专利名称：切边圆盘剪重叠量调整装置的制造方法和装配工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金行业的精整设备领域，特别是金属板带精整作业线中用于切边圆 盘剪重叠量调整装置及制造方法和装配工艺。
背景技术：
切边圆盘剪是广泛应用于金属板带精整作业线(重卷、纵剪、拉矫、酸洗等机组)的 关键性核心设备之一。实践表明，影响圆盘剪剪切质量(如卷取后抚摸端面无毛刺，上下两 面抚摸手感基本一致，无压痕等)与带材跑偏的关键因素之一是圆盘剪操作侧本体与传动 侧本体重叠量调整的一致性，即重叠量调整精度的问题。高精度切边圆盘剪重叠量调整精 度(如单侧重叠量精度控制在士0. 03mm以内，其中机械调整精度要求控制在士0. 02mm以 内，能有效降低毛刺、弯钩或跑偏现象的发生)与机械设计合理性、设备结构合理性、公差 分配合理性、机械制造精度与工艺的合理性、装配方法的科学性、以及与电气控制精度等有 关。本发明所提出的加工工艺，特别是偏心套加工工艺的科学性、独特的偏心齿轮结构、科 学的偏心套装配工艺及偏心齿轮的装配工艺等可以有效解决高精度切边圆盘剪的重叠量 的调整精度问题。而加工工艺与装配工艺正是我们国家现在所没有掌握的。
发明内容
本发明的目的是提供一种切边圆盘剪重叠量调整装置及制造方法和装配工艺，它 的初始调整简单、加工工艺重复性好、调整精度高。本发明的目的是这样实现的，设计一种切边圆盘剪重叠量调整装置，其特征是齿 轮马达的一端出轴安装有绝对值编码器，用于输出齿轮马达转动角度值；扭矩限制器把齿 轮马达的另一端出轴与主动齿轮连接在一起，实现动力的传递；主动齿轮与下偏心主齿轮 啮合，下偏心副齿轮把合在下偏心主齿轮的几何中心轴上，使下偏心副齿轮与下偏心主齿 轮同心同轴，下偏心副齿轮与下偏心主齿轮同模同齿，相互错位，使下偏心副齿轮与下偏心 主齿轮和上偏心齿轮啮合时，消除正反转动时齿轮的间隔；上偏心齿轮通过螺钉与上刀轴 组件把合安装；下偏心主齿轮通过螺钉与下刀轴组件把合安装。所述的上刀轴组件包括上偏心套、上刀轴、机架、圆盘刀片、前支撑圆柱轴承、后支 撑圆柱轴承及端面轴承；上偏心齿轮通过螺钉与把合在上刀轴组件中的上偏心套外侧，上 刀轴通过前支撑圆柱轴承、后支撑圆柱轴承与端面轴承支承安装在上偏心套内，上刀轴外 端安装有圆盘刀片；以外圆定心的上偏心套装配在机架的上机架孔中。所述的下刀轴组件包括下刀轴、下偏心套、机架、圆盘刀片、前支撑圆柱轴承、后支 撑圆柱轴承及端面轴承；下偏心主齿轮通过螺钉把合在下刀轴组件中的下偏心套外侧，下 刀轴通过下刀轴组件中的前支撑圆柱轴承、后支撑圆柱轴承与端面轴承支承安装在下偏心套内，下刀轴外端安装有圆盘刀片；以外圆定心的下偏心套装配在机架的下机架孔中。所述的下偏心副齿轮与下偏心主齿轮二者相互错位量在0. 25mm以内。切边圆盘剪重叠量调整装置中的上偏心套与下偏心套的加工工艺流程图依据下 面的工艺方法进行
1、热处理工序包括如下过程
a.消除锻造应力，细化金属组织结构，锻造后进行正火处理；
b.提高零件综合机械性能，消除粗加工应力，并调质处理，为氮化处理作好组织准备；
c.消除粗加工应力，防止零件变形，稳定组织结构，在精加工前安排稳定化时效处理；
