专利名称：数控镦锻实验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及实验机，本发明尤其涉及数控镦锻实验机。
背景技术：
大型曲轴、船用尾轴、风机增速轴等大型锻件镦锻成形加工工艺难度大、成本高。 不合理的成形工艺将导致锻件质量问题，甚至报废，造成巨大的经济浪费。因此，投产前必 须进行工艺实验。基于相似准则的比例模拟工艺实验具有可信度高、实验周期短、成本低、 安全可靠等优点，是进行大型曲轴、船用尾轴、风机增速轴等大型锻件镦锻成形加工工艺实 验与验证的有效方法。大型曲轴、船用尾轴、风机增速轴等大型锻件镦锻成形加工比例模拟 工艺实验对实验设备有如下功能要求(1)三轴联动控制；(2)可任意设定每轴的速度_时 间曲线；(3)成形载荷、位移随时间变化关系记录存储。目前，国内外尚无类似的镦锻实验 机。大型曲轴等锻件的镦锻工艺试验或以成本高昂的生产实践代替，或通过在通用压力机 上辅以简单工艺装置实现，二者均难以满足镦锻工艺研究之需，如精确测量载荷-行程曲 线、任意精确位置中止或继续试验等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有镦锻工艺试验技术的不足，提供一种对大型曲轴、船 用尾轴、风机增速轴等大型锻件镦锻成形加工工艺进行比例模拟实验，可以高效、低成本地 试验研究或验证镦锻成形工艺及模具设计的数控镦锻实验机。本发明的数控镦锻实验机，它包括工控机和实验机主机，所述实验机主机包括实 验机床身和水平安装在所述的实验机床身上并且彼此之间呈丄形布置的左、右、纵三轴可 联动数控的传动装置，其中，横向的左、右传动装置的轴线重合，右传动装置与纵传动装置 结构相同，所述的右传动装置和纵传动装置均包括步进电机，所述的步进电机通过鼓形齿 联轴器与安装在止推轴承座上的传动轴的右部相连，传动轴上的法兰与安装在径向轴承座 上的传感器座筒的右端面通过螺钉连接并且传动轴上的法兰和传感器座筒右端面间设置 有间隙，传动轴的左部与传感器座筒通过键连接，所述的传感器座筒内装有载荷传感器，所 述的载荷传感器的两端面分别与传动轴的左端面以及传感器座筒的筒底相贴合，传感器座 筒的左部轴头通过联轴套、键和销与滚珠丝杠的轴头连接并且传感器座筒的左部轴头的端 面与滚珠丝杠轴头端面相贴合，所述的滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母构成螺旋传动副，所述的 滚珠丝杠螺母与右镦粗或弯曲模座通过螺纹连接固定在一起，所述的右镦粗或弯曲模座两 侧通过设置在所述的床身上的滑轨与床身滑动相连，所述的左传动装置包括步进电机，所 述的步进电机通过鼓形齿联轴器与安装在止推轴承座上的左传动轴的左部相连，所述的左 传动轴右部通过联轴套、键和销与左传动滚珠丝杠的轴头连接，左传动轴右端面与左传动 滚珠丝杠轴头端面相贴合，所述的左传动滚珠丝杠与左传动滚珠丝杠螺母构成螺旋传动 副，所述的左传动滚珠丝杠螺母与左镦粗模座通过螺纹连接固定在一起，所述的左镦粗模 座两侧通过设置在所述的床身上的滑轨与床身滑动相连，所述的工控机通过模数转换器和传感器变送器获得的右传动装置和纵传动装置中的两个载荷传感器的载荷信号，所述的工 控机通过运动控制卡上的模数转换器将控制信号发送给步进电机驱动器，由驱动器驱动所 述的左、右传动装置和纵传动装置的三台步进电机。采用本发明装置的有益效果是可以对大型曲轴、船用尾轴、风机增速轴等大型锻 件镦锻成形加工工艺进行比例模拟试验，可以高效、低成本地验证镦锻成形工艺及模具设 计的合理性；也可以对多组镦锻成形工艺参数进行对比试验研究，获取最佳工艺参数。
