CN108097775A - 大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，该设备主要由机床主体、控制系统、液压系统、润滑系统、冷却系统等组成，机床主体采用卧式结构对称布置，包括床身部件、主轴部件、左右旋轮架部件、尾顶部件、安全防护装置、坯料对中装置、内置退料装置、外置退料装置等部件，本发明还包括加工曲线实时跟踪系统。本发明能实现旋压φ3500mm规格的产品并在航天型号研制上得到实际应用，提升国内航天制造技术水平，将打破国外封锁，填补国内空白。

Description

大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备

技术领域

本发明涉及一种旋压设备，尤其涉及一种大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备。

背景技术

箱底是火箭燃料箱的关键零件之一，其质量直接影响着燃料贮存的安全性和火箭产品的可靠性。据了解，美国、日本等发达国家已经采用旋压工艺整体成型φ5m直径的箱底，正在探索φ8m、φ10m规格箱底的整体成形技术。整体旋压成形工艺避免焊缝对产品质量的影响，显著提高火箭的可靠性。由于该技术涉及最先进的航天产品制造工艺，这些国家针对该项技术及相关的大型旋压设备对我国进行封锁，目前国内能够旋压的产品直径在φ2500mm以内，与国际水平差距较大。

国内尚未有其他单位开展能够旋压φ3350mm规格产品的旋压设备研制。工厂拥有旋压设备设计、制造、安装调试及工艺试验等较为全面的技术能力，能够保障项目顺利开展和设备研制质量。该大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成形设备由工厂自主研制，能够旋压φ3500mm规格的产品，拥有全部知识产权。将打破国外封锁，填补国内空白，并具备较强市场竞争力。

目前，关于大型薄壁曲母线封头类零件的加工，国内通常采用传统的拼焊方法获得：

1、该类零件通常采用传统的铝合金平板拉深成瓜瓣后再拼焊成形，其缺点在于铝合金焊接容易产生缺陷，对缺陷的修补次数有严格限制，超过次数则产品报废；另外，焊缝区域在受力状态下易产生扩展裂纹，导致产品出现故障。

2、国内现有的旋压设备加工范围在φ2500mm以内，无法满足大直径需求。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，可实现旋压φ3500mm规格的产品并在航天型号研制上得到实际应用，提升国内航天制造技术水平，将打破国外封锁，填补国内空白的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，包括机床主体、控制系统、液压系统、冷却系统，润滑系统，所述液压系统包括液压站、液压缸和液压管路；

所述机床主体包括床身部件、主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件、安全防护装置、坯料对中装置、内置退料装置、外置退料装置；

所述床身部件包括基础平台，所述基础平台包括长方形的的主平台、所述主平台包括首部、尾部和两侧，主平台两侧分别设有一侧平台，尾部设有一尾平台，旋轮架部件为两个，对称设置于主平台两侧，底部通过分体床身与侧平台连接，尾顶部件位于主平台尾部，底部通过分体床身与主平台和尾平台同时连接；

所述旋轮架部件包括旋轮架、旋轮头、二者通过旋轮头架体连接，所述旋轮头架体与旋轮架连接处设有角度调整器，所述角度调整器用于使旋轮头架体与旋轮架的相对角度发生变化；坯料对中装置一一对应设置在旋轮架部件的旋轮头下方的旋轮架上；

所述主轴部件位于基础平台首部，包括主轴箱、主轴，所述主轴连接有用于安装旋压芯模的连接法兰盘，所述主轴部件、尾顶部件的轴向沿主平台长度方向设置；

所述内置退料装置包括退料杆，所述退料杆安装在主轴上并随主轴旋转，所述外置退料装置安装与主轴箱两侧面；

所述液压站上设有油液冷却器；

所述冷却系统包括冷却管路和纸带过滤机，所述冷却管路用于输送为加工面降温的冷却液，所述纸带过滤机用于对冷却管路中的冷却液过滤；

所述润滑系统与主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件连接；

所述主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件、液压系统、冷却系统、润滑系统均与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

作为优选：内置退料装置采用单液压油缸驱动，用于盘类零件的退料；外置退料装置采用双液压油缸驱动，用于筒形零件的退料。

作为优选：所述旋轮采用四轴联动，包括两径向进给轴和两轴向进给轴。

作为优选：所述工件坯料为厚度3mm-15mm的铝合金平板。

作为优选：尾顶部件行走由齿轮齿条驱动，精密滚柱导轨导向，并能在全行程范围内定位。

作为优选：机床尾部一侧还设有一操作台安放架，其上设有操作台，便于对加工情况进行观测。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明配置加工曲线实时跟踪系统、同时控制器连接所有执行元件，能实现在线检测，大大提高设备的智能化、自动化水平，材料利用率和加工效率高，产品成形精度高，表面光洁度和一致性好，旋压最大直径可达φ3500mm，适用于航天型号产品中燃料箱箱底。

