CN102228925A - 数控金属旋压机及其软件操作方法 - Google Patents

Abstract

数控金属旋压机及其软件操作方法，它涉及一种旋压机。它包含主轴箱(1)、尾座(2)、十字推力滑台(3)、托辊组件(4)和工件定位装置(5)、主电机(6)、底座(7)、数控刀架(8)和控制电箱(9)，主轴箱(1)和尾座(2)分别设置在底座(7)两侧，十字推力滑台(3)设置在底座(7)中部一侧上方，托辊组件(4悬挂设置在十字推力滑台(3)及主轴箱(1)一侧，十字推力滑台(3)前端设置有数控刀架(8)，工件定位装置(5)设置在主轴箱(1)内侧下方，控制电箱(9)设置在尾座(2)前侧。它具有高精度、高推力、高可靠性，低成本、维护简便的特点，可板旋成型、旋压缩管、旋压扩管，且兼备数控车削、卷边、修边功能。

Description

数控金属旋压机及其软件操作方法

技术领域

本发明涉及一种旋压机，尤其涉及一种数控金属旋压机及其软件操作方法。 

背景技术

目前在无屑旋压加工领域，国内设备中高端市场均为国外设备所占领，部分低端市场采用国内设备。国外设备大部分采用液压伺服油缸作为动力源，控制系统采用标准CNC系统二次开发而成，设备性能稳定、成型产品品质好，但价格高昂、维护成本极高，因此大多为国有企业拥有。而国产设备由于很多为现有车床改制而成，设备结构存在强度不足、推力不达标、加工范围限制、旋压工艺装置不完善等缺陷，因此大部分应用于灯具、小型炊具等旋压制造行业，并不能适合大件的旋压成型。 

由于旋压工艺的特殊性，如很多轨迹曲线的交叉运行、旋压轮半径的左右补偿，目前市面上的各种自动编程软件如UG、MATERCAM等均不能完成旋压程序的编写、编译。 

目前国内外旋压机控制程序编写方式有两种，一种为手工编写，即在CAD中按照材料合理变形程度绘制出材料依次变形曲线，然后再在CAD中手工测量出坐标位置，最后计算出X、Z插步位置，最后编写出数控系统可识别的G代码，通过手工输入数控系统。这种方法的缺点是人为误操作多，一个加工程序几十上百行很容易出错，一旦出现错误轻者设备无法运行、严重者可能造成设备损坏。另外编程时间很长，一个新品的开发仅软件调试时间可能就需要一两天，甚至更长。同时编程人员还必须学习并熟练掌握G语言才能操作设备，对人员技能要求很高。但由于这种方法不需要专门开发软件，因此基本上国内所有其他旋压机厂均采用这种编程方式。 

第二种方式为CAD绘制变形曲线，采用专用编译软件将曲线编译成机器可识别的G代码语言，同时采用软件传输进数控系统。这种方式的特点是所有编译和数控系统的程序输入均采用计算机执行，没有人为因素的干扰，基本没有误操作，由于在CAD中可以设置区域保护，因此旋压模具和旋压轮永远不会相干涉，也就不会造成设备损坏，同时结合设备运行动作和数控系统，本软件还特别设定了各种机床动作标准M指令、如托辊的前后运行和浮动、吹料、定位、尾顶进退等等，只需要在程序中点击加入即可控制机床。对人员技术要求大大降低，不需要懂得G语言，只需了解CAD即可。产品调试时间大大缩短，一个产品的软件调试可能只需10分钟即可，而且基本一次成功。 

因此，国际上基本所有数控旋压机生产厂商均专门开发有自动编译软件，采用第二种编程方式，同时由于技术保密原因国外所有软件均只能配套各自的旋压设备。由于软件开发费用高、技术难度大，国内很多厂家均没有进行开发。 

发明内容

本发明的目的是提供一种数控金属旋压机及其软件操作方法，它具有高精度、高推力、高可靠性，低成本、维护简便的特点，既可板旋成型、又可旋压缩管、旋压扩管，同时兼备数控车削、卷边、修边等功能。 

