用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备的利记博彩app

本发明涉及薄壁筒形件的加工，具体涉及一种用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备。

背景技术：

在工业生产领域中，常常需要生产薄壁筒形件，这种薄壁筒形件通常具有如下特性：等壁厚、直筒型工件、筒壁厚度0.05到0.2mm、厚度的误差小于8微米，而且，对这种薄壁筒形件的强度、表面光洁度和圆度的要求都较高。因此，这种薄壁筒形件加工难度大，并且需要专用的设备实现加工来保障比较高的成品率。

滚珠旋压是强力旋压中的一个分支，其变形工具用滚珠代替旋轮。滚珠旋压工艺通常适用于直径较小的管筒类零件变形加工，通常直径小于150mm。目前，滚珠旋压工艺已逐渐推广到军工、宇航、航空、电子器件、医疗器械和民用空调等行业，用以生产各部门所需的高精度、薄壁、小直径管筒类零件。

根据薄壁产品特点，以及大批量、高效自动化加工对工艺方法、设备功能、动作节拍等要求，滚珠旋压设备研制存在如下难点：1)由于产品属于超薄壁件，因而整体刚度差，自动装夹易变形，而根据工艺需要，毛坯与模具间隙小，对于装夹的对准和装入精度要求非常高，如何保证高速、高精度、不变形、不干涉装夹是设备能够实现自动化的关键难点。2)产品壁厚过薄，对主轴跳动、尾座与主轴同轴度、滚珠模环与旋轮臂安装精度、旋轮臂与旋轮座安装精度要求近乎苛刻，更重要的是，系统在高速运动时，对全系统特别是轴线动作装置的动态精度提出了非常高的要求，需充分考虑加工精度要求和调整方法，是设计和调试的难点。3)设备被设定为大批量、高效自动化加工设备，设备动作涉及主轴转动、旋轮座进给、液压卸料器夹持毛料和卸料等动作，很多动作之间又相互干涉，这给机床布局、动作设计、动作实现增加了很大困难。4)设备的大批量、高效自动化加工需求要求设备在很高的转速、很快的进给速度下工作，超出了传统的强力旋压工艺普遍采用的参数选择范围，同时也给工艺的选取增加了难度。5)滚珠工作时一侧参与大减薄率变形(一般要达到60％～80％)，另一侧需与提供径向支撑的模环发生快速摩擦，转速、进给过快时，滚珠容易出现烧蚀现象，导致滚珠磨损，需要合理选配工艺参数并提供有效的冷却和润滑来解决，存在很大难度。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述缺陷与不足，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备，其特征在于，所述立式旋压设备包括立式床身、主轴机构、进给机构、张力机构以及滚珠模环机构，其中，所述进给机构能够相对于所述立式床身沿竖直方向运动，所述滚珠模环机构固定在所述进给机构上并且能够随着所述进给机构相对于所述立式床身沿竖直方向运动，所述主轴机构包括能够在主轴电机的驱动下旋转的主轴，在所述主轴的端部上可拆卸地安装有芯模，所述张力机构安装在所述进给机构上并且能够在第一液压缸的推动下相对于所述进给机构沿竖直方向运动，从而对旋压坯件施加恒定张力，所述滚珠模环机构包括模环套、隔离架、盖板以及多个滚珠，所述模环套的套体外表面与所述旋轮臂的安装段内表面配合安装，所述隔离架的一端可拆卸地连接在所述模环套的端面上，所述隔离架的另一端沿圆周方向具有多个隔离空间，所述多个隔离空间能够分别容置和保持所述多个滚珠，所述盖板从端侧覆盖所述隔离架并紧固至所述模环套，从而将所述多个滚珠限制在所述隔离架与所述模环套之间，在旋压加工过程中，所述模环套对所述多个滚珠分别施加沿竖直方向从上向下的力以及沿径向方向向内的力，从而使所述多个滚珠对套设在所述芯模上的旋压坯件施加旋压力。另外，所述隔离空间大于所述滚珠的体积，并且安装滚珠时在所述滚珠与所述隔离空间之间充填润滑油脂然后安装在所述模环套内，使得所述滚珠能够在所述隔离空间内滚动。

另外，所述滚珠的数量为15～25个。

另外，所述张力机构包括相互连接的可转动部件和非转动部件，所述可转动部件在旋压时卡紧所述旋压坯件的外翻边凸缘，并且，所述可转动部件在旋压时带动所述旋压坯件沿竖直方向进给并随所述旋压坯件旋转。

