CN111014410A - 一种立式对轮旋压设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于薄壁金属筒体成型设备技术领域，特别是涉及一种立式对轮旋压设备。但是现有的对轮旋压设备多采用单独动力源，传动系统复杂。本申请提供一种立式对轮旋压设备，包括机架，所述机架包括基座，所述基座上设置有工件夹持旋转机构，所述机架上设置有旋轮轴向进给机构，所述旋轮轴向进给机构与旋轮径向进给机构相连接；所述旋轮轴向进给机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机与第一丝杠相连接，所述第二伺服电机与第二丝杠相连接；所述旋轮径向进给机构包括第三伺服电机，所述第三伺服电机与第三丝杠相连接。由于使用多个伺服电机使得各机构能够进行独立控制，分散多动力，避免了复杂繁冗的传动系统，使设备运行更稳定。

Description

一种立式对轮旋压设备

技术领域

本申请属于薄壁金属筒体成型设备技术领域，特别是涉及一种立式对轮旋压设备。

背景技术

旋压是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。旋压可以完成各种复杂钣金零件的复杂几何特征，是一种钣金成型的特殊方法。可以利用旋压方法完成拉深、翻边、缩口、胀形和卷边等的复杂钣金零件的几何特征。

现有的芯模旋压设备由于可加工工件的大小受限于芯模大小，大大降低了旋压工艺加工范围；加工芯模提高了设备的模具成本；芯模的加工精度直接影响所加工零件的内表面质量；对于一些变直径复杂管、环件，有芯模旋压往往无法实现。而对轮旋压设备使用内旋轮，大大节省了工装成本，有效改善了管内壁精度，同时成形件内部的应力状态有了显著改善。并且旋轮所受的载荷降低了近50％，大幅度地降低成本和能耗。此外，对轮旋压的加工范围很广，能够加工一定范围内任意直径的筒形件，甚至可以加工变直径管件。因此对轮旋压工艺在石油、化工、航天以及军工领域大有可为，尤其适用于高精度的大管径薄壁筒形件(例如大型火箭外壳)的制备。

对轮旋压设备研究方面，美国的拉迪斯(LatishForging)锻造公司和德国MT(MANTechnology)公司从上世纪七八十年代就设计和制造出对轮旋压设备，并应用于大型薄壁管件(如火箭发动机外壳)的成型加工。由于采用卧式结构会受到坯料自身重力影响，现有的大型对轮旋压设备以立式结构为主，采取立式结构有利于加工件的夹持，避免重力因素对加工过程的影响。

但是现有的对轮旋压设备多采用单独动力源，传动系统复杂，设备加工精度要求高，对传动零部件的刚度、精度都有较高的要求。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于现有的对轮旋压设备多采用单独动力源，传动系统复杂，设备加工精度要求高，对传动零部件的刚度、精度都有较高的要求的问题，本申请提供了一种立式对轮旋压设备。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种立式对轮旋压设备，包括机架，所述机架包括基座，所述基座上设置有工件夹持旋转机构，所述机架上设置有旋轮轴向进给机构，所述旋轮轴向进给机构与旋轮径向进给机构相连接；

所述旋轮轴向进给机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机与第一丝杠相连接，所述第二伺服电机与第二丝杠相连接；

所述旋轮径向进给机构包括第三伺服电机，所述第三伺服电机与第三丝杠相连接。

可选地，所述基座外侧设置有外导柱，所述外导柱顶端设置有外环件，所述外环件与滑道横梁一端相连接，所述滑道横梁另一端与顶盖相连接，所述顶盖与内导柱顶端相连接，所述内导柱设置于所述基座上，所述外环件外侧设置有扶梯。

可选地，所述工件夹持旋转机构包括异步电机，所述异步电机设置于所述基座上，所述异步电机与减速机一端相连接，所述减速机另一端与联轴器一端相连接，所述联轴器另一端与伞齿轮相连接，所述伞齿轮设置于主动转台上，所述伞齿轮与小驱动齿轮相啮合，所述小驱动齿轮与齿圈相啮合，所述齿圈设置于主动辊下端，所述主动辊设置于所述主动转台上，所述主动转台底部设置有第一滑块，所述第一滑块可在第一导轨上滑动，所述第一导轨设置于所述基座上，所述主动转台右侧设置有水平导轨，所述水平导轨横向设置，所述水平导轨上设置有楔块轴承座，所述楔块轴承座与从动辊相连接，所述楔块轴承座与活塞杆相连接，所述活塞杆设置于液压缸上，所述液压缸设置于所述主动转台上。

