專(zhuān)利名稱：一種帶輪旋壓成形方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械工程學(xué)科中塑性加工工藝及設(shè)備領(lǐng)域，具體是指一種帶 輪旋壓成形方法及其裝置。
背景技術(shù)：
皮帶輪的傳統(tǒng)制造工藝是采用鍛、鑄造毛坯經(jīng)切削加工制成的。采用這 種方法制作的皮帶輪不僅笨重而且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，在加工過(guò)程中要去除大量金屬材料，不僅浪費(fèi)了材料而且生產(chǎn)條件差；加工一個(gè)合格的零件往往需要多 道工序，又浪費(fèi)能源和時(shí)間。鍛、鑄造車(chē)間勞動(dòng)環(huán)境差、消極因素多、事故 發(fā)生率高，集苦、臟、累、險(xiǎn)于一體。而且一般情況下鍛、鑄造設(shè)備均比較 陳舊老化。雖然向高效、節(jié)能、精鍛、無(wú)公害方向發(fā)展，但距機(jī)電一體化設(shè) 備的機(jī)械化、自動(dòng)化和柔性化要求還有很大的差距。目前雖然已出現(xiàn)板制皮帶輪旋壓加工工藝和設(shè)備，但存在如下兩個(gè)缺點(diǎn)一是均采用液壓方式驅(qū)動(dòng)旋輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，控制精度相對(duì)較低，調(diào)整不夠靈活；二是工序集成度偏低，多為兩工位，個(gè)別具有三工位，不能有效提高皮 帶輪的加工效率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種 帶輪旋壓成形設(shè)備，可靈活地用于皮帶輪旋壓成形的制坯、預(yù)成形、成形、 整形不同工序，提高機(jī)床功能的集成度和靈活性，提高對(duì)不同產(chǎn)品的適應(yīng)能 力和生產(chǎn)效率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種帶輪旋壓成形方法。本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種帶輪旋壓成形設(shè)備包括三梁四柱式床身、基座、上、下主軸、主壓 缸、液壓站、四工位旋壓成形裝置和頂桿；三梁四柱式床身包括上梁、下梁、 中梁和由四根立柱組成的四柱；所述上、下梁固定在四柱的兩端，下梁固定 在基座上，中梁位于上梁和下梁之間，可沿四柱上下滑動(dòng)；主壓缸安裝于上 梁中心，并與位于上梁下端的上主軸相連，上主軸安裝于中梁中心，下主軸 安裝于下梁中心，頂桿由下主軸中心伸出；液壓站通過(guò)油管分別與驅(qū)動(dòng)下主
軸旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)、主壓缸及頂桿下端的頂出油缸相連；四工位旋壓成形裝 置由四個(gè)旋壓成型裝置組成，分別安裝于下梁的面板上四柱的兩根立柱之間， 位于安裝在下主軸上的待加工帶輪四方，并可以在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由至少位 于不同方向的2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述旋壓成形裝置包括支撐架、滑塊、導(dǎo) 軌、旋輪裝置、滾珠絲桿副；所述支撐架和導(dǎo)軌安裝在機(jī)床下梁的面板上， 伺服電機(jī)和滾珠絲桿相連并安裝在支撐架上，滑塊安裝在導(dǎo)軌上，絲桿螺母 安裝在滑塊上并與滾珠絲桿滾動(dòng)相連，旋輪裝置安裝在滑塊的前端，旋輪可 以繞本身軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述旋輪裝置由旋輪、軸、軸承及支架組成， 旋輪通過(guò)軸承安裝在軸上，軸固定在支架上，支架與滑塊連接。所述四工位旋壓成形裝置由四套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每一個(gè)旋壓成形裝置的 滾珠絲桿與一伺服電機(jī)相連。為了減少伺服電機(jī)的占用空間，方便工人操作，四個(gè)旋輪座可以采用兩 個(gè)或三個(gè)伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，即可以采用一套伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋 輪座，兩個(gè)旋輪座之間采用連接桿或連接塊相互連接在一起。