CN107309655A - 多功能数控三辊定径孔型加工机床及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能数控三辊定径孔型加工机床及其工作方法，属于数控机床设计领域，通过直线式机架输送交换工作台，最大限度的压缩机架装夹的辅助时间，提高了加工效率；通过主传动装置的整体移动定位，实现了多尺寸规格机架的兼容定位夹紧，减少了设备项目的投资金额，降低了设备维修保养和备件准备的工作量；通过并列式双刀具主轴数控刀架，一次性完成孔型加工和辊缝倒角修形加工，实现自动化加工，并且加工精度高，既提高了加工效率，又提高了设备利用率，大幅度提高机架加工的自动化水平、工作效率和加工质量，提升我国无缝钢管产品的轧制品质、效率、成材率和成品产量，延长轧辊和机架的工作寿命。

Description

多功能数控三辊定径孔型加工机床及其工作方法

技术领域

本发明涉及数控专用精密加工机床设计领域，尤其涉及一种多功能数控三辊定径孔型加工机床及其工作方法。

背景技术

无缝钢管的生产制造中，三辊动力张减机、脱管机、定径机、CPE顶管机轧辊机架，是采用张力减径原理轧制无缝钢管生产线的重要设备，也是易损耗设备。由于钢管在热轧过程中产生的高温、高压和磨损，使得轧制钢管用的轧辊轧制孔型需要定期检验和加工修复，尤其是不同孔型的形状尺寸和辊边倒角，直接影响无缝钢管的产量和质量。

三辊动力脱管机、张减机、定径机、CPE顶管机轧辊机架的特殊结构是：将三个轧辊安装在一个方形或圆形的机架壳体内且轧辊中心线呈等边三角形布置，每个轧辊上都有根据张力减径原理轧制无缝钢管所需的不同曲率的孔型，三辊孔型三合一形成完整孔型。三辊的旋转运动分别由三个动力独立驱动的形式，也有一个动力驱动三个轧辊同时旋转的形式。

国内无缝钢管行业在加工三辊张减机、脱管机、定径机、CPE顶管机的轧辊孔型时，由于一台加工机床仅有一个工位，一个工位加工一个工件，需要完成一个工件的加工后，卸载加工好的工件，再装载未加工的工件，工件很重，这样一个来回，非常浪费装夹时间，导致加工效率低下；同时，现有技术中，一台加工机床仅能加工一个规格的机架(机架内含有轧辊，以下称该工件为机架)，而对于其他规格的机架，需要重新购买新的加工机床，对于企业来说，投资成本高，并且该设备并非一直运行，只是在加工该规格的机架时才需要使用，从而造成加工设备的利用率较低。还有的企业为满足加工效率、孔型加工和倒角修形等需要，花费近两千万去购置国外的设备。巨额投入影响行业发展。

然而，国家要发展、行业要振兴、企业要生存转型，现实逼迫我们要通过技术创新去适应市场需求，我们要走出一条不同与国内外企业以往的技术出路来解决上述的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种数控三辊定径孔型加工机床及其加工方法，以克服采用现有技术中的加工机床“一工位一工件”浪费装夹时间导致加工效率低下的问题，也克服现有技术中的加工机床不能多规格机架兼容加工导致设备利用率较低的问题，从而既提高了加工效率，又提高了设备利用率，加工机床可以全天候加工，并且可以一次性完成机架的孔型加工和倒角加工，加工精度高，能够大幅度提高机架加工的自动化水平、加工效率和加工质量，提升我国无缝钢管产品的轧制品质、效率、成材率和成品产量，延长轧辊和机架的工作寿命。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多功能数控三辊定径孔型加工机床，应用于三辊动力脱管机、张减机、定径机轧辊机架以及CPE顶管辊模孔型的加工中，其中，包括：用于输送和缓存机架的直线式机架输送交换工作台、用于定位夹紧机架的工件定位夹紧装置、用于驱动机架内轧辊做旋转运动的主传动装置、用于对所述机架内轧辊进行孔型加工和倒角修形加工的并列式双刀具主轴数控刀架以及用于控制所述直线式机架输送交换工作台、所述工件定位夹紧装置、所述主传动装置以及所述并列式双刀具主轴数控刀架的总控制中心，所述总控制中心与所述直线式机架输送交换工作台、所述工件定位夹紧装置、所述主传动装置以及所述并列式双刀具主轴数控刀架均电性连接。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，所述直线式机架输送交换工作台包括：用于装卸机架的具有第一输送滑轨的第一输送台、用于装卸、储存和交换机架的具有至少两组第二输送滑轨的可移动第二输送台、用于加工机架的具有第三输送滑轨的第三输送台、用于支撑所述可移动第二输送台的具有交换滑轨的交换滑台、用于驱动所述交换滑台和所述机架移动的驱动装置以及与所述驱动装置电性连接且控制所述驱动装置的第一控制中心；

