CN102357573A

CN102357573A - 双齿条三维变截面成型机

Info

Publication number: CN102357573A
Application number: CN2011101809363A
Authority: CN
Inventors: 彭文芳; ***; 钱波; 闫昱; 孙文婷
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: CN102357573B

Abstract

本发明的一种双齿条三维变截面成型机，包括伺服电机，其中，还包括固定机架、活动机架、成型机架、旋转部件以及齿条驱动机构，所述活动机架分别与固定机架以及成型机架连接，所述活动机架与旋转部件分别与齿条驱动机构连接，所述旋转部件与活动机架连接。本发明有效地解决了板材沿纵向双侧同时变截面成型的技术问题，能很好的满足实际生产的要求，本发明是一种双齿条联动的双侧三维变截面辊弯成型技术，把冷弯成型技术与伺服控制技术有效地结合起来，在型材纵向方向上可以实现板材双侧同时变截面成型，使冷弯成型型材具有更加合理的力学性能。

Description

双齿条三维变截面成型机

技术领域

本发明涉及辊弯成型机，具体涉及一种双齿条联动以实现板材双侧变截面成型的辊弯成型机。

背景技术

等截面成型技术已经相当成熟，现有的变截面辊弯成型机一般是可以实现板材的单侧变截面辊弯成型。等截面辊弯成型无法满足实际生产中对变截面产品需求的日益增长。单侧变截面辊弯成型机由于轧辊成型过程中板材两侧受力情况不同，容易使板材在成型过程中发成横向偏斜，而且越来越多的双侧变截面产品已不能用原来的单侧变截面辊弯成型技术生产。

发明内容

针对上述需求，本发明的解决的技术问题是，提供一种利用双齿条联动实现沿三维方向进行移动或旋转的双侧三维变截面辊弯成型机。

本发明的双齿轮联动双侧三维变截面辊弯成型机的技术方案如下。

一种双齿条三维变截面成型机，包括伺服电机，其中，还包括固定机架、活动机架、成型机架、旋转部件以及齿条驱动机构，所述活动机架分别与固定机架以及成型机架连接，所述活动机架与旋转部件分别与齿条驱动机构连接，所述旋转部件与活动机架连接。

其中，所述固定机架包括与地面连接的基准底板以及与基准底板连接的下导轨支撑座；所述活动机架包括下连接底板、两块旋转立板以及上连接顶板，所述两块旋转立板的下端分别与所述下连接底板连接，所述两块旋转立板的上端分别于所述上连接板连接。

其中，所述成型机架包括顶板、底板、两侧板、上下对称的成型轧辊组件，所述两侧板的下端分别与底板连接，所述两侧板的上端分别与顶板连接，所述上下对称的成型轧辊组件与两侧板连接。

其中，所述齿条驱动机构包括驱动齿轮与对称的两齿条，所述两齿条分别与所述驱动齿轮啮合。

其中，所述旋转部件包括旋转轴和旋转机套，所述旋转轴的与旋转机套固定连接，并且旋转轴的下端与所述成型机架的下连接底板固定连接，所述旋转轴的上端与所述齿条驱动机构的驱动齿轮连接。

其中，还包括两条精密滚珠丝杠副、两条上精密导轨副以及两条下精密导轨副，所述两条下精密导轨分别与下导轨支撑座连接，所述两条上精密导轨分别与旋转机套上表面连接，所述两块下精密导轨滑块分别与旋转机套下表面连接，所述两条上精密导轨滑块分别与两条精密滚珠丝杠副连接，所述齿条驱动机构的两齿条分别固定连接在所述两条精密滚珠丝杆副上。

其中，所述成型轧辊组件包括上下对称的成型轧辊轴、上下对称的轴承座以及上下对称的成型轧辊，所述上下对称的轴承座与成型机架的侧板固定连接，所述上下对称的成型轧辊轴分别与上下对称的轴承座固定连接，所述上下对称的成型轧辊轴一端经减速器与伺服电机连接，另一端分别与成型轧辊连接。

