CN107775976A - 轮胎花纹自动加工系统、其主轴加工单元及加工方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于轮胎花纹自动加工系统的主轴加工单元包括：主轴电机；以及刀具保持结构，该刀具保持结构与主轴电机直接地或间接地连接，且能够保持有刀具。其中，主轴加工单元中设有超声波装置，该超声波装置与所述刀具保持结构相连接或设置在所述刀具保持结构上，使超声波装置产生的超声波振动通过刀具保持结构传递到刀具上。通过该具有超声波装置的主轴加工单元，可减少轮胎花纹加工过程中的毛刺，提高轮胎花纹的表面质量。还公开了一种具有该主轴加工单元的轮胎花纹自动加工系统。

Description

轮胎花纹自动加工系统、其主轴加工单元及加工方法

技术领域

本发明涉及一种轮胎花纹自动加工系统，该轮胎花纹自动加工系统可用于新轮胎花纹的设计开发、旧轮胎翻新的多种应用场合。

背景技术

轮胎花纹对于发挥轮胎的牵引、制动、转弯、排水及噪音等性能起着重要的作用，其影响汽车运行时的噪声、平稳性等指标。随着对汽车舒适性要求的不断提高，对轮胎花纹的更新也越来越频繁，对新的花纹的开发需求日益增加。

此外，最近轮胎行业中还兴起了一种“轮胎时装化”的概念。在保证轮胎的运行性能的前提下，还要求提高轮胎花纹的美观度和时尚性。这对轮胎花纹的更新速度也提出了更高的要求。为了能够适应行业内对轮胎更新能力日益提高的要求，对轮胎生产厂家的轮胎花纹设计和生产能力也提出了更高的要求。

目前，轮胎花纹的设计开发流程主要如下：首先由设计人员设计出新的轮胎花纹样式；根据新设计出的花纹，对轮胎进行手工雕刻，生产出试验样品；对试验样品进行试验，收集相关的性能数据；在试验数据达到目标要求的情况下，按照设计花纹来制造模具；最后，将制造好的轮胎模具投入轮胎生产。

传统的轮胎花纹设计流程工序多、周期长，无法适应日益频繁的轮胎花纹更新需求。特别是其中的手工雕刻工序，这是造成轮胎花纹设计周期长的主要原因之一，而且，手工雕刻还容易产生尺寸误差，加工出的轮胎花纹的尺寸精度得不到有效控制，会对试验结果的有效性产生较大影响，甚至会产生错误的试验数据。因此，传统的轮胎花纹的设计速度受到很大的制约。

而且，在轮胎翻新中、尤其是在对巨型轮胎进行翻新时，目前通常的手段是由人工进行加工。同样地，人工加工的效率低、加工精度也无法得到保证。

此外，在目前通常的轮胎花纹加工方法中，人工加工而成的轮胎的表面上通常会产生切削毛刺等，影响成品轮胎的美观和使用效果，因此轮胎的表面加工质量也有待提高。

因此，在轮胎生产领域中，需要一种能够提高轮胎花纹加工精度、缩短轮胎花纹设计周期、并且还能提高轮胎的表面加工质量的轮胎花纹加工系统。

发明内容

本发明是为了解决以上所述的现有技术所存在的问题而作出的。本发明的目的是提供一种轮胎花纹自动加工系统，该系统能够提高轮胎花纹加工精度、缩短轮胎花纹设计周期、并且还能提高轮胎的表面加工质量。

本发明的轮胎花纹自动加工系统包括一种主轴加工单元，该主轴加工单元包括：

主轴电机；以及

刀具保持结构，该刀具保持结构与主轴电机直接地或间接地连接，且能够保持有刀具；

其中，主轴加工单元还包括超声波装置，超声波装置与刀具保持结构相连接或设置在刀具保持结构上，从而使超声波装置产生的超声波振动通过刀具保持结构传递到刀具上。

通过具有上述结构的主轴加工单元，特别是设置在主轴加工单元中的超声波装置，可以在对轮胎进行轮胎花纹加工、特别是在进行铣削加工的过程中通过施加超声波振动来打断用来制造轮胎的橡胶材料中的橡胶分子链，消除加工过程中产生的毛刺，从而提高轮胎花纹的表面质量。

在一种具体结构中，主轴加工单元还包括：减速机，减速机连接在主轴电机上；以及导电滑环，导电滑环设置在减速机和刀具保持结构之间的位置处，且分别与减速机和刀具保持结构直接或间接地相连接。通过减速机和导电滑环的设置，可以更加灵活地将主轴电机输出的运动传递给刀具保持结构上的刀具。