所述第一输送滑轨、任意一组所述第二输送滑轨和所述第三输送滑轨可构成一组直线式输送滑轨以供所述机架从装卸工位移动至储存工位或加工工位。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，所述工件定位夹紧装置包括工件顶部夹紧机构和工件底部升降机构，所述工件底部升降机构完成机架内轧辊孔型中心位置的定位，所述顶部夹紧机构完成对所述机架的夹紧压实。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，还包括俯视形状呈“T”形的床身底座，所述工件底部升降机构以及所述主传动装置的部分设置在所述床身底座的一条边上，所述并列式双刀具主轴数控刀架设置在所述床身底座的另一条边上，所述直线式机架输送交换工作台，设置在所述床身底座的旁边。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，还包括龙门框架，所述龙门框架设置在所述床身底座上且背向所述并列式双刀具主轴数控刀架，所述龙门框架上设置有安全防护拉门。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，所述工件顶部夹紧机构、所述主传动装置的另外部分设置在所述龙门框架上。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，所述主传动装置包括三个结构完全相同的可转换主传动装置，所述可转换主传动装置包括用于啮合机架的传动接手的动力接手，所述动力接手的轴向上固定有动力主轴，所述主传动装置和所述动力接手可在各自的运动导轨上滑移以实现多规格辊径自动转换。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其中，所述并列式双刀具主轴数控刀架包括：并列分布的定径孔型加工刀具和孔型倒角修形加工刀具，所述定径孔型加工刀具和所述孔型倒角修形加工刀具可在第一滑台上前后移动，所述第一滑台可在刀架底座上左右移动。

一种如上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床的工作方法，其中，包括：

将两个待加工机架放置到所述直线式机架输送交换工作台上，所述直线式机架输送交换工作台将其中一个待加工机架输送至加工区域，将另一个待加工机架存储在所述直线式机架输送交换工作台的存储区域；

所述工件定位夹紧装置定位、夹紧压实所述待加工机架；

所述主传动装置驱动所述待加工机架内的轧辊做旋转运动；

所述并列式双刀具主轴数控刀架的定径孔型加工刀具采用三把刀同时加工所述待加工机架内的三个轧辊，构成孔型并达到要求后，所述并列式双刀具主轴数控刀架的孔型倒角修形加工刀具的刀头从孔型辊缝中心起刀沿孔型径向做直线数控倒角运动，结合沿孔型圆周方向做回转运动，两轴联动完成对轧辊的孔型加工和辊边的倒角修形。

上述的多功能数控三辊定径孔型加工机床的工作方法，其中，所述主传动装置在驱动所述待加工机架内的轧辊做旋转运动前，根据机架规格，控制所述主传动装置的动力接手移动至机架的传动接手，使得所述所述主传动装置及其动力接手与所述机架的传动接手啮合。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本发明提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床通过直线式机架输送交换工作台，最大限度的压缩机架装夹的辅助时间，提高了加工效率；通过主传动装置的整体移动定位，实现了多尺寸规格机架的兼容定位夹紧，减少了设备项目的投资金额，降低了设备维修保养和备件准备的工作量；通过并列式双刀具主轴数控刀架，一次性完成脱管机、张减机、定径机轧辊机架以及CPE顶管辊模三辊轧管的孔型加工和辊缝倒角修形加工，实现自动化加工，并且加工精度高，既提高了加工效率，又提高了设备利用率，大幅度提高机架加工的自动化水平、工作效率和加工质量，提升我国无缝钢管产品的轧制品质、效率、成材率和成品产量，延长轧辊和机架的工作寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床的正视图；

图2是本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床的左视图；

图3是本发明实施例1提供的直线式机架输送交换工作台的俯视图；

图4是本发明实施例1提供的主传动装置的正视图；

图5是本发明实施例1提供的并列式双刀具主轴数控刀架的正视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例1：