可选地，所述第一伺服电机通过电机护架法兰设置于外旋轮丝杠支架上，所述第一丝杠通过第一丝杠螺母与外旋轮相连接，所述外旋轮丝杠支架底部设置有第二滑块，所述第二滑块设置于第二导轨上，所述外旋轮丝杠支架顶部与所述滑道横梁相连接，所述滑道横梁与内旋轮丝杠支架相连接；所述第二伺服电机通过电机护架法兰设置于所述内旋轮丝杠支架上，所述第二丝杠通过第二丝杠螺母与内旋轮相连接，所述内旋轮丝杠支架底部设置有第三滑块，所述第三滑块设置于第二导轨上。

可选地，所述旋轮径向进给机构包括伺服电动缸，所述伺服电动缸底部与调节板一端连接，所述调节板另一端与外旋轮箱体相连接，所述第三伺服电机设置于所述外旋轮箱体顶部，所述第三丝杠右端设置有外旋轮主轴，所述外旋轮主轴底部通过轴套安装有外旋轮，所述第三丝杠左端铣削平面与第三丝杠螺母座平面相配合，所述第三丝杠螺母座通过螺钉设置于所述外旋轮箱体左侧。

可选地，所述第三伺服电机一端与蜗杆一端连接，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗轮内部通过键连接丝杠螺母，所述丝杠螺母内部设置有所述第三丝杠。

可选地，所述第一伺服电机通过所述减速机与所述第一丝杠相连接；所述第二伺服电机通过所述减速机与所述第二丝杠相连接。

可选地，所述第三伺服电机为微调伺服电机，所述第三丝杠为锯齿形丝杠，所述外旋轮主轴顶部通过轴盖设置于所述锯齿形丝杠右端。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的一种立式对轮旋压设备的有益效果在于：

本申请提供的一种立式对轮旋压设备，采用立式结构，有利于工件的夹持，避免了重力因素对加工的影响；本申请中涉及的设备中旋轮轴向进给机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，旋轮径向进给机构包括第三伺服电机，由于使用多个伺服电机直接驱动丝杠作为主要的动力源和传动形式，主动力源是电机带动减速器连接万向联轴器，从而通过齿轮传动驱动主动辊转动作为主动力源，使得各机构能够进行独立控制，分散多动力，避免了复杂繁冗的传动系统，使设备运行更稳定，降低对主要驱动源的功率要求，同时提高了控制精度并降低了控制难度，设备整体上结构简便、功耗小、运行稳定、易于维护。

附图说明

图1是本申请的一种立式对轮旋压设备的结构示意图；

图2是本申请的一种立式对轮旋压设备的主视图；

图3是本申请的一种立式对轮旋压设备的机架结构示意图；

图4是本申请的工件夹持旋转机构结构示意图；

图5是本申请的工件夹持旋转机构的剖面图；

图6是本申请的旋轮轴向进给机构结构示意图；

图7是本申请的旋轮径向进给机构结构示意图；

图8是本申请的旋轮径向进给机构结构的剖面图；

图9是本申请的立式对轮旋压设备工作过程示意图；

图中：1-机架、2-基座、3-工件夹持旋转机构、4-旋轮轴向进给机构、5-旋轮径向进给机构、6-第一伺服电机、7-第二伺服电机、8-第一丝杠、9-第二丝杠、10-第三伺服电机、11-第三丝杠、12-外导柱、13-外环件、14-滑道横梁、15-顶盖、16-内导柱、17-扶梯、18-异步电机、19-减速机、20-联轴器、21-伞齿轮、22-主动转台、23-小驱动齿轮、24-齿圈、25-主动辊、26-第一滑块、27-水平导轨、28-楔块轴承座、29-液压缸、30-电机护架法兰、31-外旋轮丝杠支架、32-第一丝杠螺母、33-第二滑块、34-第二导轨、35-内旋轮丝杠支架、36-第二丝杠螺母、37-第三滑块、38-伺服电动缸、39-调节板、40-外旋轮箱体、41-外旋轮主轴、42-外旋轮、43-丝杠螺母座、44-蜗杆、45-蜗轮、46-第三丝杠螺母、47-轴盖、48-筒坯。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

