專利名稱：三維曲面輥壓成形裝置的制作方法
技術領域：
本發明公開了一種三維曲面輥壓成形裝置，涉及一種用于板類件曲面成形的塑性加工設備，屬于機械工程領域。
背景技術：
目前，三維曲面板類件的成形主要通過模具來實現。因為每一種工件都需要一套或數套模具才能完成，模具的設計、制造、安裝和調試需要消耗大量的人力、物力和時間。傳統的卷板成形裝置只能加工母線是直線的簡單曲面件，如柱形件和錐形件，很難加工三維曲面件。手工成形主要用于加工大尺寸、小批量的零件，但其成形質量差、生產效率低、勞動強度大。中國專利授權公告號CN100379501C、CN100398227C、CN100465993C和 CN100999000B分別公開了三維曲面柔性卷板裝置、使用可彎曲輥加工筒狀或棒狀三維工件的柔性成形裝置、帶有獨立驅動式子輥的三維曲面柔性卷板裝置以及使用可彎曲輥的三維曲面柔性成形裝置，這些裝置能夠實現三維曲面的柔性成形，但其傳遞的扭矩較小，只能成形厚度較小的板材。

發明內容
本發明的目的在于改變傳統卷板成形裝置只能成形二維曲面的加工方式，提供一種用于三維曲面連續成形的柔性成形裝置。與傳統的模具成形相比，其不僅能夠大大降低制造成本，還能夠提高生產效率以及實現柔性成形。本發明的三維曲面輥壓成形裝置借鑒了多點成形技術的柔性可變思想，將傳統卷板成形裝置的剛性直輥離散為若干短輥(工作輥)，使用這些工作輥來實現三維曲面板類件的輥壓成形。各個工作輥的高度可以在成形前通過計算機或手工調整，在成形過程中各個工作輥的高度保持不變；也可以在成形過程中通過計算機或手工實時地調整各個工作輥的高度。本發明的上述目的通過以下技術方案實現，結合


如下一種三維曲面輥壓成形裝置，主要由上部至少一排多個輥壓單元1、下部至少兩排多個輥壓單元1及機架2組成，每個輥壓單元1由工作輥9、工作輥驅動機構、工作輥高度調整機構及支撐體15構成，工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構安裝在支撐體15上；工作輥驅動機構由傳動軸16、錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副組成，傳動軸16 —端的空心軸接頭14與滑動軸13滑動聯接，滑動軸13通過錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副驅動工作輥9 轉動；工作輥9的高度由絲杠或螺紋傳動副組成的工作輥高度調整機構調整。可選地，工作輥9和蝸輪蝸桿傳動副通過工作輥支架11安裝在聯接板6上，聯接板6固定在調整體5上；與工作輥9同軸裝配的蝸輪8與蝸桿7相嚙合；工作輥9能繞蝸桿 7的圓心擺動。可選地，蝸輪蝸桿傳動副中的蝸桿7通過軸承10與聯接板6和工作輥支架11聯接，軸承10為滾動軸承或滑動軸承。可選地，滑動軸13采用方形截面或花鍵軸與空心軸接頭14滑動聯接。
可選地，工作輥9的輥面上裝有聚氨酯套17。可選地，工作輥支架11上安裝有兩個中間輥18和穿過一整排的長鋼絲軟軸19，工作輥9通過兩個中間輥18帶動鋼絲軟軸轉動。可選地，每個輥壓單元1的工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構各用一個電機帶動，或用一個加長蝸桿20帶動多個蝸輪8的方式，使用一個電機帶動一排多個工作輥驅動機構或工作輥高度調整機構。