CN106141053A - 伺服驱动小变形径向精密锻造装置 - Google Patents

伺服驱动小变形径向精密锻造装置 Download PDF

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Abstract

一种伺服驱动小变形径向精密锻造装置,包括:锻造机构以及正对其中心设置的进给机构,其中:锻造机构包括多个径向设置的伺服驱动的独立锻造工作单元,进给机构通过轴向输送并控制旋转坯料,由锻造工作单元实现径向柔性旋转锻造;锻造工作单元包括:依次相连的动力机构、一级减速机构、曲柄连杆机构、锻头和导向机构,其中:动力机构将转动扭矩通过一级减速机构输出至曲柄连杆机构并转换为往复运动,锻头与导向机构相接触以实现限位精确锻造。本发明能够实现设备的柔性化与智能化的同时拓展设备的应用范围,提高其通用性;同时简化机构,降低设备成本。

Description

伺服驱动小变形径向精密锻造装置
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种机械加工领域的技术,具体是一种伺服驱动小变形径向精密锻造装置。
背景技术
[0002]面向不同的功能要求,具有异形截面的长轴类零件的应用愈来愈广泛,而轻量化的需求则希望使用空心管状零件进行替代。采用高强材料是实现这种替代的重要途径,基于连续多次小变形累计的径向精密锻造成形技术可以较好地实现高强长轴类零件精密成形。目前,关于基于连续多次小变形累计的径向精密锻造成形装备的研究报道较少。因此现阶段急需一种柔性化、智能化、机构相对简单且通用性强的径向精密锻造成形设备。
发明内容
[0003]本发明针对现有锻造机构结构过于复杂,控制各构件之间的配合与传动的累计误差以及协调控制比较困难等缺陷,提出一种伺服驱动小变形径向精密锻造装置,能够实现设备的柔性化与智能化的同时拓展设备的应用范围,提高其通用性;同时简化机构,降低设备成本。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]本发明包括:锻造机构以及正对其中心设置的进给机构,其中:锻造机构包括多个径向设置的伺服驱动的独立锻造工作单元,进给机构通过轴向输送并控制旋转坯料,由锻造工作单元实现径向柔性小变形旋转锻造。
[0006]所述的锻造工作单元包括:依次相连的动力机构、一级减速机构、曲柄连杆机构、锻头和导向机构,其中:动力机构将转动扭矩通过一级减速机构输出至曲柄连杆机构并转换为往复运动,锻头与导向机构相接触以实现位移可控的精确锻造。
[0007]所述的动力机构,采用交流伺服电机提供动力源,协调控制多个锻造工作单元的运动轨迹,实现小变形柔性锻造。
[0008]所述的曲柄连杆机构包括:曲轴和连杆,其中:曲轴的一端与一级减速机构相连,连杆套接于曲轴中部并与锻头相连。
[0009]所述的锻头包括:导向部分与工作部分,其中:导向部分与导向机构相接触,工作部分开口的截面形状为锥形,与工件接触的工作型面根据锻件形状决定。
[0010]各个锻造工作单元的锻头工作型面形状分别与锻件的不同部分的表面相对应。
[0011]所述的导向机构优选为一滑槽,所述锻头在滑槽内上下滑动设置。
[0012]所述的进给机构包括旋转驱动机构和与之相连的水平推进机构,从而同时进行轴向进给与周向进给。
[0013]当四组锻造机构锻头工作型面一致时,随着工件的轴向与旋转进给,可以实现圆棒件或空心管件的变径锻造;当四组锻造机构锻头依锻件异形截面表面的不同部分而不同时,随着工件的轴向进给,可以实现异形断面零件的锻造;当四组锻造机构锻头型面形状不同,随着工件的轴向与旋转进给,可以在锻件上锻出呈螺旋线分布的特征。
技术效果
[0014]与现有技术相比,本发明的技术效果包括:
[0015] 1、本发明采用交流伺服电机,经一级减速齿轮后直接驱动曲柄连杆机构,与传统机械压力机相比,取消了飞轮、离合器和制动器,缩小了齿轮的尺寸,简化了设备机构与调试安装工作;
[0016] 2、本发明的锻头由曲柄连杆机构驱动,在伺服电机恒速驱动时的运动曲线为正弦曲线,锻头在靠近下死点时,速度自动降低,增力比增大,因而可降低对电机的调速比要求。与此同时引入伺服控制技术,实现了快速响应的无极变速,使得每个锻头的运动曲线均可以在正弦曲线的基础上任意修正,从而实现最佳工艺条件。彻底改变了传统旋锻设备工作特性不可调的缺点,提高了设备的柔性化与智能化;
[0017] 3、本发明采用了四组(或三组)独立可调的锻造单元,通过多点控制配合不同的工件进给方式,同时搭配可替换的具有不同成形型面的工具头,可以分别实现圆棒件或空心管件的变径锻造、异形断面零件的锻造以及锻件上呈螺旋线分布特征的锻造,大大拓展了设备的应用范围,提升了设备的柔性。
附图说明
[0018]图1是本发明的锻造机构的示意图;
[0019]图2是本发明的锻造工作单元的示意图;
[0020]图3是本发明的整体设备示意图;
[0021]图中:滑槽盘1、中心孔2、交流伺服电机3、滑槽4、连杆5、曲轴6、齿轮副7、锻头8、锻造机构9、丝杠10、步进电机11、工件夹具12。
具体实施方式
实施例1
[0022]如图1〜图3所示,本实施例锻造机构9以及正对其中心设置的进给机构,其中:锻造机构9包括多个径向设置的伺服驱动的独立锻造工作单元,进给机构通过轴向输送并控制旋转坯料,由锻造工作单元实现径向柔性旋转锻造。
[0023]所述的锻造工作单元包括:依次相连的动力机构、一级减速机构、曲柄连杆5机构、锻头8和导向机构,其中:动力机构将转动扭矩通过一级减速机构输出至曲柄连杆机构并转换为往复运动,锻头8与导向机构相接触以实现限位精确锻造。