d.零件精加工前氮化处理；
2、零件两端面经过三次平面磨削，保证精确的找正基准，最终保证零件的加工精度； 在零件孔粗精磨前后及零件精镗孔前各进行一次端面磨削，即共进行三次端面磨削，
每次磨削都要确定基准端面，各次磨削后检查零件两端面的平行度误差并须严格达到设计 保证值；
3、零件氮化处理前，内外圆必须进行半精磨削；半精磨削须留有适当的加工余量，保证 氮化层深度和下道工序消除氮化处理产生变形而保证的必须磨削量；
粗精磨孔时必须用千分表找正基准，基准端面跳动的误差必须得到控制，并与相应的 内孔端面必须一次磨出；
4、粗精磨外圆必须用专用的偏心套芯轴进行磨削；偏心套芯轴外圆与偏心套孔的合理 配合间隙务必得到控制，芯轴配合表面镀硬铬；
芯轴外圆精磨后在磨床上用千分表检验芯轴外圆的母线，保证两对中心孔的平行度要
求；
本工序是保证圆盘剪上下偏心套精调重叠量保持同步性的要求； 检测偏心套的偏心量误差，并将上偏心套与下偏心套进行配对，要求配对装配的上下 偏心套的偏心量误差必须一致；如误差没有达到要求，报废，重新制造，如误差达到要求，入 库待装配。所述的偏心量的误差用下式计算
式中u —偏心量的误差，单位是mm; E~偏心量的设计值，单位是mm ； xP力一偏心套偏心孔的中心坐标值，单位是mm ； ^，^一偏心套外圆的中心坐标值，单位是mm。本发明的优点是由于下偏心副齿轮与下偏心主齿轮同模同齿，相互错位，使下偏 心副齿轮与下偏心主齿轮和上偏心齿轮啮合时，彻底消除了由于上、下偏心齿轮之间的齿 侧间隙对重叠量调整精度的影响，并且将重叠量的调整精度至少提高了 0.01mm以上。而 切边圆盘剪在整体装配时确保上偏心套与下偏心套的偏心准确位于初始的90°相位；将 上偏心齿轮用螺钉把合在上刀轴组件中上偏心套的外端，确认上偏心齿轮的齿槽中心线与 偏心连线的一致重合，同时将上偏心齿轮与上偏心套用定位销进行定位处理；下偏心主齿 轮用螺钉把合在下刀轴组件中下偏心套的外端，确认下偏心主齿轮的齿顶中心线与下偏心套的偏心连线的一致对应；将下偏心主齿轮与上偏心齿轮的齿侧向一侧并紧，即将齿侧间 隙消除到一对相互啮合的渐开线齿廓的另一侧，同时将下偏心主齿轮与下偏心套用定位销 进行定位处理；将下偏心副齿轮用螺钉把合在与其几何同心连接的下偏心主齿轮的齿轮轴 上；将与下偏心主齿轮的位于上偏心齿轮的同一齿槽下偏心副齿轮的渐开线齿廓向上偏心 齿轮的齿侧的另一侧并紧；最后将下偏心副齿轮与下偏心主齿轮用定位销进行定位处理， 在保证上述装配精度的情况下，又由于主动齿轮与下偏心主齿轮之间的齿侧间隙对于齿轮 马达在旋转方向改变时的空行程的大小符合线性关系，因此可以直接测出主动齿轮与下偏 心主齿轮之间的齿侧间隙通过对电气控制系统进行补偿即可达到精确控制重叠量调整的 目的。
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。图1是圆盘剪重叠量调整机构的原理示意图； 图2是图1中的上刀轴组件图3是图1中的下刀轴组件图； 图4是上偏心齿轮与下偏心主齿轮传动关系图； 图5是上偏心齿轮与下偏心副齿轮传动关系图； 图6是下偏心主齿轮与副齿轮的联结关系图； 图7是上偏心套结构示意图； 图8是下偏心套结构示意图； 图9是上、下偏心套的偏心量误差检测原理图； 图10是上、下偏心套组装原理示意图。图中1、上偏心套；2、上刀轴；3、下刀轴；4、下偏心套；5、下偏心主齿轮；6、主动 齿轮；7、扭矩限制器；8、齿轮马达；9、绝对值编码器；10、下偏心副齿轮；11、上偏心齿轮； 12、机架；13、圆盘刀片；14、前支撑圆柱轴承；15、后支撑圆柱轴承；16、端面轴承。