其中，还包括升降螺母组件，所述升降螺母组件与成型轧辊组件的上轴承座以及成型机架的顶板连接。

其中，还包括上下对称的导向滑块，所述活动机架的其中一块旋转立板上设置有圆弧形凹槽，所述导向滑块设置在所述圆弧形凹槽内，所述导向滑块与所述成型轧辊支架的轴承座固定连接。

其中，包括左右对称的两套成型机构。本发明的有益效果如下。

本发明把冷弯成型技术与伺服控制技术有效地结合起来，有效的解决了板材沿纵向双侧同时变截面成型的技术问题，能更好的满足实际生产的要求，拓展了辊弯成型技术运用的领域，可用于汽车、建筑等领域的零件与构件的制作。同时由于本发明是一种双侧同时变截面辊弯成型的技术，有效地解决了轧辊成型过程中板材两侧受力情况不同而引起缺陷的技术难题，使冷弯成型型材具有更加合理的力学性能。

附图说明

图1是本发明双齿条三维变截面成型机的主视图；

图2是本发明双齿条三维变截面成型机其中一侧的左视图；

图3是本发明双齿条三维变截面成型机旋转部件的主视图；

图4是本发明双齿条三维变截面成型机成型机架的主视图。

图5是本发明双齿条三维变截面成型机双齿条驱动机构的齿轮齿条啮合图；

图6是本发明双齿条三维变截面成型机双齿条驱动机构与相邻零件的连接图；

图7是本发明双齿条三维变截面成型机板材轮廓曲线图。

图中：1-基准底板；2-下导轨支承座；3-光栅尺；4-下精密导轨副；5-光栅尺活动端连接板；6-上精密导轨副；7-上精密导轨滑块连接板；8-旋转部件；9-精密滚珠丝杠；10-双齿条驱动机构；11-下连接底板；12-精密滚珠丝杠副；13-旋转立板；14-成型机架；15-上连接顶板；16-旋转机套；17-旋转轴；18-成型轧辊轴；19-升降螺母机构；20-导向滑块；21-齿条；22-驱动齿轮。

以下结合附图对本发明的双齿条三维变截面成型机进行进一步说明。

参见附图1所示的主视图、附图4成型机架的主视图、附图5双齿条驱动机构齿轮齿条啮合图及附图6双齿条驱动机构与其他部件连接图，该双齿条三维变截面成型机是通过对称的两套成型机构来实现双边三维变截面辊弯成型的，现针对其中一侧的机构来进行说明。依照本发明的一种双齿条三维变截面成型机，固定机架包括与地面连接的基准底板1，基准底板1上连接有下导轨支承座2。下精密导轨副4包括对称的两条精密导轨副，其中下精密导轨分别固定在下导轨支承座2上，下精密导轨副4的滑块分别与旋转部件中的旋转机套16下表面固定连接。旋转部件8包括旋转轴17和旋转机套16。旋转轴17的两端与旋转机套16固定连接并且旋转轴17上端与双齿条驱动机构10的驱动齿轮通过键连接，旋转轴17的下端与活动机架下连接底板11固定连接。旋转轴17的轴线方向是竖直方向。上精密导轨副6包括对称的两条精密导轨副，其中导轨分别固定在旋转机套16上表面，上精密导轨副6的滑块通过上精密导轨滑块连接板7分别与对称的两个精密滚珠丝杠副12固定连接。对称的精密滚珠丝杠副12上还固定有双齿条驱动机构10中的对称的两齿条21。对称的精密滚珠丝杠9固定在固定机架上。对称的精密滚珠丝枉9一端安装有伺服电机，另一端悬臂。