其中，超声波装置可连接在导电滑环和刀具保持结构之间。或者，超声波装置也可设置在主轴加工单元中的其它位置上，只要能够将超声波振动传递给刀具即可。

对于刀具保持结构来说，它的一种具体结构包括拉刀机构和容纳在拉刀机构中的刀柄，刀具被保持在刀柄上。

较佳地，主轴加工单元还包括罩壳。主轴加工单元的上述部件可容纳在该罩壳中，从而罩壳保护这些部件免于外界环境的影响。

进一步地，本发明的轮胎花纹自动加工系统包括：轮胎支座，轮胎支座用于固定所要加工的轮胎；加工组件，加工组件包括立柱和安装在立柱上的如上所述的主轴加工单元，其中，主轴加工单元和轮胎支座能够沿至少一个方向彼此靠近或远离地相对运动，和/或主轴加工单元和轮胎支座上的轮胎能够沿着轮胎的周向彼此相对运动；以及控制单元，控制单元控制轮胎支座和加工组件的动作。

进一步地，在本发明的轮胎花纹自动加工系统中，控制单元可包括机械控制部分和超声波控制部分；其中机械控制部分控制轮胎支座和加工组件的动作，超声波控制部分控制超声波装置所生成的超声波振动的频率。超声波控制部分可根据形成轮胎的橡胶材料的具体配方和/或加工组件的动作来确定超声波装置所产生的超声波振动频率。

本发明还公开了一种用上述轮胎花纹自动加工系统来加工轮胎花纹的方法，包括如下步骤：

a.将轮胎固定到轮胎支座上；

b.根据所要加工的轮胎花纹来编写加工程序，其中加工程序中包括超声波频率的数据；c.在固定好轮胎之后，开始对轮胎进行轮胎花纹加工，其中，控制单元根据加工程序来控制主轴加工单元中的超声波装置产生超声波振动。

在该方法中，除了明确或隐含地提到其顺序之外，其各步骤的顺序可以根据实际加工需要而互换。

进一步地，上述加工程序还可基于轮胎的三维图像和轮胎的材料中的至少一项来确定。

附图说明

图1是本发明的轮胎花纹自动加工系统的第一实施例的正视图。

图2是图1所示轮胎花纹自动加工系统的俯视图。

图3是图1所示轮胎花纹自动加工系统的主轴加工单元的剖视图。

图4是本发明的轮胎花纹自动加工系统的第二实施例的正视图。

图5是图4所示轮胎花纹自动加工系统的侧视图。

图6是本发明的轮胎花纹自动加工系统的第三实施例的正视图。

图7是图6所示轮胎花纹自动加工系统的俯视图。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的较佳实施方式进行详细描述。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，并且在不相矛盾的前提下，在以下所描述的不同实施例中的技术特征可以任意组合，而这些都落在本发明的保护范围之内。

<第一实施例>

图1示出了本发明的第一实施例的轮胎花纹自动加工系统1。该轮胎花纹自动加工系统1包括加工组件10和轮胎支座30，加工组件10可沿至少一个方向运动地安装在龙门结构50上。轮胎花纹自动加工系统1还包括可通过有线或无线的方式对加工组件10和轮胎支座30的动作进行控制的控制单元40。

加工组件10包括滑枕11，该滑枕11安装在龙门结构50的横梁51上，并可沿水平方向X在横梁51上滑动，从而在水平方向上靠近或远离安装在轮胎支座30上的轮胎。在滑枕11上连接有可沿竖直方向Z运动的立柱12，从而立柱12可在竖直方向上靠近或远离轮胎。在立柱12的下端设置有主轴加工单元13，该主轴加工单元13较佳地可绕旋转轴线B旋转。

龙门结构50还包括至少两个固定立柱52，以支承横梁51。

在图1所示的结构中，轮胎支座30支承水平放置的轮胎。并且，该轮胎支座30可使轮胎绕旋转轴线C，如图2中的俯视图所示的。

在以上公开的轮胎花纹自动加工系统1的结构中包括一个加工组件10。不过该轮胎花纹自动加工系统1也可包括多个加工组件10，这些加工组件10上分别设置不同的主轴加工单元13，用于进行不同类型的加工操作。

图3以剖视图的形式示出了主轴加工单元13的具体结构。如图3所示，主轴加工单元13包括主轴电机131，该主轴电机131可连接有减速机132，用于传递和转换主轴电机131所输出的运动。主轴加工单元13还包括刀具保持结构，用于保持并固定刀具133。具体来说，刀具保持结构可包括刀柄134和拉刀机构135，刀柄134的一端用于保持刀具133，另一端与拉刀机构135相连接，通过拉刀机构135而被保持在主轴加工单元13中。在一种替代结构中，刀柄134和拉刀机构135可以形成为一体，从而构成一件式的刀具保持结构。

