一種軋輥復(fù)雜曲面一次性成型方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軋輥復(fù)雜曲面一次性成型方法及設(shè)備，包括機架，電機，大轉(zhuǎn)盤，去間隙裝置，坯料工作臺，刀具進給裝置及伺服系統(tǒng)；所述機架上設(shè)有大轉(zhuǎn)盤，所述大轉(zhuǎn)盤與坯料工作臺固定；所述刀具伺服進給裝置包括導(dǎo)軌，下托板，上托板，進給箱和刀桿，坯料工作臺上安裝有兩根以Z軸為旋轉(zhuǎn)中心同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，用于固定毛坯。本發(fā)明的有益效果：相比傳統(tǒng)軋輥加工，去除了換刀調(diào)整、人工打磨等復(fù)雜工序；同時采用三軸聯(lián)動一次成型，提高了生產(chǎn)效率；并且采用數(shù)控方法提高了加工精度。
【專利說明】一種軋輥復(fù)雜曲面一次性成型方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]輥軋加工是許多管材所常用的加工方式，然而輥軋機在加工管材時軋輥的磨損十分嚴重，需要經(jīng)常更換輥軋機上的軋輥。目前現(xiàn)有軋輥機上的軋孔(即管材成型區(qū))是通過兩個對稱的軋輥組合形成，而該軋輥是中心為通孔的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的外圈輪廓為復(fù)雜曲面的弧形槽。目前對這種復(fù)雜曲面的軋輥的加工方法，大多先采用車床車削軋輥坯料，再將經(jīng)過車削的軋輥安裝到專用軋輥鏜床進行凸輪樣板仿形加工，加工完一個正圓弧曲面后調(diào)整兩軋輥中心距使鏜刀以更大的切削半徑進行切削，切削出邊上的兩個正圓弧曲面，最后由人工打磨的形式修整出平滑的曲面及倒角。這種方法工序繁多，操作復(fù)雜，且對工人的技術(shù)要求較高，加工效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型方法及設(shè)備。該方法及設(shè)備，相比傳統(tǒng)軋輥加工，去除了換刀調(diào)整、人工打磨等復(fù)雜工序；同時采用三軸聯(lián)動一次成型，提高了生產(chǎn)效率；并且采用數(shù)控方法提高了加工精度。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型設(shè)備，包括機架，電機，大轉(zhuǎn)盤，去間隙裝置，坯料工作臺，刀具進給裝置及伺服系統(tǒng)；所述機架上設(shè)有大轉(zhuǎn)盤，所述大轉(zhuǎn)盤與坯料工作臺固定；所述刀具伺服進給裝置包括導(dǎo)軌，下托板，上托板，進給箱和刀桿，坯料工作臺上安裝有兩根以Z軸為旋轉(zhuǎn)中心同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，用于固定毛坯；進給箱固定連接刀桿，進給箱內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu)，所述的上托板和下托板，上托板和下托板內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu)，所述去間隙裝置安裝在機架上并緊貼大轉(zhuǎn)盤或者轉(zhuǎn)盤連接的轉(zhuǎn)動部件。
[0005]所述的進給箱內(nèi)部設(shè)有的動力輸送機構(gòu)為伺服電機或步進電機。
[0006]上托板和下托板內(nèi)部設(shè)有的動力輸送機構(gòu)為伺服電機、氣缸或液壓缸。
[0007]一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型方法，測繪成品標準工件，擬合軋輥工作區(qū)曲面，離散曲面數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為程序指令導(dǎo)入控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)讀取程序指令，控制設(shè)備運行；其中大轉(zhuǎn)盤帶動坯料工作臺以一定角速度繞y軸轉(zhuǎn)動；大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動控制截面圓弧曲線輪廓的切削主運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了截面圓弧曲線輪廓的切削速率；由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動兩個軋輥坯料同時相向以一定的速度繞z軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動控制工件圓周曲線輪廓的成型切削運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了工件圓周曲線輪廓的成型切削及工件相鄰加工截面切換的速率；由上托板帶動進給箱以帶動固定在進給箱上的刀桿及刀具，使刀具X軸方向上進給到指定位置切出第一段圓弧；當大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度后進給箱相對于上托板以一定的速度做X軸反方向上的進給；進給箱的進給運動控制截面曲線輪廓的YO方向的切削進給運動，其進給速度影響第二段圓弧曲線的曲率半徑大?。蝗S聯(lián)動構(gòu)成了對兩個對稱軋輥坯料的三維曲面的展成成型加工。