具體是，所述四工位旋壓成形裝置由三套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 一套伺服電機(jī) 與位于相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置中的一個(gè)的滾珠絲桿相連；相對(duì)的兩個(gè)旋壓 成形裝置中的兩個(gè)滑塊通過(guò)連接桿相互連接在一起，驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋壓成 形裝置；另兩個(gè)旋壓成形裝置的滾珠絲桿分別與一伺服電機(jī)相連。所述四工 位旋壓成形裝置兩套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 一套伺服電機(jī)分別與位于相對(duì)的兩個(gè)旋 壓成形裝置中的一個(gè)的滾珠絲桿相連，相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置中的兩個(gè)滑 塊通過(guò)連接桿相互連接在一起，驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋輪裝置。一種帶輪旋壓成形方法，其特征在于括如下步驟(1) 將圓盤(pán)形板料毛坯經(jīng)過(guò)拉深方法成形為杯形預(yù)制坯；(2) 將杯形預(yù)制坯同軸地安裝在帶輪旋壓成形設(shè)備的下主軸上，然后主 壓缸壓下，通過(guò)中梁將上主軸壓在預(yù)制坯上，再啟動(dòng)下主軸旋轉(zhuǎn)；(3) 四個(gè)工位的旋輪裝置分別向下主軸靠近，通過(guò)旋輪對(duì)毛坯徑向加載 并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形，同時(shí)上主軸 在主壓缸的驅(qū)動(dòng)下作配合下行，分別對(duì)杯形預(yù)制坯進(jìn)行制坯、預(yù)成形、成形、 整形工序，最終完成多V帶輪的旋壓成形。所述旋輪對(duì)毛坯徑向加載并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形是用齒形角a介于60°至80°之間的齒頂較鈍的旋輪進(jìn)行第一 次旋壓成形，再用成品尺寸的旋輪進(jìn)行第二次旋壓制出成品。所述旋輪對(duì)毛坯徑向加載并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V 型槽的形狀變形是用齒形角a介于30°至40°之間的齒頂較尖的旋輪進(jìn)行第一 次旋壓成形，第二道換成齒形較寬齒尖有圓角的旋輪再旋一道，第三道用成品 尺寸的齒形輪旋壓。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1. 與同樣材質(zhì)所制造的鑄/鍛造后切削加工帶輪相比，本發(fā)明采用旋壓 技術(shù)成形帶輪，可使帶輪加工的材料利用率由目前的40%左右提高到70%以 上，提高帶輪強(qiáng)度60%以上，提高生產(chǎn)效率60%左右。2. 與常見(jiàn)皮帶輪旋壓成形機(jī)床的液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比，本發(fā)明采用CNC 數(shù)控系統(tǒng)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，更加方便控制旋輪的進(jìn)給速度 和進(jìn)給位移量，并可以提高控制精度。3. 與常見(jiàn)皮帶輪旋壓成形機(jī)床的兩工位或三工位相比，由于在一臺(tái)機(jī)床 上可以完成四道加工工序，節(jié)省了加工時(shí)間，可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降 低產(chǎn)品的制造成本。


圖1是本發(fā)明帶輪旋壓成形設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中四工位旋壓成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明采用三套伺服電機(jī)時(shí)旋輪裝置的俯視圖； 圖4是本發(fā)明采用兩套伺服電機(jī)時(shí)旋輪裝置的俯視圖； 圖5是成形旋輪的局部形狀示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但是本發(fā)明要 求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表述的范圍。如圖1所示，本發(fā)明所述的帶輪旋壓成形設(shè)備包括三梁四柱式床身1、 基座2、上主軸3、下主軸4、主壓缸5、四工位旋壓成形裝置6、頂桿7、液 壓站8及數(shù)控操縱系統(tǒng)9。三梁四柱式床身l包括上梁ll、下梁13、中梁12 和由四根立柱組成的四柱14。上梁11、下梁13固定在四柱14的兩端，下梁 13安裝在基座2上，中梁12位于上梁11和下梁13之間，可沿四柱14上下