本发明在航天型号研制上得到实际应用，对提升国内航天制造技术水平具有重要意义。项目的研究成果还能够应用于化工、医疗器械等民用产业大型、高精度、复杂型面封头类零件的制造，实现军民技术共用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明加工时旋压处的示意图；

图3为主平台、侧平台、尾平台及分体床身的相对位置关系图。

图中：1、床身部件；2、主轴部件；3、主轴电机；4、纸带过滤机；5、电气控制柜；6、交流稳压电源；7、旋轮座部件；8、尾顶部件；9、液压站；10、油液冷却器；11、操作台安放架；12、操作台；13、旋轮；14、尾顶盘；15、芯模；16、工件坯料；17、主平台；18、侧平台；19、尾平台；20、分体床身。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1、图2和图3，一种大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，包括机床主体、控制系统、液压系统、冷却系统，润滑系统，所述液压系统包括液压站9、液压缸和液压管路；

所述机床主体包括床身部件1、主轴部件2、旋轮13架部件、尾顶部件8、安全防护装置、坯料对中装置、内置退料装置、外置退料装置；

所述床身部件1包括基础平台，所述基础平台包括长方形的的主平台17、所述主平台17包括首部、尾部和两侧，主平台17两侧分别设有一侧平台18，尾部设有一尾平台19，旋轮13架部件为两个，对称设置于主平台17两侧，底部通过分体床身20与侧平台18连接，尾顶部件8位于主平台17尾部，底部通过分体床身20与主平台17和尾平台19同时连接；

所述旋轮13架部件包括旋轮13架、旋轮13头、二者通过旋轮13头架体连接，所述旋轮13头架体与旋轮13架连接处设有角度调整器，所述角度调整器用于使旋轮13头架体与旋轮13架的相对角度发生变化；坯料对中装置一一对应设置在旋轮13架部件的旋轮13头下方的旋轮13架上；

所述主轴部件2位于基础平台首部，包括主轴箱、主轴，所述主轴连接有用于安装旋压芯模15的连接法兰盘，所述主轴部件2、尾顶部件8的轴向沿主平台17长度方向设置；

所述内置退料装置包括退料杆，所述退料杆安装在主轴上并随主轴旋转，所述外置退料装置安装与主轴箱两侧面；

所述液压站9上设有油液冷却器10；

所述冷却系统包括冷却管路和纸带过滤机4，所述冷却管路用于输送为加工面降温的冷却液，所述纸带过滤机4用于对冷却管路中的冷却液过滤；

所述润滑系统与主轴部件2、旋轮13架部件、尾顶部件8连接；

所述主轴部件2、旋轮13架部件、尾顶部件8、液压系统、冷却系统、润滑系统均与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

本发明中：所述工件坯料16为厚度3mm-15mm的铝合金平板。尾顶部件8行走由齿轮齿条驱动，精密滚柱导轨导向，并能在全行程范围内定位。机床尾部一侧还设有一操作台安放架11，其上设有操作台12，便于对加工情况进行观测。

本发明中，主轴部件2包括主轴电机3、联轴器、主轴减速箱、主轴连接法兰盘；主轴连接法兰盘用于安装旋压芯模15。主轴电机3采用交流伺服电机驱动，功率为260kW，额定转速为1150rpm。主轴额定输出扭矩≥38000Nm，主轴采用两档机械变速传动，主轴额定输出转速范围为150/300rpm，满足强旋与普旋不同工艺特性的要求。主轴变速由液压油缸驱动，可实现自动换挡。

主轴部件2配备的是稀油闭式润滑系统，保证主轴部件2中各齿轮、轴承等零件润滑充分。

内置退料装置采用单液压油缸驱动，用于盘类零件的退料内置退料装置安装于主轴上，退料杆随主轴一起旋转，液压油缸固定不动。退料装置预留退料工装的安装接口。

外置退料装置采用双液压油缸驱动，用于筒形零件的退料。

旋轮13架部件左、右对称布置，可以独立编程运行各自独立的加工轨迹，也可以同步编程运行相同的加工轨迹。旋轮13头安装角度可调节，角度在0～30度范围可按固定角度10°间隔调整。

所述旋轮13采用四轴联动，包括两径向进给轴和两轴向进给轴。径向进给轴和轴向进给轴的进给采用伺服电机单元驱动，在工艺平面内可实现任意曲线轨迹的运动，伺服运动导向采用滚柱直线导轨。旋轮13座架体导轨滑块采用独立稀油润滑单元润滑。如图所示，一个旋轮13的两个方向为X1、Z1方向进给，另一旋轮13的两个方向为X2、Z2方向进给。工件坯料16从中心附近开始受挤压，逐步挤压成所需要的形状。本发明可内置CAM软件可以实现对零件加工前成形轮廓的模拟仿真及在线模拟仿真和加工过程伺服轴轮廓误差、旋轮13中心坐标的联机动态跟踪显示。

