CN1099323A - 矫直辊加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种矫直辊加工方法及装置，矫直辊经粗加工保 留磨削余量进行精加工，精加工应用砂轮磨削，砂轮 外缘呈圆弧，砂轮轴线与工件中心线平行，砂轮由滚 子带动作平面移动，滚子沿靠模槽作平面曲线运动， 靠模槽上下二条平面曲线由矫直辊外形、滚子半径、 砂轮外缘圆弧三参数决定，砂轮磨削点在磨削过程中 随矫直辊不同部位而相异。其装置是一机床，由床 身、尾架、靠模滚子机构组成。靠模座是多支承机 构。

Description

本发明涉及用于各种管棒材矫直机的矫直辊的加工方法及装置。

应用于各种管棒材矫直的曲线矫直辊，一般是一个回转体，其表面是空间曲线绕自身中心轴线旋转而得的回转曲面。特别是对于大中型（直径大于350毫米）的曲线矫直辊，由于曲线型面形状复杂、表面硬度高、技术要求高等特点，其加工一直是技术难题。

矫直辊加工中通常车加工采用仿形法，磨加工采用成形法。

仿形法原理如图1，顶杆沿与矫直辊曲线一致的靠模运动，车刀直接或通过随动系动随顶杆平动，将旋转工件加工出矫直辊曲线。仿形法通常由仿形车床进行。

成形法原理如图2，按照钢管矫直原理，砂轮外缘加工成管子半径圆弧，砂轮纵向沿管子进给方向移动，通过工件与砂轮的复合运动将工件加工出矫直辊曲线。

这些现有的加工方法，特别是磨加工方法，一般是由于精度达不到要求而显得不足。

本发明的任务是提出一种矫直辊的精加工方法及装置，结构简单操作方便。

本发明方法的技术方案是：矫直辊经粗加工后留磨削余量进行精加工，精加工应用砂轮磨削，砂轮外缘呈圆弧，砂轮轴线与工件中心线平行，砂轮由滚子带动作平面移动，滚子沿靠模槽作平面曲线运动，靠模槽上下二条平面曲线由矫直辊外形、滚子半径、砂轮外缘圆弧三参数决定，砂轮磨削点在磨削过程中随矫直辊不同部位而相异。

本发明设备的技术方案是：设备是一机床，由床身、尾架、头架、大拖板、中拖板、磨头、粗细进给机构、靠模滚子机构组成，靠模滚子机构是多支承机构，由靠模座、靠模板、滚子、滚子轴、导向板、滚动轴承构成，滚子装在滚子轴上，滚子轴活套在滚子传动轴上，滚子传动轴即机床丝杆，滚子轴上下部装有6只径向滚动轴承，其中上下二端各有一只径向轴承与导向板中的导槽为动配合，另下端4只径向轴承与压板动配合，导向板及压板装在大拖板上。

由本技术方案提出的工艺及装备设计方案完成了发明任务。

图1、图2是目前所应用的加工方法。

图3是本发明加工方法实施例。

图4是本发明加工设备实施例。

图5是设备实施例的A向视图。

图6是本发明多支承靠模机构的实施例。

图7是靠模机构的C-C剖面图。

图8是靠模机构的D-D剖面图。

图9是本发明砂轮外缘圆弧修正器的实施例。

图10是本发明砂轮外缘圆弧修正器的E-E剖面图。

以下结合附图详细叙述本发明。

历来加工曲线型矫直辊的方法及设备如图1和图2所示：图中（1）是靠模，（2）是工件，（4）是刀具，（3）是砂轮，（5）是靠模顶杆。图1所示的是顶杆（5）沿与矫直辊曲线一致的靠模运动，刀具直接或通过随动系统随顶杆平面移动，将旋转工件加工出矫直辊曲线。图2所示是按照钢管矫直原理，砂轮（3）外缘加工成管子半径圆弧，砂轮纵向沿管子进给方向移动，通过工件（2）与砂轮（3）的复合运动将工件加工出矫直辊曲线。

本发明的加工方法是：矫直辊经粗加工后，留磨削余量进行精加工，精加工应用砂轮磨削，砂轮（6）外缘呈圆弧（图3），砂轮（6）轴线与工件（2）中心线平行，砂轮（6）由滚子（9）带动作平面移动，滚子沿靠模（8）的槽作平面曲线运动，靠模槽上下二条平面曲线M、N由矫直辊外形、滚子半径、砂轮圆弧三参数决定，砂轮磨削点在磨削过程中随矫直辊不同部位而相异。砂轮（6）轴线与工件（2）轴线平行且在同一水平面内，砂轮（6）、驱动装置（7）、滚子（9）安装在上拖板（11）上，上拖板（11）可沿导轨G在下拖板（10）上作横向进给运动，其进给量由靠模（8）的内外二条曲线N、M确定，下拖板（10）置机体（33）上，加工时沿轴向导轨Ⅰ作匀速运动。砂轮（6）绕自身轴线驱动旋转，工件（2）也绕自身轴线驱动旋转，上下拖板移动带动砂轮作平面运动，外缘修整成一定圆弧R的砂轮（6）包络磨削出准确的矫直辊辊形曲线。

