CN108555167A - 一种弯管机及其送料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弯管机及其送料装置，属于管件加工技术领域。送料装置包括夹持单元与进给单元，夹持单元包括第一动夹模、第二动夹模及夹持控制机构；进给单元包括输入齿轮及与输入齿轮传动连接以驱动两动夹模沿送料方向同步往复移动的传动机构；夹持控制机构受控于输入齿轮，能在前进行程中驱动两动夹模以预定夹持力度夹持管材，且在后退行程中驱动两个动夹模张开以释放对管材的夹持。通过对送料装置的结构进行改进，有效地提高了对薄壁管的弯管质量，可广泛应用于航空、空调、船舶等技术领域。

Description

一种弯管机及其送料装置

技术领域

本发明涉及一种管材加工设备及其部件，具体地说，涉及一种适于对薄壁管进行送料的送料装置及以该送料装置构建的弯管机。

背景技术

弯管机作为一种管材加工设备，其广泛应用于空调、汽车、船舶及航空航天等工业领域中。公开号为CN1748891A的专利文献中公开了一种弯管机，如其附图1所示，该弯管机包括机架1、送料装置3及机头14，机头上设有圆模16与夹模17，通过圆模16与夹模17的配合夹持管件前端，并通过二者在弯管电机的驱动下而转动，以实现对管件进行弯管操作。该弯管机在其送料小车3上设有用于根据弯管进度而将管件依序输送至圆模16处的送料主轴4。

此外，在公开号为CN101722218A的专利文献中公开了一种弯管机，其包括机架及机头，在机架上设有用于对待弯管件进行送料的送料小车，与前述专利文献一致，其均是通过送料主轴对管件的弯管过程进行送料。

对于上述两篇专利文献等现有技术中，主要是通过绕弯形式对管件进行加工，完成弯管动作的部分部件包括夹模、圆模、芯棒、防皱模和导模，夹模用于将管材的一端夹持在圆模上，以使管材该端随圆模转动而弯曲，并得到与圆模的圆模型腔相匹配的弯管半径。其中，导模用于夹住管材同时施加一定的助推力，减小管材弯曲段的减薄率，防皱模是为了防止在管材弯曲段的内侧和圆模接触的切点位置处因压力而产生皱纹，芯棒用于从内部支撑管材以防止管材外侧内凹和内侧起皱。

但是，在弯曲的过程中，弯曲段因为形状的改变，会发生塑性变形，弯曲段的外侧因为表面积的增加会导致变薄更严重的甚至发生断裂，要改善这种情况，可以在弯曲段的后段对管材施加一定的推力，以减小弯曲段的拉力。而对于薄壁管，其外侧出现断裂的问题更加的严重。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种弯管机，通过对其送料装置的结构进行改进，以提高薄壁管的弯管质量；

本发明的另一目的是提供一种可用于构建上述弯管机的送料装置。

为了实现上述主要目的，本发明提供的送料装置包括夹持单元与进给单元，夹持单元包括第一动夹模、第二动夹模及夹持控制机构；进给单元包括输入齿轮及与输入齿轮传动连接以驱动两动夹模沿送料方向同步往复移动的传动机构；夹持控制机构受控于输入齿轮，能在前进行程中驱动两动夹模以预定夹持力度夹持管材，且在后退行程中驱动两个动夹模张开以释放对管材的夹持。

通过采用两个动夹模在管材两侧以预定夹持力夹持柱管材，与现有技术中的送料小车送料在管端进行输出推动力相比，可以在更邻近弯曲段处为管材的弯管过程提供进给力，有效地减小了弯曲段的管材内应力，有效地减少管材失稳现象的发生，对于薄壁脆性管具有更显著的效果，有效地提高了薄壁管的弯管质量。此外，两动个洞夹模的启闭动作受控于送料过程中前进后退动作，即动夹模的启闭动作与管材的进给过程相协调，有效地避免在动夹模后退过程中未及时张开而对管材进行拉伸而拉伤管材。