图1是本发明的数控镦锻实验机系统的结构示意图；图2是本发明的数控镦锻实验机主机的结构示意图；图3是本发明的数控镦锻实验机的右传动系统和纵传动系统的结构示意图；图4是本发明的数控镦锻实验机的左传动系统的结构示意图。主要部件1-步进电机；2-鼓形齿联轴器；3-传动轴；4-止推轴承座；5-传感器座筒；6-载 荷传感器；7-径向轴承座；8-联轴套；9-滚珠丝杠；10-滚珠丝杠螺母；11-右镦粗和弯曲 模座；12-左传动轴轴；13-左传动滚珠丝杠；14-左传动滚珠丝杠螺母；15-左镦粗模座； 16-床身。
具体实施例方式下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明如附图所示的数控镦锻实验机，它包括工控机21和实验机主机20。实验机主机包 括床身16和安装在所述的床身16上并且彼此之间呈丄形布置的左、右、纵三轴可联动数控 传动装置17、18、19，其中左、右二传动装置19、18的轴线由于位于同一条直线上，因此在进 行加工时所受的力大小相同，方向相反，所以只选取右传动装置测量载荷即可。所述的右传 动装置与纵传动装置结构相同。所述的右传动装置和纵传动装置均包括步进电机1，所述的 步进电机通过鼓形齿联轴器2与安装在止推轴承座4上的传动轴3的右部相连，传动轴上 3的法兰与安装在径向轴承座7上的传感器座筒5的右端面通过螺钉相连，传动轴3上的 法兰和传感器座筒5的端面间留有间隙，传动轴的左部与传感器座筒通过键连接，传动轴3 和传感器座筒5间通过键传递扭矩。所述的传感器座筒5内装有载荷传感器6，传感器座筒 5、载荷传感器6、传动轴3三者轴向无间隙，即所述的载荷传感器的两端面分别与传动轴的 左端面以及传感器座筒的筒底相贴合，所述的载荷传感器6测量轴向载荷，所述的传感器 座筒5的左部轴头通过联轴套8、键和销与滚珠丝杠9的轴头连接并且传感器座筒5的的左 部轴头的端面与滚珠丝杠9的轴头端面贴合，所述的滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母10构成螺旋 传动副，所述的滚珠丝杠螺母与(右镦粗或弯曲)模座11通过螺纹连接固定在一起，所述 的模座两侧通过设置在所述的床身上的滑轨与床身滑动相连。所述的左传动装置与所述右 传动装置和纵传动装置的区别在于未安装载荷传感器，即左传动装置包括步进电机1，所述 的步进电机1通过鼓形齿联轴器2与安装在止推轴承座4上的左传动轴的左部相连，所述 的左传动轴右部通过联轴套8、键和销与左传动滚珠丝杠的轴头连接，左传动轴右端面与左 传动滚珠丝杠轴头端面贴合，所述的左传动滚珠丝杠与左传动滚珠丝杠螺母构成螺旋传动副，所述的左传动滚珠丝杠螺母与左镦粗模座通过螺纹连接固定在一起，所述的左镦粗模 座两侧通过设置在所述的床身上的第二滑轨与床身滑动相连。所述的工控机通过模数转换 器和传感器变送器获得右传动装置和纵传动装置中的两个载荷传感器的载荷信号。所述的 工控机通过运动控制卡上的模数转换器将控制信号发送给步进电机驱动器，由驱动器驱动 所述的左、右传动装置和纵传动装置的三台步进电机，进而驱动所述的三套传动装置实现 镦锻试验所需的三轴联动功能。控制卡安装在工控机扩展槽内。步进电机驱动器安装在控 制柜22内。本镦锻实验机的工作过程如下对于右传动装置和纵传动装置，步进电机驱动器接收到驱动信号后驱动步进电机 1按指定技术参数进行旋转，通过鼓形齿联轴器2带动传动轴3旋转，传动轴3又带动与其 连接在一起的传感器套筒5做旋转运动，传感器套筒5的轴头通过联轴套8将此旋转运动 传递给滚珠丝杠9，滚珠丝杠9通过滚珠丝杠螺母10带动模座11在滑轨上进行直线运动； 对于左传动装置，步进电机驱动器接收到驱动信号后驱动步进电机1按指定技术参数进行 旋转，通过鼓形齿联轴器2带动传动轴12旋转，传动轴12又通过联轴套8将此旋转运动传 递给左传动滚珠丝杠13，左传动滚珠丝杠通过左传动滚珠丝杠螺母14带动左镦粗模座15 在滑轨上进行直线运动。