CN114178777B - 一种螺栓滚压强化装备及其对刀方法 - Google Patents

一种螺栓滚压强化装备及其对刀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺栓滚压强化装备及其对刀方法，所述装备包括床身、X1电机、Z1丝杠、Z1导轨、液压刀塔、Z1电机、主轴箱、主轴电机、同步带、同步带轮、液压卡盘、Z2电机、X2导轨、X2丝杠、测头安装气缸、接触式测头、顶轮、X2减速器、X2电机、X2溜板、液压顶尖、Z2导轨、Z2丝杠、X1丝杠、X1导轨、X1溜板、X1减速器、顶尖导轨和滚压刀。本发明通过安装在气缸上的接触式测头进行轨迹规划，对螺栓不同部位采用接触式测头对螺栓进行精准测量对刀，本发明可以实现螺栓根部R角、退刀槽和螺纹牙底三处部位的高质、高效、低损伤的滚压强化，既适用于单件小批生产，也适用于成批生产；本发明延长了螺栓疲劳寿命。

Description

一种螺栓滚压强化装备及其对刀方法
技术领域
本发明属于冷塑性加工领域，特别涉及一种螺栓滚压强化装备及其对刀方法。
背景技术
螺栓连接是机械连接中最普遍的形式之一，统计发现，在螺栓的疲劳破坏中，根部占60％，螺纹牙底占25％，退刀槽占15％。因此，必须对螺栓根部、螺纹牙底和退刀槽进行滚压强化，引入残余应力，以提高螺栓疲劳寿命，目前，滚压过程多采用普通机床上对螺栓根部、螺纹、退刀槽处进行滚压，不仅滚压质量差、对刀不精准，而且存在设备加工能力有限、生产效率低等问题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能实现滚压质量一致性好、对刀精准，又能提升设备加工能力和生产效率的螺栓滚压强化装备及其对刀方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种螺栓滚压强化装备，包括床身、X1电机、Z1丝杠、Z1导轨、液压刀塔、Z1电机、主轴箱、主轴电机、同步带、同步带轮、液压卡盘、Z2电机、X2导轨、X2丝杠、测头安装气缸、接触式测头、顶轮、X2减速器、X2电机、X2溜板、液压顶尖、Z2导轨、Z2丝杠、X1丝杠、X1导轨、X1溜板、X1减速器、顶尖导轨和滚压刀；
所述X1电机通过X1减速器连接X1丝杠，X1丝杠带动X1导轨上安装的X1溜板进行X1向移动；所述X1丝杠安装在Z1溜板上；
所述Z1电机连接Z1丝杠，Z1丝杠带动Z1导轨上安装的Z1溜板进行Z1向移动；所述液压刀塔通过螺纹连接安装在X1溜板上部；
所述X2电机通过X2减速器连接X2丝杠，X2丝杠带动X2导轨上安装的X2溜板进行X2向移动；所述X2丝杠安装在Z2溜板上；
所述Z2电机连接Z2丝杠，Z2丝杠带动Z2导轨上安装的Z2溜板进行Z2向移动，所述测头安装气缸和顶轮安装在X2溜板的上部；
所述X1向为X1丝杠平行方向，零点设定为X1丝杠与X1减速器连接处，向X1减速器方向运动为正、相反运动方向为负；所述X2向为X2丝杠平行方向、零点设定为X2丝杠与X2减速器连接处，向X2减速器方向运动为正、相反运动方向为负；
所述Z1向为Z1丝杠平行方向，零点设定为Z1丝杠与Z1电机连接处，向Z1电机方向运动为负、相反运动方向为正；所述Z2向为Z2丝杠平行方向，零点设定为Z2丝杠与Z2电机连接处，向Z2电机方向运动为负、相反运动方向为正；
所述主轴电机通过同步带与同步带轮传动，通过主轴箱带动液压卡盘转动，液压顶尖的金属座通过螺纹连接至顶尖导轨的滑块上，加压时顶紧液压卡盘所夹持的工件；
所述测头安装气缸安装在顶轮前侧，测头安装气缸的移动端装有接触式测头，接触式测头在对刀过程中随测头安装气缸移动端伸出，在加工过程中随测头安装气缸移动端缩回。
进一步地，所述控制系统通过控制线分别与X1电机、液压刀塔、Z1电机、主轴电机、液压卡盘、Z2电机、测头安装气缸、接触式测头、X2电机和液压顶尖连接。
一种螺栓滚压强化装备对于工件根部R与工件退刀槽部位的对刀方法，包括如下步骤：
A1、测头安装气缸带动接触式测头缩回，X2溜板带动测头安装气缸、接触式测头、顶轮运动至Z2正方向极限位置限位开关处，X1溜板带动液压刀塔移动至合适的安全位置；
A2、放入工件，液压卡盘将工件的螺帽端固定，液压顶尖将工件另一端顶紧；
A3、测头安装气缸带动接触式测头伸出，启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V1移动至安全位置，然后Z2电机、X2电机制动；
A4、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V2移动至靠近螺帽位置，然后Z2电机、X2电机制动；