具体的方案为传动机构包括与第一动夹模固定连接的第一齿条，与第一齿条啮合的第一传动齿轮，与第二动夹模固定连接的第二齿条，与第二齿条啮合的第二传动齿轮，及行星轮系；行星轮系包括与输入齿轮啮合的主齿轮，固设在主齿轮上的行星架，可转动地安装在行星架上的两行星锥齿轮，及与两行星锥齿轮均啮合的两中心锥齿轮；一个中心锥齿轮及第一传动齿轮共轴地安装第一齿轮轴上，主齿轮可转动地安装第一齿轮轴上，另一个中心锥齿轮与第二传动齿轮共轴地安装第二齿轮轴上。采用行星轮系对两侧动夹模的进给位移与进给力进行分配，有效确保两动夹模能够同步进给移动，并提供对称均衡的进给力，进一步提高管材的弯管质量。

更具体的方案为夹持控制机构包括双头反向螺杆，设有与双头反向螺杆上的螺纹段相配合的螺纹孔的第一滑块和第二滑块，及离合机构；第一滑块可沿送料方向往复滑动地安装在第一夹模座上，第二滑块可沿送料方向往复滑动地安装在第二夹模座上，第一齿条固定在第一夹模座上，第二齿条固定在第二夹模座上；离合机构包括与过渡齿轮啮合的齿环，固设在双头反向螺杆上的转轮，至少一个离合销，及与离合销配合的复位件；齿环与转轮共轴地套装于转轮外，齿环的内环面上设有与离合销的外端面相配合的滞留凹面，转轮上设有敞口在其周面上且沿其径向布置的导孔，离合销可沿径向往复滑动地安装在导孔内，复位件的复位力迫使离合销伸出导孔并以预定切向阻力滞留在滞留凹面内；过渡齿轮为主齿轮或固设在其中一根齿轮轴上的传动齿轮。基于该夹持控制机构的结构设置，通过柔性离合机构，不仅可将进给力中的部分转换成预定夹持力，且能更好地确保动夹模的启闭动作与进给过程相协调。

另一个具体的方案为夹持控制机构包括双头反向螺杆，设有与双头反向螺杆上的螺纹段配合的螺纹孔的第一滑块和第二滑块，及离合机构；第一滑块可沿送料方向往复滑动地安装在第一夹模座上，第二滑块可沿送料方向往复滑动地安装在第二夹模座上；离合机构包括与输入齿轮传动连接的齿环，固设在双头反向螺杆上的转轮，至少一个离合销，及与离合销配合的复位件；齿环与转轮共轴地套装于转轮外，齿环的内环面上设有与离合销的外端面相配合的滞留凹面，转轮上设有敞口在其周面上且沿其径向布置的导孔，离合销可沿径向往复滑动地安装在导孔内，复位件的复位力迫使离合销伸出导孔并以预定切向阻力滞留在滞留凹面内。基于该夹持控制机构的结构设置，通过柔性离合机构，不仅可将进给力中的部分转换成预定夹持力，且能更好地确保动夹模的启闭动作与进给过程相协调

优选的方案为外端面为球冠面或锥面；复位件为压于离合销与导孔的孔底面间的压缩弹簧。结构简单，便于实现。

更优选的方案为转轮上设有用于调节压缩弹簧的伸缩量的调节机构。通过调节压缩弹簧的伸缩量，以改变离合机构的离合所需力，即能够调整两侧动夹模对管材的夹持力度，从而能够适用于不同壁厚的管材。

另一个优选的方案为滞留凹面为长度方向沿齿环的轴向布置的开口槽，开口槽的槽壁面与内环面的交接部设有导入导出面。

另一个优选的方案为齿环的内环面为内轮齿面，内轮齿面的齿槽面构成滞留凹面；第一滑块与第二滑块均为矩形滑块，两动夹模的夹模座上均设有与矩形滑块相配合且长度方向沿送料方向布置的矩形导孔，矩形导孔的侧壁上设有供双头反向螺杆穿过的长孔，矩形导孔的两侧壁构成矩形滑块的止挡面。