具体实施例方式如图1是圆盘剪重叠量调整机构的原理示意图，重叠量调整较普遍采用的方式是 偏心套结构。齿轮马达8的一端出轴安装有绝对值编码器9，用于输出齿轮马达转动角度 值。扭矩限制器7把齿轮马达8的另一端出轴与主动齿轮6连接在一起，实现动力的传递。 主动齿轮6与下偏心主齿轮5啮合，下偏心副齿轮10安装在下偏心主齿轮5的几何中心轴 上，即用螺钉将下偏心副齿轮10把合在下偏心主齿轮5的几何中心轴上。下偏心副齿轮10 与下偏心主齿轮5的相背齿侧同时与上偏心齿轮11啮合。上偏心齿轮11通过螺钉与上刀 轴组件把合安装；下偏心主齿轮5通过螺钉与下刀轴组件把合安装。如图2所示，给出图1中的上刀轴组件图；上刀轴组件包括上偏心套1、上刀轴2、 机架12、圆盘刀片13、前支撑圆柱轴承14、后支撑圆柱轴承15及端面轴承16。从图中可以 看出上偏心齿轮11通过螺钉与把合在上刀轴组件中的上偏心套1外侧，上刀轴2通过前支 撑圆柱轴承14、后支撑圆柱轴承15与端面轴承16支承安装在上偏心套1内，上刀轴2外端 安装有圆盘刀片13。以外圆定心的上偏心套1装配在机架12的上机架孔中。
如图3所示，给出图1中的下刀轴组件图；下刀轴组件包括下刀轴3、下偏心套4、 机架12、圆盘刀片13、前支撑圆柱轴承14、后支撑圆柱轴承15及端面轴承16。同样从图中 可以看出下偏心主齿轮5通过螺钉把合在下刀轴组件中的下偏心套4外侧，下刀轴3通过 下刀轴组件中的前支撑圆柱轴承14、后支撑圆柱轴承15与端面轴承16支承安装在下偏心 套4内，下刀轴3外端安装有圆盘刀片13。以外圆定心的下偏心套4装配在机架12的下机 架孔中。重叠量调整时，齿轮马达8正向或反向旋转，上、下刀轴的轴心分别以上、下偏心 套的外圆中心，并与两偏心套外圆中心连线的中心所作的垂直于该连线的直线对称的正向 或反向旋转，达到调整上刀轴2与下刀轴3中心距的目的，这样也就调整了两刀片的重叠量。如图4所示是上偏心齿轮与下偏心主齿轮传动关系图；如图5所示是上偏心齿轮 与下偏心副齿轮传动关系图；切边圆盘剪在装配时首先按照图11进行上偏心套1与下偏心 套4在机架12上、下孔中的组装，并且确保上偏心套1与下偏心套4的偏心准确位于初始 的90°相位。将上偏心齿轮11用螺钉把合在上刀轴组件中上偏心套1的外端，确认上偏心 齿轮11的齿槽中心线与偏心连线的一致重合，同时将上偏心齿轮11与上偏心套1用定位 销进行定位处理；下偏心主齿轮5用螺钉把合在下刀轴组件中下偏心套4的外端，确认下偏 心主齿轮5的齿顶中心线与下偏心套4的偏心连线的一致对应。将下偏心主齿轮5与上偏 心齿轮11的齿侧向一侧并紧，即将齿侧间隙消除到一对相互啮合的渐开线齿廓的另一侧， 同时将下偏心主齿轮5与下偏心套4用定位销进行定位处理。