图1是本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床的正视图；图2是本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床的左视图；如图所示，本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床应用于三辊动力脱管机、张减机、定径机轧辊机架以及CPE顶管辊模孔型的加工中，该多功能数控三辊定径孔型加工机床包括：用于输送和缓存机架的直线式机架输送交换工作台1、用于定位夹紧机架0的工件定位夹紧装置2、用于驱动机架0内轧辊做旋转运动的主传动装置3、用于对机架0内轧辊进行孔型加工和倒角修形加工的并列式双刀具主轴数控刀架4以及用于控制直线式机架输送交换工作台1、工件定位夹紧装置2、主传动装置3以及并列式双刀具主轴数控刀架4的总控制中心9，总控制中心9与直线式机架输送交换工作台1、工件定位夹紧装置2、主传动装置3以及并列式双刀具主轴数控刀架4均电性连接。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，图3是本发明实施例1提供的直线式机架输送交换工作台的俯视图；如图所示，直线式机架输送交换工作台1包括：用于装卸机架0的具有第一输送滑轨11的第一输送台12、用于装卸、储存和交换机架0的具有至少两组第二输送滑轨13的可移动第二输送台14、用于加工机架0的具有第三输送滑轨15的第三输送台16、用于支撑可移动第二输送台14的具有交换滑轨17的交换滑台18、用于驱动交换滑台18和机架0移动的驱动装置(图中未示)以及与驱动装置电性连接且控制驱动装置的第一控制中心(图中未示)；第一输送滑轨11、任意一组第二输送滑轨13和第三输送滑轨15可构成一组直线式输送滑轨以供机架0从装卸工位101移动至加工工位102。三段式输送台的设计，并且可移动第二输送台具有多组并列的第二输送滑轨，同时可移动第二输送台可在交换滑台上滑动，同时第一输送滑轨、任意一组第二输送滑轨和第三输送滑轨可构成一组直线式输送滑轨，以供机架从装卸工位移动至加工工位，从而克服了现有技术中辅助装卸机架的时间远远大于有效加工时间导致的加工效率较低的问题，通过提高自动化程度，最大限度的压缩机架装夹的辅助时间，提高加工效率，高效省时，并且打破了国内传统又不同于国外技术，满足了无缝钢管行业的需求。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，工件定位夹紧装置2包括工件顶部夹紧机构21和工件底部升降机构22，工件底部升降机构22完成机架0内轧辊孔型中心位置的定位，顶部夹紧机构21完成对机架0的夹紧压实。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，还包括俯视形状呈“T”形的床身底座5，直线式机架输送交换工作台1、工件底部升降机构22以及主传动装置3的部分都设置在床身底座5的一条边上，工件底部升降机构22、主传动装置3的部分以及并列式双刀具主轴数控刀架4设置在床身底座5的另一条边上。这样的设计使得整体的多功能数控三辊定径孔型加工机床结构较为紧凑，不会浪费空间，整机呈卧式布局，结构布局合理，整机外观美观。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，还包括龙门框架6，龙门框架6设置在床身底座5上且背向并列式双刀具主轴数控刀架4，工件顶部夹紧机构21、主传动装置3的另外部分设置在龙门框架6上；龙门框架6上设置有安全防护拉门7。整机设计既体现了外观设计的美观又能够保护操作者的安全。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，图4是本发明实施例1提供的主传动装置的正视图；如图所示，主传动装置3包括三个结构完全相同的可转换主传动装置31，可转换主传动装置31包括用于啮合机架0的传动接手01的动力接手32，动力接手32的轴向上固定有动力主轴33，动力接手32可在一运动导轨34上滑移以实现多规格辊径自动转换。通过设计三个相同结构的可转换主传动装置，在可转换主传动装置中具有运动导轨，动力接手可在运动导轨上滑移从而实现多规格辊径自动转换，克服了现有技术中的轧辊机架加工机床加工机架尺寸单一不能多规格兼容导致设备投资大的问题，实现了多尺寸规格机架的兼容定位夹紧，减少了设备投资金额，降低了设备维修保养和备件准备的工作量，进而能够提高加工效率，降低加工成本。

在本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床中，图5是本发明实施例1提供的并列式双刀具主轴数控刀架的正视图；如图所示，并列式双刀具主轴数控刀架4包括：并列分布的定径孔型加工刀具41和孔型倒角修形加工刀具42，定径孔型加工刀具41和孔型倒角修形加工刀具42可在第一滑台43上前后移动，第一滑台43可在刀架底座44上左右移动。这样结构设计的并列式双动力刀具主轴数控刀架克服了采用现有技术中的刀架进行加工时无法一次性完成孔型加工和辊缝倒角修形加工的问题，从而节省了来回更换刀片的时间，也不必要再组织拆装轧辊进行单辊加工，实现自动化加工，提高自动化程度，并且加工精度高，无需进口国外昂贵的机器，为企业的转型升级省下大笔资金。

