CN114011941A - 一种新型旋压机结构及旋压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种新型旋压机结构及旋压方法，属于机械领域；包括旋压芯模转动机构和旋压芯模纵向移动机构，旋压毛坯套装于旋压芯模上，并同轴设置于旋压芯模转动机构上方，旋压芯模纵向移动机构位于旋压芯模转动机构的下方；旋轮头横向设置于旋压芯模的外围；所述旋压芯模转动机构通过蜗轮蜗杆动力传入系统作为旋压芯模的旋转动力源，所述旋压芯模纵向移动机构通过液压泵控制活塞作为旋压芯模的纵向位移的动力源；本发明取消了旋轮头的纵向移动机构只绕轴转动，使旋压机体积减小70％，由于旋轮头不再移动，因此也就无需考虑纵向轨道的滑动摩擦力及导轨润滑问题；通过旋压芯模的旋转和纵向移动，以实现旋压工艺过程的完成。
Description
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种新型旋压机结构及旋压方法。
背景技术
旋压技术在飞机、火箭等领域的生产中普遍应用，可成形如圆筒形、锥形、抛物面形成或其它各种曲线构成的旋转体外，还可加工相当复杂形状的旋转体零件。旋压机的基本工作原理是在旋压芯模自转的同时旋轮对毛坯施加一定的作用力并作纵向移动，使旋压毛坯作纵向延伸。
根据旋压主轴位置，现行旋压机分为立式旋压机如图1和卧式旋压机如图2两种，它们的共同特点就是旋压芯模装在主轴箱的花盘上只做旋转运动，旋轮必须沿芯模轴向进行纵移动。传统旋压机主体的70％以上只为解决旋轮的纵向移动，而解决旋压力作用下导轨与滑枕之间滑动摩擦力也是旋压机设计中的主要难题。附图1主要显示立式旋压机的地上部分，这一部分解决旋轮的纵向移动，它是由3个立柱与3个滑枕组成，旋轮头及横向油缸装在滑枕上，滑枕由纵向移动油缸带动上下移动；图2为卧式旋压机，为了实现旋轮头的纵向移动，同样也设计了纵向移动导轨、滑枕等，工作原理与立式旋压机相同。驱动旋轮沿芯模轴向进行纵移动需要的动力源占空间比较大，且轴向移动时导轨与滑枕之间滑动摩擦不能稳定控制，动力源能耗较大，同时回产生较大噪音。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种新型旋压机结构及旋压方法，通过对主轴箱进行设计，既可以完成旋压芯模的转动，还能够实现旋压芯模的纵向移动，由上下两部分组成。上部为芯模旋转机构，由安装芯模的花盘和托盘组成；蜗杆与电机安装在托盘上，花盘作为蜗轮，构成花盘的转动机构由电机驱动；下部是旋压芯模纵向移动油缸。本发明取消了旋轮头的纵向移动机构只绕轴转动，使旋压机体积减小70％，由于旋轮头不再移动，因此也就无需考虑纵向轨道的滑动摩擦力及导轨润滑问题；通过旋压芯模的旋转和纵向移动，以实现旋压工艺过程的完成。
本发明的技术方案是：一种新型旋压机结构，其特征在于：包括旋压芯模转动机构和旋压芯模纵向移动机构，旋压毛坯17套装于旋压芯模18上，并同轴设置于旋压芯模转动机构上方，旋压芯模纵向移动机构位于旋压芯模转动机构的下方；旋轮头横向设置于旋压芯模18的外围；
所述旋压芯模转动机构包括从上到下依次同轴设置的花盘2、托盘4和锁紧螺母8，花盘2为外周面开有啮合齿的圆盘结构，其下端面同轴设置有阶梯圆柱台；阶梯圆柱台通过轴承同轴安装于托盘4的中心孔内，其端头伸出托盘4中心孔的部分开有外螺纹，锁紧螺母8通过螺纹安装于阶梯圆柱台的端头处，将花盘2和托盘4连接；旋压芯模转动机构还包括蜗杆和电机，蜗杆与花盘2外周面的啮合齿啮合，构成蜗轮蜗杆动力传入系统；电机的输出轴与蜗杆连接，通过电机驱动蜗杆，同时带动花盘2和旋压芯模18相对于托盘4绕轴转动；