现有的对轮旋压技术存在以下不足：

1)主动力源单一，多采用单一动力源与复杂的传动系统结合驱动主轴，导致所需动力源功率大；

2)设备加工精度高，装配复杂；

3)传动系统传递的功率和扭矩大，使得所需传动零部件的刚度、精度要求较高。

参见图1～9，本申请提供一种立式对轮旋压设备，包括机架1，所述机架1包括基座2，所述基座2上设置有工件夹持旋转机构3，所述机架1上设置有旋轮轴向进给机构4，所述旋轮轴向进给机构4与旋轮径向进给机构5相连接；

所述旋轮轴向进给机构4包括第一伺服电机6和第二伺服电机7，所述第一伺服电机6与第一丝杠8相连接，所述第二伺服电机7与第二丝杠9相连接；

所述旋轮径向进给机构5包括第三伺服电机10，所述第三伺服电机10与第三丝杠11相连接。

可选地，所述基座2外侧设置有外导柱12，所述外导柱12顶端设置有外环件13，所述外环件13与滑道横梁14一端相连接，所述滑道横梁14另一端与顶盖15相连接，所述顶盖15与内导柱16顶端相连接，所述内导柱16设置于所述基座2上，所述外环件13外侧设置有扶梯17。这里的滑道横梁14可拆卸。

可选地，所述工件夹持旋转机构3包括异步电机18，所述异步电机18设置于所述基座2上，所述异步电机18输出端与减速机19输入端相连接，所述减速机19另一端与联轴器20一端相连接，所述联轴器20另一端与伞齿轮21相连接，所述伞齿轮21设置于主动转台22上，所述伞齿轮21与小驱动齿轮23相啮合，所述小驱动齿轮23与齿圈24相啮合，所述齿圈24设置于主动辊25下端，所述主动辊25设置于所述主动转台22上，所述主动转台22底部设置有第一滑块26，所述第一滑块26可在第一导轨上滑动，所述第一导轨设置于所述基座2上，所述主动转台22右侧设置有水平导轨27，所述水平导轨27横向设置，所述水平导轨27上设置有楔块轴承座28，所述楔块轴承座28与从动辊相连接，所述楔块轴承座28与活塞杆相连接，所述活塞杆设置于液压缸29上，所述液压缸29设置于所述主动转台22上，液压缸29的活塞杆推动从动辊在主转动台22上横向运动。这里的联轴器20为可伸缩万向联轴器。本申请中工件是依靠主动辊25和从动辊摩擦带动，故主动辊25、从动辊和工件要选取对应的摩擦副，加工工件一般是钢材，主动辊25和从动辊表面尼龙9材料做的衬套，该摩擦副的动摩擦系数为0.43。

可选地，所述第一伺服电机6通过电机护架法兰30设置于外旋轮丝杠支架31上，所述第一丝杠8通过第一丝杠螺母32与外旋轮相连接，所述外旋轮丝杠支架31底部设置有第二滑块33，所述第二滑块33设置于第二导轨34上，所述外旋轮丝杠支架31顶部与所述滑道横梁14相连接，所述滑道横梁14与内旋轮丝杠支架35相连接；所述第二伺服电机7通过电机护架法兰30设置于所述内旋轮丝杠支架35上，所述第二丝杠9通过第二丝杠螺母36与内旋轮相连接，所述内旋轮丝杠支架35底部设置有第三滑块37，所述第三滑块37设置于第二导轨34上。