滑動(dòng)；主壓缸5安裝于上梁11中心位置，并與位于上梁11下端的上主軸3 相連，上主軸3安裝于中梁12中心，下主軸4安裝于下梁13中心。四工位 旋壓成形裝置6由四個(gè)成型裝置組成，分別安裝于下梁13的面板上的四柱 14的兩根立柱之間，并可以在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；頂桿7安裝于基座2中心，并 由下主軸4的中心孔伸出，液壓站8和數(shù)控操縱系統(tǒng)9位于在機(jī)床旁邊。液 壓站8通過(guò)油管分別與驅(qū)動(dòng)下主軸4旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)、主壓缸5及頂桿7下 端的頂出油缸相連，以便在工件成形過(guò)程中驅(qū)動(dòng)下主軸4旋轉(zhuǎn)、為上主軸3 提供壓力及在工件成形結(jié)束時(shí)推動(dòng)頂桿7向上運(yùn)動(dòng)卸除工件。數(shù)控操作系統(tǒng) 9由控制器和操作臺(tái)組成，用于控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的啟停，并對(duì)上主軸3 的縱向位置及旋壓成形裝置6的橫向位置進(jìn)行數(shù)字控制。控制器為一箱式結(jié) 構(gòu)，由CNC控制系統(tǒng)及殼體組成，CNC控制系統(tǒng)與液壓站8的液壓閥及旋 壓成形裝置6的伺服驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)接，從而控制主壓缸5和頂桿7的上下運(yùn)動(dòng)、 下主軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)以及四個(gè)旋壓成形裝置6的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，CNC控制器通過(guò)螺釘 安裝在操作臺(tái)上，操作臺(tái)為一柜式結(jié)構(gòu)，放置在機(jī)床旁邊。操作系統(tǒng)通過(guò)電 線及數(shù)據(jù)線與機(jī)床各控制部件相連接。如圖2所示，四工位旋壓成形裝置6的基本結(jié)構(gòu)由支撐架61、滑塊62、 導(dǎo)軌63、旋輪裝置64、滾珠絲桿副65及伺服電機(jī)66組成。支撐架61和導(dǎo) 軌63安裝在機(jī)床下梁13的面板上，伺服電機(jī)66和滾珠絲桿副65的絲桿相 連并安裝在支撐架61上，滑塊62安裝在導(dǎo)軌63上，滾珠絲桿副65的絲桿 螺母安裝在滑塊62上并與滾珠絲桿滾動(dòng)相連，旋輪裝置64安裝在滑塊62的 前端，旋輪裝置64由旋輪、軸、軸承及支架組成，旋輪通過(guò)軸承安裝軸上， 軸固定在支架上，支架與滑塊62連接，旋輪可以繞本身軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為了減少伺服電機(jī)的占用空間，方便工人操作，四工位旋壓成形裝置6 的四個(gè)旋輪座可以采用三個(gè)或兩個(gè)伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，如下圖3和圖4所示。如圖3所示，四工位旋壓成形裝置由三套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 一套伺服電機(jī) 與位于相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置中的一個(gè)的滾珠絲桿相連；相對(duì)的兩個(gè)旋壓 成形裝置中的兩個(gè)滑塊通過(guò)連接桿相互連接在一起，驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋壓成 形裝置；另兩個(gè)旋壓成形裝置的滾珠絲桿分別與一伺服電機(jī)相連。具體是， 四工位旋壓成形裝置6的四個(gè)旋輪裝置中左右工位的旋輪裝置與圖2完全相 同，但前位旋輪裝置之一 641和后位旋輪裝置之二 642通過(guò)連接桿67連接， 由同一套伺服電機(jī)之一661驅(qū)動(dòng)，由于旋輪裝置不需要同時(shí)工作，所以可以