主轴加工单元13还设置有导电滑环136，该导电滑环136设置在减速机132和刀具保持结构之间的位置处，并分别与减速机132和刀具保持结构直接或间接地相连接，用于实现从减速机132到刀具保持结构之间的电接触可滑动连接。

本发明的一个主要特征在于，在主轴加工单元13中还设有超声波装置137。在图3所示的主轴加工单元13的结构中，超声波装置137连接在导电滑环136和刀具保持结构之间。在进行加工时，超声波装置137启动，通过刀具保持结构向保持在刀具保持结构上的刀具133施加超声波振动。此处所述的超声波振动对于铣削操作时、即对于铣削刀具尤其有用，通过超声波振动，可以减少铣削过程中产生的毛刺，从而提高轮胎花纹的表面质量。超声波振动提高轮胎花纹表面质量的具体原理是，在对轮胎进行铣削的过程中，通过超声波振动打断轮胎的橡胶材料的分子链，从而能够减少毛刺的产生。

除了图3中所示出的设置位置之外，超声波装置137也可设置在主轴加工单元13中的其它位置上，只要能够向刀具133施加超声波振动即可。例如，超声波装置137可以直接设置在刀具保持结构之内，而不必与导电滑环136或减速机132等动力传递装置相接触。

可选地，主轴加工单元13还可包括罩壳138，该罩壳138的一种形式为包括主轴外罩和主轴前罩，在主轴外罩中容纳有主轴电机131、减速机132等部件，主轴前罩中容纳超声波装置137、刀具保持结构等部件，而导电滑环136则设置在主轴外罩和主轴前罩之间，如图3所示。由此，罩壳138保护主轴加工单元13的各个部件免受外界环境的不利影响。

在刀具133进行旋转运动的情况下，在主轴加工单元13中的旋转部件(如图3中的超声波装置、刀具保持结构等)和罩壳138之间可设置轴承139。

在本发明中，较佳地，控制单元40在功能上可分为两个部分，即机械控制部分和超声波控制部分，其中机械控制部分用来控制轮胎花纹自动加工系统1的加工组件10的机械运动，超声波控制部分用来控制超声波装置137所输出的超声波振动频率，其中机械控制部分和超声波控制部分可以形成为两个相互独立的控制单元，也可集成在同一个控制单元中。

在进行轮胎花纹加工时，控制单元40的超声波控制部分根据构成轮胎的具体橡胶材料来控制超声波装置137的超声波频率，以针对不同的材料来更好地消除毛刺。进一步地，超声波控制单元还与机械控制部分协同工作，结合加工组件10的机械运动来确定超声波振动的频率，从而进一步提高轮胎花纹的表面加工质量。

<第二实施例>

图4和5示出了本发明的第二实施例的轮胎花纹自动加工系统100。以下将主要描述第二实施例与第一实施例之间不同的特征，除此之外，关于第一实施例所描述的内容同样适用于第二实施例，在此不再作详细说明。

与第一实施例相同，该轮胎花纹自动加工系统100也包括加工组件110、轮胎支座130和控制单元140。加工组件110支承在龙门结构150上。加工组件110的主轴加工单元113中也包括超声波装置(未在图4和5中示出)。

与第一实施例不同的是，轮胎支座130被设置成将轮胎竖直地支承。轮胎被支承成可绕旋转轴线C旋转，如图5的侧视图中所示的。

<第三实施例>

图6和7示出了本发明的第三实施例的轮胎花纹自动加工系统200。以下将主要描述第三实施例与第一和第二实施例之间不同的特征，除此之外，关于第一和第二实施例所描述的内容同样适用于第三实施例，在此不再作详细说明。

该轮胎花纹自动加工系统200具有加工组件210、轮胎支座230和控制单元240。

与第一和第二实施例不同的是，第三实施例的轮胎花纹自动加工系统200中的加工组件210不是由龙门结构支承，而是安装在该轮胎花纹自动加工系统200的底座上或安装在地面上。加工组件210具有安装在底座或地面上的立柱214。该立柱214与轮胎支座230之间可相对地沿水平方向X运动。例如，立柱214可沿水平方向X朝向或远离轮胎支座230地运动，或者轮胎支座230可沿水平方向X朝向或远离立柱214地运动。