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含主轴箱1、尾座2、十字推力滑台3、托辊组件4和工件定位装置5、主电机6、底座7、数控刀架8和控制电箱9，主轴箱1和尾座2分别设置在底座7两侧，十字推力滑台3设置在底座7中部一侧上方，托辊组件4悬挂设置在十字推力滑台3及主轴箱1一侧，十字推力滑台3前端设置有数控刀架8，工件定位装置5设置在主轴箱1内侧下方，控制电箱9设置在尾座2前侧。 

它的旋压专用数控编程软件操作方法为：1) 首先，在CAD中绘制模具及产品外型图，同时还需绘制旋压轮工作部位，亦可以只绘出一半产品形状及旋轮工作面；2) 绘制旋轮贴模路径：在旋轮上取任意一点并做上标记，然后从所需变形部位开始，使旋轮工作面贴上产品外表面，依次在产品外表面做多点位置，尤其在形状相对变化较大并具代表性位置点数致密一些，以获得更加准确贴模路径；3) 块生成：贴模曲线完成后，可将旋轮移除，保留贴模曲线，并且将CAD界面中模具、产品、贴模曲线等生成块，生成一个或多个均可，但必须将所有图形均生成块；4)绘制旋压路径：按照合适旋压路径绘制旋压曲线；5)保存旋压曲线：将绘制好曲线保存为2002版DXF文件；6) 运行SPINNINGCAD旋压编程软件，并读取已经绘制好并已经保存为DXF的旋压文件；7）旋压参数定义，旋压软件保存；8)旋压软件传输进CNC。 

所述的主轴箱1采用数控机床主轴结构，针对旋压机床要求主轴承受较大轴向和径向力，主轴前端采用一双列圆柱滚子轴承承受径向力，一对角接触球轴承承受轴向力，主轴尾部采用圆锥孔双列滚子轴承支撑并起到调节轴向传动和径向跳动作用。 

所述的尾座2包含顶板2-1、顶杆2-2、莫式顶尖2-3、拨叉2-4、液压油缸2-5和底座2-6，顶杆2-2和液压油缸2-5分别设置在底座2-6两端，顶杆2-2两端分别与顶板2-1和莫式顶尖2-3相连，拨叉2-4与液压油缸2-5相连。 

所述的十字推力滑台3包含伺服电机3-1、伺服减速机3-2、梅花型联轴器3-3、滚珠丝杠3-4、Z底座3-5、X底座3-6和连接桥3-7，伺服电机3-1、伺服减速机3-2和梅花型联轴器3-3依次相连，梅花型联轴器3-3与Z底座3-5相连，滚珠丝杠3-4设置在Z底座3-5上，滚珠丝杠3-4通过连接桥3-7与X底座3-6相连。 

所述的托辊组件4包含双出头油缸4-1、托辊4-2和直线导轨4-3，双出头油缸4-1前侧设置有托辊4-2，直线导轨4-3设置在双头油缸4-1上方。 

所述的工件定位装置5包含圆柱导轨5-1、锁紧手柄5-2、横移支架5-3、升降支架5-4和偏心定位轴5-5，圆柱导轨5-1上通过锁紧手柄5-2设置有横移支架5-3，升降支架5-4设置在横移支架5-3上，偏心定位轴5-5设置在升降支架5-4顶部。 

本发明具有高精度、高推力、高可靠性，低成本、维护简便的特点，既可板旋成型、又可旋压缩管、旋压扩管，同时兼备数控车削、卷边、修边等功能。 

附图说明：

图1为本发明的结构示意图； 

图2为图1的俯视图； 

图3为本发明中尾座2的结构示意图； 

图4为本发明中十字推力滑台3的结构示意图； 

图5为图4的左视图； 

图6为本发明中托辊组件4的结构示意图； 

图7为图6的俯视图； 

图8为本发明的工件定位装置5的结构示意图； 

图9-13为实施例的示意图。 

具体实施方式：

参照图1-8，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含主轴箱1、尾座2、十字推力滑台3、托辊组件4和工件定位装置5、主电机6、底座7、数控刀架8和控制电箱9，主轴箱1和尾座2分别设置在底座7两侧，十字推力滑台3设置在底座7中部一侧上方，托辊组件4悬挂设置在十字推力滑台3及主轴箱1一侧，十字推力滑台3前端设置有数控刀架8，工件定位装置5设置在主轴箱1内侧下方，控制电箱9设置在尾座2前侧。 