通過(guò)連接桿67的推與拉使得兩套旋輪裝置分別靠近下主軸4進(jìn)行旋壓成形。 左位旋輪和右位旋輪可以分別穿過(guò)連接桿67的空隙向下主軸4移動(dòng)。如圖4 所示，四工位旋輪座由兩套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中兩旋輪裝置643、 644通過(guò)連 接塊681相連，并由伺服電機(jī)之二 662共同驅(qū)動(dòng)向下主軸4移動(dòng)；例如當(dāng)連 接塊681向右移動(dòng)時(shí)，旋輪裝置之三643靠近下主軸4進(jìn)行旋壓成形；連接 塊681向左移動(dòng)時(shí)，旋輪裝置之四644靠近下主軸4進(jìn)行旋壓成形。同樣， 旋輪裝置之五645和旋輪裝置之六646通過(guò)連接塊682相連，并由伺服電機(jī) 663共同驅(qū)動(dòng)向下主軸4移動(dòng)。本發(fā)明中帶輪零件是通過(guò)板料的塑性變形而得到。帶輪制作過(guò)程主要分為 兩個(gè)階段 一是采用板料通過(guò)沖壓拉深或拉深旋壓方法制作旋壓用預(yù)制坯；二 是將預(yù)制坯夾持在帶輪旋壓機(jī)上，并按要求速度旋轉(zhuǎn)，由旋輪對(duì)其表面施壓， 產(chǎn)生局部變形，旋出所需"V"型槽數(shù)的帶輪零件。本發(fā)明利用上述帶輪旋壓設(shè)備加工的帶輪為周邊表面是多V槽形，而內(nèi) 表面為完整圓柱面，通過(guò)等壁厚杯形毛坯圓柱部分的環(huán)形局部增厚和環(huán)形局 部減薄成形出所述帶輪零件。該方法是將圓盤(pán)形板料毛坯經(jīng)過(guò)拉深方法成形 為杯形預(yù)制坯，再經(jīng)旋壓成形得到多V槽形皮帶輪。具體加工方法如下(1) 將圓盤(pán)形板料毛坯經(jīng)過(guò)拉深方法成形為杯形預(yù)制坯；(2) 將杯形預(yù)制坯同軸地安裝在帶輪旋壓成形設(shè)備的下主軸上，然后主 壓缸壓下，通過(guò)中梁將上主軸壓在預(yù)制坯上，再啟動(dòng)下主軸旋轉(zhuǎn)；(3) 四個(gè)工位的旋輪裝置分別向下主軸靠近，通過(guò)旋輪對(duì)毛坯徑向加載 并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形，同時(shí)上主軸 在主壓缸的驅(qū)動(dòng)下作配合下行，分別對(duì)杯形預(yù)制坯進(jìn)行制坯、預(yù)成形、成形、 整形工序，最終完成多V帶輪的旋壓成形。根據(jù)帶輪V型槽的尺寸和精度的不同要求，在帶輪加工過(guò)程中，可以采 用兩至三個(gè)旋壓成形工序分不同步驟完成如采用兩道旋壓成形工序時(shí)，可 用齒頂較鈍的旋輪(圖5中的齒形角a取值范圍為60°《《《80°)進(jìn)行第一次 旋壓成形，再用成品尺寸的旋輪進(jìn)行第二次旋壓制出成品；若采用三道旋壓成 形工序時(shí)，可用齒頂較尖的旋輪(圖5中的齒形角cc取值范圍為30°《a《40°) 進(jìn)行第一次旋壓預(yù)成形，第二次換成齒形較寬齒尖有圓角的旋輪再旋一道，第 三次用成品尺寸的齒形輪旋壓出圖紙所要求的精度。如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種帶輪旋壓成形設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括三梁四柱式床身、基座、上、下主軸、主壓缸、液壓站、四工位旋壓成形裝置和頂桿；三梁四柱式床身包括上梁、下梁、中梁和由四根立柱組成的四柱；所述上、下梁固定在四柱的兩端，下梁固定在基座上，中梁位于上梁和下梁之間，可沿四柱上下滑動(dòng)；主壓缸安裝于上梁中心，并與位于上梁下端的上主軸相連，上主軸安裝于中梁中心，下主軸安裝于下梁中心，頂桿由下主軸中心伸出；液壓站通過(guò)油管分別與驅(qū)動(dòng)下主軸旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)、主壓缸及頂桿下端的頂出油缸相連；四工位旋壓成形裝置由四個(gè)旋壓成型裝置組成，分別安裝于下梁的面板上四柱的兩根立柱之間，位于安裝在下主軸上的待加工帶輪四方，并可以在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由至少位于不同方向的2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述旋壓成形裝置包括支撐架、滑塊、導(dǎo)軌、旋輪裝置、滾珠絲桿副；所述支撐架和導(dǎo)軌安裝在機(jī)床下梁的面板上，伺服電機(jī)和滾珠絲桿相連并安裝在支撐架上，滑塊安裝在導(dǎo)軌上，絲桿螺母安裝在滑塊上并與滾珠絲桿滾動(dòng)相連，旋輪裝置安裝在滑塊的前端，旋輪可以繞本身軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶輪旋壓成形設(shè)備，其特征在于所述旋輪 裝置由旋輪、軸、軸承及支架組成，旋輪通過(guò)軸承安裝在軸上，軸固定在支 架上，支架與滑塊連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種帶輪旋壓成形設(shè)備，其特征在于所 述四工位旋壓成形裝置由四套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每一個(gè)旋壓成形裝置的滾珠絲 