CN100493757C - 一种带轮旋压成形方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带轮旋压成形方法及设备。该设备四工位旋压成形装置由四个旋压成型装置组成，分别安装于下梁的面板上四柱的两根立柱之间，位于安装在下主轴上的待加工带轮四方，并可以在水平面内运动，由至少位于不同方向的2个伺服电机驱动。旋轮和主缸的进给均通过CNC操作系统实现位置控制。该方法是将板料金属毛坯在经过冲压拉深而获得的预制毛坯上通过旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形从而获得V型槽皮带轮。该方法可以提高皮带轮的强度和材料利用率，该设备具有四工位旋轮装置，提高了机床的灵活性、产品适应能力和生产效率。

Description

一种带轮旋压成形方法及设备

技术领域

本发明涉及机械工程学科中塑性加工工艺及设备领域，具体是指一种带轮旋压成形方法及其装置。

背景技术

皮带轮的传统制造工艺是采用锻、铸造毛坯经切削加工制成的。采用这种方法制作的皮带轮不仅笨重而且转动惯量大，在加工过程中要去除大量金属材料，不仅浪费了材料而且生产条件差；加工一个合格的零件往往需要多道工序，又浪费能源和时间。锻、铸造车间劳动环境差、消极因素多、事故发生率高，集苦、脏、累、险于一体。而且一般情况下锻、铸造设备均比较陈旧老化。虽然向高效、节能、精锻、无公害方向发展，但距机电一体化设备的机械化、自动化和柔性化要求还有很大的差距。

目前虽然已出现板制皮带轮旋压加工工艺和设备，但存在如下两个缺点：一是均采用液压方式驱动旋轮的进给运动，控制精度相对较低，调整不够灵活；二是工序集成度偏低，多为两工位，个别具有三工位，不能有效提高皮带轮的加工效率。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种带轮旋压成形设备，可灵活地用于皮带轮旋压成形的制坯、预成形、成形、整形不同工序，提高机床功能的集成度和灵活性，提高对不同产品的适应能力和生产效率。

本发明的另一目的在于提供一种带轮旋压成形方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种带轮旋压成形设备包括三梁四柱式床身、基座、上、下主轴、主压缸、液压站、四工位旋压成形装置和顶杆；三梁四柱式床身包括上梁、下梁、中梁和由四根立柱组成的四柱；所述上、下梁固定在四柱的两端，下梁固定在基座上，中梁位于上梁和下梁之间，可沿四柱上下滑动；主压缸安装于上梁中心，并与位于上梁下端的上主轴相连，上主轴安装于中梁中心，下主轴安装于下梁中心，顶杆由下主轴中心伸出；液压站通过油管分别与驱动下主轴旋转的液压马达、主压缸及顶杆下端的顶出油缸相连；四工位旋压成形装置由四个旋压成型装置组成，分别安装于下梁的面板上四柱的两根立柱之间，位于安装在下主轴上的待加工带轮四方，并可以在水平面内运动，由至少位于不同方向的2个伺服电机驱动；所述旋压成形装置包括支撑架、滑块、导轨、旋轮装置、滚珠丝杆副；所述支撑架和导轨安装在机床下梁的面板上，伺服电机和滚珠丝杆相连并安装在支撑架上，滑块安装在导轨上，丝杆螺母安装在滑块上并与滚珠丝杆滚动相连，旋轮装置安装在滑块的前端，旋轮可以绕本身轴线自由转动。

为进一步实现本发明目的，所述旋轮装置由旋轮、轴、轴承及支架组成，旋轮通过轴承安装在轴上，轴固定在支架上，支架与滑块连接。

所述四工位旋压成形装置由四套伺服电机驱动，每一个旋压成形装置的滚珠丝杆与一伺服电机相连。

为了减少伺服电机的占用空间，方便工人操作，四个旋轮座可以采用两个或三个伺服电机来驱动，即可以采用一套伺服电机系统驱动相对的两个旋轮座，两个旋轮座之间采用连接杆或连接块相互连接在一起。