可选地，所述旋轮径向进给机构5包括伺服电动缸38，所述伺服电动缸38底部与调节板39一端连接，所述调节板39另一端与外旋轮箱体40相连接，所述第三伺服电机10设置于所述外旋轮箱体40顶部，所述第三丝杠11右端设置有外旋轮主轴41，所述外旋轮主轴41底部通过轴套安装有外旋轮42，所述第三丝杠11左端铣削平面与丝杠螺母座43平面相配合，所述丝杠螺母座43通过螺钉设置于所述外旋轮箱体40左侧，外旋轮箱体40另一边装有相同调节板39与伺服电动缸38杆端连接，旋轮径向进给机构5包括四组沿周向均布的内外旋轮结构。

可选地，所述第三伺服电机10一端与蜗杆44一端连接，所述蜗杆44与蜗轮45啮合，所述蜗轮45内部通过键连接第三丝杠螺母46，所述第三丝杠螺母46内部设置有所述第三丝杠11。

可选地，所述第一伺服电机6通过所述减速机19与所述第一丝杠8相连接；所述第二伺服电机7通过所述减速机19与所述第二丝杠9相连接。

可选地，所述第三伺服电机10为微调伺服电机，所述第三丝杠11为锯齿形丝杠，所述外旋轮主轴41顶部通过轴盖47设置于所述锯齿形丝杠右端。

本申请中包括4个工件夹持旋转机构3沿周向均布安装在机架1的基座2上。旋轮轴向进给机构4竖直安装在机架1上，旋轮轴向进给机构4通过丝杠螺母连接在旋轴径向进给机构5上。基座2上带有十字轨道。

本申请的具体工作过程为：

1)筒坯48装夹：首先拆除滑道横梁14，调整联轴器20使主转动台22到合适位置，伺服电动缸38伸长，第二伺服电动缸收缩以留出筒坯48装夹空间，利用吊装设备将筒坯48安装到主转动台22上，液压缸29活塞杆顶出，推动从动辊沿水平导轨27运动夹紧筒坯48，夹紧后安装好滑道横梁14。

2)旋压加工：完成筒坯48装夹后，异步电机18启动，通过减速机19、联轴器20、伞齿轮21、小驱动齿轮23传动后可带动主动辊25转动，主动辊25通过与从动辊夹紧筒坯48后使得筒坯48沿自身轴线自转；然后根据工艺要求，调节伺服电动缸38和第二伺服电动缸运动，使得各内外旋轮径向进给至规定深度，利用第三伺服电机10精确调整内外旋轮的径向进给深度；最后第一伺服电机6和第二伺服电机7同步启动，分别带动内旋轮机构和外旋轮机构沿筒坯48轴向进给；加工过程中，依据具体工艺要求，对装备中各伺服电机进行调节。

3)工件卸载：加工完成后，液压缸29活塞杆缩回，带动从动辊沿水平导轨27反向运动，工件夹紧力消失，拆除滑道横梁14，取出加工件。

异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。其负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定值。感应电机(Induction motor)是一种仅有一套绕组联接电源的异步电机。

本申请提供的一种立式对轮旋压设备，采用立式结构，有利于工件的夹持，避免了重力因素对加工的影响；本申请中涉及的设备中旋轮轴向进给机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，旋轮径向进给机构包括第三伺服电机，由于使用多个伺服电机直接驱动丝杠作为主要的动力源和传动形式，使得各机构能够进行独立控制，分散多动力，避免了复杂繁冗的传动系统，使设备运行更稳定，降低对主要驱动源的功率要求，同时提高了控制精度并降低了控制难度，设备整体上结构简便、功耗小、运行稳定、易于维护。

1)使用多个伺服电机带动减速器，通过齿轮传动驱动主动辊作为主动力，动力分散，每个单独动力源功率较小；

2)设备各部件能够独立控制，且径向进给机构和轴向进给机构调节方便，设备整体加工精度要求较低，便于安装；

3)传动系统简单，且传递功率和扭矩较小，各传动零件所需的刚度、精度要求较低。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (8)

1.一种立式对轮旋压设备，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)包括基座(2)，所述基座(2)上设置有工件夹持旋转机构(3)，所述机架(1)上设置有旋轮轴向进给机构(4)，所述旋轮轴向进给机构(4)与旋轮径向进给机构(5)相连接；

所述旋轮轴向进给机构(4)包括第一伺服电机(6)和第二伺服电机(7)，所述第一伺服电机(6)与第一丝杠(8)相连接，所述第二伺服电机(7)与第二丝杠(9)相连接；