為了降低板材成形過程中所需模具的費用，以及改變傳統卷板成形裝置只能成形二維曲面的加工方式，本發明提供一種三維曲面輥壓成形裝置，主要由上部至少一排多個輥壓單元1、下部至少兩排多個輥壓單元1及機架2組成；每個輥壓單元1由工作輥9、工作輥驅動機構、工作輥高度調整機構及支撐體15構成，工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構安裝在支撐體15上；工作輥驅動機構由傳動軸16、錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副組成，傳動軸16—端的空心軸接頭14與滑動軸13滑動聯接，滑動軸13通過錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副驅動工作輥9轉動，從而完成板材的連續進給。工作輥9的高度由絲杠或螺紋傳動副組成的工作輥高度調整機構調整，工作輥高度調整機構能夠實現工作輥9的上下移動，從而使各個工作輥9達到所需要的高度。工作輥9和蝸輪蝸桿傳動副通過工作輥支架11安裝在聯接板6上，聯接板6固定在調整體5上；與工作輥9同軸裝配的蝸輪8與蝸桿7相嚙合；工作輥9能繞蝸桿7的圓心擺動，從而適應曲面的形狀的變化趨勢，使板材順利成形。蝸輪蝸桿傳動副中的蝸桿7通過軸承10與聯接板6和工作輥支架11聯接，軸承 10為滾動軸承或滑動軸承。當軸承10采用滑動軸承時，滑動軸承與蝸桿7間隙配合，從而保證工作輥支架11、蝸桿7和工作輥9順利轉動及擺動。滑動軸13采用方形截面或花鍵軸與空心軸接頭14滑動聯接。工作輥9的輥面上裝有聚氨酯套17，聚氨酯套17的使用能夠減小板材在輥壓成形過程中產生的壓痕和折線。工作輥支架11上安裝有兩個中間輥18和穿過一整排的長鋼絲軟軸19，工作輥9通過兩個中間輥18帶動鋼絲軟軸轉動。在使用鋼絲軟軸輥壓板材時，可以對鋼絲軟軸的外表面進行磨削，從而抑制板材表面上的劃痕。鋼絲軟軸的使用能夠進一步實現圓滑的三維曲面柔性成形。每個輥壓單元1的工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構各用一個電機帶動，或用一個加長蝸桿20帶動多個蝸輪8的方式，使用一個電機帶動一排多個工作輥驅動機構或工作輥高度調整機構，從而降低其制造成本。技術效果三維曲面輥壓成形裝置借鑒了多點成形技術的柔性可變思想，將傳統卷板成形裝置的剛性直輥離散為若干短輥(工作輥)，使用這些工作輥實現三維曲面板類件的輥壓成形。該裝置可以實現三維曲面板類件的高效、連續成形；與傳統模具成形相比，不用設計、制造和調試模具，可以節省大量的人力、物力和時間。該裝置能夠改變傳統卷板成形裝置只能成形二維曲面的加工方式，提供一種用于三維曲面連續成形的新型柔性成形裝置，與公開的三維曲面柔性卷板裝置、使用可彎曲輥加工筒狀或棒狀三維工件的柔性成形裝置、帶有獨立驅動式子輥的三維曲面柔性卷板裝置以及使用可彎曲輥的三維曲面柔性成形裝置等專利相比，顯著增加傳遞的扭矩，可以成形厚度較大的板材。

圖1三維曲面輥壓成形裝置的核心部分示意圖。
圖2輥壓單元結構圖，其中，圖2(a)是三維視圖，圖2(b)是剖視圖。圖3工作輥擺動示意圖。圖4采用滾動軸承的輥壓單元示意圖。圖5采用滑動軸承的輥壓單元示意圖。圖6空心軸接頭示意圖，其中，圖6(a)是正視圖，圖6(b)是A-A截面視圖。圖7方形截面滑動軸示意圖，其中，圖7(a)是正視圖，圖7(b)是A向視圖，圖7 (c) 是B向視圖。圖8加聚氨酯套的工作輥示意圖，其中，圖8(a)是正視圖，圖8(b)是A-A截面視圖。圖9工作輥通過兩個中間輥帶動長鋼絲軟軸轉動的示意圖，其中，圖9(a)是正視圖，圖9(b)是截面圖。圖10三維曲面輥壓成形裝置示意圖。圖中，1.輥壓單元，2.機架，3.活動橫梁，4.螺桿，5.調整體，6.聯接板，7.蝸桿， 8.蝸輪，9.工作輥，10.軸承，11.工作輥支架，12.錐齒輪，13.滑動軸，14.空心軸接頭， 15.支撐體，16.傳動軸，17.聚氨酯套，18.中間輥，19.長鋼絲軟軸，20.加長蝸桿。