一种本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床的工作方法，包括：将两个待加工机架放置到直线式机架输送交换工作台上，直线式机架输送交换工作台将其中一个待加工机架输送至加工区域，将另一个待加工机架存储在直线式机架输送交换工作台的存储区域；

工件定位夹紧装置定位、夹紧压实待加工机架；

根据机架规格，控制主传动装置的动力接手移动至机架的传动接手，使得主传动装置的动力接手和机架的传动接手啮合，主传动装置驱动待加工机架内的轧辊做旋转运动；

并列式双刀具主轴数控刀架的定径孔型加工刀具采用三把刀同时加工待加工机架内的三个轧辊，构成孔型并达到要求后，并列式双刀具主轴数控刀架的孔型倒角修形加工刀具的刀头从孔型辊缝中心起刀沿孔型径向做直线数控倒角运动，结合沿孔型圆周方向做回转运动，两轴联动完成对轧辊的孔型加工和辊边的倒角修形。

在使用本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床时，将两个待加工机架放置第一输送台上和可移动第二输送台的另外一组不与第一输送滑轨在一条线上的第二输送滑轨上，待加工机架在驱动装置的作用下从第一输送台经过可移动第二输送台移动至第三输送台(加工区域)；工件底部升降机构完成机架内轧辊孔型中心位置的定位；根据机架的规格，驱动动力接手在运动导轨上滑移，滑移距离可根据机架规格确定，当动力接手与机架的传动接手对应时，驱动动力主轴做轴向运动，使得与动力主轴轴向固定的动力接手与传动接手啮合，同时顶部夹紧机构对输送到位的机架夹紧压实，而后驱动动力接手旋转，由于动力接手已经与机架上的传动接手啮合，从而能够带动传动接手旋转，进而带动机架内轧辊旋转；驱动第一滑台在刀架底座上左右移动(也称之为平移)，使得定径孔型加工刀具正对待加工机架，驱动定径孔型加工刀具前后移动，使得定径孔型加工刀具能够沿轧辊径向平稳的进行直线运动，驱动定径孔型加工刀具中的三把刀沿轧辊孔型圆周方向做回转切削运动，直至构成孔型，孔型加工至要求后，驱动孔型倒角修形加工刀具沿轧辊进行径向运动，驱动孔型倒角修形加工刀具中的刀片沿轧辊孔型圆周方向做回转运动，驱动孔型倒角修形加工刀具中的刀片沿轧辊孔型径向做直线运动，两轴联动一次性完成孔型加工和倒角修形加工；当该机架加工结束后，驱动装置将加工完成的机架从第三输送台经过可移动第二输送台返回至第一输送台，等待搬移，在加工完成的机架返回第一输送台后，可移动第二输送台在驱动装置的作用下在交换滑台上的移动，使得可移动第二输送台的另一组第二输送滑轨与第三输送滑轨呈一条线，使得之前缓存的另一个待加工机架可以在驱动装置的作用下从可移动第二输送台移动至第三输送台，在第三输送台上进行加工，重复上述的孔型中心位置的定位、根据机架规格驱动动力接手在运动导轨上滑移使得动力接手与传动接手啮合、夹紧压实机架、两轴联动一次性完成孔型加工和倒角修形加工的工作。

而后，由于可移动第二输送台上已经没有机架，因此，可以将待加工机架放置可移动第二输送台的另外一组不与第一输送滑轨在一条线上的第二输送滑轨上进行储存。这样能将加工完成的机架和待加工机架相互输送交换工位，利用加工一个机架的同时，装载另一个机架，这样就大大节省了机架更换装夹的时间，使得加工机床能够全天候无等待进行加工，从而能够大大的提高加工效率。