靠模曲线形状是根据工件外形、滚子半径、砂轮修整圆弧参数精确计算加工来保证的。靠模曲线是以砂轮轮缘圆弧中心轨迹为圆心的一系列滚子圆的上下二条包络线。

靠模曲线M、N的实施是以矫直辊辊形中心轴线的中点为原点，轴线为X轴，垂直于X轴的Y轴，设靠模内外二条曲线M、N的坐标分别为（Xgn，Ygn）和（Xgm，Ygm），满足下列参数方程：

曲线M上的点[Xgm（t），Ygm（t）]满足下列方程：

曲线N上的点[Xgn（t），Ygn（t）]满足下列方程：

其中：

t为参数

r_g为滚子（9）的圆半径

R为砂轮（6）修整圆弧半径

r为轧制管材外圆半径（矫直辊设计参数）

R₀为辊形曲线中心截面圆半径（矫直辊设计参数）

α为轧制管材中心线与矫直辊中心线所交角度（矫直辊设计参数）

A=r·sinα

B=（r+R₀）·cosα·ctgα

$K\left(t\right)=\frac{(r+R_o)\·{\cos }^2\mathrm{\α}\·t\sqrt{{(1+t^2)}^{3}r\·{\sin }^2\mathrm{\α}\·t}}{A\·\sqrt{1+t^2{\cos }^2\mathrm{\α}}+B\·\sqrt{{(1+t^2)}^3(1+t^2{\cos }^2\mathrm{\α})}}$

_m（t）、

_m（t）为X_m（t）、Y_m（t）关于t的一阶导数，其中：

$X\left(t\right)=(\frac{A}{\sqrt{1+t^2)}}+B)\·t-R\·\frac{k\left(t\right)}{\sqrt{1+k^2\left(t\right)}}$

靠模曲线的实施例如下：

实施例1

加工的矫直辊其辊形中心截面圆直径R₀=150，轧制管材外圆半径r=80，轧制管材中心轴线与矫直辊中心轴线间交角α=32°，辊形曲线轴向长度L=300，取滚子外圆半径r_s=20，砂轮外缘修整圆弧R=75。

靠模槽曲线M上的点满足下列关系：

当X=0，Y=245.000

当X=50，Y=247.167

当X=100，Y=253.542

当X=150，Y=263.471

靠模槽曲线N上的点满足下列关系：

当X=0，Y=205.000

当X=50，Y=207.028

当X=100，Y=213.016

当X=150，Y=222.701

实施例2

加工的矫直辊其辊形中心截面圆直径R₀=180，轧制管材外圆半径r=60，轧制管材中心轴线与矫直辊中心轴线间交角α=28°，辊形曲线轴向长度L=320，取滚子外圆半径r_s=20，砂轮外缘修整圆弧R=60。

靠模槽曲线M上的点满足下列关系：

当X=0，Y=260.000

当X=50，Y=261.503

当X=100，Y=265.954

当X=150，Y=273.19

靠模槽曲线N上的点满足下列关系：

当X=0，Y=220.000

当X=50，Y=221.435

当X=100，Y=225.69

当X=150，Y=232.631

实施例3

加工的矫直辊其辊形中心截面圆直径R₀=120，轧制管材外圆半径r=80，轧制管材中心轴线与矫直辊中心轴线间交角α=24°，辊形曲线轴向长度L=280，取滚子外圆半径r_s=20，砂轮外缘修整圆弧R=0。

靠模槽曲线M上的点满足下列关系：

当X=0，Y=140.000

当X=40，Y=140.747

当X=80，Y=142.974

当X=120，Y=146.638

靠模槽曲线N上的点满足下列关系：

当X=0，Y=100.000

当X=40，Y=100.720

当X=80，Y=102.869

当X=120，Y=106.409

从三个实施例可以看出靠模曲线是由矫直辊外形、滚子半径、砂轮圆弧三参数确定的。

本发明的加工设备是一台特殊设计的机床（图3、图4、图5、图6、图7、图8），由床身（33）、尾架（40）、头架（41）、中拖板（11）、大拖板（10）、磨头（12）、粗细给进机构（B）、靠模滚子机构（A）组成，靠模滚子机构是多支承机构（图6，图7，图8），由靠模座（21）、靠模板（8）、滚子（9）、滚子轴（15）、导向板（14）（20）、滚动轴承（13）（16）（18）（19）构成，靠模板（8）装在靠模座（21）中，靠模座固定在机床床身上，滚子（9）套装在滚子轴（15）上，滚子（9）位于靠模板（8）上由M、N二条曲线围成的封闭靠模曲线型槽内，滚子（9）沿靠模曲线槽作无间隙滚动。滚子轴（15）由二只平面轴承（16）活套在滚子传动轴上，滚子传动轴即机床丝杆（17）。滚动轴承（13）、（18）套装在滚子轴（15）上下两端，四只滚动轴承（19）套装在滚子轴（15）下端二侧（图5、图6、图7），导向板（14）、（20）、压板（36）固定在大拖板（10）上。滚动轴承（13）、（18）在导向板（14）和大拖板（10）上的导向槽内滑动限制滚子轴（15）仅作径向前后运动，四只滚动轴承（19）在导向板（20）和压板（36）内滑动保证滚子轴（15）水平运动，当滚子（9）在靠模板曲线型槽内移动时，滚子轴（15）、丝杠（17）不会因受到轴向力而左右移动或弯曲；当滚子（9）及滚子轴（15）不动时，转动丝杆、中拖板（11）和磨头（12）可作径向进刀运动；仿形加工时，大拖板（10）作纵向运动，滚子（9）在靠模板（8）曲线型槽内沿曲线槽前后移动，并通过滚子轴带动丝杆（17）、丝杠螺母（35）、中拖板（11）以及上面的磨头（12）一起作仿形切削加工。