具體實施例方式下面結合附圖所示實施例進一步說明本發明的具體內容和工作過程。圖1是三維曲面輥壓成形裝置的核心部分示意圖。該圖的上部布置一排9個輥壓單元1，下部平行布置兩排各10個輥壓單元1。當然，上部可以布置兩排或多排輥壓單元1 ； 下部布置的輥壓單元1的排數通常要比上部多一排。根據所要加工的三維曲面的形狀，首先，通過計算機或手工調整各個輥壓單元1中的工作輥9的高度，從而使工作輥9排列成所需要的曲線；其次，通過調整活動橫梁3的高度產生一定的下壓量，其效果是上部的工作輥 9下壓板材，并在兩排下部工作輥9的共同作用下，使板材產生局部變形；最后，在工作輥驅動機構作用下轉動工作輥9，實現板材的連續進給及成形。當然，作為另一種工作方式，三維曲面輥壓成形裝置也可以在成形過程中通過計算機或手工實時地調整各個工作輥9的高度，從而使工作輥9排列成所需要的曲線，在下壓機構和工作輥驅動機構作用下，實現板材的成形及進給。圖2是輥壓單元結構圖。輥壓單元1是三維曲面輥壓成形裝置的核心部件，其主要完成工作輥9的上下移動、轉動和擺動。首先，工作輥高度調整機構通過旋轉螺桿4帶動調整體5沿支撐體15上下移動；調整體5帶動聯接板6、工作輥9、滑動軸13等上下移動， 使各個工作輥9達到所需要的高度。其次，工作輥驅動機構通過傳動軸16 —端的空心軸接頭14帶動滑動軸13轉動，滑動軸13帶動錐齒輪12、蝸輪8、蝸桿7與工作輥9轉動，從而完成工作輥9的轉動功能；蝸輪8和工作輥9安裝在工作輥支架11上，順應曲面的形狀的變化趨勢而擺動，從而使板材順利成形。圖3是工作輥擺動示意圖，工作輥9可以繞蝸桿7的圓心擺動。圖4是采用滾動軸承的輥壓單元示意圖。軸承10采用滾動軸承時，兩個滾動軸承安裝在蝸桿7和工作輥支架11之間，另外兩個滾動軸承安裝在蝸桿7和聯接板6之間；在輥壓板材時，工作輥9可以通過滾動軸承沿蝸桿7的圓心擺動。
圖5是采用滑動軸承的輥壓單元示意圖。四個滑動軸承與蝸桿7間隙配合，從而保證工作輥9順利轉動及擺動。圖6是空心軸接頭示意圖。空心軸接頭14具有方形孔，其目的是與滑動軸13的方形截面相配合，從而傳遞轉矩；在工作輥9上下移動時，滑動軸13會同時沿空心軸接頭 14的方形孔上下移動。可以想到的是，滑動軸13可以為花鍵軸或其它截面形狀。圖7是方形截面滑動軸示意圖。滑動軸13具有方形截面，可以與空心軸接頭14 的方形孔相配合，從而傳遞轉矩。圖8是加聚氨酯套的工作輥示意圖。由于各個工作輥9之間不連續，在輥壓厚度較小的板材時，會在板材的表面產生壓痕和折線；工作輥9的輥面安裝聚氨酯套17，可以抑制壓痕和折線。圖9是工作輥通過中間輥帶動長鋼絲軟軸轉動的示意圖。為了解決 各個工作輥9 之間不連續的問題，可以在每個工作輥支架11上安裝兩個中間輥18，再將長鋼絲軟軸19安裝在工作輥支架11上。各個工作輥9帶動中間輥18轉動，并通過中間輥18和長鋼絲軟軸 19之間的摩擦力帶動鋼絲軟軸轉動，由鋼絲軟軸來輥壓板材。可以對鋼絲軟軸的外表面進行磨削來進一步抑制板材表面的劃痕。圖10是三維曲面輥壓成形裝置示意圖。該裝置采用三個加長蝸桿20，一個加長蝸桿帶動一排多個蝸輪轉動，經蝸輪帶動各輥壓單元1的驅動機構，實現工作輥9的轉動。每個加長蝸桿20可以各用一個電機帶動；也可以使用一個電機采用同步帶或鏈條傳動機構， 同時帶動三個加長蝸桿20，從而減少電機的數量，降低制造成本。當然，也可以設置上下兩個活動橫梁3，通過絲杠調整上下活動橫梁3的高度，實現板材的柔性成形。
