CN114160605A - 一种适用于变截面管子的成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于变截面管子的成形装置，包括成形主机和预变形组件，首先预变形组件压紧管子，将弯曲的管子校正或预施加能够平衡掉管子成形时产生的应力的预应力，管子进入成形主机后，通过双伺服电机驱动成形滚轮转动，实现对管子的变截面成形，本发明还包括自动检测组件，自动检测组件通过激光位移传感器实现对管子截面尺寸的精确测量，并能实现数据反馈。本发明成形装置能够实现变截面管子的精确成形，提高产品制造精度、产品尺寸一致性和产品检测效率，有利于快速达到产品的技术要求。本发明还公开了一种基于变截面管子的成形装置的成形方法，自动化程度高，提高了生产效率。

Description

一种适用于变截面管子的成形装置及方法

技术领域

本发明属于塑性加工技术领域，具体涉及一种适用于变截面管子的成形装置及方法。

背景技术

现有技术中变截面管子结构示意图如图1所示。公开号为CN 101102857 A的专利文献公开了一种方管成形用轧辊、方管的轧辊成形方法及成形装置，其利用多用途轧辊将圆管成形为方管。公开号为CN 102029304 A的专利文献公开了一种汽车用大壁厚、大外形方管支撑桥成型工艺，其利用将尺寸计算好的五组成型模具装入模具箱内，使用压力机推动圆管依次通过五组成型模具，将圆管成形为方管。公开号为CN 105057357 A的专利公开了一种圆管变方管柔性成型工艺，其特征在于，根据要成型的方管的规格调节每对水平辊之间的竖直距离和每对立辊之间的水平距离以适应方管的尺寸。以上三种专利成形工艺和成形装置与现有成形工艺和成形装置都不同，无法成形变截面方管和截面带有羊角的方管。

现有管子成形过程中，存在的主要问题有以下几点：

(1)成形精度低，现有设备所用三相异步电动机驱动梯形丝杠实现成形间隙调节，使用低速电机驱动一对齿轮换向并通过十字轴万向节解决上下成形间隙调节过程中轴距变动产生的角度的问题。因为三相异步电动机驱动梯形丝杠无法实现成形间隙的精确调整，齿轮传动间隙会引起成形轮的速差，所以无法实现变截面管子的精确成形。

(2)成形尺寸一致性差，由于三相异步电动机驱动梯形丝杠无法实现成形间隙的精确调整，所以成形过程的成形间隙无法精确的提取，难以保证尺寸的一致性。

(3)手工检测误差大、效率低，目前检测采用千分尺手工测量，人为测量偏差较大，测量效率低，检测不方便。

因此，优化变截面管成形工艺，提高成形设备的成形精度，提升自动化能力，减少人工操作，保证产品的一致性，提高变截面管子成形质量和效率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种适用于变截面管子的成形装置，包括成形主机和预变形组件，首先预变形组件压紧管子，将弯曲的管子校正或预施加能够平衡掉管子成形时产生的应力的预应力，管子进入成形主机后，通过双伺服电机驱动成形滚轮转动，实现对管子的变截面成形，本发明还包括自动检测组件，自动检测组件通过激光位移传感器实现对管子截面尺寸的精确测量，并能实现数据反馈。本发明成形装置能够实现变截面管子的精确成形，提高产品制造精度、产品尺寸一致性和产品检测效率，有利于快速达到产品的技术要求。本发明还提供一种基于变截面管子的成形装置的成形方法，自动化程度高，提高了生产效率。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于变截面管子的成形装置，包括成形主机，预变形组件和底座；

底座用于支撑成形主机和预变形组件；

预变形组件包括电动压紧组件和导向组件；导向组件使待成形管子沿水平导向路径进入成形主机，电动压紧组件设于所述水平导向路径的上方和下方，压紧待成形管子，对待成形管子进行直线校正或施加用于平衡管子成形时所产生应力的预应力；

成形主机包括调整用伺服电机、丝杠传动组件、移动组件、固定组件和成形用伺服电机；移动组件包括移动组件轴系和移动成形滚轮，固定组件包括固定组件轴系和固定成形滚轮；移动组件设于固定组件上方，调整用伺服电机通过丝杠传动组件驱动移动组件进行相对于固定组件的上下运动，进而调整移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙与待成形管子相匹配；成形用伺服电机为两个，分别通过移动组件轴系和固定组件轴系驱动移动成形滚轮和固定成形滚轮转动，实现管子的成形。