再一个优选的方案为第一动夹模和/或第二动夹模的型模腔壁上贴设有应变片，应变片输出测量信号；两个动夹模可拆卸地安装在夹模座上；两个动夹模的前端上固设有到位检测传感器，到位检测传感器输出检测信号。便于对动夹模在管材上所施加的夹持力进行监控，有效地避免了夹持力太大而夹坏管材，或太小而出现打滑的问题；可通过更换不同型腔结构的动夹模，以匹配不同半径的管材；及便于对进给过程进行监控，以防止进给前移过多而碰撞导模、防皱模等结构。

为了实现上述目的，本发明提供的弯管机包括机架及安装在机架上的机头与送料装置，其中，送料装置为上述任一技术方案所描述的送料装置。

基于上述送料装置构建的弯管机，能有效地提高其对薄壁管的弯管质量。

附图说明

图1为本发明弯管机实施例的结构示意图；

图2为本发明弯管机实施例中送料装置的结构示意图；

图3为本发明弯管机实施例中送料装置在略去两条齿条后的结构示意图；

图4为图3中的A局部放大图；

图5为本发明弯管机实施例中送料动力机构的结构示意图；

图6为本发明弯管机实施例在中离合机构的结构示意图；

图7为图6中B局部放大图。

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明主要是对弯管机送料装置的结构进行改进，以提高对薄壁管的弯管质量，弯管机上的机架、弯管机头、上料装置及卸料装置等其他功能单元的结构参照现有弯管机产品进行设计。

弯管机实施例

参见图1至图7，本发明弯管机包括机架及安装在该机架上的送料装置11、弯管机头、上料装置及卸料装置。弯管机头包括弯曲模胎12，在弯管过程中，送料装置11配合弯曲模胎12对管材01的弯管进度以对管材01提供所需进给速度与进给力度。

送料装置11包括第一夹模座20、第二夹模座21、第一动夹模22、第二动夹模23、第一齿条24、第二齿条25、第一传动齿轮26、第二传动齿轮27、输入齿轮28、行星轮系3、传动齿轮41、双头反向螺杆42、第一滑块43、第二滑块44及离合机构5。

第一齿条24与第二齿条25的长度方向均沿送料方向布置，且第一齿条24固设在第一夹模座20的上方，而第一动夹模22固定在第一夹模座20的下方；第二齿条25固设在第二夹模座21的上方，而第二动夹模23固定在第二夹模座21的下方。在第一动夹模22和第二动夹模23的型模腔壁上贴设有应变片，该应变片向弯管机的控制单元输出测量信号，用于检测两动夹模对管材01所施加的夹持力，以判断是否处于正常夹持状态。

行星轮系3包括与输入齿轮28啮合的主齿轮30，固设在主齿轮30上的行星架31，可转动地安装在行星架31上的行星锥齿轮32与行星锥齿轮33，及与两行星锥齿轮均啮合的中心锥齿轮34与中心锥齿轮35；中心锥齿轮34及第一传动齿轮26共轴地安装第一齿轮轴36上，主齿轮30可转动地安装在第一齿轮轴36上，中心锥齿轮35、传动齿轮41与第二传动齿轮27共轴地安装第二齿轮轴37上。