另外，所述非转动部件与所述第一液压缸连接并且能够在所述第一液压缸的驱动下沿竖直方向运动。

另外，所述进给机构与所述立式床身通过滚珠丝杠和导轨连接，并且，所述进给机构在所述滚珠丝杠旋转的情况下能够沿着所述导轨运动。

另外，所述立式旋压设备还包括卸料机构，所述卸料机构安装在所述主轴机构的主轴箱上并且能够由第二液压缸驱动运动，以实现卸料动作。

另外，所述立式床身为整体框架结构并且通过整体铸造或分段焊接的方式构成。

另外，所述隔离架通过四个螺钉螺接在所述模环套的端面上。

另外，所述立式旋压设备还包括具有操作界面的数控系统，从所述操作界面能够输入加工过程参数，所述加工过程参数包括主轴转速、开始张力进给位置、张力大小、加工距离、卸料作用位置以及上料等待时间

本发明的优点在于：

(1)能够解决直径在Φ20～Φ100mm、旋压壁厚在0.05～0.2mm、长度在300～1000mm的薄壁筒型零件的加工难题；

(2)保障薄壁筒形零件的加工精度(壁厚误差小于8微米，表面粗糙度达0.5微米)；

(3)由于采用立式床身，因而设备占用较小空间；

(4)由于采用了特定的滚珠模环机构，因而薄壁筒形件的成品率高；

(5)由于采用了特定隔离架，因而批量生产中滚珠和隔离架有长使用寿命；

(6)由于采用了数控系统，因而设备人机交互简便易行。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了本发明实施方式的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备的立体图；

图2示意性地示出了本发明实施方式的立式旋压设备的立体图的主轴机构的细节放大视图，其中为了更清楚示出主轴机构，移除了主轴机构的主轴箱的主轴箱前面板；

图3示意性地示出了本发明实施方式的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备的滚珠模环机构的立体分解图；

图4和图5示意性地示出了图4中的滚珠模环机构中的隔离架的从不同方位观察的立体图；

图6示意性地示出了本发明实施方式的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备的数控系统。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

现在讲参照图1至5描述根据本发明实施方式的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备100，其可用于生产直径小于150mm的高精度、薄壁筒型零件，这种零件例如应用于军工、宇航、航空、电子器件、医疗器械、民用等领域。例如，这种零件为空调的散热管件、电子真空器件的行波管中的多种筒型零件、医疗用高精度薄壁不锈钢管或低温制冷元件。

如图1所示，该立式旋压设备100包括立式床身10、主轴机构20、进给机构30、张力机构40以及滚珠模环机构50。

特别地，立式床身10例如为整体框架结构并且通过整体铸造或分段焊接的方式构成，这可以保证立式床身的足够的使用寿命。此外，为了增加床身的刚度，提高承载能力，立式床身内部可以合理布置加强筋，通过地脚螺栓和地基连接在一起，变成刚性体，以提高立式床身抗弯、抗扭能力。立式床身横截面为左、右横板出头的“口”字形，即前、后横板之间采用双立板支撑连接，将机身重量传递到地基。根据机床加工部件布置分布冷却液喷淋位置，在机床工作面开槽、打孔，为冷却液的回收提供导流通道。为便于在床身内部安装冷却系统及冷却液回收盘等，在立板上开孔。根据机床整体布局以及人员操作的舒适性，床身外形尺寸可以设定为1000mm×1000mm×3000mm，即床身高度为3000mm，前后和左右距离为1000mm。横板厚度为45mm，立板厚度为50mm，下横板和加强筋厚度为30mm。

如1至图5所示，进给机构30能够相对于立式床身10沿竖直方向(图1中纸面的上下方向)运动，滚珠模环机构50固定在进给机构30上并且能够随着进给机构30相对于立式床身10沿竖直方向运动，主轴机构20包括能够在主轴电机E(例如由变频器驱动的异步电机)的驱动下旋转的主轴21(例如，主轴下部通过齿形带或齿轮与主轴电机连接)，在主轴21的端部上可拆卸地(例如通过螺纹连接可拆卸地)安装有芯模M，张力机构40安装在进给机构30上并且能够在第一液压缸(未示出)的推动下相对于进给机构30沿竖直方向运动，从而对旋压坯件(未示出)施加恒定张力，滚珠模环机构50包括模环套51、隔离架52、多个滚珠53以及盖板54、55，模环套51的套体外表面与旋轮臂56的安装段内表面配合安装，隔离架52的一端可拆卸地连接在模环套51的端面上(例如通过四个螺钉螺接在模环套的端面上)，隔离架52的另一端沿圆周方向具有多个隔离空间(例如为隔离孔)521，多个隔离空间521能够分别容置和保持多个滚珠53，盖板54、55从端侧覆盖隔离架52并紧固至模环套51，从而将多个滚珠53限制在隔离架52与模环套51之间，在旋压加工过程中，模环套51对多个滚珠53分别施加沿竖直方向从上向下的力以及沿径向方向向内的力，从而使多个滚珠53对套设在芯模M上的旋压坯件施加旋压力。