这样，即可通过左、右、纵三轴联动完成曲轴镦锻模拟实验。在实验过程中，成形载荷由模座传递给滚珠丝杠9，然后由滚珠丝杠9传递给传感 器套筒5，传感器套筒5再将成形载荷传递给载荷传感器6。载荷传感器6将所测得的成形 载荷转换成电信号，经变送器将其放大滤波后输入给工控机内的运动控制卡上的模数转换 器，转换为数字信号，工控机利用传感器的标定数据将该数字信号变换为载荷数值，并记录 下来进行分析处理。
权利要求
数控镦锻实验机，它包括工控机和实验机主机，其特征在于所述实验机主机包括实验机床身和水平安装在所述的实验机床身上并且彼此之间呈⊥形布置的左、右、纵三轴可联动数控的传动装置，其中，横向的左、右传动装置的轴线重合，右传动装置与纵传动装置结构相同，所述的右传动装置和纵传动装置均包括步进电机，所述的步进电机通过鼓形齿联轴器与安装在止推轴承座上的传动轴的右部相连，传动轴上的法兰与安装在径向轴承座上的传感器座筒的右端面通过螺钉连接并且传动轴上的法兰和传感器座筒右端面间设置有间隙，传动轴的左部与传感器座筒通过键连接，所述的传感器座筒内装有载荷传感器，所述的载荷传感器的两端面分别与传动轴的左端面以及传感器座筒的筒底相贴合，传感器座筒的左部轴头通过联轴套、键和销与滚珠丝杠的轴头连接并且传感器座筒的左部轴头的端面与滚珠丝杠轴头端面相贴合，所述的滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母构成螺旋传动副，所述的滚珠丝杠螺母与右镦粗或弯曲模座通过螺纹连接固定在一起，所述的右镦粗或弯曲模座两侧通过设置在所述的床身上的滑轨与床身滑动相连，所述的左传动装置包括步进电机，所述的步进电机通过鼓形齿联轴器与安装在止推轴承座上的左传动轴的左部相连，所述的左传动轴右部通过联轴套、键和销与左传动滚珠丝杠的轴头连接，左传动轴右端面与左传动滚珠丝杠轴头端面相贴合，所述的左传动滚珠丝杠与左传动滚珠丝杠螺母构成螺旋传动副，所述的左传动滚珠丝杠螺母与左镦粗模座通过螺纹连接固定在一起，所述的左镦粗模座两侧通过设置在所述的床身上的滑轨与床身滑动相连，所述的工控机通过模数转换器和传感器变送器获得的右传动装置和纵传动装置中的两个载荷传感器的载荷信号，所述的工控机通过运动控制卡上的模数转换器将控制信号发送给步进电机驱动器，由驱动器驱动所述的左、右传动装置和纵传动装置的三台步进电机。
全文摘要
本发明公开了数控镦锻实验机，它包括工控机和实验机主机，实验机主机包括实验机床身和安装在实验机床身上并且彼此之间呈⊥形布置的左、右、纵三轴可联动数控的传动装置，右与纵传动装置结构相同，右和纵传动装置均包括步进电机，步进电机与传动轴的右部相连，传动轴上的法兰与传感器座筒的右端面连接，传动轴的左部与传感器座筒通过键连接，传感器座筒内装有载荷传感器，传感器座筒的左部轴头与滚珠丝杠的轴头连接，滚珠丝杠螺母与右镦粗或弯曲模座固定在一起，模座两侧通过滑轨与床身滑动相连。采用本装置可以对大型锻件镦锻成形加工工艺进行比例模拟试验，可以高效、低成本地验证镦锻成形工艺及模具设计的合理性。
文档编号B21J9/02GK101890466SQ20101022536
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者张振纯, 张连洪, 徐晓宽 申请人:天津大学