一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置制造方法
【专利摘要】一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置，包括滚旋模块、复合直驱电机模块和感应加热模块，工件一端由复合直驱电机模块夹持，另一端穿过感应加热模块并由滚旋模块中的后驱动顶尖夹持，滚旋模块、复合直驱电机模块和感应加热模块分别与底座连接固定，通过滚旋模块、复合直驱电机模块和感应加热模块对工件进行增量式滚旋成形并施加多向振动和加热，本实用新型适用于开展回转复杂件的滚轧或旋压成形工艺，具有结构简单，通用性强，成形力小，可靠性高，精度高的优点。
【专利说明】一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于先进材料成形【技术领域】，具体涉及一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置。
【背景技术】
[0002]回转复杂件主要指在内外表面具有齿形、螺纹等结构的量大、面广的复杂曲面的回转类零件，如外花键轴、齿轮、内外带齿筒形件、离合器壳体、行星减速器壳体、变截面筒形件等。复杂件通常作为关键零件广泛应用于汽车、航天航空、拖拉机、船舶、机床、工程机械等工业领域。
[0003]随着制造业的快速发展，花键轴等回转复杂件的需求量迅猛增加，并且对使用要求不断提高，对传统的加工工艺及装置提出了新的挑战。目前，对于花键轴等回转复杂件的加工工艺主要分为传统的切削加工和塑性成形加工两种，而由于塑性成形加工方式具有零件机械性能好、生产效率高、节约材料、符合轻量化生产等优点，已逐渐成为主流加工方式。
[0004]目前，对于花键轴等回转复杂件的塑性成形加工工艺主要包括挤压、两轮滚轧、搓齿、旋压等。这些现有工艺中都存在明显的不足，成形力大、模具磨损严重、模具安装困难、成形装置通用性差、结构复杂等。
[0005]振动辅助金属塑性成形工艺，是指在传统金属塑性成形工艺中，施加辅助振动，以获得改善工艺效果、提高成形质量的工艺过程。相对传统金属塑性成形工艺，振动辅助金属塑性成形工艺具有成形力小、金属流动性好、摩擦力小、金属塑性成形能力高、产品质量高等优点。并且科学研究表明，不同金属在某个变形温度区间内存在变形抗力对应变速率以及振动频率敏感的现象，引起变形抗力明显下降，金属塑性明显提高。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有回转复杂件成形技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置，具有结构简单，通用性强，成形力小，可靠性高，控制精度高，操作方便等优点。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0008]一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置，包括滚旋模块1、复合直驱电机模块2和感应加热模块3，工件4 一端由复合直驱电机模块2夹持，另一端穿过感应加热模块3并由滚旋模块I中的后驱动顶尖1-9夹持，滚旋模块1、复合直驱电机模块2和感应加热模块3分别与底座5连接固定；
[0009]所述的滚旋模块I包括床身1-1和模具1-8，床身1-1与底座5固定，三个模具1_8沿工件4圆周方向120°等间距阵列，三个调整交流伺服电机1-4分别通过支架1-3与床身
1-1连接固定，调整交流伺服电机1-4输出轴与蜗轮蜗杆减速机1-2输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机1-2的输出轴与滚珠丝杠螺母副1-5连接，滚珠丝杠螺母副1-5与滑座1-6连接，滑座1-6在导轨1-7内滑动，三个模具1-8安装在相应的滑座1-6上，三个主动力交流伺服电机1-10分别固定在支撑板ι-ll上，支撑板1-11通过套筒1-12和拉杆1-13与床身1_1固定，三个主动力交流伺服电机1-10分别与对应的行星减速机1-14通过电机带轮1-15、同步带1-16和行星减速机带轮1-17连接，三个行星减速机1-14固定于床身1-1和支撑板1_11间，行星减速机1-14各自通过万向联轴器1-18与模具1-8连接，后驱动顶尖1-9安装在气缸1-19的活塞杆1-20上，气缸1-19通过气缸座1-21与床身1_1固定；