權利要求
1.一種三維曲面輥壓成形裝置，主要由上部至少一排多個輥壓單元(1)、下部至少兩排多個輥壓單元(1)及機架( 組成，其特征在于，所述的每個輥壓單元(1)由工作輥(9)、 工作輥驅動機構、工作輥高度調整機構及支撐體(15)構成，工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構安裝在支撐體(15)上；工作輥驅動機構由傳動軸(16)、錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副組成，傳動軸(16) —端的空心軸接頭(14)與滑動軸(1 滑動聯接，滑動軸(13)通過錐齒輪傳動副和蝸輪蝸桿傳動副驅動工作輥(9)轉動；工作輥(9)的高度由絲杠或螺紋傳動副組成的工作輥高度調整機構調整。
2.根據權利要求1所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的工作輥(9)和蝸輪蝸桿傳動副通過工作輥支架(11)安裝在聯接板(6)上，聯接板(6)固定在調整體(5) 上；與工作輥(9)同軸裝配的蝸輪(8)與蝸桿(7)相嚙合；工作輥(9)能繞蝸桿(7)的圓心擺動。
3.根據權利要求1或2所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的蝸輪蝸桿傳動副中的蝸桿(7)通過軸承(10)與聯接板(6)和工作輥支架(11)聯接，軸承(10)為滾動軸承或滑動軸承。
4.根據權利要求1所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的滑動軸(13)采用方形截面或花鍵軸與空心軸接頭(14)滑動聯接。
5.根據權利要求1所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的工作輥(9)的輥面上裝有聚氨酯套(17)。
6.根據權利要求2所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的工作輥支架 (11)上安裝有兩個中間輥(18)和穿過一整排的長鋼絲軟軸(19)，工作輥(9)通過兩個中間輥(18)帶動鋼絲軟軸轉動。
7.根據權利要求1所述的三維曲面輥壓成形裝置，其特征在于，所述的每個輥壓單元 (1)的工作輥驅動機構和工作輥高度調整機構各用一個電機帶動，或用一個加長蝸桿00) 帶動多個蝸輪(8)的方式，使用一個電機帶動一排多個工作輥驅動機構或工作輥高度調整機構。
全文摘要
本發明公開了一種三維曲面輥壓成形裝置，涉及一種用于板類件曲面成形的塑性加工設備，屬于機械工程領域。該裝置主要由上部至少一排多個輥壓單元(1)、下部至少兩排多個輥壓單元(1)及機架(2)組成；其每個輥壓單元(1)由工作輥(9)、工作輥驅動機構、工作輥高度調整機構及支撐體(15)構成；工作輥驅動機構由傳動軸(16)、錐齒輪傳動副、蝸輪蝸桿傳動副組成，工作輥高度調整機構由絲杠或螺紋傳動副組成。三維曲面輥壓成形裝置能夠改變傳統模具成形板材的加工方式以及傳統卷板成形裝置只能加工二維曲面的加工方式，提供一種高效、連續的三維曲面柔性成形裝置。
文檔編號B21D11/20GK102151732SQ201010603060
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者馮朋曉, 李明哲, 胡志清, 隋振, 韓奇鋼, 龔學鵬 申請人:吉林大學