如图6所示是下偏心主齿轮与副齿轮的联结关系图；对下偏心齿轮采用独特的正 负齿轮结构，目的是在装配时有效消除相互啮合的上下偏心齿轮之间齿侧间隙。将下偏心 副齿轮10用螺钉把合在与其几何同心连接的下偏心主齿轮5的齿轮轴上。将与下偏心主 齿轮5的位于上偏心齿轮11的同一齿槽下偏心副齿轮10的渐开线齿廓向上偏心齿轮11 的齿侧的另一侧并紧；最后将下偏心副齿轮10与下偏心主齿轮5用定位销进行定位处理。如图6所示的下偏心主齿轮与副齿轮的联结关系可以保证上下偏心齿轮在传动 时为零侧隙啮合传动。由于上下偏心齿轮之间的齿侧间隙对重叠量的影响是非线性关系，目前尚没有明 确的数学关系式可以描述二者之间的关系。通过对下偏心齿轮进行结构改进，彻底消除了 由于上、下偏心齿轮之间的齿侧间隙对重叠量调整精度的影响，并且将重叠量的调整精度 至少提高了 0. 01mm以上。在保证装配精度的情况下，由于主动齿轮6与下偏心主齿轮5之 间的齿侧间隙对于齿轮马达在旋转方向改变时的空行程的大小符合线性关系，因此可以直 接测出主动齿轮6与下偏心主齿轮5之间的齿侧间隙通过对电气控制系统进行补偿即可达 到精确控制重叠量调整的目的。如图7与图8是上偏心套1和下偏心套4的结构示意图，重叠量的调整精度与偏 心套的制造精度紧密相关，在进行偏心套的工程设计与制造时，偏心套的前后安装圆柱轴 承孔的同轴度必须保证在一定范围内；偏心量e的制造偏差控制在一定范围内；偏心套的 前后端面及安装圆柱轴承的端面的端面跳动必须控制在一定范围内；偏心套的旋转面与安 装圆柱轴承孔的同轴度必须控制在一定范围内；偏心套与机架孔的配合间隙必须控制在合 理范围内；偏心套的旋转面及机架孔的配合面的表面光洁度控制在一定范围内。
切边圆盘剪在装配时首先进行上偏心套1与下偏心套4在机架12上、下孔中的组 装，并且确保上偏心套1与下偏心套4的偏心准确位于初始的90°相位；将上偏心齿轮11 用螺钉把合在上刀轴组件中上偏心套1的外端，确认上偏心齿轮11的齿槽中心线与偏心连 线的一致重合，同时将上偏心齿轮11与上偏心套1用定位销进行定位处理；下偏心主齿轮 5用螺钉把合在下刀轴组件中下偏心套4的外端，确认下偏心主齿轮5的齿顶中心线与下偏 心套4的偏心连线的一致对应；将下偏心主齿轮5与上偏心齿轮11的齿侧向一侧并紧，即 将齿侧间隙消除到一对相互啮合的渐开线齿廓的另一侧，同时将下偏心主齿轮5与下偏心 套4用定位销进行定位处理；将下偏心副齿轮10用螺钉把合在与其几何同心连接的下偏心 主齿轮5的齿轮轴上；将与下偏心主齿轮5的位于上偏心齿轮11的同一齿槽下偏心副齿轮 10的渐开线齿廓向上偏心齿轮11的齿侧的另一侧并紧；最后将下偏心副齿轮10与下偏心 主齿轮5用定位销进行定位处理。本发明实施例中制造偏心套必须依据下面的工艺方法进行， 首先合理安排热处理工序，包括如下过程
1).消除锻造应力，细化金属组织结构，锻造后进行正火处理；
2).提高零件综合机械性能，消除粗加工应力，并调质处理，为氮化处理作好组织准
备；
3).消除粗加工应力，防止零件变形，稳定组织结构，在精加工前安排稳定化时效处
理；
4).零件精加工前氮化处理。其次，零件两端面经过三次平面磨削，保证精确的找正基准，最终保证零件的加工 精度；