桿與一伺服電機(jī)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種帶輪旋壓成形設(shè)備，其特征在于所 述四工位旋壓成形裝置由三套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 一套伺服電機(jī)與位于相對(duì)的兩 個(gè)旋壓成形裝置中的一個(gè)的滾珠絲桿相連；相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置中的兩 個(gè)滑塊通過(guò)連接桿相互連接在一起，驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置；另兩個(gè) 旋壓成形裝置的滾珠絲桿分別與一伺服電機(jī)相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種帶輪旋壓成形設(shè)備，其特征在于所 述四工位旋壓成形裝置兩套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 一套伺服電機(jī)分別與位于相對(duì)的 兩個(gè)旋壓成形裝置中的一個(gè)的滾珠絲桿相連，相對(duì)的兩個(gè)旋壓成形裝置中的 兩個(gè)滑塊通過(guò)連接桿相互連接在一起，驅(qū)動(dòng)相對(duì)的兩個(gè)旋輪裝置。
6、 一種利用權(quán)利要求1所述設(shè)備的帶輪旋壓成形方法，其特征在于包括 如下步驟 (1) 將圓盤(pán)形板料毛坯經(jīng)過(guò)拉深方法成形為杯形預(yù)制坯；(2) 將杯形預(yù)制坯同軸地安裝在帶輪旋壓成形設(shè)備的下主軸上，然后主 壓缸壓下，通過(guò)中梁將上主軸壓在預(yù)制坯上，再啟動(dòng)下主軸旋轉(zhuǎn)；(3) 四個(gè)工位的旋輪裝置分別向下主軸靠近，通過(guò)旋輪對(duì)毛坯徑向加載 并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形，同時(shí)上主軸 在主壓缸的驅(qū)動(dòng)下作配合下行，分別對(duì)杯形預(yù)制坯進(jìn)行制坯、預(yù)成形、成形、 整形工序，最終完成多V帶輪的旋壓成形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶輪旋壓成形方法，其特征在于所述旋輪對(duì)毛 坯徑向加載并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形是 用齒形角a介于60°至80°之間的齒頂較鈍的旋輪進(jìn)行第一次旋壓成形，再用 成品尺寸的旋輪進(jìn)行第二次旋壓制出成品。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶輪旋壓成形方法，其特征在于所述旋輪 對(duì)毛坯徑向加載并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變 形是用齒形角a介于30°至40°之間的齒頂較尖的旋輪進(jìn)行第一次旋壓成形， 第二道換成齒形較寬齒尖有圓角的旋輪再旋一道，第三道用成品尺寸的齒形輪 旋壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶輪旋壓成形方法及設(shè)備。該設(shè)備四工位旋壓成形裝置由四個(gè)旋壓成型裝置組成，分別安裝于下梁的面板上四柱的兩根立柱之間，位于安裝在下主軸上的待加工帶輪四方，并可以在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由至少位于不同方向的2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。旋輪和主缸的進(jìn)給均通過(guò)CNC操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置控制。該方法是將板料金屬毛坯在經(jīng)過(guò)沖壓拉深而獲得的預(yù)制毛坯上通過(guò)旋輪對(duì)毛坯徑向加載并進(jìn)給，使坯料在厚度方向上按旋輪表面的V型槽的形狀變形從而獲得V型槽皮帶輪。該方法可以提高皮帶輪的強(qiáng)度和材料利用率，該設(shè)備具有四工位旋輪裝置，提高了機(jī)床的靈活性、產(chǎn)品適應(yīng)能力和生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B21D22/00GK101147937SQ20071003116
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者夏琴香, 程秀全 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)