第一滑块43与第二滑块44上均设有双头反向螺杆42上的螺纹段相配合的螺纹孔，从而可通过转动双头反向螺杆42而同步地驱动两个滑块沿螺杆轴向朝里移动或朝外移动。

如图6及图7所示，离合机构5包括与传动齿轮41啮合的齿环50，通过平键固设在双头反向螺杆42上的转轮51，三个离合销52，及三根压缩弹簧53。转轮51上设有敞口在其外周面上且沿其径向布置的导孔510，离合销52可沿转轮51的径向往复滑动地安装在导孔510内；齿环50与转轮51共轴地套装于转轮51外，齿环50的内环面为内轮齿面500；压缩弹簧53的一端压于导孔510的孔底面上，另一端压于离合销52的内端面上，其弹性恢复力迫使离合销52的外端面伸出导孔510并插入轮齿面510的一个齿槽501中，从而使齿环50与转轮51通过离合销52耦合成一个转体以进行同步转动，即可在离合销51的前端面520插入齿槽501中时，使传动齿轮41可通过离合机构5实现带动双头反向螺杆42转动，继而控制两个滑块同步朝内移动或朝外移动。齿槽501构成本实施例中与离合销52的外端面520相配合的滞留凹面，对滞留凹面的结构并不局限于齿槽结构，还可以设置成其他内凹的面，只需便于外端面510卡入并在一定切向推力作用下能够从中滑出，并可在齿槽501两侧顶部5010设有导入导出面；对外端面520的具体结构，在本实施例中为锥面，为了便于滑入及滑出滞留凹面，可将外端面520设置成球冠面；压缩弹簧53构成本实施例中复位力迫使离合销52伸出导孔510并以预定切向阻力滞留在滞留凹面内的复位件，当然了，可采用两块同极相对布置的磁铁替代压缩弹簧53以构成本实施例中的复位件，即一块磁铁块固定在离合销52的内端面上、另一块磁铁块固设在导孔510的孔底面上。传动齿轮41构成本实施例中的过渡齿轮，当然，也可以将主齿轮30作为过渡齿轮而与齿环41啮合。

可通过在压缩弹簧53里端与导孔510的孔底面之间垫入不同厚度的垫片，以改变压缩弹簧53的压缩量，从而改变其施加于离合销52上的弹性恢复力，即改变离合销52与滞留凹面之间所形成的切向阻力，以改变了使齿环50与转轮51相对转动所需旋转力矩的大小。

第一滑块43与第二滑块44均为矩形滑块；第一夹模座20上设有与第一滑块43相配合且长度方向沿送料方向布置的矩形导孔200，矩形导孔200的侧壁上设有供双头反向螺杆42穿过的长孔201，矩形导孔200的两侧壁构成第一滑块43的止挡面，即第一滑块43在矩形导孔200内相对第一夹模座20只能沿送料方向往复移动，而无法沿双头反向螺杆42的轴向移动；第二夹模座21上设有与第二滑块44相配合且长度方向沿送料方向布置的矩形导孔210，矩形导孔210的侧壁上设有供双头反向螺杆42穿过的长孔211，矩形导孔210的两侧壁构成第二滑块44的止挡面，即第二滑块44在矩形导孔210内相对第二夹模座21只能沿送料方向往复移动，而无法沿双头反向螺杆42的轴向移动。即随着双头反向螺杆42的转动，使两个滑块带动两个动夹模同步地沿双头反向螺杆42的轴向朝内移动而夹持管材01，或朝外移动而释放对管材01的夹持。

对于上述结构，两动夹模通过螺栓可拆卸地安装在夹模左上，可通过更换动夹模而适配不同半径尺寸的管材。

使用上述送料装置对管材01进行送料的过程如下：

(1)将整个送料装置11沿X轴向移动至预定位置处；

(2)根据薄壁管01的类型和形状，选用适合尺寸参数与弹性参数的压缩弹簧53及模型腔与薄壁管01的形状相配合的动夹模；

(3)电机正转，输入齿轮28绕Y轴正向逆时针转动，通过行星轮系3带动第一传动齿轮26、第二传动齿轮27及传动齿轮41均沿Y轴向正向逆时针转动，由于两个动夹模未对管材01形成夹持力，双头反向螺杆42可相对两个滑块自由转动，此时由于无切向阻力作用，离合销52的前端面嵌于滞留凹面内，从而通过离合机构5带动双头反向螺杆42转动，此时两个滑块均沿Y轴向朝内移动而带动两个动夹模朝管材01的方向移动而夹持管材，当夹持力度反馈至离合机构5上时，当形成的切向阻力足以迫使离合销52缩回导孔510内而实现齿环50与转轮51之间的脱耦合，即两个动夹模不再移动而实现对管材01时间恒定的夹持力，并随着两个传动齿轮与两条齿条的啮合而推动管材01朝如图1中的X轴正向前进，从而实现与弯曲模胎12的弯管过程配合。