在零件孔粗精磨前后及零件精镗孔前各进行一次端面磨削(即共进行三次端面磨削)， 每次磨削都要确定基准端面，各次磨削后检查零件两端面的平行度误差并须严格达到设计 保证值；
再次，零件氮化处理前，内外圆必须进行半精磨削。半精磨削须留有适当的加工余量， 保证氮化层深度和下道工序消除氮化处理产生变形而保证的必须磨削量；
粗精磨孔时必须用千分表找正基准，基准端面跳动的误差必须得到控制，并与相应的 内孔端面必须一次磨出；
最后，粗精磨外圆必须用专用的偏心套芯轴进行磨削。偏心套芯轴外圆与偏心套孔的 合理配合间隙务必得到控制，芯轴配合表面镀硬铬；
芯轴外圆精磨后在磨床上用千分表检验芯轴外圆的母线，保证两对中心孔的平行度要
求；
这道工序是保证圆盘剪上下偏心套精调重叠量保持同步性的要求。如图9是上、下偏心套误差检测验原理图，偏心套制造完毕，必须采用坐标测量 (如数控龙门铣床、数控镗铣床等)装置对偏心套的偏心量误差进行检验。偏心量的误差用下式计算
e—偏心量的设计值，mm ；
力一偏心套偏心孔的中心坐标值，讓； x2，一偏心套外圆的中心坐标值，mm。如图10是上、下偏心套组装原理示意图，装配精度的高低是影响重叠量调整精度 的重要因素。假设装配完毕的偏心套在机架中，下偏心套的偏心连线与机架孔上下孔连线 严格重合，而上偏心套的偏心连线与机架孔上下孔连线有一夹角A，那么重叠量调整的数 学模型，修正为下式
A =4>_{H+e[cosa+COs ( a) ]}(2)
上下刀轴的中心距离Z为
L=H+e[cos a +cos ( a )](3)
结合式(2)与式(3)，装配误差J3对重叠量精度的影响符合余弦函数的传递规律，随着 偏心套的旋转角度a从0°到90°的运动变化，装配误差A对重叠量精度的影响越来越 大，在一定条件下，这种影响可能放大至100倍。因此偏心套装配精确性至关重要。为消除 装配误差3对重叠量精度的影响，必须采用科学的装配工艺。定义偏心套的偏心孔与外圆中心孔的连线与机架上下中心孔连线相互垂直的位 置为安装起始位置(即图10所示的90°相位位置)。这样，同样的装配误差，对重叠量的影 响偏心套旋转到0°相位时将降低为其在90°相位的1%左右。这样从装配上大大提高了
重叠量的精度。本发明针对目前国内生产的冷轧板带材切边圆盘剪在生产应用中存在的重叠量 调整精度低、自动化程度低等问题，采用了双偏心机构，独特的正负齿轮消隙机构，科学的 偏心套工程设计与制造工艺以及科学的偏心套装配工艺与偏心齿轮的装配方法，具有调整 精度高，性能稳定，适用于高质量板带材(如精整硅钢板、汽车板等)剪切的要求。
权利要求
切边圆盘剪重叠量调整装置的制造方法和装配工艺，其特征是切边圆盘剪重叠量调整装置中的上偏心套(1)与下偏心套(4)的加工工艺流程图依据下面的工艺方法进行，1)、热处理工序，包括如下过程a．消除锻造应力，细化金属组织结构，锻造后进行正火处理；b．提高零件综合机械性能，消除粗加工应力，并调质处理，为氮化处理作好组织准备；c．消除粗加工应力，防止零件变形，稳定组织结构，在精加工前安排稳定化时效处理；d．