[0024]所述动力机构采用交流伺服电机3提供动力源,协调控制多个锻造工作单元的运动轨迹,实现小变形柔性锻造。
[0025]所述的一级减速机构优选通过一组齿轮副7实现。
[0026]所述的曲柄连杆5机构包括:曲轴6和连杆5,其中:曲轴6的一端与一级减速机构相连,连杆5套接于曲轴6中部并与锻头8相连。
[0027]所述的锻头8包括:导向部分与工作部分,其中:导向部分与导向机构相接触,工作部分开口的截面形状为锥形,与工件接触的工作型面根据锻件形状决定。
[0028]各个锻造工作单元的锻头8工作型面形状分别与锻件的不同部分的表面相对应。
[0029]所述的导向机构优选为一滑槽4,所述锻头8在滑槽4内上下滑动设置。
[0030]所述的锻造机构9中优选设有用于连接各个锻造工作单元的滑槽4盘I,该滑槽4盘I与各个滑槽4固定连接从而进一步提高锻造精度。
[0031]所述的径向精密锻造装置中进一步设有安装架,该安装架位于锻造机构9和进给机构之间,安装架上设有一用于安装定位芯棒的中心孔2。
[0032]所述的动力机构优选为数字化控制的交流伺服电机3,通过曲柄连杆5机构传动,可以使锻头8实现快速响应的无极变速锻打。
[0033]所述的进给机构包括旋转驱动机构和与之相连的水平推进机构,从而同时进行轴向进给与周向进给。
[0034]所述的旋转驱动机构优选通过步进电机11实现。
[0035] 所述的水平推进机构优选通过丝杠1螺母实现。
[0036]当四组锻造机构9锻头8工作型面一致时,随着工件的轴向与旋转进给,可以实现圆棒件或空心管件的变径锻造;当四组锻造机构9锻头8依锻件异形截面表面的不同部分而不同时,随着工件的轴向进给,可以实现异形断面零件的锻造;当四组锻造机构9锻头8型面形状不同,随着工件的轴向与旋转进给,可以在锻件上锻出呈螺旋线分布的特征。
[0037]所述的锻造工作单元的结构可以完全相同,以便在各自的伺服电机控制下周期性锻打工件,同时工件在进给机构的作用下作均匀的轴向运动与旋转运动,实现了圆棒件的变径锻造。
[0038]所述的锻造工作单元也可以根据锻头工作型面的不同而分为两组,每两个相对布置的锻头形状一致,四个锻头运动至下死点时围成一个工字型截面型腔,当工件在进给机构的作用下作均匀的轴向运动,不作旋转运动,最终实现了工字型异形断面零件的锻造。
[0039]所述的锻造工作单元也可以三组锻头的工作部分开口截面形状为锥形+圆弧形,剩下一组锻头的工作部分为异形特征,当四组锻造工作单元在各自的伺服电机控制下周期性锻打工件,同时工件在进给机构的作用下作匀速的轴向运动与旋转运动,最终实现了锻件表面呈螺旋线分布的特征的零件的锻造。
[0040]上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征在于,包括:锻造机构以及正对其中心设置的进给机构,其中:锻造机构包括多个径向设置的独立锻造工作单元,进给机构通过轴向输送并控制旋转坯料,由锻造工作单元实现径向柔性旋转锻造; 所述的锻造工作单元包括:依次相连的动力机构、一级减速机构、曲柄连杆机构、锻头和导向机构,其中:动力机构将转动扭矩通过一级减速机构输出至曲柄连杆机构并转换为往复运动,锻头与导向机构相接触以实现位移可控的精确锻造; 所述动力机构采用交流伺服电机提供动力源,协调控制多个锻造工作单元的运动轨迹,实现小变形柔性锻造。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,所述的锻头包括:导向部分与工作部分,其中:导向部分与导向机构相接触,工作部分开口的截面形状为锥形,与工件接触的工作型面根据锻件形状决定。
3.根据权利要求2所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,所述的导向机构为一滑槽,所述锻头在滑槽内上下滑动设置。
4.根据权利要求1所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,所述的锻造机构中设有用于连接各个锻造工作单元的滑槽盘,该滑槽盘与各个滑槽固定连接从而进一步提尚锻造精度。
5.根据权利要求1所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,进一步设有安装架,该安装架位于锻造机构和进给机构之间,安装架上设有一用于安装定位芯棒的中心孔。
6.根据权利要求1所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,所述的动力机构为数字化控制的交流伺服电机,通过曲柄连杆机构传动,可以使锻头实现快速响应的无极变速锻打。
7.根据权利要求1所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,所述的进给机构包括旋转驱动机构和与之相连的水平推进机构,从而同时进行轴向进给与周向进给。
8.根据权利要求2所述的伺服驱动小变形径向精密锻造装置,其特征是,当四组锻造机构锻头工作型面一致时,随着工件的轴向与旋转进给能够实现圆棒件或空心管件的变径锻造;当四组锻造机构锻头依锻件异形截面表面的不同部分而不同时,随着工件的轴向进给能够实现异形断面零件的锻造;当四组锻造机构锻头型面形状不同,随着工件的轴向与旋转进给能够在锻件上锻出呈螺旋线分布的特征。
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