[0008]所述擬合軋輥工作區(qū)曲面利用所測離散數(shù)據(jù)進行線性插值擬合形成由不同的邊界重合的曲面組合的連續(xù)曲面，再由該連續(xù)曲面微分后再次擬合形成切向連續(xù)曲面。
[0009]本發(fā)明的有益效果:相比傳統(tǒng)軋輥加工，去除了換刀調(diào)整、人工打磨等復(fù)雜工序；同時采用三軸聯(lián)動一次成型，提高了生產(chǎn)效率；并且采用數(shù)控方法提高了加工精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參考圖；
[0011]圖2為本發(fā)明涉及的軋輥形狀示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明對軋輥截面劃分示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明對軋輥截面曲線取點示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明衍生實例結(jié)構(gòu)參考圖。
[0015]其中，
[0016]圖11-機架，2-電機，3-大轉(zhuǎn)盤，4-坯料，5-刀桿，6_坯料工作臺，7_進給箱，8_下托板，9-上托板，10-導(dǎo)軌，11-旋轉(zhuǎn)軸，12-去間隙裝置
【具體實施方式】
[0017]一種軋輥復(fù)雜曲面一次性成型設(shè)備，包括機架，電機，大轉(zhuǎn)盤，坯料工作臺，刀具進給裝置及伺服系統(tǒng)。所述機架上設(shè)有大轉(zhuǎn)盤3，大轉(zhuǎn)盤由主軸電機2通過齒輪組驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，用于固定及帶動坯料工作臺6旋轉(zhuǎn)。所述坯料工作臺上安裝有兩根同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸10，用于固定毛坯。所述刀具進給裝置，包括導(dǎo)軌9，滑移托板8，滑移托板7，刀桿5。托板7固定連接刀桿5,此外其內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu),動力輸送機構(gòu)為伺服電機。所述的滑移托板8內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu)，動力輸送機構(gòu)可以為伺服電機、氣缸或液壓缸等。所述伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動控制主軸電機帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，控制刀具進給裝置伺服進給，并且控制坯料工作臺上旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0018]基于上述設(shè)備，針對具有復(fù)雜曲面的軋輥，本發(fā)明公開了一種有效的成型加工方法。軋輥的截面形狀如圖2所示，其有效工作部分由一個正圓弧和兩個反圓弧平滑連接而成，整個軋輥有3段形狀不同的截面，各段截面弧線組成及弧線半徑各不相同。首先，對標準的軋輥成品進行測繪，以軋輥幾何中心為原點，如圖3所示以一定的角度α將標準軋輥劃分η個截面,并將每個截面取一定數(shù)量的點,測量計算出每個點的坐標。例如如圖4所示，取第i點，測量第i點坐標(Xi, Yi),由公式Xi' =a-Xi ;y/ =b+yi計算得實際坐標(x/，y/ )得到的一系列實際坐標為關(guān)于軋輥形狀的離散數(shù)據(jù)。將得到的一系列的離散變量用分段線性插值法構(gòu)造一個整體連續(xù)的函數(shù):令圖4平面內(nèi)的取值的所有點X坐標X(l，X1,…，Xn，相應(yīng)







η
的Y坐標yci, Y1,…，yn，插值基函數(shù)為Ij (Xj)，擬合η次線性插值多項式為乃(T) =。






J=O
再利用截面曲線擬合的結(jié)果進行曲面擬合:利用曲面％點在h，P(xP，α)處插值方法，SP
η2π η
Σ島=刃乙/(4/<七)，《)建立擬合曲面，形成一個點連續(xù)(也稱為GO連續(xù))的曲面，即C
