CN103157736B - 螺旋叶片啮合成型方法及成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋叶片成型方法及专用成型设备。属于压力加工技术领域。本发明利用螺旋叶片啮合成型零件回转运动和原材料钢带纵向进给运动形成螺旋复合运动，在螺旋复合运动作用下实现原材料钢带和成型零件啮合，将原材料钢带一次成型为一定形状尺寸的螺旋叶片。实践证明：该设备采用螺旋叶片的啮合成型方法以钢带为原材料可以一次成型得到螺旋叶片成品，材料利用率100%，叶片厚度均匀，误差≤0.10mm,螺旋叶片的螺距误差≤0.5%，生产效率高，质量稳定，劳动强度轻，适用于中小批量专业生产。

Description

螺旋叶片啮合成型方法及成型设备

技术领域

本发明涉及一种螺旋叶片成型方法及专用成型设备。属于压力加工技术领域。

背景技术

在许多粮食机械设备和物料输送机械设备，如螺旋输送机、翻麦机、水平螺旋卸料机上，螺旋叶片作为其中重要的工作零件广泛的应用。目前，螺旋叶片成型方法主要有以下几种：

（1）    螺旋单叶片压制成型

使用压力机将坯料整体一次压制成螺旋单叶片，然后将若干单叶片焊接连接成一定长度的螺旋叶片。这种方法的缺点是：①坯料准备周期长，材料利用率低。首先从钢板上切下一定直径的圆片，然后在圆片中心冲切一个圆孔，形成一个圆环，再在环上切成V形开口的法兰。材料利用率<50%；②制造精度差，螺旋叶片的螺距误差≤10%。

（2）    螺旋叶片卷绕成型

应用专用的卷绕机，钢带制成螺旋面彼此叠合的螺旋叶片，在经专用拉伸设备拉伸，得到一定螺距的螺旋叶片。这种成型方法较第一种方法材料利用率和生产效率都提高了。缺点是：①成型需要两道工序，卷绕工序和拉伸工序。卷绕工序容易产生叶片厚度不均匀，外部边缘薄，内部边缘厚。两道工序材料发生塑性变形过程中会造成螺旋叶片成品的内应力增加，产品翘曲变形较大；②制造精度较低，螺旋叶片的螺距误差≤6%。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋叶片啮合成型方法及成型设备，采用这种啮合成型方法能以钢带为原材料一次成型得到螺旋叶片成品，材料利用率100%，即无废料，叶片厚度均匀，误差≤0.10mm, 螺旋叶片的螺距误差≤0.5%,生产效率也大大提高。

螺旋叶片啮合成型方法是：螺旋叶片啮合成型零件回转运动和原材料钢带纵向进给运动形成螺旋复合运动，在螺旋复合运动作用下实现原材料钢带和成型零件啮合，将原材料钢带一次成型为一定形状尺寸的螺旋叶片。

  螺旋叶片的啮合成型设备，其特征在于：所述成型设备包括成型心轴驱动机构、螺旋叶片成型心轴、送料机构和卸料机构。

成型心轴驱动机构的结构如图1 所示，可以实现回转运动，传递扭矩，并提供精确的转速；所述成型心轴驱动机构包括机座、伺服电机、两个同步带轮、同步带和传动轴，伺服电机安装在机座上，伺服电机的输出轴上安装第一同步带轮，在与伺服电机同一侧的传动轴的一端安装第二同步带轮，同步带安装在第一同步带轮和第二同步带轮上，通过同步带将动力传递到传动轴上。

传动轴是空心阶梯轴，传动轴通过滚动轴承安装在机座上，轴承内圈与轴紧配合，轴承外圈与机座过渡配合，传动轴前支承采用了推力轴承和圆锥滚子轴承，后支承采用了双列球轴承，这样可以承受钢带和成型心轴在啮合过程中产生的轴向和径向载荷，伺服电机和同步带可以提供不同规格产品螺旋叶片啮合成型需要的精确转速和扭矩，它们可以适应螺旋叶片产品小批量生产特点。