所述旋压芯模纵向移动机构包括油箱19、主油缸10、油缸盖5、活塞9和液压泵11；主油缸10位于油箱19上方，通过液压泵11将主油缸10与油箱19连通，并在主油缸10和油箱19之间设置有回油管路及单向溢流阀12；油缸盖5为环形结构，固定于主油缸10的上端口，用于活塞9的轴向位移限位；活塞9同轴安装于主油缸10内，其头部朝下与油面接触，活塞杆朝上与托盘4的底部固定连接；
启动液压泵11，油箱19内的液压油输入主油缸10内推动活塞9上移；打开单向溢流阀12，主油缸10内的液压油流入油箱19内，活塞9上移；通过活塞9的轴向移动，依次带动托盘4和花盘2沿轴向移动，进而带动套装有旋压毛坯17的旋压芯模18纵向移动。
本发明的进一步技术方案是：所述花盘2的圆盘下端面近端为阶梯圆柱台的大径端，远端为小径端，小径端的端头处开有外螺纹。
本发明的进一步技术方案是：所述托盘4为开有中心孔的圆盘结构，其上端面开有同轴圆形凹槽，中心孔为上下端直径大于中间直径的阶梯通孔；花盘2的阶梯圆柱台大径端通过轴向推力轴承3安装于托盘4的圆形凹槽内，阶梯圆柱台小径端通过安装于阶梯通孔上下端的深沟球轴承6、圆锥滚子轴承7与托盘4转动连接。
本发明的进一步技术方案是：所述托盘4圆形凹槽的底面沿周向开有多个沉孔，多个托盘活塞连接螺栓15穿过托盘4的沉孔与活塞杆顶部固定连接。
本发明的进一步技术方案是：所述花盘2的端面上沿周向开有多个通孔，通孔与托盘4上的沉孔一一对应设置，安装托盘活塞连接螺栓15时，将托盘活塞连接螺栓15从花盘2的通孔插入安装。
本发明的进一步技术方案是：所述活塞9的下端为平板，平板的周向型面与主油缸10的内周向型面一致，且两者之间为动密封配合；活塞9的上端为同轴设置于平板上表面的圆环，所述圆环作为活塞杆，其上端面沿周向开有多个螺纹孔，用于安装托盘活塞连接螺栓15。
本发明的进一步技术方案是：所述回油管路及单向溢流阀12位于油箱19和主油缸10连接处的中心轴上。
本发明的进一步技术方案是：所述旋压芯模纵向移动机构还包括伸缩式导向组件，伸缩式导向组件包括导柱13和导套14；导柱13为圆柱结构，垂直固定于地基上；导套14为两端开口的圆筒结构，其顶部固定于托盘底面的外缘处，底部同轴套装于导柱13上。
本发明的进一步技术方案是：三组所述伸缩式导向组件沿周向设置于旋压芯模纵向移动机构的外围，保证托盘4平稳的上下移动。
一种新型旋压机结构进行旋压的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将旋压毛坯17套装于旋压芯模18上；
步骤二：启动电机控制蜗轮蜗杆动力传入系统开始工作，由蜗杆带动花盘2和旋压芯模18绕中心轴转动；同时开启液压泵11，由活塞9推动托盘4轴向移动，进而由托盘4带动花盘2和旋压芯模18沿轴向上移；通过旋压芯模18的旋转和轴向移动，完成对旋压毛坯17的旋压过程；
步骤三：第一旋程结束后，打开单向溢流阀12，液压油回到油箱19，活塞杆带动旋压芯模18回到起旋点，准备开始第二旋程。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1.本旋压机旋轮无需纵向移动，因此旋压机的体积可以减小70％。
2.由于旋压芯模纵向移动采用大直径油缸，因此旋压芯模纵向移动油缸的工作压强只需3.18MPa，由于液压系统工作压强小，因此液压系统耗能、噪音均会变小，液压元件寿命更长。
3.由于液压泵与主油缸安装在一体，因此纵向移动系统几乎没有液压回路。
4.本发明采用蜗轮蜗杆动力传入系统作为旋压芯模的动力源，能够实现大传动比，且结构紧凑占用空间小；由电机驱动蜗轮蜗杆的动力传输平稳，噪音小。
5.本发明旋压芯模转动机构中的花盘和托盘和之间通过轴向推力轴承和深沟球轴承实现转动连接，其中轴向推力轴承能够承受旋压过程的轴向旋压力，深沟球轴承能够保证花盘及旋压芯模的径向跳动。