具体是，所述四工位旋压成形装置由三套伺服电机驱动，一套伺服电机与位于相对的两个旋压成形装置中的一个的滚珠丝杆相连；相对的两个旋压成形装置中的两个滑块通过连接杆相互连接在一起，驱动相对的两个旋压成形装置；另两个旋压成形装置的滚珠丝杆分别与一伺服电机相连。所述四工位旋压成形装置两套伺服电机驱动，一套伺服电机分别与位于相对的两个旋压成形装置中的一个的滚珠丝杆相连，相对的两个旋压成形装置中的两个滑块通过连接杆相互连接在一起，驱动相对的两个旋轮装置。

一种带轮旋压成形方法，其特征在于括如下步骤：

(1)将圆盘形板料毛坯经过拉深方法成形为杯形预制坯；

(2)将杯形预制坯同轴地安装在带轮旋压成形设备的下主轴上，然后主压缸压下，通过中梁将上主轴压在预制坯上，再启动下主轴旋转；

(3)四个工位的旋轮装置分别向下主轴靠近，通过旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形，同时上主轴在主压缸的驱动下作配合下行，分别对杯形预制坯进行制坯、预成形、成形、整形工序，最终完成多V带轮的旋压成形。

所述旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形是用齿形角α介于60°至80°之间的齿顶较钝的旋轮进行第一次旋压成形，再用成品尺寸的旋轮进行第二次旋压制出成品。

所述旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形是用齿形角α介于30°至40°之间的齿顶较尖的旋轮进行第一次旋压成形，第二道换成齿形较宽齿尖有圆角的旋轮再旋一道，第三道用成品尺寸的齿形轮旋压。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.与同样材质所制造的铸/锻造后切削加工带轮相比，本发明采用旋压技术成形带轮，可使带轮加工的材料利用率由目前的40％左右提高到70％以上，提高带轮强度60％以上，提高生产效率60％左右。

2.与常见皮带轮旋压成形机床的液压驱动技术相比，本发明采用CNC数控系统，由伺服电机驱动旋轮的进给运动，更加方便控制旋轮的进给速度和进给位移量，并可以提高控制精度。

3.与常见皮带轮旋压成形机床的两工位或三工位相比，由于在一台机床上可以完成四道加工工序，节省了加工时间，可以提高产品的生产效率，降低产品的制造成本。

附图说明

图1是本发明带轮旋压成形设备的整体结构示意图；

图2是图1中四工位旋压成形装置的结构示意图；

图3是本发明采用三套伺服电机时旋轮装置的俯视图；

图4是本发明采用两套伺服电机时旋轮装置的俯视图；

图5是成形旋轮的局部形状示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。

如图1所示，本发明所述的带轮旋压成形设备包括三梁四柱式床身1、基座2、上主轴3、下主轴4、主压缸5、四工位旋压成形装置6、顶杆7、液压站8及数控操纵系统9。三梁四柱式床身1包括上梁11、下梁13、中梁12和由四根立柱组成的四柱14。上梁11、下梁13固定在四柱14的两端，下梁13安装在基座2上，中梁12位于上梁11和下梁13之间，可沿四柱14上下滑动；主压缸5安装于上梁11中心位置，并与位于上梁11下端的上主轴3相连，上主轴3安装于中梁12中心，下主轴4安装于下梁13中心。四工位旋压成形装置6由四个成型装置组成，分别安装于下梁13的面板上的四柱14的两根立柱之间，并可以在水平面内运动；顶杆7安装于基座2中心，并由下主轴4的中心孔伸出，液压站8和数控操纵系统9位于在机床旁边。液压站8通过油管分别与驱动下主轴4旋转的液压马达、主压缸5及顶杆7下端的顶出油缸相连，以便在工件成形过程中驱动下主轴4旋转、为上主轴3提供压力及在工件成形结束时推动顶杆7向上运动卸除工件。数控操作系统9由控制器和操作台组成，用于控制机床各运动部件的启停，并对上主轴3的纵向位置及旋压成形装置6的横向位置进行数字控制。控制器为一箱式结构，由CNC控制系统及壳体组成，CNC控制系统与液压站8的液压阀及旋压成形装置6的伺服驱动器相联接，从而控制主压缸5和顶杆7的上下运动、下主轴4的转动以及四个旋压成形装置6的进给运动，CNC控制器通过螺钉安装在操作台上，操作台为一柜式结构，放置在机床旁边。操作系统通过电线及数据线与机床各控制部件相连接。