螺旋叶片成型心轴是螺旋叶片成型零件，由柄部、成型工作部分、尾端部组成，如图3 所示；其柄部采用莫氏锥度5^#锥面（径向）和法兰端面（轴向）双面定位，成型心轴的柄部安装在传动轴的锥孔内，在传动轴上安装时，锥面与传动轴锥孔可以完全配合，起到定心的作用，此时心轴法兰端面和传动轴端面还会有0.15mm的间隙，可以通过拉杆拉紧，实现与传动轴的刚性连接；拉杆安装在传动轴内部，一端与成型心轴螺纹连接，另一端有凸台（见图4放大图Ⅰ），在拉杆旋紧的过程中，凸台与传动轴接触产生作用力，将成型心轴轴向移动，直到心轴法兰端面锁紧在传动轴端面；法兰端面轴向开设2个腰型槽与传动轴挡块配合，以传递扭矩；成型工作部分设计了螺旋槽，螺旋槽螺距误差≤0.15%，目前数控加工精度完全可以达到；螺旋槽宽度尺寸B=B_钢带+δ+Zmin，其中B_钢带为钢带宽度基本尺寸，δ钢带宽度上偏差，Zmin为螺旋槽与钢带啮合最小间隙，其值采用经验法确定。

送料机构主要包括导料部件、导料纵向进给部件、导料横向调整部件，实现了螺旋叶片啮合成型过程中钢带连续送料，包括横向连续送料和纵向进给运动，沿导轨运动方向为纵向运动方向，垂直导轨运动方向为横向运动方向，具有动态响应快、输送精度高、刚度高、磨损小寿命长、运动平稳、高可靠性等特点。

导料部件包括导料轮和导料架，实现钢带的连续输送；导料部件安装在导料横向调整座上，并能在导料横向调整座平面上以靠近螺旋叶片成型心轴的一端为轴心调整±15°角度（图5所示），目的是可以调整钢带输送方向，使其沿着螺旋叶片螺旋升角方向输送。

导料纵向进给部件包括导料纵向进给支承座、由第一三角形导轨和第一平面滑动导轨组成的第一三角形―平面滑动导轨、第一同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链；第一同步电机安装在同步电机支架上，同步电机支架固定在机架上，滚珠丝杠副一端与第一同步电机输出轴连接，穿过纵向进给支承座并通过滚珠丝杠副螺母座与纵向进给支承座紧固连接；导料纵向进给支承座安装在第一三角形―平面滑动导轨上，它可以沿导轨作纵向进给运动，进给运动的动力来源于第一同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链，这条传动链不仅提供进给运动的动力，它还保证了导料纵向进给支承座的定位精度≤0.006mm/320mm，这样可以保证传动轴每旋转一周导料纵向进给支承座进给一个螺距，可见该定位精度对产品螺旋叶片螺距精度起到关键作用。

导料横向调整部件主要包括导料横向调整支承座、调整丝杠副、导料横向调整座，导料横向调整座安装在导料横向调整支承座上，导料横向调整支承座安装在导料纵向进给支承座上，在调整丝杠副的作用下，导料横向调整座能沿着与导料横向调整支承座配合的燕尾导轨作横向运动，调整导料轮和螺旋叶片成型心轴之间的距离，以适应各种规格的螺旋叶片生产。

卸料机构包括钢带夹紧元件、锥柄套筒、轴套、卸料支承座、由第二三角形导轨和第二平面滑动导轨组成的第二三角形―平面滑动导轨、第二同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链；第二同步电机安装在同步电机支架上，同步电机支架固定在机架上，滚珠丝杠副的一端与第二同步电机输出轴连接，穿过卸料支承座并通过滚珠丝杠副螺母座与卸料支承座紧固连接；锥柄套筒安装在轴套内，轴套安装在卸料支承座上，卸料支承座安装在第二三角形―平面滑动导轨上，锥柄套筒内孔与成型心轴尾端部滑动配合，起到支承成型心轴的作用，通过钢带夹紧元件，实现钢带端部定位和夹紧；第二同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链可以保证传动轴每旋转一周卸料支承座回退一个螺距，目的是已成型的螺旋叶片在卸料过程中不发生变形，卸料机构可以实现成型的螺旋叶片自动卸料。

本发明申请不涉及螺旋叶片啮合成型设备控制系统，这里不做阐述。

附图说明

图1是本发明螺旋叶片啮合成型设备主视图；

图2是本发明螺旋叶片啮合成型设备俯视图；

图3 成型心轴结构图；

图4 成型心轴、拉杆和传动轴之间装配关系图；

图5 导料部件角度调整示意图；

附图标记代表的设备零部件名称如下：

1、机座；2、伺服电机；3、第一同步带轮；4、同步带；5、拉杆；6、第二同步带轮；7、球轴承；8、推力轴承；9、圆锥滚子轴承；10、传动轴；11、螺旋叶片成型心轴；12、导料纵向进给支承座；13、导料横向调整支承座；14、调整丝杠副；15、导料架；16、导料轮；17、导料横向调整座；18、钢带夹紧元件；19、锥柄套筒；20、轴套；21、卸料支承座；22、滚珠丝杠副；23、联轴器；24、同步电机支架；25、第一同步电机；26、第二同步电机；27、联轴器；28、滚珠丝杠副；29、机架；30、第一平面滑动导轨；31、第一三角形导轨；32、第二平面滑动导轨；33、第二三角形导轨；34、柄部；35、莫氏锥度5^#锥面；36、法兰端面；37、成型工作部分；38、尾端部；39、腰型槽；40、导料部件；41、端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