7.本发明旋压芯模纵向移动机构的外围通过设置伸缩式导向组件，保证了托盘轴向移动的稳定性，从而旋压芯模沿轴向稳定移动，提高的旋压件的交工精度。
附图说明
图1为现有立式旋压机结构；
图2为现有卧式旋压机结构；
图3为本发明新型旋压机原理图；
图4为本发明花盘结构示意图；
图5为本发明托盘结构示意图；
图6为本发明锁紧螺母结构示意图；
图7为本发明活塞结构示意图；
图8为本发明油缸盖结构示意图；
图9为本发明主油缸和油箱结构示意图；
图10为本发明导柱结构示意图；
图11为本发明导套结构示意图；
附图标记说明：1.蜗轮蜗杆，2.花盘，3.轴向推力轴承，4.托盘，5.油缸盖，6.深沟球轴承，7.圆锥滚子轴承，8.锁紧螺母，9.活塞，10.主油缸，11.液压泵，12.单向溢流阀，13.导柱，14.导套，15.托盘活塞连接螺栓，16.旋轮头横向油缸系统，17.旋压毛坯，18.旋压芯模，19.油箱。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1所示，本发明一种新型旋压机结构，包括旋压芯模转动机构和旋压芯模纵向移动机构，旋压毛坯17套装于旋压芯模18上，并同轴设置于旋压芯模转动机构上方，旋压芯模纵向移动机构位于旋压芯模转动机构的下方；旋轮头横向设置于旋压芯模18的外围；
所述旋压芯模转动机构包括从上到下依次同轴设置的花盘2、托盘4和锁紧螺母8，参照图4所示，花盘2为外周面开有啮合齿的圆盘结构，其下端面同轴设置有阶梯圆柱台；花盘2的圆盘下端面近端为阶梯圆柱台的大径端，远端为小径端，小径端的端头处开有外螺纹。参照图5所示，托盘4为开有中心孔的圆盘结构，其上端面开有同轴圆形凹槽，中心孔为上下端直径大于中间直径的阶梯通孔；花盘2的阶梯圆柱台大径端通过轴向推力轴承3安装于托盘4的圆形凹槽内，阶梯圆柱台小径端通过安装于阶梯通孔上下端的深沟球轴承6、圆锥滚子轴承7与托盘4转动连接。阶梯圆柱台端头伸出托盘4中心孔的部分开有外螺纹，锁紧螺母8通过螺纹安装于阶梯圆柱台的端头处，将花盘2和托盘4连接；旋压芯模转动机构还包括蜗杆和电机，蜗杆与花盘2外周面的啮合齿啮合，构成蜗轮蜗杆动力传入系统；电机的输出轴与蜗杆连接，通过电机驱动蜗杆，同时带动花盘2和旋压芯模18相对于托盘4绕轴转动。
所述旋压芯模纵向移动机构包括油箱19、主油缸10、油缸盖5、活塞9和液压泵11；主油缸10位于油箱19上方，通过液压泵11将主油缸10与油箱19连通，并在主油缸10和油箱19之间设置有回油管路及单向溢流阀12；油缸盖5为环形结构，固定于主油缸10的上端口，用于活塞9的轴向位移限位；活塞9同轴安装于主油缸10内，其头部朝下与油面接触，活塞杆朝上与托盘4的底部固定连接；
参照图7所示，活塞9的下端为平板，平板的周向型面与主油缸10的内周向型面一致，且两者之间为动密封配合；活塞9的上端为同轴设置于平板上表面的圆环，所述圆环作为活塞杆，其上端面沿周向开有多个螺纹孔，用于安装托盘活塞连接螺栓15。
启动液压泵11，油箱19内的液压油输入主油缸10内推动活塞9上移；打开单向溢流阀12，主油缸10内的液压油流入油箱19内，活塞9上移；通过活塞9的轴向移动，依次带动托盘4和花盘2沿轴向移动，进而带动套装有旋压毛坯17的旋压芯模18纵向移动。
所述旋压芯模纵向移动机构还包括伸缩式导向组件，伸缩式导向组件包括导柱13和导套14；导柱13为圆柱结构，垂直固定于地基上；导套14为两端开口的圆筒结构，其顶部固定于托盘底面的外缘处，底部同轴套装于导柱13上。三组所述伸缩式导向组件沿周向设置于旋压芯模纵向移动机构的外围，保证托盘4平稳的上下移动。