坯料对中装置的位置移动与旋轮13架随动；坯料定心精度由旋轮13定位精度决定。顶料动作由液压油缸驱动。

旋压机液压系统主要包括液压站9、液压缸和液压管路，液压系统配备油液冷却器10，系统温度可根据用户使用环境自行设定（推荐在30-40℃之间)，油液冷却器10根据用户油温设定值自动控制油温。

本发明控制系统对应旋压机的控制为数控系统，具有四轴联动控制功能；各轴工作进给的位置和速度的闭环检测及控制，各进给轴位置、速度参数实时显示；具有循环应急回退功能：在紧急情况下，通过指定按键可以将伺服轴反向退出；单步运行功能：起点、终点在某一程序任意位置；程序跳步功能；半径补偿功能：旋轮13接触R位置不同时，旋轮13R补偿；系统配置接触式检测头，用于旋压芯摸及旋压零件型面的在线检测。本发明还设有配套的电气控制柜5和交流稳压电源6。

具体实现方式为：

主轴部件2、尾顶部件8、旋轮座部件7均安装在机床床身上，主轴与尾顶轴同轴，分别位于机床两端，两个旋轮座部件7分别位于机床两侧，主轴通过转接法兰盘连接芯模15，由主轴的转动，带动芯模15旋转，从而带动贴在芯模15上的工件坯料16旋转；尾顶装置与工件坯料16接触的部件叫做尾顶盘14，所述尾顶盘14用于顶紧工件坯料16的中心部位，使工件坯料16紧贴在芯模15上，旋轮13架部件左、右对称布置两个旋轮13，每个旋轮13可分别实现X、Z两个方向伺服进给运动，由伺服电机、滚珠丝杠驱动，工件从中心部位开始受挤压，沿着芯模15被逐步挤压成型。

本发明大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备可加工零件直径范围φ500-φ3500mm，可旋压零件深度1500mm，可旋压零件厚度3mm-15mm(铝合金)。

Claims (6)

1.一种大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，包括机床主体、控制系统、液压系统、冷却系统，润滑系统，所述液压系统包括液压站、液压缸和液压管路；其特征在于：

所述机床主体包括床身部件、主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件、安全防护装置、坯料对中装置、内置退料装置、外置退料装置；

所述床身部件包括基础平台，所述基础平台包括长方形的的主平台、所述主平台包括首部、尾部和两侧，主平台两侧分别设有一侧平台，尾部设有一尾平台，旋轮架部件为两个，对称设置于主平台两侧，底部通过分体床身与侧平台连接，尾顶部件位于主平台尾部，底部通过分体床身与主平台和尾平台同时连接；

所述旋轮架部件包括旋轮架、旋轮头、二者通过旋轮头架体连接，所述旋轮头架体与旋轮架连接处设有角度调整器，所述角度调整器用于使旋轮头架体与旋轮架的相对角度发生变化；坯料对中装置一一对应设置在旋轮架部件的旋轮头下方的旋轮架上；

所述主轴部件位于基础平台首部，包括主轴箱、主轴，所述主轴连接有用于安装旋压芯模的连接法兰盘，所述主轴部件、尾顶部件的轴向沿主平台长度方向设置；

所述内置退料装置包括退料杆，所述退料杆安装在主轴上并随主轴旋转，所述外置退料装置安装与主轴箱两侧面；

所述液压站上设有油液冷却器；

所述冷却系统包括冷却管路和纸带过滤机，所述冷却管路用于输送为加工面降温的冷却液，所述纸带过滤机用于对冷却管路中的冷却液过滤；

所述润滑系统与主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件连接；

所述主轴部件、旋轮架部件、尾顶部件、液压系统、冷却系统、润滑系统均与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

2.根据权利要求1所述的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，其特征在于：内置退料装置采用单液压油缸驱动，用于盘类零件的退料；外置退料装置采用双液压油缸驱动，用于筒形零件的退料。

3.根据权利要求1所述的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，其特征在于：所述旋轮采用四轴联动，包括两径向进给轴和两轴向进给轴。

4.根据权利要求1所述的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，其特征在于：所述工件坯料为厚度3mm-15mm的铝合金平板。

5.根据权利要求1所述的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，其特征在于：尾顶部件行走由齿轮齿条驱动，精密滚柱导轨导向，并能在全行程范围内定位。

6.根据权利要求1所述的大型薄壁曲母线封头类零件数控旋压成型设备，其特征在于：机床尾部一侧还设有一操作台安放架，其上设有操作台，便于对加工情况进行观测。