所述旋轮径向进给机构(5)包括第三伺服电机(10)，所述第三伺服电机(10)与第三丝杠(11)相连接。

2.如权利要求1所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述基座(2)外侧设置有外导柱(12)，所述外导柱(12)顶端设置有外环件(13)，所述外环件(13)与滑道横梁(14)一端相连接，所述滑道横梁(14)另一端与顶盖(15)相连接，所述顶盖(15)与内导柱(16)顶端相连接，所述内导柱(16)设置于所述基座(2)上，所述外环件(13)外侧设置有扶梯(17)。

3.如权利要求1所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述工件夹持旋转机构(3)包括异步电机(18)，所述异步电机(18)设置于所述基座(2)上，所述异步电机(18)与减速机(19)一端相连接，所述减速机(19)另一端与联轴器(20)一端相连接，所述联轴器(20)另一端与伞齿轮(21)相连接，所述伞齿轮(21)设置于主动转台(22)上，所述伞齿轮(21)与小驱动齿轮(23)相啮合，所述小驱动齿轮(23)与齿圈(24)相啮合，所述齿圈(24)设置于主动辊(25)下端，所述主动辊(25)设置于所述主动转台(22)上，所述主动转台(22)底部设置有第一滑块(26)，所述第一滑块(26)可在第一导轨上滑动，所述第一导轨设置于所述基座(2)上，所述主动转台(22)右侧设置有水平导轨(27)，所述水平导轨(27)横向设置，所述水平导轨(27)上设置有楔块轴承座(28)，所述楔块轴承座(28)与从动辊相连接，所述楔块轴承座(28)与活塞杆相连接，所述活塞杆设置于液压缸(29)上，所述液压缸(29)设置于所述主动转台(22)上。

4.如权利要求2所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述第一伺服电机(6)通过电机护架法兰(30)设置于外旋轮丝杠支架(31)上，所述第一丝杠(8)通过第一丝杠螺母(32)与外旋轮相连接，所述外旋轮丝杠支架(31)底部设置有第二滑块(33)，所述第二滑块(33)设置于第二导轨(34)上，所述外旋轮丝杠支架(31)顶部与所述滑道横梁(14)相连接，所述滑道横梁(14)与内旋轮丝杠支架(35)相连接；所述第二伺服电机(7)通过电机护架法兰(30)设置于所述内旋轮丝杠支架(35)上，所述第二丝杠(9)通过第二丝杠螺母(36)与内旋轮相连接，所述内旋轮丝杠支架(35)底部设置有第三滑块(37)，所述第三滑块(37)设置于第二导轨(34)上。

5.如权利要求1所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述旋轮径向进给机构(5)包括伺服电动缸(38)，所述伺服电动缸(38)底部与调节板(39)一端连接，所述调节板(39)另一端与外旋轮箱体(40)相连接，所述第三伺服电机(10)设置于所述外旋轮箱体(40)顶部，所述第三丝杠(11)右端设置有外旋轮主轴(41)，所述外旋轮主轴(41)底部通过轴套安装有外旋轮(42)，所述第三丝杠(11)左端铣削平面与丝杠螺母座(43)平面相配合，所述丝杠螺母座(43)通过螺钉设置于所述外旋轮箱体(40)左侧。

6.如权利要求5所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述第三伺服电机(10)一端与蜗杆(44)一端连接，所述蜗杆(44)与蜗轮(45)啮合，所述蜗轮(45)内部通过键连接第三丝杠螺母(46)，所述第三丝杠螺母(46)内部设置有所述第三丝杠(11)。

7.如权利要求2～6中任一项所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述第一伺服电机(6)通过所述减速机(19)与所述第一丝杠(8)相连接；所述第二伺服电机(7)通过所述减速机(19)与所述第二丝杠(9)相连接。

8.如权利要求7所述的立式对轮旋压设备，其特征在于：所述第三伺服电机(10)为微调伺服电机，所述第三丝杠(11)为锯齿形丝杠，所述外旋轮主轴(41)顶部通过轴盖(47)设置于所述锯齿形丝杠右端。

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