进一步的，所述成形主机还包括光栅尺，所述光栅尺包括分别固定于固定组件和移动组件上的尺壳和尺头，用于测量移动组件相对于固定组件的位移，进而得到移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙值，并将间隙值反馈至控制系统。

进一步的，所述移动组件还包括移动组件座，固定组件还包括固定组件座；

两个成形用伺服电机分别固定于移动组件座和固定组件座上；固定组件座设有竖直方向的直线模组，移动组件座与所述直线模组中的滑块连接，同时与丝杠传动组件中的螺帽连接，调整用伺服电机通过丝杠传动组件驱动移动组件座沿直线模组中的导轨上下运动，进而带动移动成形滚轮上下运动，实现移动成形滚轮和固定成形滚轮间隙的调整。

进一步的，本发明一种适用于变截面管子的成形装置，还包括固定于底座上的自动检测组件，所述自动检测组件包括传感器固定底座和激光位移传感器；

传感器固定底座用于固定激光位移传感器；激光位移传感器的个数＞1，探测方向垂直管子轴向且指向管子，实现管子截面尺寸的检测，并将检测结果反馈至控制系统。

进一步的，所述激光位移传感器为四个，其中两个激光位移传感器的探测方向为水平方向且探测方向相对，另外两个激光位移传感器的探测方向为竖直方向且探测方向相对。

进一步的，所述预变形组件还包括用于固定安装电动压紧组件和导向组件的预变形组件底座；

电动压紧组件包括电动执行器和设于电动执行器一端的压紧轮，电动执行器驱动压紧轮实现对待成形管子的压紧；

所述导向组件为两组，分别设于电动压紧组件沿水平方向的两侧；每组导向组件包括两个上下排布的导向轮。

进一步的，所述电动压紧组件的个数＞1，电动压紧组件沿水平导向路径均匀排布。

进一步的，所述自动检测组件还包括接蜡组件；

所述接蜡组件包括气缸和与气缸连接的接蜡盒，成形开始时，外部控制系统向气缸发送接蜡信号，气缸驱动接蜡盒伸出进行接蜡，成形最后一遍时，控制系统向气缸发送缩回信号，气缸驱动接蜡盒缩回，同时激光位移传感器开始工作。

进一步的，本发明一种适用于变截面管子的成形装置，还包括调整垫铁和膨胀螺栓；

底座通过膨胀螺栓与地基连接；

调整垫铁设于地基与底座之间，调整底座的高度与外部设备配合。

一种适用于变截面管子的成形方法，采用上述一种适用于变截面管子的成形装置实现，包括以下步骤：

S1待成形管子通过导向组件进入成形主机，并在进入过程中利用电动压紧组件压紧待成形管子，对待成形管子进行直线校正或施加用于平衡管子成形时所产生应力的预应力；

S2通过成形主机中的调整用伺服电机驱动移动组件进行相对于固定组件的上下运动，进而调整移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙与待成形管子相匹配，进行管子的成形；

S3成形最后一遍时，对管子截面尺寸进行检测。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明适用于变截面管子的成形装置，通过伺服电机驱动滚珠丝杠传动组件实现了成形滚轮间隙的调整，能够方便、精确的得到与待成形管子相匹配的间隙，适用于多种形状截面管子的成形，特别适用于变截面管子的成形，本发明还设置了光栅尺来实时获取间隙的调整情况，进一步的提高了间隙的调整精度和便捷性；