双齿条驱动机构10包括驱动齿轮22和对称的两齿条21。其中驱动齿轮与活动机架的下连接底板11通过螺栓固定连接，并且与旋转轴17键连接，两驱动齿条21安装平面与精密滚珠丝杠9轴线方向平行。活动机架的下连接底板11与旋转轴17固定连接，且因旋转轴17上端与双齿条驱动机构10的驱动齿轮通过键连接，故活动机架可随旋转轴17及双齿条驱动机构10的齿轮22发生旋转。活动机架包括下连接底板11、上连接顶板15和对称的两旋转立板13。因为下精密导轨副4的滑块分别与旋转部件中的旋转机套16下表面固定连接，所以活动机架可沿下精密导轨副4的导轨在固定机架上前后移动。活动机架的旋转立板13下端与下连接顶板11固定连接，对称的旋转立板13上端分别与上连接顶板15固定连接。成型机架14固定连接在活动机架上，与旋转立板13通过螺栓连接。成型机架14包括顶板、底板、对称的两侧板、上下对称的成型轧辊轴18、上下对称的轴承座及导向滑块20。其中上下对称的轴承座与成型机架的侧板通过螺栓固定连接，上下对称的成型轧辊轴18分别与上下对称的轴承座固定连接，上下对称的成型轧辊轴18一端经减速器与伺服电机连接，另一端分别安装有成型轧辊。上轴承座上端有升降螺母机构19，可以调整轧辊辊缝，升降螺母机构19与所述上轴承座固定连接并与成型机架14的顶板螺纹连接，所述旋转轴的轴线与成型轧辊的轴线方向垂直。

光栅尺包括固定端和活动端，其中固定端固定在下导轨支撑座2上，活动端通过光栅尺活动端连接板5连接在上精密导轨滑块连接板7上，进而连接在精密滚珠丝杠副12上，从而随精密滚珠丝杠副12而运动。这里设计光栅尺的好处是可以随时监测双齿条三维变截面成型机的运动状态，反馈给计算机与初始目标运动状态进行比较分析，尽快地对出现的偏差作出调整和补偿。

所述上下对称的成型轧辊轴18一端与伺服电机经减速器连接，另一端分别安装有成型轧辊。伺服电机经减速器驱动上下对称的成型轧辊轴18旋转，从而实现板材成型过程中的主运动—成型轧辊的旋转运动。

所述精密滚珠丝杠9经减速器与伺服电机连接，伺服电机通过减速器驱动精密滚珠丝杠9旋转，从而驱动精密滚珠丝杠副12在精密滚珠丝杠9上前后移动，带动双齿条驱动机构10的两齿条21运动。两齿条的运动驱动驱动齿轮22旋转和移动，从而带动与驱动齿轮22固定连接的活动机架前后移动和旋转。活动机架的运动又进一步带动了成型机架14和旋转部件8的前后运动和旋转。具体形式有以下三种。

所述精密滚珠丝杠9在伺服电机的输出转矩作用下等速同向旋转，经精密滚珠丝杠副12推动双齿条驱动机构10的两齿条21同时同向运动时，所述齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22沿精密滚珠丝杠9轴线方向前进或后退。所述驱动齿轮22带动活动机架与旋转部件8同步前进或后退，从而实现变截面辊弯成型的横向进给运动。

所述精密滚珠丝杠9在伺服电机的输出转矩作用下等速反向旋转，经精密滚珠丝杠副12推动双齿条驱动机构10的两齿条21同时反向运动时，所述齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22转动。所述驱动齿轮22与活动机架下底板固定连接，带动活动机架和旋转轴17随驱动齿轮22旋转。成型机架与活动机架固定连接，从而带动成型机架14旋转，实现变截面辊弯成型的辅助摆动运动。

所述精密滚珠丝杠9在伺服电机的输出转矩作用下不等速旋转，经精密滚珠丝杠副12推动双齿条驱动机构10的两齿条21差动时，所述齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22沿精密滚珠丝杠9轴线方向发生移动的同时绕旋转轴17发生转动。所述驱动齿轮22带动活动机架和成型机架14旋转，从而实现变截面辊弯成型的横向进给运动和辅助摆动运动的相互配合。