实施例：
本旋压机纵向旋压力设定为1000T，旋压芯模纵向移动速度设定为100mm/min，主油缸内径按2000mm设计，可计算液压系统工作压强为3.18MPa，当液压泵转速为2000r/min则油泵输出量为157ml/r，为了实现对旋压芯模纵向移动速度的调整，可选用流量为30ml/r的油泵5台为本旋压机供油，可通过开启油泵的个数实现对旋压芯模纵移动速度从30mm/min到100mm/min的不连续调整。
芯模转动机构组装：按附图4加工2号件花盘、附图5加工4号件托盘、附图6加工8号件锁紧螺母,按相应尺寸定做3号件轴向推力轴承、6号件深沟球轴承、7号件圆锥滚子轴承。将3号件轴向推力轴承、6号件深沟球轴承放入4号托盘中，将2号件花盘的轴插入托盘中间孔中，再从托盘下面装入7号件圆锥滚子轴承，用8号件锁紧螺母将花盘与托盘锁紧为整体，保证花盘转动灵活无死点，花盘安装旋压芯模的止扣圆跳动小于0.03。
芯模纵向移动机构组装：按附图7加工9号件活塞、附图8加工5号件油缸盖、附图9加工10号件主油缸及油箱19，将9号件活塞装入10号件主油缸中，将油缸盖装到主油缸上并用螺栓固定，用油泵将油箱19与主油缸连接起来，并安装回油管路及单向溢流阀12，开动油泵电机即可实现主油缸活塞的上移，打开单向溢流阀即可实现主油缸活塞的下移，保证活塞上下移动灵活，芯模纵向移动机构安装完成。
主轴箱组装：先将主油缸与安装地基固定并调平，开动油泵将活塞打起，吊起芯模转动机构与活塞上端面安装，通过花盘上8个工艺孔装入15螺栓，将4号件托盘与9号件活塞连接为整体，完成主轴箱整体安装。
其它附件安装：在托盘上安装电机及蜗杆机构，并与花盘形成蜗轮蜗杆机构，开动电机即可实现旋压芯模的自转。将导柱与导套组装成整体，将导柱与地基固定，导套与托盘固定，三组成120°分布，保证托盘上下移动时更平稳。
在设备安装基础设计时，需要保证主油缸安装基础与旋轮座安装基础为整体，保证旋压力为一种内力，完成16号件旋轮座安装后即可开始旋压。
旋压过程：将17号件旋压毛坯套装到18号件旋压芯模上，启动蜗轮蜗杆机构旋压芯模开始转动，旋轮横向移动油缸开启，同时根据工艺要求的纵向移动速度开启油泵组数，旋压芯模自转的同时开始向上移动，实现对毛坯的旋压过程，第一旋程结束后打开12号件单向溢流阀，液压油回到油箱，旋压芯模回到起旋点，准备开始第二旋程。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种新型旋压机结构，其特征在于：包括旋压芯模转动机构和旋压芯模纵向移动机构，旋压毛坯(17)套装于旋压芯模(18)上，并同轴设置于旋压芯模转动机构上方，旋压芯模纵向移动机构位于旋压芯模转动机构的下方；旋轮头横向设置于旋压芯模(18)的外围；
所述旋压芯模转动机构包括从上到下依次同轴设置的花盘(2)、托盘(4)和锁紧螺母(8)，花盘(2)为外周面开有啮合齿的圆盘结构，其下端面同轴设置有阶梯圆柱台；阶梯圆柱台通过轴承同轴安装于托盘(4)的中心孔内，其端头伸出托盘(4)中心孔的部分开有外螺纹，锁紧螺母(8)通过螺纹安装于阶梯圆柱台的端头处，将花盘(2)和托盘(4)连接；旋压芯模转动机构还包括蜗杆和电机，蜗杆与花盘(2)外周面的啮合齿啮合，构成蜗轮蜗杆动力传入系统；电机的输出轴与蜗杆连接，通过电机驱动蜗杆，同时带动花盘(2)和旋压芯模(18)相对于托盘(4)绕轴转动；
所述旋压芯模纵向移动机构包括油箱(19)、主油缸(10)、油缸盖(5)、活塞(9)和液压泵(11)；主油缸(10)位于油箱(19)上方，通过液压泵(11)将主油缸(10)与油箱(19)连通，并在主油缸(10)和油箱(19)之间设置有回油管路及单向溢流阀(12)；油缸盖(5)为环形结构，固定于主油缸(10)的上端口，用于活塞(9)的轴向位移限位；活塞(9)同轴安装于主油缸(10)内，其头部朝下与油面接触，活塞杆朝上与托盘(4)的底部固定连接；