[0010]所述的复合直驱电机模块2由开关磁通永磁电机I和永磁直线电机II复合而成，复合直驱电机模块2包括电机箱体2-1和电机轴2-21,电机箱体2-1与底座5固定,箱体前端盖2-2和箱体后端盖2-3通过拉紧螺栓2-4固定在电机箱体2-1上，旋转电机前轴承端盖2-5与箱体前端盖2-2固定，旋转电机座2-6与电机箱体2-1固定，旋转电机定子铁芯2-7由旋转电机座端盖2-8固定，旋转电机定子永磁铁2-9和旋转电机定子绕组2-10在圆周方向等间距安装在旋转电机定子铁芯2-7内，旋转电机转子2-11安装在电机轴套2-12上，电机轴套2-12安装在箱体前端盖2-2与旋转电机后轴承座2-13上，旋转电机后轴承座2-13与直线电机外筒2-14固定，直线电机外筒2-14与电机箱体2_1固定，直线电机初级铁芯2-15及直线电机初级绕组2-16交替安装于直线电机外筒2-14内，并由直线电机外筒端盖2-17固定，两根直线电机导向槽2-18水平固定在直线电机初级铁芯2-15内环上，直线电机次级座2-19通过前后布局的轴承2-20安装在电机轴2-21上，直线电机次级铁芯2_22和直线电机次级永磁铁2-23交替安装在直线电机次级座2-19上，并由直线电机次级端盖2-24固定，导向柱2-25水平安装在直线电机次级座2-19两侧，能够在对应的直线电机导向槽2-18内滑动，滑键2-26水平安装于电机轴2-21两侧，电机轴2_21和滑键2_26能够在电机轴套2-12内滑动，电机轴导套2-27通过导套座2-28固定在直线电机外筒端盖2_17上，夹具2-29安装在电机轴2-21前端；
[0011]所述的感应加热模块3包括加热线圈3-1，加热线圈3-1固定在绝缘板3-2上，绝缘板3-2固定在多向调整架3-3上，多向调整架3-3固定在底板3-4上，底板3_4与底座5固定。
[0012]本实用新型具有以下优点:
[0013]1、通过更换模具可实现回转复杂件的滚轧、旋压等工艺，且由多个模具同时作用，成形力小、精度高、表面质量好、通用性强。
[0014]2、采用直驱思想，由复合直驱电机模块实现工件的轴向进给或旋转、轴向进给复合运动，结构简单、控制精度高、可靠性高。
[0015]3、通过感应加热模块可对工件加工区域进行快速加热，可进行冷、温、热滚旋成形工艺，加工范围广，加热效率高。
[0016]4、通过调整交流伺服电机、复合直驱电机模块可实现滚旋过程中对工件在一定变形温度下施加径向、切向和轴向振动，降低工件变形抗力，改善工件与模具间的摩擦状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的整体框架图。
[0018]图2为本实用新型的整体示意图。
[0019]图3为本实用新型的滚旋模块I整体轴测图。
[0020]图4为本实用新型的滚旋模块I后视图。[0021]图5为本实用新型的复合直驱电机模块2整体框架图。
[0022]图6为本实用新型的复合直驱电机模块2整体轴测图。
[0023]图7为本实用新型的复合直驱电机模块2对称剖视图。
[0024]图8为图7中的A-A处剖视图。
[0025]图9为图7中的B-B处剖视图。
[0026]图10为本实用新型的复合直驱电机模块2直线电机次级座2-19处局部示意图。
[0027]图11为本实用新型的感应加热模块3整体示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本实用新型做详细描述。