综上所述，本发明实施例1提供的多功能数控三辊定径孔型加工机床通过直线式机架输送交换工作台，最大限度的压缩机架装夹的辅助时间，提高了加工效率；通过主传动装置，实现了多尺寸规格机架的兼容定位夹紧，减少了设备投资金额，降低了设备维修保养和备件准备的工作量；通过并列式双刀具主轴数控刀架，一次性完成孔型加工和辊缝倒角修形加工，实现自动化加工，并且加工精度高，设备成本低，既提高了加工效率，又提高了设备利用率，加工机床可以全天候加工，大幅度提高机架加工的自动化水平、加工效率和加工质量，提升我国无缝钢管产品的轧制品质、效率和成材率，延长轧辊和机架的工作寿命。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多功能数控三辊定径孔型加工机床，应用于三辊动力脱管机、张减机、定径机轧辊机架以及CPE顶管辊模孔型的加工中，其特征在于，包括：用于输送和缓存机架的直线式机架输送交换工作台、用于定位夹紧机架的工件定位夹紧装置、用于驱动机架内轧辊做旋转运动的主传动装置、用于对所述机架内轧辊进行孔型加工和倒角修形加工的并列式双刀具主轴数控刀架以及用于控制所述直线式机架输送交换工作台、所述工件定位夹紧装置、所述主传动装置以及所述并列式双刀具主轴数控刀架的总控制中心，所述总控制中心与所述直线式机架输送交换工作台、所述工件定位夹紧装置、所述主传动装置以及所述并列式双刀具主轴数控刀架均电性连接。

2.如权利要求1所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，所述直线式机架输送交换工作台包括：用于装卸机架的具有第一输送滑轨的第一输送台、用于装卸、储存和交换机架的具有至少两组第二输送滑轨的可移动第二输送台、用于加工机架的具有第三输送滑轨的第三输送台、用于支撑所述可移动第二输送台的具有交换滑轨的交换滑台、用于驱动所述交换滑台和所述机架移动的驱动装置以及与所述驱动装置电性连接且控制所述驱动装置的第一控制中心；

所述第一输送滑轨、任意一组所述第二输送滑轨和所述第三输送滑轨可构成一组直线式输送滑轨以供所述机架从装卸工位移动至储存工位或加工工位。

3.如权利要求1所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，所述工件定位夹紧装置包括工件顶部夹紧机构和工件底部升降机构，所述工件底部升降机构完成机架内轧辊孔型中心位置的定位，所述顶部夹紧机构完成对所述机架的夹紧压实。

4.如权利要求3所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，还包括俯视形状呈“T”形的床身底座，所述工件底部升降机构以及所述主传动装置的部分设置在所述床身底座的一条边上，所述并列式双刀具主轴数控刀架设置在所述床身底座的另一条边上，所述直线式机架输送交换工作台，设置在所述床身底座的旁边。

5.如权利要求4所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，还包括龙门框架，所述龙门框架设置在所述床身底座上且背向所述并列式双刀具主轴数控刀架，所述龙门框架上设置有安全防护拉门。

6.如权利要求4所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，所述工件顶部夹紧机构、所述主传动装置的剩余部分设置在所述龙门框架上。

7.如权利要求1所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，所述主传动装置包括三个结构和功能相同的可转换主传动装置，所述可转换主传动装置包括用于啮合机架的传动接手的动力接手，所述动力接手的轴向上固定有动力主轴，所述主传动装置和动力接手可分别在运动导轨上滑移以实现多规格辊径自动转换。

8.如权利要求1所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床，其特征在于，所述并列式双刀具主轴数控刀架包括：并列分布的定径孔型加工刀具和孔型倒角修形加工刀具，所述定径孔型加工刀具和所述孔型倒角修形加工刀具可在第一滑台上前后移动，所述第一滑台可在刀架底座上左右移动。

9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床的工作方法，其特征在于，包括：

将两个待加工机架放置到所述直线式机架输送交换工作台上，所述直线式机架输送交换工作台将其中一个待加工机架输送至加工区域，将另一个待加工机架存储在所述直线式机架输送交换工作台的存储区域；

所述工件定位夹紧装置定位、夹紧压实所述待加工机架；

所述主传动装置驱动所述待加工机架内的轧辊做旋转运动；

所述并列式双刀具主轴数控刀架的定径孔型加工刀具采用三把刀同时加工所述待加工机架内的三个轧辊，构成孔型并达到要求后，所述并列式双刀具主轴数控刀架的孔型倒角修形加工刀具的刀头从孔型辊缝中心起刀沿孔型径向做直线数控倒角运动，结合沿孔型圆周方向做回转运动，两轴联动完成对轧辊的孔型加工和辊边的倒角修形。

10.如权利要求9所述的多功能数控三辊定径孔型加工机床的工作方法，其特征在于，所述主传动装置在驱动所述待加工机架内的轧辊做旋转运动前，根据机架规格，控制所述主传动装置及其动力接手移动至机架的传动接手对接处，使得所述所述主传动装置的动力接手和所述机架的传动接手啮合。