另外，隔离空间521大于滚珠53的体积，并且安装滚珠时在滚珠53与隔离空间521之间充填润滑油脂然后安装在模环套51内，使得滚珠53能够在隔离空间521内滚动，这种结构使得能够更换不同尺寸的滚珠从而旋压出不同厚度的筒形件。该立式旋压设备面向的产品为等壁厚、直筒形的筒体，因而滚珠模环机构采用等壁厚模环套设计，模环套采用滚珠轴承钢，淬火后硬度达到HRC，与滚珠接触表面粗糙度达到微米。模环套51的套体外表面与旋轮臂56的安装段内表面通过轴、端面定位，模环套端面设计四个台阶通孔、两个顶丝孔用于与旋轮臂安装、拆卸。模环套套体内表面采用磨削加工以保证尺寸精度和表面粗糙度。

该隔离架52的作用是固定滚珠，其隔离孔把滚珠分隔开，防止滚珠间硬摩擦造成过度磨损，并不提供加工力。

由于传统隔离架和模环套固定连接，所以加工时还会给滚珠切向力，这种切向力带来的如下缺点：影响成形、降低寿命。

本发明实施方式的隔离架设计为由轴承实现的两层结构，外层522和模环套固定，内层523为滚珠隔离层，用于安装和分隔滚珠，可以和模环套相对旋转。旋压加工过程中增加滚珠运动自由度，没有切向力，这能够极大地提高成形效果，延长使用寿命。

另外，本发明实施方式的滚珠采用GB标准滚珠，根据滚珠旋压基本理论，预设旋压成形角为20°，按照减薄量0.3mm计算，滚珠直径为10mm，选取滚珠数量为15-25个，通过隔离架彼此隔离。在滚珠的布置方面，由于滚珠旋压可容许单次减薄率大，采用错距旋压机构复杂、材料利用率略低，因而选择滚珠等距布置。

另外，主轴箱在焊接和装配后，在五坐标加工中心上一次加工出各轴承安装孔及其他定位、安装孔等。主轴与轴承内环为过盈量较小的过盈配合，过盈量为0.003mm～0.005mm。轴承外圈与主轴安装孔的配合为窄公差带的过渡配合，间隙或过盈量为±0.003mm～±0.005mm。这种配合方式保证了主轴与主轴箱之间的高精度。主轴采用合金钢40Cr机械主轴，经热处理调质及头部表面淬火，主轴上端装有1个P4级双列角接触球轴承(型号3222AC)，实现主轴的轴向和径向承载以及径向精确定位，下端装有P4级圆柱滚子轴承(型号NU218E)，用于承载径向力。主轴上端主要承受轴向推力，同时成品工件厚度很薄，只有0.08mm，对径向跳动要求很高，需小于0.01mm，主轴下端主要承受传动带轮的径向力，因此在主轴前端安装双列角接触球轴承，主轴下端安装圆柱滚子轴承，其中角接触球轴承用于承担加工过程中的轴向载荷，而圆柱滚子轴承，用于承担径向载荷，同时限制主轴的径向跳动。轴承内圈与主轴采用过盈配合连接，轴承外圈与主轴安装孔采用小间隙配合，实现主轴的稳定连接。芯模采用6根特制的M16螺栓和螺母固连。

另外，张力机构40包括相互连接的可转动部件和非转动部件(未示出)，该可转动部件在旋压时卡紧旋压坯件的外翻边凸缘，并且，该可转动部件在旋压时带动旋压坯件沿竖直方向进给并随旋压坯件旋转。该非转动部件与第一液压缸连接并且能够在第一液压缸的驱动下沿竖直方向运动。

具体地，张力机构40由两个活塞杆(活塞杆由第一液压缸驱动)驱动运动，活塞顶杆前端安装顶板。顶板为一组件，其功能为加工时辅助夹紧工件。由于夹紧功能要求顶板与工件接触部分随工件同时旋转，而顶板动力由第一液压缸提供，这要求顶板与活塞顶杆连接部分不能旋转。因此顶板包括可转动部件、非转动部件及动静转换部件，非转动部件为一连接板，在其上安装轴承，而轴承内孔与可转动部件连接，这样就可以将第一液压缸的外顶力传递到可转动部件，加工时为旋压坯件提供恒定张力，从而实现张力旋压。