(2)本发明适用于变截面管子的成形装置，通过双伺服电机同步驱动成形滚轮消除了成形时两成形滚轮转速差对成形的不良影响，提高了成形管子的质量；

(3)本发明适用于变截面管子的成形装置，设计了自动检测用于实现成形后管子截面的检测，通过在线自动检测消除了人工检测引起的检测误差，同时降低了人力成本；

(4)本发明适用于变截面管子的成形装置，设计了预变形组件，在成形前对管子进行校正或施加用于平衡掉管子成形时所产生应力的预应力，提高成形后管子的直线度；

(5)本发明适用于变截面管子的成形装置，还设计了能够在成形时伸出接蜡，成形最后一遍时自动回缩的接蜡组件，有利于实现自动化成形；

(6)本发明适用于变截面管子的成形方法，能够提高成形精度和产品一致性，同时提高了生产效率，降低了人工成本。

附图说明

图1为现有技术中变截面管子示意图；

图2为本发明一种适用于变截面管子的成形装置示意图，其中，图(a)为正视图，图(b)为左视图；

图3为本发明成形主机结构示意图，其中，图(a)为正视图，图(b)为左视图；

图4为本发明自动检测组件结构示意图，其中，图(a)为正视图，图(b)为左视图；

图5为本发明预变形组件结构示意图，其中，图(a)为正视图，图(b)为左视图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

为了解决产品制造精度低、产品尺寸一致性差、手工检测效率低等问题，本发明通过伺服电机驱动滚珠丝杠传动组件实现成形轮间隙的精确调整，并进一步通过光栅尺反馈提高了间隙精度；通过双伺服电机驱动替代齿轮传动和万向节连接的方式消除齿轮传动间隙对成形的影响，通过两组对射的激光位移传感器替代手工测量实现了变截面管子的在线测量；通过对管子施加预变形力，达到将弯曲的管子校正或预施加力平衡掉管子成形时产生的应力的效果，提高成形后管子的直线度。

本发明一种适用于变截面管子的成形装置如图2所示，成形装置主要包括：成形主机1、预变形组件3和底座4，在优选的实施方案中，还包括自动检测组件2、调整垫铁5和膨胀螺栓6。

底座4通过膨胀螺栓6与地基相连，为本装置实现固定作用。调整垫铁5用于调整成形装置的高度，使成形装置的高度与外部其他设备高度匹配。成形主机1、自动检测组件2和预变形组件3分别通过螺栓与底座4相连，并通过销钉定位。

预变形组件通过电动执行器驱动压紧轮产生上下运动，从而压紧管子，给管子施加预变形力，达到将弯曲的管子校正或预施加力平衡掉管子成形时产生的应力的效果，提高成形后管子的直线度；成形主机通过双伺服电机驱动成形滚轮转动，实现对管子的变截面成形；自动检测组件通过激光位移传感器实现对管子截面尺寸的精确测量，并可以将数据实时反馈到人机界面，下面对部分进行详细描述。

成形主机：

为了解决产品制造精度低的问题，本发明通过伺服电机驱动滚珠丝杠传动组件，实现成形轮间隙的精确调整，通过双伺服电机驱动替代齿轮传动和万向节连接的方式消除齿轮传动间隙对成形的影响，在一种优选的方案中由光栅尺反馈成形轮间隙，进一步提高了成形轮间隙的精确程度。

如图3所示，成形主机1主要包括调整用伺服电机11、丝杠传动组件12、移动组件13、光栅尺14、固定组件15和成形用伺服电机16。移动组件13通过螺钉与固定组件15所包含的直线模组中的滑块以及丝杠传动组件12的螺帽相连，调整用伺服电机11经丝杠传动组件12传动，驱动移动组件13沿固定组件15所包含的直线模组中的导轨上下移动，进而调整移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙，当调整好间隙后，调整用伺服电机11的抱闸模块将输出轴抱紧，以实现成形过程中上、下滚轮间隙的精确控制。其中，滚珠丝杠是将旋转运动转化为直线运动的部件，具有定位精准的特点，是自动化机械中重要组成部分；直线模块是导向部件，具有导向精密的特点；现有高精度的伺服电机可以实现1μm甚至更高的定位精度；

移动组件13中的移动成形滚轮固定在移动组件13的轴系上，移动组件13的轴系与固定在移动组件座上的成形用伺服电机16通过联轴器连接在一起，固定组件15中的固定成形滚轮固定在固定组件15的轴系上，固定组件15的轴系与固定在固定组件座上的成形用伺服电机16通过联轴器连接在一起，当成形管子时，上下两成形滚轮同步转动。

光栅尺是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，具有检测精度高的特点，光栅尺14的尺壳和尺头分别固定在固定组件15和移动组件13上，间隙值由光栅尺14反馈到控制系统，并显示在人机界面上。