A5、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V3向液压卡盘方向移动，直至驱动接触式测头触碰到工件的螺帽部位，此时接触式测头向控制系统发送信号，Z2电机、X2电机制动，控制系统记录当前Z向位置z1；
A6、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V3移动至靠近螺帽位置，随后以速度V2移动至安全位置，测头安装气缸带动接触式测头缩回；
A7、控制系统以z1位置为滚压起始点，根据工件尺寸和轮廓计算根部与退刀槽滚压位置，顶轮移动至工件侧面进行支撑，液压刀塔带动滚压刀具移动至对应滚压位置，液压刀塔带动滚压刀具进行运动，根据不同部位转换不同刀具完成滚压过程。
一种螺栓滚压强化装备对于工件螺纹的对刀方法，包括如下步骤：
B1、测头安装气缸带动接触式测头缩回，X2溜板带动测头安装气缸、接触式测头、顶轮运动至Z2正方向最大行程保证安全距离，X1溜板带动液压刀塔移动至合适的安全位置；
B2、放入工件，液压卡盘将工件的螺帽固定，液压顶尖将工件另一端顶紧；
B3、测头安装气缸带动接触式测头伸出，启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V1移动至安全位置，然后Z2电机、X2电机制动；
B4、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V2移动至靠近螺栓螺纹尾端位置，然后Z2电机、X2电机制动；
B5、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V3向螺纹尾端第二牙底处移动，编程循环指令，驱动接触式测头触碰到螺牙部位时向相反方向移开0.2mm，若再次触碰到螺牙部位则再次向相反方向移开0.1mm，直至不触碰螺牙部位，保证接触式测头在两螺牙之间，启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头触碰两端螺牙，接触式测头向控制系统发送信号，获取两螺牙位置z2、z3，此时获得牙底位置z4＝(z2+z3)/2；
B6、启动Z2电机、X2电机驱动接触式测头以速度V3移动至螺栓螺纹尾端位置，随后以速度V2移动至安全位置，测头安装气缸带动接触式测头缩回；
B7、控制系统以z4+2.5倍螺距的位置为起始滚压点，顶轮移动至工件侧面进行支撑，液压刀塔带动滚压刀具执行数控加工程序的G32螺纹车削代码，完成螺纹滚压过程。
进一步地，所述速度V1＞V2＞V3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过安装在气缸上的接触式测头进行轨迹规划，对螺栓不同部位实施相应步骤，采用接触式测头对螺栓进行精准测量对刀，本发明可以实现螺栓根部R角、退刀槽和螺纹牙底三处部位的高质、高效、低损伤的滚压强化，既适用于单件小批生产，也适用于成批生产；本发明采用先进数控技术，电机响应速度快，动作迅速，大大降低了工人的劳动时间和劳动强度，延长了螺栓疲劳寿命。
2、综上，本发明可在任何高速、重载、对螺栓疲劳寿命要求严格的领域得到广泛推广。
附图说明
图1为一种螺栓滚压强化装备外观轴测图。
图2为图1的左视图。
图3为螺栓根部R角滚压强化对刀方法示意图。
图4为螺栓退刀槽滚压强化对刀方法示意图。
图5为螺栓螺纹牙底滚压强化对刀方法示意图。
图中：1、床身，2、X1电机，3、Z1丝杠，4、Z1导轨，5、液压刀塔，6、Z1电机，7、主轴箱，8、主轴电机，9、同步带，10、同步带轮，11、液压卡盘，12、Z2电机，13、X2导轨，14、X2丝杠，15、测头安装气缸，16、接触式测头，17、顶轮，18、X2减速器，19、X2电机，20、X2溜板，21、液压顶尖，22、Z2导轨，23、Z2丝杠，24、X1丝杠，25、X1导轨，26、X1溜板，27、X1减速器，28、顶尖导轨，29、滚压刀；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。
如图1-2所示，一种螺栓滚压强化装备，包括床身1、X1电机2、Z1丝杠3、Z1导轨4、液压刀塔5、Z1电机6、主轴箱7、主轴电机8、同步带9、同步带轮10、液压卡盘11、Z2电机12、X2导轨13、X2丝杠14、测头安装气缸15、接触式测头16、顶轮17、X2减速器18、X2电机19、X2溜板20、液压顶尖21、Z2导轨22、Z2丝杠23、X1丝杠24、X1导轨25、X1溜板26、X1减速器27、顶尖导轨28和滚压刀29；