零件精加工前氮化处理；2)、零件两端面经过三次平面磨削，保证精确的找正基准，最终保证零件的加工精度；在零件孔粗精磨前后及零件精镗孔前各进行一次端面磨削，即共进行三次端面磨削，每次磨削都要确定基准端面，各次磨削后检查零件两端面的平行度误差应严格达到设计保证值；3)、零件氮化处理前，内外圆应进行半精磨削；半精磨削须留有加工余量，保证氮化层深度和下道工序消除氮化处理产生变形，而保证的必须磨削量；粗精磨孔时须用千分表找正基准，基准端面跳动的误差须得到控制，并与相应的内孔端面一次磨出；4)、粗精磨外圆须用专用的偏心套芯轴进行磨削；偏心套芯轴外圆与偏心套孔的合理配合间隙应得到控制，芯轴配合表面镀硬铬；芯轴外圆精磨后在磨床上用千分表检验芯轴外圆的母线，保证两对中心孔的平行度要求；本工序是保证圆盘剪上下偏心套精调重叠量保持同步性的要求；检测偏心套的偏心量误差，并将上偏心套与下偏心套进行配对，要求配对装配的上下偏心套的偏心量误差须一致；如误差没有达到要求，报废，重新制造，如误差达到要求，入库待装配。
2.根据权利要求1所述的切边圆盘剪重叠量调整装置的制造方法和装配工艺，其特征 是所述的偏心量的误差用下式计算 式中Zk■—偏心量的误差，单位是mm; e—偏心量的设计值，单位是mm ；力一偏心套偏心孔的中心坐标值，单位是mm ； ^，^一偏心套外圆的中心坐标值，单位是mm。
3.根据权利要求1所述的切边圆盘剪重叠量调整装置的制造方法和装配工艺，其装配工艺是切边圆盘剪在装配时首先进行上偏心套(1)与下偏心套(4)在机架(12)上、下孔中的组装，并且确保上偏心套(1)与下偏心套(4)的偏心准确位于初始的90°相位；将上偏心齿轮(11)用螺钉把合在上刀轴组件中上偏心套(1)的外端，确认上偏心齿轮(11)的齿槽中心线与偏心连线的一致重合，同时将上偏心齿轮(11)与上偏心套(1)用定位销进行定位处理；下偏心主齿轮(5)用螺钉把合在下刀轴组件中下偏心套(4)的外端，确认下偏心主齿轮(5)的齿顶中心线与下偏心套(4)的偏心连线的一致对应；将下偏心主齿轮(5)与上偏心齿轮(11)的齿侧向一侧并紧，即将齿侧间隙消除到一对相互啮合的渐开线齿廓的另一侧，同时将下偏心主齿轮(5)与下偏心套(4)用定位销进行定位处理；将下偏心副齿轮(10)用螺 钉把合在与其几何同心连接的下偏心主齿轮(5)的齿轮轴上；将与下偏心主齿轮(5)的位 于上偏心齿轮(11)的同一齿槽下偏心副齿轮(10)的渐开线齿廓向上偏心齿轮(11)的齿侧 的另一侧并紧；最后将下偏心副齿轮(10)与下偏心主齿轮(5)用定位销进行定位处理。
全文摘要
本发明属于冶金行业的精整设备领域，特别是金属板带精整作业线中用于切边圆盘剪重叠量调整装置及制造方法和装配工艺，其特征是齿轮马达的一端出轴安装有绝对值编码器；齿轮马达的另一端出轴通过扭矩限制器与主动齿轮连接，主动齿轮与下偏心主齿轮啮合，下偏心副齿轮把合在下偏心主齿轮的几何中心轴上，下偏心副齿轮与下偏心主齿轮同模同齿，相互错位；上偏心齿轮通过螺钉与上刀轴组件把合安装；下偏心主齿轮通过螺钉与下刀轴组件把合安装。它的初始调整简单、加工工艺重复性好、调整精度高。
文档编号B23P21/00GK101862938SQ201010134480
公开日2010年10月20日 申请日期2008年1月20日 优先权日2008年1月20日
发明者任玉成, 周德奇, 张勇安, 景群平, 王社昌 申请人:中国重型机械研究院