另外，进给机构30与立式床身10通过滚珠丝杠61和导轨62连接，并且，进给机构30在滚珠丝杠61旋转(例如通过手轮来进行控制，如图6所示)的情况下能够沿着导轨62运动。进给机构30的作用是安装用于加工刀具的旋轮臂56，以及实现加工过程的进给动作。进给机构30主要由尾座、旋臂座构成，其中旋臂座用于安装旋轮臂56。尾座用于提供进给的动力源，进给机构30本体与立式床身保持固定，通过传力装置，推动旋臂座在加工过程中实现进给动作，并在加工结束后，实现回退动作。旋臂座用于安装旋轮臂，实现对工件的加工，执行进给运动和回退运动。

另外，立式旋压设备100还包括卸料机构70，卸料机构70安装在主轴机构20的主轴箱上并且能够由第二液压缸驱动运动，以实现卸料动作。卸料机构的作用是将加工结束后在芯模上的成品件顶出。卸料机构由装在主轴箱上的第二液压缸、两个活塞顶杆和安装在活塞顶杆上的顶件齿盘组成。

另外，本发明的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备还配备有电气系统、液压系统、润滑系统以及冷却系统。

电气系统的核心控制为数控系统80，数控系统控制主轴转速和进给位置。如图6所示，数控系统包括多个输入输出接口，可以实现基本的保护和检测功能，比如液压控制、保护信号、限位信号、操作按键、润滑、冷却等。主轴电机采用异步电机，使用变频器开环控制的方式。变频器和数控系统之间是模拟信号接口。进给电机采用永磁同步伺服电机，使用伺服驱动器半闭环控制。伺服驱动器和数控系统之间为方向脉冲接口。电控柜包括强电元件和继电接触控制电路。此外，数控系统可以内部编写逻辑控制功能、扩展保护和检测等逻辑功能。该数控系统设计为专用数控系统，除了具有G代码编程功能之外，设计有滚珠旋压专用简洁人机界面。其实现思路是，由界面中采用参数界面交互的模式，输入加工过程参数(例如通过按钮面板输入)，包括：起始位置、主轴转速、开始张力进给位置、张力大小、加工距离、卸料作用位置、上料等待时间。参数由界面输入后，系统自动开始加工，并可以设置等待卸料和毛坯更换的工序，实现连续自动生产。

液压系统根据卸料油缸的工况，在旋压过程中张紧毛料时，速度为800mm/min；退料时，速度为1000mm/min；快退时，速度为4000mm/min。根据工况分析，卸料器的油缸只需要控制速度，可通过调速阀实现。由于系统压力不大，流量较小，对液压泵要求不高，因此选择噪音较小的叶片泵，适于机床应用，如选择进口YUKEN的PV2R1-17，当出口压力为7MPa时，可输出流量23.5L/min，驱动电机功率为3.3kW。

润滑系统的主轴箱润滑由一个标准润滑泵站，通过油管和配油器，给各个轴承和主轴齿轮润滑和冷却。丝杠和滑轨的润滑采用脂润滑的形式，由脂润滑泵间隔3分钟润滑。

冷却系统由冷却液循环实现。冷却液由电气系统控制，和加工过程自动关联。开始旋压加工，冷却液循环系统启动，加工完成后停止。冷却液由压差作用流回冷却液箱。对旋轮的冷却，采用冷却液喷淋方式。冷却液由液压泵加压后经冷却液管90(如图1所示)输送到旋轮臂的工作部位，经由喷嘴，喷淋到旋轮表面，对旋轮降温，保证旋压过程中旋轮温度以及工件温度不会升高。在旋轮臂上安装旋轮位置制作4个均布的安装孔，将喷嘴安装在孔内，冷却液直接喷到旋压工作位置。

现在描述利用本发明的用于加工薄壁筒形件的立式旋压设备来加工薄壁筒形件的过程。

首先，将工件放在芯模M上，然后，使进给机构30进给，当滚珠模环机构50到达加工位置时，张力机构40作用，通过主轴电机E使主轴21旋转，同时，使进给机构30进给，实现旋压加工。完成加工后，使主轴21停止选转，使进给机构30上升，并且使张力机构40上升。然后，使卸料机构70向上运动，完成卸料，收回卸料机构70，至此，完工一个薄壁筒形件的加工。

通过本发明的立式旋压设备，能够加工薄壁筒形件，并且，立式旋压设备、特别是滚珠模环机构具有长使用寿命和更高的成品率。此外，具有滚珠旋压专用的人机操作界面和操作方法使得加工更为简便易行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。