通过调整双齿条驱动机构10的工作方式，能实现变截面辊弯成型的横向进给、辅助摆动以及横向进给与辅助摆动的结合，从而实现变截面辊弯成型的三维调整。

所述旋转立板13的其中一侧端设置有圆弧形凹槽，该圆弧形的圆心与旋转轴17的轴线与两根成型轧辊轴18轴线的中心线的交点重合包括所述旋转轴的轴线与成型轧辊的轴线方向垂直(即旋转轴的17的轴线与位于两根成型轧辊轴18轴线中间位置的中心线的交点为该圆弧的圆心)，所述成型机架14中的导向滑块20通过螺钉固定在成型机架14的侧板上，并限定在上述圆弧形凹槽内。所述成型机架14位于所述活动机架两对称的旋转立板13的中部，连接在成型机架14侧板上的导向滑块20带动成型机架14沿旋转立板12侧面的圆弧形凹槽滑动，从而调整成型轧辊轴18的轴线与水平方向的夹角。这样设计的好处是可以根据板材成型过程中每一道次的受力来调整成型轧辊组与板材的角度，进而改善受力状况，提高辊弯成型产品的质量。该角度需要在成型之前根据实际产品的情况调整好，一旦调整到合适位置，就用螺钉将成型机架14与活动机架的旋转立板13固定连接。该角度在成型过程中，不再发生变化。所述成型机架14的上端有升降螺母机构19，所述升降螺母机构19与所述上轴承座固定连接，与所述成型机架14的顶板螺纹连接，用以根据加工板材的材料和厚度调整轧辊间的辊缝。辊缝一旦调整到合适位置，成型过程中将不再发生变化。

上述结构为该双齿条三维变截面成型机对称的两侧的机构取其一次进行说明的，另一侧机构的连接与运动与该侧相同。两侧的机构同时作用从而实现金属板材的双侧三维变截面成型。

通过以上对各个部件的说明，可以看到由各个部件的相互配合协作可以实现成型轧辊前后方向的直线运动和绕旋转轴转动，同时上下成型辊也在同步旋转。本发明也可以通过计算机程序控制伺服电机，从而控制轧辊沿成型轮廓的旋转。本发明能够根据设计的要求，通过双齿条联动驱动，在型材纵向方向上实现截面形状连续改变的板材双侧变截面成型，使冷弯成型型材具有更加合理的力学性能。下面举例说明本发明成型机的工作方式。

图7是利用本发明成型的板材轮廓曲线图。欲将变截面边从0度成型到80度。相邻两道次成型机架14间的距离为500mm。板材进料时两侧边进入同一道次左右两侧的成型轧辊。安装在成型机架14主轴上的伺服电机带动成型轧辊轴18转动，进而带动安装在成型轧辊轴18上的成型轧辊转动。成型轧辊通过摩擦带动板材前进。

在成型过程中精密滚珠丝杠副12推动双齿条21同时同向运动时，双齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22沿精密滚珠丝杠9轴线方向前进或后退。所述驱动齿轮22带动活动机架与旋转部件8同步前进或后退。精密滚珠丝杠副12推动双齿条21同时反向运动时，齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22带动活动机架绕旋转轴17转动，从而实现变截面辊弯成型的摆动。精密滚珠丝杠副12推动双齿条21差动运动时，齿条21与驱动齿轮22啮合并传递受力，推动驱动齿轮22沿精密滚珠丝杠9轴线方向发生移动的同时绕旋转轴17发生转动，带动活动机架和旋转机构8绕旋转轴17转动，从而实现变截面辊弯成型的横向进给运动和辅助摆动运动的相互配合。成型机双侧机构同时有上述作用，再加上板料的前进运动，共同实现板材的双侧三维变截面成型。

成型轧辊支架14沿板材横向的位移取决于板材轮廓形状和板材进料速度。如板材轮廓为二次曲线y＝ax²+bx+c的一部分，则板材在进料方向上每前进Δx，在横向成型轧辊支架14的进给增量为

与此同时，精密滚珠丝杠副12带动双齿条驱动机构10的驱动齿轮22旋转，从而带动成型机架14旋转。旋转的角度也与轧辊轮廓形状和板材进料速度有关。如上述二次曲线的板材轮廓，则板材在进料方向上每前进Δx，成型轧辊机架12的转角增量为Δθ＝arctan(2ax_n+1+b)-arctan(2ax_n+b)，将该角度增量除以齿轮半径转换为齿条应该行走的距离，并与横向进给增量Δy合成，得到左右精密滚珠丝杠副12实际应该行走的位移。通过板材的前进、轧辊沿板材横向的进给和轧辊沿成型轮廓的旋转三个运动的合成在型材纵向方向上实现截面形状的连续改变。