(4)在安装在夹模座上的到位检测传感器检测到两个夹模移动至预定位置时，电机平滑地减速至停止，接着再反转，两动夹模释放对管材01的夹持，同时使整个送料装置沿X轴负向远离弯曲段010。在本实施例中，检测传感器选用行程开关或到接近开关。

对于本送料装置，由于行星锥齿轮32、行星锥齿轮32和中心锥齿轮34、中心锥齿轮35间成90度排布，在传动的时候，若左右两侧都没有到达行程的末尾，因为两个中心锥齿轮和两侧的行星锥齿轮的参数一样，对称布置，行星锥齿轮分配到两个中心锥齿轮上的力矩大小相同，因此，行星锥齿轮只有随行星架31周转而没有自转，中心锥齿轮的转速和主齿轮30的转速的N30相同，即在轮系中，从输入齿轮28到传动齿轮26、27的传动比可以从下方公式计算出：

其中，Z为齿数。

对于离合销52的前端面为锥面结构时，可以根据下式计算出传递力矩与弹簧弹力的关系：

其中，f为外环齿圈内齿面和顶柱之间的摩擦系数，θ为外环齿圈内齿的角度，r为内柱半径，h为外环齿圈内齿高。

送料装置的推力大小可以用弯管的能量公式来间接计算：

其中，各子式如下：

其中，ε_α、ε_β为中性面的应变，γ_αβ为壳体中面上沿α、β方向的剪应变，k₁、k₂是α、β方向上的曲率，χ是扭曲率，A、B为中面内的拉密系数，α、β是壳体的正交曲线坐标系的两个轴，α沿壳体的弯曲方向，β沿壳体的切线方向，为弯管进入弯曲段的角度；为弯管结束弯曲的角度；为弯管弯曲受压起皱区；为沿弯曲方向曲线坐标，v为泊松比，w为管法向位移，r₀为管的直径。

通过弯管变形能的计算，结合弯管夹具的推程，可以间接的计算出弯管的最大辅助推力，从而可以调整夹紧力以及进给速度。

送料装置实施例

在上述弯管机实施例中，已经对本发明送料装置实施例的结构进行了说明，在此不再赘述。

本发明的主要目的是对弯管机上送料装置的结构进行改进，以能在邻近弯曲段的位置对管材进行夹持并提供进给力，根据本构思，夹持控制机构与进给单元中传动机构的结构还有多种显而易见的变化。

Claims (10)

1.一种弯管机的送料装置，包括夹持单元与进给单元，其特征在于，所述夹持单元包括第一动夹模、第二动夹模及夹持控制机构；

所述进给单元包括输入齿轮及与所述输入齿轮传动连接以驱动两动夹模沿送料方向同步往复移动的传动机构；

所述夹持控制机构受控于所述输入齿轮，能在前进行程中驱动两动夹模以预定夹持力度夹持管材，且在后退行程中驱动两个动夹模张开以释放对所述管材的夹持。

2.根据权利要求1所述的送料装置，其特征在于：

所述传动机构包括与所述第一动夹模固定连接的第一齿条，与所述第一齿条啮合的第一传动齿轮，与所述第二动夹模固定连接的第二齿条，与所述第二齿条啮合的第二传动齿轮，及行星轮系；

所述行星轮系包括与所述输入齿轮啮合的主齿轮，固设在所述主齿轮上的行星架，可转动地安装在所述行星架上的两行星锥齿轮，及与所述两行星锥齿轮均啮合的两中心锥齿轮；一个中心锥齿轮及所述第一传动齿轮共轴地安装第一齿轮轴上，所述主齿轮可转动地安装在所述第一齿轮轴上，另一个中心锥齿轮与所述第二传动齿轮共轴地安装第二齿轮轴上。