它的旋压专用数控编程软件操作方法为：1) 首先，在CAD中绘制模具及产品外型图，同时还需绘制旋压轮工作部位，亦可以只绘出一半产品形状及旋轮工作面；2) 绘制旋轮贴模路径：在旋轮上取任意一点并做上标记，然后从所需变形部位开始，使旋轮工作面贴上产品外表面，依次在产品外表面做多点位置，尤其在形状相对变化较大并具代表性位置点数致密一些，以获得更加准确贴模路径；3) 块生成：贴模曲线完成后，可将旋轮移除，保留贴模曲线，并且将CAD界面中模具、产品、贴模曲线等生成块，生成一个或多个均可，但必须将所有图形均生成块；4)绘制旋压路径：按照合适旋压路径绘制旋压曲线；5)保存旋压曲线：将绘制好曲线保存为2002版DXF文件；6) 运行SPINNINGCAD旋压编程软件，并读取已经绘制好并已经保存为DXF的旋压文件；7）旋压参数定义，旋压软件保存；8)旋压软件传输进CNC。 

所述的主轴箱1采用数控机床主轴结构，针对旋压机床要求主轴承受较大轴向和径向力，主轴前端采用一双列圆柱滚子轴承承受径向力，一对角接触球轴承承受轴向力，主轴尾部采用圆锥孔双列滚子轴承支撑并起到调节轴向传动和径向跳动作用。 

所述的尾座2包含顶板2-1、顶杆2-2、莫式顶尖2-3、拨叉2-4、液压油缸2-5和底座2-6，顶杆2-2和液压油缸2-5分别设置在底座2-6两端，顶杆2-2两端分别与顶板2-1和莫式顶尖2-3相连，拨叉2-4与液压油缸2-5相连。 

所述的尾座2在旋压时通过顶板将材料紧紧压在旋转的模具上。设计时采用液压油缸2-5推动拨叉带动顶杆2-2前进后退，顶杆2-2前端安装经过改装的标准莫氏6#顶尖，拨叉2-4既有带动推杆前后运行作用，带有适当开口的拨叉2-4又起到保险块的作用，防止人为误调节压力过高造成主轴轴向力过大而损坏。 

所述的十字推力滑台3包含伺服电机3-1、伺服减速机3-2、梅花型联轴器3-3、滚珠丝杠3-4、Z底座3-5、X底座3-6和连接桥3-7，伺服电机3-1、伺服减速机3-2和梅花型联轴器3-3依次相连，梅花型联轴器3-3与Z底座3-5相连，滚珠丝杠3-4设置在Z底座3-5上，滚珠丝杠3-4通过连接桥3-7与X底座3-6相连。 

所述的十字推力滑台3采用直线导轨和滚珠丝杆3-1推动，直线导轨采用相对式安装结构，Z轴运动采用导轨固定、滑块运行的标准方式，而为扩大旋转直径范围，X轴运行方向采用滑块固定的反装方式，极大的扩展了机床的回转直径，有效了防止工件与机床滑台的相互干涉。动力传递由伺服电机加伺服专用减速机通过梅花连轴器与滚珠丝杆连接，完成动力驱动。数控刀架安装于滑台前端，安装旋压轮或车刀、卷边轮等。 

所述的托辊组件4包含双出头油缸4-1、托辊4-2和直线导轨4-3，双出头油缸4-1前侧设置有托辊4-2，直线导轨4-3设置在双头油缸4-1上方。 

所述的托辊组件4起到展平旋压过程中材料的作用。由双出头油缸推动前边托辊前进后退，通过控制液压阀，可使此油缸前后腔导通，此时托辊可随着材料的压力向后退，调节前后腔导通节流阀大小，可方便调节托辊托住材料压力。 

所述的工件定位装置5包含圆柱导轨5-1、锁紧手柄5-2、横移支架5-3、升降支架5-4和偏心定位轴5-5，圆柱导轨5-1上通过锁紧手柄5-2设置有横移支架5-3，升降支架5-4设置在横移支架5-3上，偏心定位轴5-5设置在升降支架5-4顶部。 