所述X1电机2通过X1减速器27连接X1丝杠24，X1丝杠24带动X1导轨25上安装的X1溜板26进行X1向移动；所述X1丝杠24安装在Z1溜板上；
所述Z1电机6连接Z1丝杠3，Z1丝杠3带动Z1导轨4上安装的Z1溜板进行Z1向移动；所述液压刀塔5通过螺纹连接安装在X1溜板26上部；
所述X2电机19通过X2减速器18连接X2丝杠14，X2丝杠14带动X2导轨13上安装的X2溜板20进行X2向移动；所述X2丝杠14安装在Z2溜板上；
所述Z2电机12连接Z2丝杠23，Z2丝杠23带动Z2导轨22上安装的Z2溜板进行Z2向移动，所述测头安装气缸15和顶轮17安装在X2溜板20的上部；
所述X1向为X1丝杠24平行方向，零点设定为X1丝杠24与X1减速器27连接处，向X1减速器27方向运动为正、相反运动方向为负；所述X2向为X2丝杠14平行方向、零点设定为X2丝杠14与X2减速器18连接处，向X2减速器18方向运动为正、相反运动方向为负；
所述Z1向为Z1丝杠3平行方向，零点设定为Z1丝杠3与Z1电机6连接处，向Z1电机6方向运动为负、相反运动方向为正；所述Z2向为Z2丝杠23平行方向，零点设定为Z2丝杠23与Z2电机12连接处，向Z2电机12方向运动为负、相反运动方向为正；
所述主轴电机8通过同步带9与同步带轮10传动，通过主轴箱7带动液压卡盘11转动，液压顶尖21的金属座通过螺纹连接至顶尖导轨28的滑块上，加压时顶紧液压卡盘11所夹持的工件；
所述测头安装气缸15安装在顶轮17前侧，测头安装气缸15的移动端装有接触式测头16，接触式测头16在对刀过程中随测头安装气缸15移动端伸出，在加工过程中随测头安装气缸15移动端缩回。
进一步地，所述控制系统通过控制线分别与X1电机2、液压刀塔5、Z1电机6、主轴电机8、液压卡盘11、Z2电机12、测头安装气缸15、接触式测头16、X2电机19和液压顶尖21连接。
本发明的整体外观左视图如图2所示，顶轮17与滚压刀29相对，在加工过程中，顶轮17移动至螺栓光杆部位进行支撑，消除滚压过程中产生的挠度变形。
下面以MJ螺栓作为工件为例进行对刀方法说明。
如图3-4所示，对于工件根部R与工件退刀槽部位对刀方法，包括如下步骤：
S1、测头安装气缸15带动接触式测头16缩回，X2溜板20带动测头安装气缸15、接触式测头16、顶轮17运动至Z2正方向最大行程保证安全距离，X1溜板26带动液压刀塔5移动至合适的安全位置；
S2、放入工件，液压卡盘11将工件的螺帽端固定，液压顶尖21将工件另一端顶紧；
S3、测头安装气缸15带动接触式测头16伸出，启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V1移动至合适的安全位置，记为位置1，然后Z2电机12、X2电机19制动；
S4、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V2移动至靠近螺帽位置A1B1段，如图3所示，记为位置2，然后Z2电机12、X2电机19制动；
S5、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V3向螺帽位置A1B1段方向移动，直至驱动接触式测头16触碰到螺帽位置A1B1段部位，此时接触式测头16向控制系统发送信号，Z2电机12、X2电机19制动，控制系统记录当前A1B1段Z向位置z1；
S6、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V3移动至靠近位置2，随后以速度V2移动至位置1，测头安装气缸15带动接触式测头16缩回；
S7、控制系统以z1位置为起始点，根据工件尺寸和轮廓计算根部与退刀槽滚压位置，顶轮17移动至螺栓光杆部位进行支撑，液压刀塔5带动滚压刀具移动至对应滚压位置，液压刀塔5带动滚压刀具进行插补运动，根据不同部位转换不同刀完成滚压过程。
在上述步骤中，V1＞V2＞V3。
对于工件螺纹对刀方法，如图5所示，包括如下步骤：
S1、测头安装气缸15带动接触式测头16缩回，X2溜板20带动测头安装气缸15、接触式测头16、顶轮17运动至Z2正方向最大行程保证安全距离，X1溜板26带动液压刀塔5移动至合适的安全位置；
S2、放入工件，液压卡盘11将工件的螺帽固定，液压顶尖21将工件另一端顶紧；
S3、测头安装气缸15带动接触式测头16伸出，启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V1移动至安全位置，记为位置3，然后Z2电机12、X2电机19制动；