砂轮（6）装在磨头（12）上，根据矫直辊曲线参数、辊型长度、砂轮宽度，砂轮轮缘设定并修整成一定圆弧，磨削时的靠模曲线是以砂轮轮缘圆弧中心轨迹为圆心的一系列滚子圆的二条包络线。

为使砂轮轮缘加工中始终保持一定的圆弧，加工设备上添加设计了砂轮外缘圆弧修正器（图9、图10）。

砂轮外缘圆弧修正器C由靠模（22）、滚子（23）、修正器座（24），下滑座（25）、丝杠（26），手轮（27）、弹簧（28）、上滑座（29）、套（30）、轴（31）、修正头（32）、手柄（37）、丝杠螺母（38）、丝杠（39）组成（图9、图10）。修正器座（24）固定安装在磨头（12）的侧面。下滑座（25）安放在修正器座（24）上，上滑座（29）置于下滑座（25）导轨上，上滑座（29）可沿导轨在下滑座（25）上作滑动。调节手轮（27），通过丝杠（26），调节轴（31）在套（30）内滑动，以调整修正头（32）的进给量。靠模（22）预先按设计要求加工成圆弧形，靠模（22）固定在下滑座（25）上。摇动手柄（37），丝杠（39）带动丝杠螺母（38），丝杠螺母带动上滑座（29）在下滑座（25）上沿导轨作滑动，滚子（23）沿靠模（22）圆弧曲线滚动，套（30）、轴（31）、修正头（32）随靠模（22）形状作仿形运动，使砂轮修整成所需要的圆弧形状。弹簧（28）保证滚子（23）与靠模（22）紧密接触。

砂轮外缘修整圆弧R的选取对辊形曲线的形成有直接的影响，一般来说，R取得越大，砂轮与辊形曲线的接触磨削范围越大，磨削效果越好。但砂轮的宽度、曲线的参数对R的选取有直接的关系，要求R满足下列关系：

$R\≤\frac{W\·\sqrt{1+{k_0}^2}}{{2k}_e}$

其中：W：砂轮宽度

K₀辊形曲线两端点斜率中的较大值

Claims (5)

1、一种管棒材矫直辊精加工方法，精加工采用砂轮磨削，其特征是砂轮外缘呈圆弧，砂轮轴线与工件中心线平行，砂轮由滚子带动作平面曲线移动，滚子沿靠模槽作平面运动，靠模槽上下二条平面曲线由矫直辊外形、滚子半径、砂轮圆弧三参数决定，砂轮磨削点在磨削过程中随矫直辊不同部位而相异。

2、一种管棒材矫直辊精加工设备，由床身、尾架、头架、大拖板、中拖板、刀架、粗细进给机构、靠模滚子机构组成，其特征是靠模滚子机构是多支承机构，由靠模座、靠模板、滚子、滚子轴、导向板、滚动轴承构成，靠模板（8）装在靠模座中，靠模座固定在机床床身上，滚子套装在滚子轴上，滚子位于靠模板上由M、N二条曲线围成的封闭靠模曲线型槽内。

3、由权利要求1所示的管棒材矫直辊精加工方法，其特征是靠模曲线是以砂轮轮缘圆弧中心轨迹为圆心的一系列滚子圆的二条包络线。

4、由权利要求2所示的管棒材矫直辊精加工设备，其特征是靠模曲线是以砂轮轮缘圆弧中心轨迹为圆心的一系列滚子圆的二条包络线。

5、由权利要求2所示的矫直辊精加工设备，其特征是：设备中含有砂轮圆弧修正器，砂轮圆弧修正器由靠模（22）、滚子（23）、修正器座（24）、下滑座（25）、丝杠（26）、手轮（27）、弹簧（28）、上滑座（29）、套（30）、轴（31）、修正头（32）、手柄（37）、丝杠螺母（38）组成，修正器座固定在磨头的侧面，下滑座（25）安放在修正器座（24）上，上滑座置于下滑座（25）的导轨上，上滑座（29）可沿导轨在下滑座（25）上滑动。靠模（22）固定在下滑座（25）上。

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