所述的工件定位装置5起到上料时找正材料中心并定位的作用。由两条圆导轨上安装可上下移动支架，并且在支架上方安装有两只偏心定位小轴。支架可以在导轨上方前后移动，以适用不同的产品深度，支架上下移动以适应不同直径原材料，偏心定位轴可适当调整定位支架的安装误差，确保支架与机床中心线一致。 

本具体实施方式具有高精度、高推力、高可靠性，低成本、维护简便的特点，既可板旋成型、又可旋压缩管、旋压扩管，同时兼备数控车削、卷边、修边等功能。 

实施例：如图9所示产品（任意回转形状均可），如最大口直径为700mm（任意均可），高度300mm（任意均可），厚度5mm（任意均可）。 

如果采用目前传统拉伸工艺完成，需要设备2台，拉伸机和冲床各一台，模具最少3付，拉伸模具2付、切边模具1付，设备投资约40万，模具投资约3万。其中设备为固定投资，而模具投资只针对这一特定产品，更换不同形状产品，模具另外计算费用。因此，针对很多冲压件厂家，产品动辄几十种、甚至上百种，因此只是模具投资一项就达到几百万甚至十上千万。以100个不同产品计算，模具投资约300万。 

但如果采用旋压成型，也完成上述零件，则需投资设备1台，模具1付，设备约35万，模具费用约2000元。设备为固定投资，亦可生产其他零件。因此以100个零件计算，模具投资约20万元。 

本方案采用旋压成型方式，具体将就是采用程序控制挤压轮沿着高速旋转的材料逐步变形，实现将原材料由点到线、再由线到面的逐步变形，完成由板材到产品的旋压成型。 

具体生产步骤为：上料和旋压、车削、卷边等工序。 

上料如图10和图11所示，01为产品的模具、02为中心定位机构、03为尾座顶板、04为定位偏心小轴、05为原材料。首先人工将原材料放置在定位机构的偏心小轴上，小轴的上下位置根据第一个产品生产时调整到位，偏心小轴可以根据实际情况微调左右位置，中心定位后启动尾座油缸由顶板将材料紧紧压模具上，即可进行旋压。 

旋压过程如图12所示，1主轴箱、2尾座、3十字推力滑台、4托辊、01模具、05原材料、06成型后产品、07旋压成型轮、08旋压逐步变形曲线、09托辊压边位置。当材料被尾座顶板紧紧压在模具上后，主轴开始旋转，然后旋压轮根据预先设定好的轨迹和进给速度将材料向主轴箱方向慢慢压下去，由于材料是由主轴带动在高速旋转，因此根据旋压逐步变形曲线08所示，整体呈现一个直径慢慢缩小、形状慢慢接近最终形状的桶型件。旋压轮沿着逐步变形曲线从右到左曲线依次进行运动，直到形状快接近最终形状时，再由旋压轮沿着成型后产品06的外型表面慢慢从右到左运动，就能够使材料变形到最终形状。旋压过程中，托辊起到展平材料的作用，旋压过程中，由于原材料的最大直径逐步变小，因此材料边缘会产生褶皱。开始旋压时，托辊在油缸推动下运行到最前边靠近材料处，由于托辊的支撑油缸采用双出头油缸（如图6），前后腔体积相等，采用特殊液压回路，可使油缸即可以前后自由移动，又可以使油缸前后腔导通，使缸处于一种浮动状态。当旋压时托辊位于材料后边、而旋压轮位于材料的前边，当旋压轮将材料向左后方沿着08旋压逐步变形曲线所示运动时托辊和旋压紧紧将夹在中间，同时由于托辊油缸前后腔导通，托辊会随着材料的压力自动向后移动，在这个过程中，材料的边缘会被旋压轮和托辊压平整，为下一道次的旋压做好准备。当最后要给产品压一个如图所示的边缘时（当然有些产品没有此边缘），托辊在程序控制下运行到托辊压边位置09处，并且将托辊油缸前后腔通道关闭，此时油缸处于固定状态，不会随材料压力向后移动，旋压轮可由材料的托辊与模具结合的根部位置向外运动，即可旋压出产品的平边缘。原材料在程序控制的旋压运动轨迹下具体变形步骤如图13所示。 