成形主机的结构特点在于：

双伺服电机驱动成形轮，固定组件15和移动组件13的成形滚轮都通过成形用伺服电机16驱动，能够保证成形滚轮的同步转动，从而保证了产品的一致性；

通过调整用伺服电机11驱动丝杠组件12带动移动组件13上下移动，实现了移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙调整，并进一步通过光栅尺14反馈到控制系统，一方面保证了调整间隙的精度需求，另一方面可以精确地提取成形工艺参数，方便数字化加工；

可以通过更换不同截面形状的成形滚轮实现对管子不同截面形状成形的需求，当需要压扁、成方、过渡段成方时，只需要更换成形滚轮即可实现管子不同截面形状的成形需求。

预变形组件：

为了解决成形尺寸一致性差的问题，本专利采用管子成形预变形技术。因为管子成形后有应力未释放，所以在管子成形后存在管子弯曲的现象。同一批管料在成形后弯曲方向和弯曲角度都存在不同的差异，针对此问题，在成形主机前布置预变形组件。

预变形组件3的结构示意图如图5所示，主要包括电动执行器31、压紧轮、导向组件32和预变形组件底座33。电动执行器31和导向组件32固定在预变形组件底座33上。

通过电动执行器31驱动压紧轮产生上下运动，从而压紧管子，给管子施加预变形力，压紧轮的间距模拟人工校正管子所需的手指距离，达到将弯曲的管子校正或预施加力平衡掉管子成形时产生的应力的效果，提高成形后管子的直线度。

自动检测组件：

为了解决产品成形完后手工检测效率低、检测误差的问题，本发明采用在线自动检测。如图4所示，自动检测组件2主要包括传感器固定底座21、激光位移传感器22，在一种优选的实施方式中，还包括接蜡组件23；传感器固定底座21用于通过螺钉固定两组对射的激光位移传感器22，即每组包含两个探测激光的方向相对的激光位移传感器22，激光位移传感器22用于管子成形后的数据检测和提取，能够实现对外形轮廓的精确测。激光位移传感器的直线性为±5.8μm，能够满足现有管子截面尺寸的精确测量。

接蜡组件23通过螺钉固定在传感器固定底座21上，接蜡组件23由接蜡盒和气缸组成，用于回收管子成形过程中流出的蜡。在管子经过两道滚压(即移动成形滚轮和固定成形滚轮的滚压)后，接蜡组件23中的接蜡盒由气缸驱动撤回，自动检测组件启动激光位移传感器22检测管子的截面尺寸是否满足成形工艺的要求，并将数据反馈到控制系统的人机界面。

自动检测组件的结构特点在于：

利用固定在传感器固定底座21上的两组对射的激光位移传感器22代替人工进行管子截面尺寸的检测，提高了检测效率，大大减小了检测误差；

通过气缸驱动接蜡盒，实现了成形时接蜡，成形快结束时(即成形最后一遍时)检测的需求。当成形时，接蜡组件的气缸接收到信号驱动接蜡盒接蜡，当成形快结束(即成形最后一遍)时，气缸驱动接蜡盒缩回，激光位移传感器22工作开始检测管子。

本发明成形主机1的成形间隙在竖直方向上的中点、预变形组件3的导向路径以及自动检测组件2各传感器的探测激光交点位于同一水平线上。

本发明利用上述适用于变截面管子的成形装置实现管子成形的过程如下：

当需要成形的管子经过预变形组件3时，压紧轮启动，预变形组件3的电动执行器31开始动作给管子预变形力，同时，润滑组件启动对管子的外表面喷涂氯化石蜡润滑剂，如此往复三遍成形。当管子成形第三遍时，自动检测组件2中的接蜡组件23的气缸将接蜡盒撤回，开始检测管子。当管子检测完后，接蜡组件23的气缸将接蜡盒恢复到初始接蜡位置。管子经过三遍成形后，成形完毕。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，包括成形主机(1)，预变形组件(3)和底座(4)；

底座(4)用于支撑成形主机(1)和预变形组件(3)；

预变形组件(3)包括电动压紧组件和导向组件(32)；导向组件(32)使待成形管子沿水平导向路径进入成形主机(1)，电动压紧组件设于所述水平导向路径的上方和下方，压紧待成形管子，对待成形管子进行直线校正或施加用于平衡管子成形时所产生应力的预应力；