1、螺旋叶片加工准备工作：根据所要生产的螺旋叶片规格和原材料钢带规格，①调整导料轮16和螺旋叶片成型心轴11之间的距离；②调整导料架15角度，使其沿着螺旋叶片螺旋升角方向输送；③调整伺服电机2转速；④调整送料机构进给速度；⑤调整卸料机构进给速度；⑥送料机构和卸料机构退回设置零点。

2、螺旋叶片啮合成型过程：定长的原材料钢带通过导料轮16输送，在钢带夹紧元件18作用下其端头固定夹紧，开启伺服电机2正转按钮和第一同步电机25按钮，伺服电机以指定的转速正转，通过同步带4、传动轴10将动力转递给螺旋叶片成型心轴11，螺旋叶片成型心轴11以一定的转速正转；同时，第一同步电机25启动，通过第一同步电机25―联轴器23―滚珠丝杠副22传动链，导料纵向进给支承座12带动导料部件沿导轨作纵向进给运动，实现钢带的连续送料；此过程中，原材料钢带与螺旋叶片成型心轴11啮合成型，当一定长度的钢带完全与成型心轴啮合，螺旋叶片成型，钢带与送料机构脱开，送料机构回退至零点，伺服电机2和第一同步电机25停止。

3、螺旋叶片卸料过程：开启伺服电机2反转按钮和第二同步电机26按钮，伺服电机2以指定的转速反转，同时，第二同步电机26启动，通过第二同步电机26―联轴器27―滚珠丝杠副28传动链，卸料支承座21以一定的速度带动卸料机构沿导轨作反向的纵向进给运动，已成型的螺旋叶片从螺旋叶片成型心轴11退出；当螺旋叶片完全脱离成型心轴，松开钢带夹紧元件，螺旋叶片成品卸料，卸料机构回到设置的零点，完成一个螺旋叶片加工周期。

实践证明：该设备采用螺旋叶片的啮合成型方法以钢带为原材料可以一次成型得到螺旋叶片成品，材料利用率100%，叶片厚度均匀，误差≤0.10mm, 螺旋叶片的螺距误差≤0.5%，生产效率高，质量稳定，劳动强度轻，适用于中小批量专业生产。

Claims (2)

1.螺旋叶片啮合成型设备，其特征在于：所述成型设备包括成型心轴驱动机构、螺旋叶片成型心轴、送料机构和卸料机构；

成型心轴驱动能够实现回转运动，传递扭矩，并提供精确的转速；所述成型心轴驱动机构包括机座、伺服电机、两个同步带轮、同步带和传动轴，伺服电机安装在机座上，伺服电机的输出轴上安装第一同步带轮，在与伺服电机同一侧的传动轴的一端安装第二同步带轮，同步带安装在第一同步带轮和第二同步带轮上，通过同步带将动力传递到传动轴上；传动轴是空心阶梯轴，传动轴通过滚动轴承安装在机座上，轴承内圈与轴紧配合，轴承外圈与机座过渡配合，传动轴前支承采用了推力轴承和圆锥滚子轴承，后支承采用了双列球轴承，能够承受钢带和成型心轴在啮合过程中产生的轴向和径向载荷；

螺旋叶片成型心轴是螺旋叶片成型零件，由柄部、成型工作部分、尾端部组成，其柄部采用莫氏锥度5^#锥面径向和法兰端面轴向双面定位，成型心轴的柄部安装在传动轴的锥孔内，在传动轴上安装时，锥面与传动轴锥孔能够完全配合，起到定心的作用；拉杆安装在传动轴内部，一端与成型心轴螺纹连接，另一端有凸台，在拉杆旋紧的过程中，凸台与传动轴接触产生作用力，将成型心轴轴向移动，直到心轴法兰端面锁紧在传动轴端面；法兰端面轴向开设2个腰型槽与传动轴挡块配合，以传递扭矩；