横梁212经由滑枕211联接于立柱214上，在横梁212的远端安装有主轴加工单元213。与第一和第二实施例相同，主轴加工单元213中也设有超声波装置(未在图6和7中示出)。

可选地，横梁212可通过滑枕211沿着竖直方向Z在立柱214上滑动。进一步可选的，主轴加工单元213可绕旋转轴线B旋转。由此，为加工组件210提供附加的运动自由度。

被支承在轮胎支座230上的轮胎可绕旋转轴线C旋转，如图7中所示的那样。

<轮胎花纹加工方法>

下面将简单描述使用本发明的带有超声波装置的轮胎花纹自动加工系统1来加工轮胎花纹的方法。

首先，将轮胎安装到轮胎支座30上，固定轮胎。可选地，可以接着对轮胎进行扫描，获得轮胎的三维图像。该三维图像也可以是预存在控制单元中的。然后，根据轮胎的三维图像、轮胎的材料和所要加工的轮胎花纹编写加工程序，该加工程序中包括超声波频率的数据。其中，加工程序主要是根据所要加工的轮胎花纹来编写，进而可再考虑轮胎的三维图像、材料等因素。然后，将加工程序输入到控制单元40中，其中超声波控制部分接收有关超声波频率的数据。接着开始对轮胎进行轮胎花纹加工，其中，控制单元40的机械控制部分控制加工组件10的机械运动，对轮胎进行轮胎花纹加工(例如铣削)，超声波控制部分控制主轴加工单元13中的超声波装置137产生超声波振动，并将该超声波振动施加到刀具133上。当然，在上述方法中，例如在轮胎的三维形状已知的情况下，也可事先编写好加工程序，从而在将轮胎固定到轮胎支座30上之后可以即刻调取加工程序，开始加工。这可以将轮胎花纹自动加工系统1的待工时间减到最少，提高加工效率。

Claims (9)

1.一种用于轮胎花纹自动加工系统的主轴加工单元，所述主轴加工单元包括：

主轴电机；以及

刀具保持结构，所述刀具保持结构与所述主轴电机直接地或间接地连接，且能够保持有刀具；

其特征在于，所述主轴加工单元还包括超声波装置，所述超声波装置与所述刀具保持结构相连接或设置在所述刀具保持结构上，从而使所述超声波装置产生的超声波振动通过所述刀具保持结构传递到所述刀具上。

2.如权利要求1所述的主轴加工单元，其特征在于，所述主轴加工单元还包括：

减速机，所述减速机连接在所述主轴电机上；以及

导电滑环，所述导电滑环设置在所述减速机和所述刀具保持结构之间的位置处，且分别与所述减速机和所述刀具保持结构直接或间接地相连接。

3.如权利要求2所述的主轴加工单元，其特征在于，所述超声波装置连接在所述导电滑环和所述刀具保持结构之间。

4.如权利要求1所述的主轴加工单元，其特征在于，所述刀具保持结构包括拉刀机构和容纳在拉刀机构中的刀柄，所述刀具被保持在所述刀柄上。

5.如权利要求1～4中任一项所述的主轴加工单元，其特征在于，所述主轴加工单元还包括罩壳。

6.一种轮胎花纹自动加工系统，其特征在于，所述轮胎花纹自动加工系统包括：

轮胎支座，所述轮胎支座用于固定所要加工的轮胎；

加工组件，所述加工组件包括立柱和安装在所述立柱上的如权利要求1～5中任一项所述的主轴加工单元，其中，所述主轴加工单元和所述轮胎支座能够沿至少一个方向彼此靠近或远离地相对运动，和/或所述主轴加工单元和所述轮胎支座上的所述轮胎能够沿着所述轮胎的周向彼此相对运动；以及

控制单元，所述控制单元控制所述轮胎支座和所述加工组件的动作。

7.权利要求6所述的轮胎花纹自动加工系统，其特征在于，所述控制单元包括机械控制部分和超声波控制部分；所述机械控制部分控制所述轮胎支座和所述加工组件的动作，所述超声波控制部分控制所述超声波装置所生成的超声波振动的频率。

8.一种用如权利要求6或7所述的轮胎花纹自动加工系统来加工轮胎花纹的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将轮胎固定到所述轮胎支座上；

b.根据所要加工的轮胎花纹来编写加工程序，其中所述加工程序中包括超声波频率的数据；c.在固定好所述轮胎之后，开始对轮胎进行轮胎花纹加工，其中，所述控制单元根据所述加工程序来控制所述主轴加工单元中的所述超声波装置产生超声波振动。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加工程序还基于所述轮胎的三维图像和所述轮胎的材料中的至少一项。