如图2所示，四工位旋压成形装置6的基本结构由支撑架61、滑块62、导轨63、旋轮装置64、滚珠丝杆副65及伺服电机66组成。支撑架61和导轨63安装在机床下梁13的面板上，伺服电机66和滚珠丝杆副65的丝杆相连并安装在支撑架61上，滑块62安装在导轨63上，滚珠丝杆副65的丝杆螺母安装在滑块62上并与滚珠丝杆滚动相连，旋轮装置64安装在滑块62的前端，旋轮装置64由旋轮、轴、轴承及支架组成，旋轮通过轴承安装轴上，轴固定在支架上，支架与滑块62连接，旋轮可以绕本身轴线自由转动。

为了减少伺服电机的占用空间，方便工人操作，四工位旋压成形装置6的四个旋轮座可以采用三个或两个伺服电机来驱动，如下图3和图4所示。

如图3所示，四工位旋压成形装置由三套伺服电机驱动，一套伺服电机与位于相对的两个旋压成形装置中的一个的滚珠丝杆相连；相对的两个旋压成形装置中的两个滑块通过连接杆相互连接在一起，驱动相对的两个旋压成形装置；另两个旋压成形装置的滚珠丝杆分别与一伺服电机相连。具体是，四工位旋压成形装置6的四个旋轮装置中左右工位的旋轮装置与图2完全相同，但前位旋轮装置之一641和后位旋轮装置之二642通过连接杆67连接，由同一套伺服电机之一661驱动，由于旋轮装置不需要同时工作，所以可以通过连接杆67的推与拉使得两套旋轮装置分别靠近下主轴4进行旋压成形。左位旋轮和右位旋轮可以分别穿过连接杆67的空隙向下主轴4移动。如图4所示，四工位旋轮座由两套伺服电机驱动，其中两旋轮装置643、644通过连接块681相连，并由伺服电机之二662共同驱动向下主轴4移动；例如当连接块681向右移动时，旋轮装置之三643靠近下主轴4进行旋压成形；连接块681向左移动时，旋轮装置之四644靠近下主轴4进行旋压成形。同样，旋轮装置之五645和旋轮装置之六646通过连接块682相连，并由伺服电机663共同驱动向下主轴4移动。

本发明中带轮零件是通过板料的塑性变形而得到。带轮制作过程主要分为两个阶段：一是采用板料通过冲压拉深或拉深旋压方法制作旋压用预制坯；二是将预制坯夹持在带轮旋压机上，并按要求速度旋转，由旋轮对其表面施压，产生局部变形，旋出所需“V”型槽数的带轮零件。

本发明利用上述带轮旋压设备加工的带轮为周边表面是多V槽形，而内表面为完整圆柱面，通过等壁厚杯形毛坯圆柱部分的环形局部增厚和环形局部减薄成形出所述带轮零件。该方法是将圆盘形板料毛坯经过拉深方法成形为杯形预制坯，再经旋压成形得到多V槽形皮带轮。具体加工方法如下：

(1)将圆盘形板料毛坯经过拉深方法成形为杯形预制坯；

(2)将杯形预制坯同轴地安装在带轮旋压成形设备的下主轴上，然后主压缸压下，通过中梁将上主轴压在预制坯上，再启动下主轴旋转；

(3)四个工位的旋轮装置分别向下主轴靠近，通过旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形，同时上主轴在主压缸的驱动下作配合下行，分别对杯形预制坯进行制坯、预成形、成形、整形工序，最终完成多V带轮的旋压成形。

根据带轮V型槽的尺寸和精度的不同要求，在带轮加工过程中，可以采用两至三个旋压成形工序分不同步骤完成：如采用两道旋压成形工序时，可用齿顶较钝的旋轮(图5中的齿形角α取值范围为60°≤α≤80°)进行第一次旋压成形，再用成品尺寸的旋轮进行第二次旋压制出成品；若采用三道旋压成形工序时，可用齿顶较尖的旋轮(图5中的齿形角α取值范围为30°≤α≤40°)进行第一次旋压预成形，第二次换成齿形较宽齿尖有圆角的旋轮再旋一道，第三次用成品尺寸的齿形轮旋压出图纸所要求的精度。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims (8)