成形主机(1)包括调整用伺服电机(11)、丝杠传动组件(12)、移动组件(13)、固定组件(15)和成形用伺服电机(16)；移动组件(13)包括移动组件轴系和移动成形滚轮，固定组件(15)包括固定组件轴系和固定成形滚轮；移动组件(13)设于固定组件(15)上方，调整用伺服电机(11)通过丝杠传动组件(12)驱动移动组件(13)进行相对于固定组件(15)的上下运动，进而调整移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙与待成形管子相匹配；成形用伺服电机(16)为两个，分别通过移动组件轴系和固定组件轴系驱动移动成形滚轮和固定成形滚轮转动，实现管子的成形。

2.根据权利要求1所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述成形主机(1)还包括光栅尺(14)，所述光栅尺(14)包括分别固定于固定组件(15)和移动组件(13)上的尺壳和尺头，用于测量移动组件(13)相对于固定组件(15)的位移，进而得到移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙值，并将间隙值反馈至控制系统。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述移动组件(13)还包括移动组件座，固定组件(15)还包括固定组件座；

两个成形用伺服电机(16)分别固定于移动组件座和固定组件座上；固定组件座设有竖直方向的直线模组，移动组件座与所述直线模组中的滑块连接，同时与丝杠传动组件(12)中的螺帽连接，调整用伺服电机(11)通过丝杠传动组件(12)驱动移动组件座沿直线模组中的导轨上下运动，进而带动移动成形滚轮上下运动，实现移动成形滚轮和固定成形滚轮间隙的调整。

4.根据权利要求1所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，还包括固定于底座(4)上的自动检测组件(2)，所述自动检测组件(2)包括传感器固定底座(21)和激光位移传感器(22)；

传感器固定底座(21)用于固定激光位移传感器(22)；激光位移传感器(22)的个数＞1，探测方向垂直管子轴向且指向管子，实现管子截面尺寸的检测，并将检测结果反馈至控制系统。

5.根据权利要求4所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述激光位移传感器(22)为四个，其中两个激光位移传感器(22)的探测方向为水平方向且探测方向相对，另外两个激光位移传感器(22)的探测方向为竖直方向且探测方向相对。

6.根据权利要求1所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述预变形组件(3)还包括用于固定安装电动压紧组件和导向组件(32)的预变形组件底座(33)；

电动压紧组件包括电动执行器(31)和设于电动执行器(31)一端的压紧轮，电动执行器(31)驱动压紧轮实现对待成形管子的压紧；

所述导向组件(32)为两组，分别设于电动压紧组件沿水平方向的两侧；每组导向组件(32)包括两个上下排布的导向轮。

7.根据权利要求1或6所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述电动压紧组件的个数＞1，电动压紧组件沿水平导向路径均匀排布。

8.根据权利要求4所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，所述自动检测组件(2)还包括接蜡组件(23)；

所述接蜡组件(23)包括气缸和与气缸连接的接蜡盒，成形开始时，控制系统向气缸发送接蜡信号，气缸驱动接蜡盒伸出进行接蜡，成形最后一遍时，控制系统向气缸发送缩回信号，气缸驱动接蜡盒缩回，同时激光位移传感器(22)开始工作。

9.根据权利要求1所述的一种适用于变截面管子的成形装置，其特征在于，还包括调整垫铁(5)和膨胀螺栓(6)；

底座(4)通过膨胀螺栓(6)与地基连接；

调整垫铁(5)设于地基与底座(4)之间，调整底座(4)的高度与外部设备配合。

10.一种适用于变截面管子的成形方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种适用于变截面管子的成形装置实现，包括以下步骤：

S1待成形管子通过导向组件(32)进入成形主机(1)，并在进入过程中利用电动压紧组件压紧待成形管子，对待成形管子进行直线校正或施加用于平衡管子成形时所产生应力的预应力；

S2通过成形主机(1)中的调整用伺服电机(11)驱动移动组件(13)进行相对于固定组件(15)的上下运动，进而调整移动成形滚轮和固定成形滚轮的间隙与待成形管子相匹配，进行管子的成形；

S3成形最后一遍时，对管子截面尺寸进行检测。

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