送料机构主要包括导料部件、导料纵向进给部件、导料横向调整部件；导料部件包括导料轮和导料架，实现钢带的连续输送，导料部件安装在导料横向调整座上，并能在导料横向调整座平面上以靠近螺旋叶片成型心轴的一端为轴心调整±15°角度；导料纵向进给部件包括导料纵向进给支承座、由第一三角形导轨和第一平面滑动导轨组成的第一三角形―平面滑动导轨、第一同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链；第一同步电机安装在同步电机支架上，同步电机支架固定在机架上，滚珠丝杠副一端与第一同步电机输出轴连接，穿过纵向进给支承座并通过滚珠丝杠副螺母座与纵向进给支承座紧固连接；导料纵向进给支承座安装在第一三角形―平面滑动导轨上，能够沿导轨作纵向进给运动；导料横向调整部件主要包括导料横向调整支承座、调整丝杠副、导料横向调整座，导料横向调整座安装在导料横向调整支承座上，导料横向调整支承座安装在导料纵向进给支承座上，在调整丝杠副的作用下，导料横向调整座能沿着与导料横向调整支承座配合的燕尾导轨作横向运动，调整导料轮和螺旋叶片成型心轴之间的距离，以适应各种规格的螺旋叶片生产；

卸料机构用以实现成型的螺旋叶片自动卸料，包括钢带夹紧元件、锥柄套筒、轴套、卸料支承座、由第二三角形导轨和第二平面滑动导轨组成的第二三角形―平面滑动导轨、第二同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链；同步电机安装在同步电机支架上，同步电机支架固定在机架上，滚珠丝杠副的一端与第二同步电机输出轴连接，穿过卸料支承座并通过滚珠丝杠副螺母座与卸料支承座紧固连接；锥柄套筒安装在轴套内，轴套安装在卸料支承座上，卸料支承座安装在第二三角形―平面滑动导轨上，锥柄套筒内孔与成型心轴尾端部滑动配合，起到支承成型心轴的作用，通过钢带夹紧元件，实现钢带端部定位和夹紧；

所述螺旋叶片成型心轴的成型工作部分设有螺旋槽，螺旋槽螺距误差≤0.15%；螺旋槽宽度尺寸B=B_钢带+δ+Zmin，其中B_钢带为钢带宽度基本尺寸，δ钢带宽度上偏差，Zmin为螺旋槽与钢带啮合最小间隙；

沿第一三角形导轨-平面滑动导轨的运动方向为纵向运动方向，垂直第一三角形导轨-平面滑动导轨的运动方向为横向运动方向。

2.螺旋叶片啮合成型方法，螺旋叶片成型心轴回转运动和原材料钢带纵向进给运动形成螺旋复合运动，在螺旋复合运动作用下实现原材料钢带和成型心轴啮合，将原材料钢带一次成型为一定形状尺寸的螺旋叶片，其特征在于具体包括如下步骤：

（1）螺旋叶片加工准备工作：根据所要生产的螺旋叶片规格和原材料钢带规格，调整导料轮和螺旋叶片成型心轴之间的距离；调整导料架角度，使其沿着螺旋叶片螺旋升角方向输送；调整伺服电机转速；调整送料机构进给速度；调整卸料机构进给速度；送料机构和卸料机构退回设置零点；

（2）螺旋叶片啮合成型过程：定长的原材料钢带通过导料轮输送，在钢带夹紧元件作用下其端头固定夹紧，开启伺服电机正转按钮和第一同步电机按钮，伺服电机以指定的转速正转，通过同步带、传动轴将动力转递给螺旋叶片成型心轴，螺旋叶片成型心轴正转；同时，第一同步电机启动，通过第一同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链，导料纵向进给支承座带动导料部件沿导轨作纵向进给运动，实现钢带的连续送料；此过程中，原材料钢带与螺旋叶片成型心轴啮合成型，当一定长度的钢带完全与成型心轴啮合，螺旋叶片成型，钢带与送料机构脱开，送料机构回退至零点，伺服电机和第一同步电机停止；

（3）螺旋叶片卸料过程：开启伺服电机反转按钮和第二同步电机按钮，伺服电机以指定的转速反转，同时，第二同步电机启动，通过第二同步电机―联轴器―滚珠丝杠副传动链，卸料支承座带动卸料机构沿导轨作反向的纵向进给运动，已成型的螺旋叶片从螺旋叶片成型心轴退出；当螺旋叶片完全脱离成型心轴，松开钢带夹紧元件，螺旋叶片成品卸料，卸料机构回到设置的零点，完成一个螺旋叶片加工周期。