[0029]参照图1、图2、图3，一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置，包括滚旋模块1、复合直驱电机模块2和感应加热模块3,工件4 一端由复合直驱电机模块2夹持,另一端穿过感应加热模块3并由滚旋模块I中的后驱动顶尖1-9夹持，滚旋模块1、复合直驱电机模块2和感应加热模块3分别与底座5连接固定；
[0030]参照图2、图3、图4，所述的滚旋模块I包括床身1-1和模具1_8，床身1_1与底座5固定，三个模具1-8沿工件4圆周方向120°等间距阵列，三个调整交流伺服电机1-4分别通过支架1-3与床身1-1连接固定，调整交流伺服电机1-4输出轴与蜗轮蜗杆减速机1-2输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机1-2的输出轴与滚珠丝杠螺母副1-5连接，滚珠丝杠螺母副1-5与滑座1-6连接，滑座1-6在导轨1-7内滑动，三个模具1-8安装在相应的滑座1-6上，三个主动力交流伺服电机1-10分别固定在支撑板1-11上，支撑板1-11通过套筒1-12和拉杆1-13与床身1-1固定，三个主动力交流伺服电机1-10分别与对应的行星减速机1-14通过电机带轮1-15、同步带1-16和行星减速机带轮1-17连接，三个行星减速机1-14固定于床身1-1和支撑板1-11间，行星减速机1-14各自通过万向联轴器1-18与模具1-8连接，实现转动传递，后驱动顶尖1-9安装在气缸1-19的活塞杆1-20上，气缸1-19通过气缸座
1-21与床身1-1固定；
[0031]调整交流伺服电机1-4实现径向振动，通过向调整交流伺服电机1-4给定间隔正反位置的脉冲信号，使得调整交流伺服电机1-4实现一定频率小振幅交替正反转输出。
[0032]参照图1、图2、图5、图6，所述的复合直驱电机模块2由开关磁通永磁电机I和永磁直线电机II复合而成，复合直驱电机模块2包括电机箱体2-1和电机轴2-21，电机箱体
2-1与底座5固定，箱体前端盖2-2和箱体后端盖2-3通过拉紧螺栓2-4固定在电机箱体2-1上，旋转电机前轴承端盖2-5与箱体前端盖2-2固定，参考图7、图8、图9和图10，旋转电机座2-6与电机箱体2-1固定，旋转电机定子铁芯2-7由旋转电机座端盖2-8固定，旋转电机定子永磁铁2-9和旋转电机定子绕组2-10在圆周方向等间距安装在旋转电机定子铁芯2-7内，旋转电机转子2-11安装在电机轴套2-12上，电机轴套2-12安装在箱体前端盖2-2与旋转电机后轴承座2-13上，旋转电机后轴承座2-13与直线电机外筒2_14固定，直线电机外筒2-14与电机箱体2-1固定，直线电机初级铁芯2-15及直线电机初级绕组2-16交替安装于直线电机外筒2-14内，并由直线电机外筒端盖2-17固定,两根直线电机导向槽
2-18水平固定在直线电机初级铁芯2-15内环上，直线电机次级座2-19通过前后布局的轴承2-20安装在电机轴2-21上，直线电机次级铁芯2-22和直线电机次级永磁铁2_23交替安装在直线电机次级座2-19上，并由直线电机次级端盖2-24固定，导向柱2-25水平安装在直线电机次级座2-19两侧，能够在对应的直线电机导向槽2-18内滑动，滑键2-26水平安装于电机轴2-21两侧，电机轴2-21和滑键2-26能够在电机轴套2_12内滑动，电机轴导套2-27通过导套座2-28固定在直线电机外筒端盖2-17上，夹具2_29安装在电机轴2_21iu端；
[0033]复合直驱电机模块2的开关磁通永磁电机I实现旋转，永磁直线电机II实现轴向推进，通过电机轴2-21、滑键2-26与电机轴套2-12的配合实现电机轴2_21旋转及轴向推进的复合运动；
[0034]复合直驱电机模块2的开关磁通永磁电机I实现切向振动，振动频率由输入电流频率、旋转电机定子铁芯2-7极数、旋转电机转子2-11极数确定，振幅与输入电流谐波的幅值呈线性关系；
[0035]复合直驱电机模块2的永磁直线电机II实现轴向振动，振动频率由输入电流频率、直线电机初级绕组2-16槽数、直线电机次级铁芯2-22齿数确定，振幅与输入电流谐波的幅值呈线性关系。