启动液压泵(11)，油箱(19)内的液压油输入主油缸(10)内推动活塞(9)上移；打开单向溢流阀(12)，主油缸(10)内的液压油流入油箱(19)内，活塞(9)上移；通过活塞(9)的轴向移动，依次带动托盘(4)和花盘(2)沿轴向移动，进而带动套装有旋压毛坯(17)的旋压芯模(18)纵向移动。
2.根据权利要求1所述新型旋压机结构，其特征在于：所述花盘(2)的圆盘下端面近端为阶梯圆柱台的大径端，远端为小径端，小径端的端头处开有外螺纹。
3.根据权利要求2所述新型旋压机结构，其特征在于：所述托盘(4)为开有中心孔的圆盘结构，其上端面开有同轴圆形凹槽，中心孔为上下端直径大于中间直径的阶梯通孔；花盘(2)的阶梯圆柱台大径端通过轴向推力轴承(3)安装于托盘(4)的圆形凹槽内，阶梯圆柱台小径端通过安装于阶梯通孔上下端的深沟球轴承(6)、圆锥滚子轴承(7)与托盘(4)转动连接。
4.根据权利要求1所述新型旋压机结构，其特征在于：所述托盘(4)圆形凹槽的底面沿周向开有多个沉孔，多个托盘活塞连接螺栓(15)穿过托盘(4)的沉孔与活塞杆顶部固定连接。
5.根据权利要求4所述新型旋压机结构，其特征在于：所述花盘(2)的端面上沿周向开有多个通孔，通孔与托盘(4)上的沉孔一一对应设置，安装托盘活塞连接螺栓(15)时，将托盘活塞连接螺栓(15)从花盘(2)的通孔插入安装。
6.根据权利要求1所述新型旋压机结构，其特征在于：所述活塞(9)的下端为平板，平板的周向型面与主油缸(10)的内周向型面一致，且两者之间为动密封配合；活塞(9)的上端为同轴设置于平板上表面的圆环，所述圆环作为活塞杆，其上端面沿周向开有多个螺纹孔，用于安装托盘活塞连接螺栓(15)。
7.根据权利要求1所述新型旋压机结构，其特征在于：所述回油管路及单向(12)位于油箱(19)和主油缸(10)连接处的中心轴上。
8.根据权利要求1所述新型旋压机结构，其特征在于：所述旋压芯模纵向移动机构还包括伸缩式导向组件，伸缩式导向组件包括导柱(13)和导套(14)；导柱(13)为圆柱结构，垂直固定于地基上；导套(14)为两端开口的圆筒结构，其顶部固定于托盘底面的外缘处，底部同轴套装于导柱(13)上。
9.根据权利要求8所述新型旋压机结构，其特征在于：三组所述伸缩式导向组件沿周向设置于旋压芯模纵向移动机构的外围，保证托盘(4)平稳的上下移动。
10.一种权利要求1-9任一项所述新型旋压机结构进行旋压的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将旋压毛坯(17)套装于旋压芯模(18)上；
步骤二：启动电机控制蜗轮蜗杆动力传入系统开始工作，由蜗杆带动花盘(2)和旋压芯模(18)绕中心轴转动；同时开启液压泵(11)，由活塞(9)推动托盘(4)轴向移动，进而由托盘(4)带动花盘(2)和旋压芯模(18)沿轴向上移；通过旋压芯模(18)的旋转和轴向移动，完成对旋压毛坯(17)的旋压过程；
步骤三：第一旋程结束后，打开单向溢流阀(12)，液压油回到油箱(19)，活塞杆带动旋压芯模(18)回到起旋点，准备开始第二旋程。
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- 2021-12-02 CN CN202111457557.4A patent/CN114011941A/zh active Pending
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