将板材变截面边从0度成型到80度，除设计专用辊型的轧辊外，考虑到成型件的具体情况，有可能需要使每一道次成型轧辊的轴线与水平方向成一定角度。导向滑块20通过螺钉固定在成型机架14，并使得成型机架14可以沿旋转立板13上的凹槽滑动，从而调整成型轧辊轴18的轴线与水平方向的夹角。在成型开始前，该角度要调整到所需的角度，然后用螺钉将成型机架14固定在旋转立板13上。在成型过程中，该角度不再改变。

板材通过某个道次进入下一个道次时，该道次的成型机重复前一道次成型机的动作，以保证成型过程的顺利进行，并在前一道次成型角度的基础上再成型10度角度。轧辊辊型不同保证了每道次成型机成型不同的角度和形状，但各道次成型机运动的成型轨迹相同，只是各道次成型运动的时间上按照空间的每道次之间的间隔距离延迟。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种双齿条三维变截面成型机，包括伺服电机，其特征在于，还包括固定机架、活动机架、成型机架、旋转部件以及齿条驱动机构，所述活动机架分别与固定机架以及成型机架连接，所述活动机架与旋转部件分别与齿条驱动机构连接，所述旋转部件与活动机架连接。

2.根据权利要求1所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，所述固定机架包括与地面连接的基准底板以及与基准底板连接的下导轨支撑座；所述活动机架包括下连接底板、两块旋转立板以及上连接顶板，所述两块旋转立板的下端分别与所述下连接底板连接，所述两块旋转立板的上端分别于所述上连接板连接。

3.根据权利要求2所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，所述成型机架包括顶板、底板、两侧板、上下对称的成型轧辊组件，所述两侧板的下端分别与底板连接，所述两侧板的上端分别与顶板连接，所述上下对称的成型轧辊组件与两侧板连接。

4.根据权利要求3所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，所述齿条驱动机构包括驱动齿轮与对称的两齿条，所述两齿条分别与所述驱动齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，所述旋转部件包括旋转轴和旋转机套，所述旋转轴的与旋转机套固定连接，并且旋转轴的下端与所述成型机架的下连接底板固定连接，所述旋转轴的上端与所述齿条驱动机构的驱动齿轮连接。

6.根据权利要求5所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，还包括两条精密滚珠丝杠副、两条上精密导轨副以及两条下精密导轨副，所述两条下精密导轨分别与下导轨支撑座连接，所述两条上精密导轨分别与旋转机套上表面连接，所述两块下精密导轨滑块分别与旋转机套下表面连接，所述两条上精密导轨滑块分别与两条精密滚珠丝杠副连接，所述齿条驱动机构的两齿条分别固定连接在所述两条精密滚珠丝杆副上。

7.根据权利要求6所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，所述成型轧辊组件包括上下对称的成型轧辊轴、上下对称的轴承座以及上下对称的成型轧辊，所述上下对称的轴承座与成型机架的侧板固定连接，所述上下对称的成型轧辊轴分别与上下对称的轴承座固定连接，所述上下对称的成型轧辊轴一端经减速器与伺服电机连接，另一端分别与成型轧辊连接。

8.根据权利要求7所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，还包括升降螺母组件，所述升降螺母组件与成型轧辊组件的上轴承座以及成型机架的顶板连接。

9.根据权利要求8所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，还包括上下对称的导向滑块，所述活动机架的其中一块旋转立板上设置有圆弧形凹槽，所述导向滑块设置在所述圆弧形凹槽内，所述导向滑块与所述成型轧辊支架的轴承座固定连接。

10.根据权利要求9所述的双齿条三维变截面成型机，其特征在于，包括左右对称的两套成型机构。