由于本设备装有数控刀塔，不同位置可安装不同形状压轮或车刀或卷边轮等，可根据工艺需要自动更换旋压轮或车刀对产品进行加工。 

Claims (7)

1.数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于它包含主轴箱(1)、尾座(2)、十字推力滑台(3)、托辊组件(4)和工件定位装置(5)、主电机(6)、底座(7)、数控刀架(8)和控制电箱(9)，主轴箱(1)和尾座(2)分别设置在底座(7)两侧，十字推力滑台(3)设置在底座(7)中部一侧上方，托辊组件(4悬挂设置在十字推力滑台(3)及主轴箱(1)一侧，十字推力滑台(3)前端设置有数控刀架(8)，工件定位装置(5)设置在主轴箱(1)内侧下方，控制电箱(9)设置在尾座(2)前侧。

2.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于它的旋压专用数控编程软件操作方法为：1) 首先，在CAD中绘制模具及产品外型图，同时还需绘制旋压轮工作部位，亦可以只绘出一半产品形状及旋轮工作面；2) 绘制旋轮贴模路径：在旋轮上取任意一点并做上标记，然后从所需变形部位开始，使旋轮工作面贴上产品外表面，依次在产品外表面做多点位置，尤其在形状相对变化较大并具代表性位置点数致密一些，以获得更加准确贴模路径；3) 块生成：贴模曲线完成后，可将旋轮移除，保留贴模曲线，并且将CAD界面中模具、产品、贴模曲线等生成块，生成一个或多个均可，但必须将所有图形均生成块；4)绘制旋压路径：按照合适旋压路径绘制旋压曲线；5)保存旋压曲线：将绘制好曲线保存为2002版DXF文件；6) 运行SPINNINGCAD旋压编程软件，并读取已经绘制好并已经保存为DXF的旋压文件；7）旋压参数定义，旋压软件保存；8)旋压软件传输进CNC。

3.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于所述的主轴箱(1)采用数控机床主轴结构，针对旋压机床要求主轴承受较大轴向和径向力，主轴前端采用一双列圆柱滚子轴承承受径向力，一对角接触球轴承承受轴向力，主轴尾部采用圆锥孔双列滚子轴承支撑并起到调节轴向传动和径向跳动作用。

4.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于所述的尾座(2)包含顶板(2-1)、顶杆(2-2)、莫式顶尖(2-3)、拨叉(2-4)、液压油缸(2-5)和底座(2-6)，顶杆(2-2)和液压油缸(2-5)分别设置在底座(2-6)两端，顶杆(2-2)两端分别与顶板(2-1)和莫式顶尖(2-3)相连，拨叉(2-4)与液压油缸(2-5)相连。

5.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于所述的十字推力滑台(3)包含伺服电机(3-1)、伺服减速机(3-2)、梅花型联轴器(3-3)、滚珠丝杠(3-4)、Z底座(3-5)、X底座(3-6)和连接桥(3-7)，伺服电机(3-1)、伺服减速机(3-2)和梅花型联轴器(3-3)依次相连，梅花型联轴器(3-3)与Z底座(3-5)相连，滚珠丝杠(3-4)设置在Z底座(3-5)上，滚珠丝杠(3-4)通过连接桥(3-7)与X底座(3-6)相连。

6.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于所述的托辊组件(4)包含双出头油缸(4-1)、托辊(4-2)和直线导轨(4-3)，双出头油缸(4-1)前侧设置有托辊(4-2)，直线导轨(4-3)设置在双头油缸(4-1)上方。

7.根据权利要求1所述的数控金属旋压机及其软件操作方法，其特征在于所述的工件定位装置(5)包含圆柱导轨(5-1)、锁紧手柄(5-2)、横移支架(5-3)、升降支架(5-4)和偏心定位轴(5-5)，圆柱导轨(5-1)上通过锁紧手柄(5-2)设置有横移支架(5-3)，升降支架(5-4)设置在横移支架(5-3)上，偏心定位轴(5-5)设置在升降支架(5-4)顶部。

Images