S4、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V2移动至靠近螺栓螺纹尾端位置，如图3所示，记为位置4，然后Z2电机12、X2电机19制动；
S5、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V3向螺纹尾端第二牙底处A3B3、B3C3之间移动，编程IF循环指令，驱动接触式测头16若触碰到螺牙A3B3或B3C3部位时向相反方向移开0.2mm，若移开0.2mm过程中再次触碰到A3B3或B3C3部位则再次向相反方向移开0.1mm，直至不触碰螺牙部位，保证接触式测头16在两螺牙之间，启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16触碰两端螺牙，接触式测头16向控制系统发送信号，获取两螺牙位置z2、z3，此时可获得牙底位置z4＝z2+z3/2；
S6、启动Z2电机12、X2电机19驱动接触式测头16以速度V3移动至位置4，随后以速度V2移动至位置3，测头安装气缸15带动接触式测头16缩回；
S7、控制系统以z4+2.5p为起始滚压点，顶轮17移动至工件侧面进行支撑，液压刀塔5带动滚压刀具执行G32代码，完成螺纹滚压过程。
在上述步骤中，V1＞V2＞V3。
本发明不局限于本实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，均涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种螺栓滚压强化装备，其特征在于：包括床身(1)、X1电机(2)、Z1丝杠(3)、Z1导轨(4)、液压刀塔(5)、Z1电机(6)、主轴箱(7)、主轴电机(8)、同步带(9)、同步带轮(10)、液压卡盘(11)、Z2电机(12)、X2导轨(13)、X2丝杠(14)、测头安装气缸(15)、接触式测头(16)、顶轮(17)、X2减速器(18)、X2电机(19)、X2溜板(20)、液压顶尖(21)、Z2导轨(22)、Z2丝杠(23)、X1丝杠(24)、X1导轨(25)、X1溜板(26)、X1减速器(27)、顶尖导轨(28)和滚压刀(29)；
所述X1电机(2)通过X1减速器(27)连接X1丝杠(24)，X1丝杠(24)带动X1导轨(25)上安装的X1溜板(26)进行X1向移动；所述X1丝杠(24)安装在Z1溜板上；
所述Z1电机(6)连接Z1丝杠(3)，Z1丝杠(3)带动Z1导轨(4)上安装的Z1溜板进行Z1向移动；所述液压刀塔(5)通过螺纹连接安装在X1溜板(26)上部；
所述X2电机(19)通过X2减速器(18)连接X2丝杠(14)，X2丝杠(14)带动X2导轨(13)上安装的X2溜板(20)进行X2向移动；所述X2丝杠(14)安装在Z2溜板上；
所述Z2电机(12)连接Z2丝杠(23)，Z2丝杠(23)带动Z2导轨(22)上安装的Z2溜板进行Z2向移动，所述测头安装气缸(15)和顶轮(17)安装在X2溜板(20)的上部；
所述X1向为X1丝杠(24)平行方向，零点设定为X1丝杠(24)与X1减速器(27)连接处，向X1减速器(27)方向运动为正、相反运动方向为负；所述X2向为X2丝杠(14)平行方向、零点设定为X2丝杠(14)与X2减速器(18)连接处，向X2减速器(18)方向运动为正、相反运动方向为负；
所述Z1向为Z1丝杠(3)平行方向，零点设定为Z1丝杠(3)与Z1电机(6)连接处，向Z1电机(6)方向运动为负、相反运动方向为正；所述Z2向为Z2丝杠(23)平行方向，零点设定为Z2丝杠(23)与Z2电机(12)连接处，向Z2电机(12)方向运动为负、相反运动方向为正；
所述主轴电机(8)通过同步带(9)与同步带轮(10)传动，通过主轴箱(7)带动液压卡盘(11)转动，液压顶尖(21)的金属座通过螺纹连接至顶尖导轨(28)的滑块上，加压时顶紧液压卡盘(11)所夹持的工件；
所述测头安装气缸(15)安装在顶轮(17)前侧，测头安装气缸(15)的移动端装有接触式测头(16)，接触式测头(16)在对刀过程中随测头安装气缸(15)移动端伸出，在加工过程中随测头安装气缸(15)移动端缩回。
2.根据权利要求1所述一种螺栓滚压强化装备，其特征在于：控制系统通过控制线分别与X1电机(2)、液压刀塔(5)、Z1电机(6)、主轴电机(8)、液压卡盘(11)、Z2电机(12)、测头安装气缸(15)、接触式测头(16)、X2电机(19)和液压顶尖(21)连接。