1.一种带轮旋压成形设备，其特征在于，该设备包括三梁四柱式床身、基座、上、下主轴、主压缸、液压站、四工位旋压成形装置和顶杆；三梁四柱式床身包括上梁、下梁、中梁和由四根立柱组成的四柱；所述上、下梁固定在四柱的两端，下梁固定在基座上，中梁位于上梁和下梁之间，可沿四柱上下滑动；主压缸安装于上梁中心，并与位于上梁下端的上主轴相连，上主轴安装于中梁中心，下主轴安装于下梁中心，顶杆由下主轴中心伸出；液压站通过油管分别与驱动下主轴旋转的液压马达、主压缸及顶杆下端的顶出油缸相连；四工位旋压成形装置由四个旋压成型装置组成，分别安装于下梁的面板上四柱的两根立柱之间，位于安装在下主轴上的待加工带轮四方，并可以在水平面内运动，由至少位于不同方向的2个伺服电机驱动；所述旋压成形装置包括支撑架、滑块、导轨、旋轮装置、滚珠丝杆副；所述支撑架和导轨安装在机床下梁的面板上，伺服电机和滚珠丝杆相连并安装在支撑架上，滑块安装在导轨上，丝杆螺母安装在滑块上并与滚珠丝杆滚动相连，旋轮装置安装在滑块的前端，旋轮可以绕本身轴线自由转动。

2、根据权利要求1所述的一种带轮旋压成形设备，其特征在于所述旋轮装置由旋轮、轴、轴承及支架组成，旋轮通过轴承安装在轴上，轴固定在支架上，支架与滑块连接。

3、根据权利要求1或者2所述的一种带轮旋压成形设备，其特征在于所述四工位旋压成形装置由四套伺服电机驱动，每一个旋压成形装置的滚珠丝杆与一伺服电机相连。

4、根据权利要求1或者2所述的一种带轮旋压成形设备，其特征在于所述四工位旋压成形装置由三套伺服电机驱动，一套伺服电机与位于相对的两个旋压成形装置中的一个的滚珠丝杆相连；相对的两个旋压成形装置中的两个滑块通过连接杆相互连接在一起，驱动相对的两个旋压成形装置；另两个旋压成形装置的滚珠丝杆分别与一伺服电机相连。

5、根据权利要求1或者2所述的一种带轮旋压成形设备，其特征在于所述四工位旋压成形装置两套伺服电机驱动，一套伺服电机分别与位于相对的两个旋压成形装置中的一个的滚珠丝杆相连，相对的两个旋压成形装置中的两个滑块通过连接杆相互连接在一起，驱动相对的两个旋轮装置。

6、一种利用权利要求1所述设备的带轮旋压成形方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将圆盘形板料毛坯经过拉深方法成形为杯形预制坯；

(2)将杯形预制坯同轴地安装在带轮旋压成形设备的下主轴上，然后主压缸压下，通过中梁将上主轴压在预制坯上，再启动下主轴旋转；

(3)四个工位的旋轮装置分别向下主轴靠近，通过旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形，同时上主轴在主压缸的驱动下作配合下行，分别对杯形预制坯进行制坯、预成形、成形、整形工序，最终完成多V带轮的旋压成形。

7、根据权利要求6所述的带轮旋压成形方法，其特征在于所述旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形是用齿形角α介于60°至80°之间的齿顶较钝的旋轮进行第一次旋压成形，再用成品尺寸的旋轮进行第二次旋压制出成品。

8、根据权利要求6所述的一种带轮旋压成形方法，其特征在于所述旋轮对毛坯径向加载并进给，使坯料在厚度方向上按旋轮表面的V型槽的形状变形是用齿形角α介于30°至40°之间的齿顶较尖的旋轮进行第一次旋压成形，第二道换成齿形较宽齿尖有圆角的旋轮再旋一道，第三道用成品尺寸的齿形轮旋压。

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