/=0a=Q /=O
級曲面。再對C級曲面進行微分處理，獲得點坐標得到離散數(shù)據(jù)，將離散數(shù)據(jù)用最小二乘法對其進行曲面逼近擬合，形成一個切向連續(xù)(也稱為Gl連續(xù))的曲面，即B級曲面。得到軋輥軋制工作區(qū)的B級曲面后再將曲面用更小的角度進行劃分并以微分形式對其曲面進行離散化處理。將重新離散的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦數(shù)據(jù)庫，最后由電腦將數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為程序指令傳輸至控制系統(tǒng)。
[0019]控制系統(tǒng)讀取程序指令，控制設(shè)備運行。其中大轉(zhuǎn)盤帶動坯料工作臺以一定角速度繞y軸轉(zhuǎn)動。大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動控制由圖4所示的截面圓弧曲線輪廓的切削主運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了截面圓弧曲線輪廓的切削速率。由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動兩個軋輥坯料同時相向以一定的速度繞z軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動控制由圖3虛線所示的工件圓周曲線輪廓的成型切削運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了工件圓周曲線輪廓的成型切削及工件相鄰加工截面切換的速率。由上托板帶動進給箱帶動刀桿及刀具，使刀具X軸方向上進給到指定位置切出如圖4所示第一段圓弧R1。當大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度后進給箱相對于上托板以一定的速度做X軸反方向上的進給。進給箱的進給運動控制由圖4所示的截面曲線輪廓的YO方向的切削進給運動，其進給速度影響第二段圓弧R2曲線的曲率半徑大小。三軸聯(lián)動構(gòu)成了對兩個對稱軋輥坯料的三維曲面的展成成型加工。
[0020]由電腦將數(shù)據(jù)輸送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)控制設(shè)備運行形成對工件的曲面展成切割。此展成運動的方法可以是雙托板運動疊加法也可以是單托板軟件控制法。其中雙托板運動疊加法如下:工件裝夾完畢后，控制系統(tǒng)的動力輸送機構(gòu)驅(qū)動下托板8使下托板8上連接的上托板9和進給箱到達指定的位置從而使刀具到達加工初始位置。再由控制系統(tǒng)控制驅(qū)動主軸電機運轉(zhuǎn)帶動大轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)以帶動還料工作臺旋轉(zhuǎn)，從而形成對成對加工的軋棍上軋槽曲面的一對截面進行切削。同時控制坯料工作臺上的旋轉(zhuǎn)軸以一定的速度運轉(zhuǎn)，使得成對加工的軋輥上軋槽曲面能夠完成360度環(huán)切。當旋轉(zhuǎn)軸帶動工件轉(zhuǎn)過一定角度時控制系統(tǒng)的動力輸送機構(gòu)驅(qū)動上托板9，使固定在進給箱上的刀具改變進給量從而改變圖4所示軋輥上軋槽曲面主圓弧Rl大小。當大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到一定角度之時控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)信號到控制進給箱的伺服電機，使進給箱7以一定的速度沿著上托板9上的軌道的方向進給，從而控制成對加工的軋輥上軋槽曲面的反向圓弧(如圖4所示R2段圓弧)生成。此時，設(shè)備三軸聯(lián)動構(gòu)成了對兩個對稱軋輥坯料的三維曲面的展成成型加工。單托板軟件實現(xiàn)法如下:去除上托板9，進給箱7與下托板連接，用軟件程序控制進給箱伺服電機從而控制進給箱X方向的正向或反向進給運動，此時，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動所帶來的軋輥上軋槽曲面主圓弧Rl變化而需要刀具進給量的改變和大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到一定角度后軋輥上軋槽曲面反圓弧R2的切割需要刀具進給量的改變都由進給箱伺服電機控制運動疊加實現(xiàn)。得到的疊加運動再與大轉(zhuǎn)盤繞Y軸的旋轉(zhuǎn)運動相疊加，形成了對軋輥軋槽復(fù)雜曲面的展成切削加工。
[0021]衍生實施例:
[0022]如圖5所示，建立坐標系，此坐標系X軸、Y軸固定，以坯料工作臺上表面的法向為Z軸方向，Z軸垂直Y軸并繞Y軸旋轉(zhuǎn)。其中大轉(zhuǎn)盤繞Y軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸帶動工件繞Z軸轉(zhuǎn)動，進給箱7、上托板9可沿著X軸方向直線運動，下托板8沿Y方向上下運動。
[0023]該實例基本結(jié)構(gòu)與基本實例方案相同，有所不同的是將該設(shè)備做成立式結(jié)構(gòu)采用13端面軸承支撐，降低了轉(zhuǎn)盤高度，使得結(jié)構(gòu)更緊湊，工件裝夾更為便利，減少了大轉(zhuǎn)盤的工作驅(qū)動力矩。
【權(quán)利要求】
1.一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型設(shè)備，其特征在于:包括機架，電機，大轉(zhuǎn)盤，去間隙裝置，坯料工作臺，刀具進給裝置及伺服系統(tǒng)；所述機架上設(shè)有大轉(zhuǎn)盤(3)，所述大轉(zhuǎn)盤(3)與坯料工作臺(6)固定；所述刀具伺服進給裝置包括導(dǎo)軌(10)，下托板(8)，上托板(9)，進給箱(7)和刀桿(5)，坯料工作臺上安裝有兩根以Z軸為旋轉(zhuǎn)中心同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸(11)，用于固定毛坯(4);進給箱(7)固定連接刀桿(5)，進給箱(7)內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu)，所述的上托板(9)和下托板(8)，上托板(9)和下托板⑶內(nèi)部設(shè)有動力輸送機構(gòu)，所述去間隙裝置(12)安裝在機架上并緊貼大轉(zhuǎn)盤或者轉(zhuǎn)盤連接的轉(zhuǎn)動部件。
2.如權(quán)利要求1所述的軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型設(shè)備，其特征在于:所述的進給箱(7)內(nèi)部設(shè)有的動力輸送機構(gòu)為伺服電機或步進電機。
3.如權(quán)利要求1所述的軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型設(shè)備，其特征在于:上托板(9)和下托板(8)內(nèi)部設(shè)有的動力輸送機構(gòu)為伺服電機、氣缸或液壓缸。
4.一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型方法，其特征在于:測繪成品標準工件，擬合軋輥工作區(qū)曲面，離散曲面數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為程序指令導(dǎo)入控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)讀取程序指令，控制設(shè)備運行；其中大轉(zhuǎn)盤帶動坯料工作臺以一定角速度繞I軸轉(zhuǎn)動；大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動控制截面圓弧曲線輪廓的切削主運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了截面圓弧曲線輪廓的切削速率；由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動兩個軋輥坯料同時相向以一定的速度繞z軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動控制工件圓周曲線輪廓的成型切削運動，其轉(zhuǎn)動速度決定了工件圓周曲線輪廓的成型切削及工件相鄰加工截面切換的速率；由上托板帶動進給箱以帶動固定在進給箱上的刀桿及刀具，使刀具X軸方向上進給到指定位置切出第一段圓弧(Rl);當大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度后進給箱相對于上托板以一定的速度做X軸反方向上的進給；進給箱的進給運動控制截面曲線輪廓的YO方向的切削進給運動，其進給速度影響第二段圓弧(R2)曲線的曲率半徑大?。蝗S聯(lián)動構(gòu)成了對兩個對稱軋輥坯料的三維曲面的展成成型加工。
5.如權(quán)利要求4所述的一種軋槽為復(fù)雜曲面的軋輥一次性成型方法，其特征在于:所述擬合軋輥工作區(qū)曲面利用所測離散數(shù)據(jù)進行線性插值擬合形成由不同的邊界重合的曲面組合的連續(xù)曲面，再由該連續(xù)曲面微分后再次擬合形成切向連續(xù)曲面。
【文檔編號】B23Q15/02GK103433803SQ201310339816
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】周斯加, 王財虎, 周廷蓀 申請人:溫州大學(xué)