3.一种如权利要求1所述螺栓滚压强化装备对于工件根部R与工件退刀槽部位的对刀方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1、测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)缩回，X2溜板(20)带动测头安装气缸(15)、接触式测头(16)、顶轮(17)运动至Z2正方向极限位置限位开关处，X1溜板(26)带动液压刀塔(5)移动至合适的安全位置；
A2、放入工件，液压卡盘(11)将工件的螺帽端固定，液压顶尖(21)将工件另一端顶紧；
A3、测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)伸出，启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V1移动至安全位置，然后Z2电机(12)、X2电机(19)制动；
A4、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V2移动至靠近螺帽位置，然后Z2电机(12)、X2电机(19)制动；
A5、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V3向液压卡盘(11)方向移动，直至驱动接触式测头(16)触碰到工件的螺帽部位，此时接触式测头(16)向控制系统发送信号，Z2电机(12)、X2电机(19)制动，控制系统记录当前Z向位置z1；
A6、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V3移动至靠近螺帽位置，随后以速度V2移动至安全位置，测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)缩回；
A7、控制系统以z1位置为滚压起始点，根据工件尺寸和轮廓计算根部与退刀槽滚压位置，顶轮(17)移动至工件侧面进行支撑，液压刀塔(5)带动滚压刀具移动至对应滚压位置，液压刀塔(5)带动滚压刀具进行运动，根据不同部位转换不同刀具完成滚压过程。
4.根据权利要求3所述螺栓滚压强化装备对于工件根部R与工件退刀槽部位的对刀方法，其特征在于：所述速度V1＞V2＞V3。
5.一种如权利要求1所述螺栓滚压强化装备对于工件螺纹的对刀方法，其特征在于：包括如下步骤：
B1、测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)缩回，X2溜板(20)带动测头安装气缸(15)、接触式测头(16)、顶轮(17)运动至Z2正方向最大行程保证安全距离，X1溜板(26)带动液压刀塔(5)移动至合适的安全位置；
B2、放入工件，液压卡盘(11)将工件的螺帽固定，液压顶尖(21)将工件另一端顶紧；
B3、测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)伸出，启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V1移动至安全位置，然后Z2电机(12)、X2电机(19)制动；
B4、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V2移动至靠近螺栓螺纹尾端位置，然后Z2电机(12)、X2电机(19)制动；
B5、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V3向螺纹尾端第二牙底处移动，编程循环指令，驱动接触式测头(16)触碰到螺牙部位时向相反方向移开0.2mm，若再次触碰到螺牙部位则再次向相反方向移开0.1mm，直至不触碰螺牙部位，保证接触式测头(16)在两螺牙之间，启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)触碰两端螺牙，接触式测头(16)向控制系统发送信号，获取两螺牙位置z2、z3，此时获得牙底位置z4＝(z2+z3)/2；
B6、启动Z2电机(12)、X2电机(19)驱动接触式测头(16)以速度V3移动至螺栓螺纹尾端位置，随后以速度V2移动至安全位置，测头安装气缸(15)带动接触式测头(16)缩回；
B7、控制系统以z4+2.5倍螺距的位置为起始滚压点，顶轮(17)移动至工件侧面进行支撑，液压刀塔(5)带动滚压刀具执行数控加工程序的G32螺纹车削代码，完成螺纹滚压过程。
6.根据权利要求5所述螺栓滚压强化装备对于工件螺纹的对刀方法，其特征在于：所述速度V1＞V2＞V3。
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