3.根据权利要求2所述的送料装置，其特征在于：

所述夹持控制机构包括双头反向螺杆，设有与所述双头反向螺杆上的螺纹段相配合的螺纹孔的第一滑块和第二滑块，及离合机构；所述第一滑块可沿所述送料方向往复滑动地安装在第一夹模座上，所述第二滑块可沿所述送料方向往复滑动地安装在第二夹模座上，所述第一齿条固定在所述第一夹模座上，所述第二齿条固定在所述第二夹模座上；

所述离合机构包括与过渡齿轮啮合的齿环，固设在所述双头反向螺杆上的转轮，至少一个离合销，及与所述离合销配合的复位件；所述齿环与所述转轮共轴地套装于所述转轮外，所述齿环的内环面上设有与所述离合销的外端面相配合的滞留凹面，所述转轮上设有敞口在其周面上且沿其径向布置的导孔，所述离合销可沿所述径向往复滑动地安装在所述导孔内，所述复位件的复位力迫使所述离合销伸出所述导孔并以预定切向阻力滞留在所述滞留凹面内；

所述过渡齿轮为所述主齿轮或固设在其中一根齿轮轴上的传动齿轮。

4.根据权利要求1所述的送料装置，其特征在于：

所述夹持控制机构包括双头反向螺杆，设有与所述双头反向螺杆上的螺纹段配合的螺纹孔的第一滑块和第二滑块，及离合机构；所述第一滑块可沿所述送料方向往复滑动地安装在第一夹模座上，所述第二滑块可沿所述送料方向往复滑动地安装在第二夹模座上；

所述离合机构包括与所述输入齿轮传动连接的齿环，固设在所述双头反向螺杆上的转轮，至少一个离合销，及与所述离合销配合的复位件；所述齿环与所述转轮共轴地套装于所述转轮外，所述齿环的内环面上设有与所述离合销的外端面相配合的滞留凹面，所述转轮上设有敞口在其周面上且沿其径向布置的导孔，所述离合销可沿所述径向往复滑动地安装在所述导孔内，所述复位件的复位力迫使所述离合销伸出所述导孔并以预定切向阻力滞留在所述滞留凹面内。

5.根据权利要求3或4所述的送料装置，其特征在于：

所述外端面为球冠面或锥面；

所述复位件为压于所述离合销与所述导孔的孔底面间的压缩弹簧。

6.根据权利要求5所述的送料装置，其特征在于：

所述转轮上设有用于调节所述压缩弹簧的伸缩量的调节机构。

7.根据权利要求3至6任一项权利要求所述的送料装置，其特征在于：

所述滞留凹面为长度方向沿所述齿环的轴向布置的开口槽，所述开口槽的槽壁面与所述内环面的交接部设有导入导出面。

8.根据权利要求3至7任一项权利要求所述的送料装置，其特征在于：

所述齿环的内环面为内轮齿面，所述内轮齿面的齿槽面构成所述滞留凹面；

所述第一滑块与所述第二滑块均为矩形滑块，两动夹模的夹模座上均设有与所述矩形滑块相配合且长度方向沿所述送料方向布置的矩形导孔，所述矩形导孔的侧壁上设有供所述双头反向螺杆穿过的长孔，所述矩形导孔的两侧壁构成所述矩形滑块的止挡面。

9.根据权利要求1至8任一项权利要求所述的送料装置，其特征在于：

所述第一动夹模和/或所述第二动夹模的型模腔壁上贴设有应变片，所述应变片输出测量信号；

两个动夹模可拆卸地安装在夹模座上；两个动夹模的前端上固设有到位检测传感器，所述到位检测传感器输出检测信号。

10.一种弯管机，包括机架及安装在所述机架上的机头与送料装置，其特征在于：

所述送料装置为权利要求1至9任一项权利要求所述的送料装置。