子軸承23放入多錐形無刷電機外殼19的腔體內，然后將三個定子18分別安裝在多錐形無刷電機外殼19的指定位置。將三個轉子17固定在電機主軸14上指定的位置。將電機主軸14從下往上穿入多錐形無刷電機外殼19，然后將深溝球軸承20從電機主軸14上端穿入，直到軸肩為止。將圓環(huán)塊21套在深溝球軸承20外殼上，然后將電機主軸14繼續(xù)向上伸，直到彈簧22接觸到多錐形無刷電機外殼19的殼體頂壁上，然后將彈簧22和多錐形無刷電機外殼19的上壁焊接在一起。然后從上端將圓柱滾子軸承23穿入電機主軸14和多錐形無刷電機外殼19的殼體頂壁的通孔套合。然后將制動板24和第一制動橡膠25安裝在電機主軸14的上端，將上端蓋26蓋上，用外六角螺栓27擰牢，然后將下端蓋16從下面蓋上用外六角螺栓擰牢，所述電機主軸14通過軸承15與下端蓋16可轉動連接。

如圖1、圖4、圖5和圖6所示，刀柄1成錐體形狀，上端中心開有軸孔，能夠被銑床等設備的主軸所裝夾，刀柄連接塊3的上部形狀和刀柄1相契合。刀柄1的底部設有導向圓柱，保證刀柄1和刀柄連接塊3的同軸度以及便于各螺紋孔定位；刀柄1的底部還有矩形塊，用來傳遞力矩和轉速；刀柄1的軸孔下面開有中心孔，將力傳感器4的線從這個中心孔連下去。安裝的時候只要把刀柄1和刀柄連接塊3相應的凸臺與臺階對齊合上就行了。刀柄1和刀柄連接塊3通過正立的內六角螺栓2連接，刀柄連接塊3上部開有4個螺紋孔用來和刀柄1連接。刀柄連接塊3下部也有四個螺紋孔，其中兩個螺紋孔用來連接傳感器固定座6，另外兩個螺紋孔用來連接滾輪安裝座7，通過定位螺栓將力矩和轉速傳遞到滾輪8上。

如圖1和圖7所示，刀柄連接塊3下表面和傳感器固定座6上表面貼牢，用兩個倒立的內六角螺栓將刀柄連接塊3和傳感器固定座6連接起來。傳感器固定座6在傳感器安裝槽的上方設有中心孔，刀柄1的中心孔、刀柄連接塊3的中心孔、傳感器固定座6的中心孔要對齊，這樣力傳感器4的數(shù)據(jù)線就能從這些孔連出去了，機床主軸有電刷，就可以實現(xiàn)力傳感器4在滾壓刀具工作時仍然傳送數(shù)據(jù)。力傳感器4安裝在傳感器固定座6內，當滾壓刀具沒有與被加工表面接觸時力傳感器4的下端與滾輪安裝座7也并無接觸，當滾壓刀具與加工表面接觸時，力傳感器4的下端與滾輪安裝座7有接觸并且力傳感器所受的力大小就是滾壓刀具作用被加工表面的滾壓力的大小。

等高套筒插入傳感器固定座6和滾輪安裝座7的相對應的通孔中，使傳感器固定座6和滾輪安裝座7對齊，然后用定位螺栓5即內六角螺栓從等高套筒穿過與刀柄連接塊3的螺紋孔連接，將螺栓頭一直擰到等高套筒上，使?jié)L輪安裝座7不會脫離刀頭。因為等高套筒13的存在使得滾輪安裝座7在Z方向有一個可自由移動的行程，這樣滾輪在滾壓時就可以將滾壓力傳到力傳感器4上了。

滾輪安裝座7在刀具的最下方，滾輪安裝座7和傳感器固定座6在對稱的兩側穿有等高套筒；等高套筒是一種空心套筒，定位螺栓5即倒立的內六角螺栓穿過等高套筒的中心孔，把滾輪安裝座7連接到刀柄連接塊3上。等高套筒的作用是保證滾輪安裝座7和傳感器固定座6之間留有一定的距離并且又能保證滾輪安裝座7只在一定的行程內移動。

如圖3所示，滾輪安裝座7下部橫向有一通孔，該通孔與滾輪安裝軸10過盈配合。將特殊形狀的滾輪8和軸承9過盈配合的套在一起，然后將軸承9穿入滾輪安裝軸10，然后將定位套筒11套在滾輪安裝軸10上，將軸承9固定；然后將滾輪安裝軸10插入滾輪安裝座7的通孔，使定位套筒11右邊靠著滾輪安裝座7，滾輪安裝軸10會從通孔中穿出，然后將另一個定位套筒11套在滾輪安裝軸10上靠到滾輪安裝座7上，然后依次穿入滾輪8、鎖緊螺母12；兩個定位套筒11要保證兩個滾輪8的對稱性。

本實用新型的工作過程為：

將電機主軸14擰入刀柄1就可以帶動刀頭運動了，并且可以在一定范圍內控制刀具的轉速和滾壓力大小。當開始滾壓加工時，將三個定子18通電，通過控制三個定子18電流的大小和頻率來控制電機主軸14的轉速和向下產生的力；當定子18通過電刷28通電后，電機主軸14開始旋轉，因為定子18和轉子17之間有一定角度，即錐形，所以會產生向下的力，帶動電機主軸14向下移動，帶動制動板24和第一制動橡膠25向下移動，使第一制動橡膠25與第二制動橡膠分離；電機主軸14將產生的力和轉速傳遞到刀柄1上，當三個定子18都停止通電時，彈簧22將電機主軸14拉上去，使得第二制動橡膠與第一制動橡膠25接觸粘接，進而電機制動。

力傳感器4在自由狀態(tài)下沒有和滾輪安裝座7接觸，當滾輪8下壓被加工表面時，被加工表面給滾輪7一個向上的力，滾輪安裝座7沿著等高套筒向上運動，直至與力傳感器4接觸并受力；在這個過程中，等高套筒起導向作用；力傳感器4通過信號連接線將滾壓力信號輸出到機床控制裝置的顯示儀表上，這樣刀頭滾壓被加工表面的滾壓力值都顯示在了顯示儀表上，每個滾壓力值下，被加工表面的加工效果不同，因此將力傳感器4檢測出的滾壓力進行對比，可通過調節(jié)定子18中的電流的大小和頻率來控制電機主軸14的轉速和向下產生的力。