[0036]参考图2、图11，所述的感应加热模块3包括加热线圈3-1，加热线圈3-1固定在绝缘板3-2上，绝缘板3-2固定在多向调整架3-3上，多向调整架3-3固定在底板3_4上，底板3-4与底座5固定。
[0037]本实用新型的工作原理:
[0038]a)、根据工艺的不同，工件4在复合直驱电机模块2驱动下轴向进给、或轴向进给同时旋转，轴向进给速度为I?5mm/sec,旋转速度为O?500rpm ；
[0039]b)、工件4轴向进给至感应加热模块3位置，由加热线圈3-1对工件4加工区域进行快速感应加热，加热时间为10?75sec，加热温度为400°C?1100°C ；
[0040]C)、三个模具1-8通过调整交流伺服电机1-4动作，径向移动至指定位置，并由各自主动力交流伺服电机1-10驱动同步同速旋转，转速为10?150rpm，工件4继续轴向进给，在模具1-8的作用下，工件4沿轴向逐渐发生变形，向调整交流伺服电机1-4给定间隔正反转脉冲信号，实现模具1-8在径向方向振动，振动频率为IOHz?100Hz，振幅为
0.5mm?1.0mm,同时分别向复合直驱电机模块2中开关磁通永磁电机I和永磁直线电机II输入电流谐波信号，实现工件4在轴向进给或旋转的同时叠加切向振动和轴向振动，振动频率为IOHz?20000Hz，振幅为0.5mm?1.0mm ;
[0041]d)、工件4滚旋结束，由复合直驱电机模块2、后驱动顶尖1-9和气缸1-19作用，将工件4反向推出。
【权利要求】
1.一种回转复杂件多向振动增量式滚旋成形装置，包括滚旋模块(I)、复合直驱电机模块(2 )和感应加热模块(3 )，其特征在于:工件(4 ) 一端由复合直驱电机模块(2 )夹持，另一端穿过感应加热模块(3)并由滚旋模块(I)中的后驱动顶尖(1-9)夹持，滚旋模块(I)、复合直驱电机模块(2)和感应加热模块(3)分别与底座(5)连接固定； 所述的滚旋模块(I)包括床身(1-1)和模具(1-8)，床身(1-1)与底座(5)固定，三个模具(1-8)沿工件(4)圆周方向120°等间距阵列，三个调整交流伺服电机(1-4)分别通过支架(1-3)与床身(1-1)连接固定，调整交流伺服电机(1-4)输出轴与蜗轮蜗杆减速机(1-2)输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机(1-2)的输出轴与滚珠丝杠螺母副(1-5)连接，滚珠丝杠螺母副(1-5)与滑座(1-6)连接，滑座(1-6)在导轨(1-7)内滑动，三个模具(1-8)安装在相应的滑座(1-6)上，三个主动力交流伺服电机(1-10)分别固定在支撑板(1-11)上，支撑板(1-11)通过套筒(1-12)和拉杆(1-13)与床身(1-1)固定，三个主动力交流伺服电机(1-10)分别与对应的行星减速机(1-14)通过电机带轮(1-15)、同步带(1-16)和行星减速机带轮(1-17)连接，三个行星减速机(1-14)固定于床身(1-1)和支撑板(1-11)间，行星减速机(1-14)各自通过万向联轴器(1-18)与模具(1-8)连接，后驱动顶尖(1-9)安装在气缸(1-19)的活塞杆(1-20)上，气缸(1-19)通过气缸座(1-21)与床身(1_1)固定； 所述的复合直驱电机模块(2)由开关磁通永磁电机(I )和永磁直线电机(II)复合而成，复合直驱电机模块(2 )包括电机箱体(2-1)和电机轴(2-21 )，电机箱体(2-1)与底座(5 )固定，箱体前端盖(2-2 )和箱体后端盖(2-3 )通过拉紧螺栓(2-4 )固定在电机箱体(2-1)上，旋转电机前轴承端盖(2-5)与箱体前端盖(2-2)固定，旋转电机座(2-6)与电机箱体(2-1)固定，旋转电机定子铁芯(2-7)由旋转电机座端盖(2-8)固定，旋转电机定子永磁铁(2-9)和旋转电机定子绕组(2-10)在圆周方向等间距安装在旋转电机定子铁芯(2-7)内，旋转电机转子(2-11)安装在电机轴套(2-12)上，电机轴套(2-12)安装在箱体前端盖(2-2)与旋转电机后轴承座(2-13)上，旋转电机后轴承座(2-13)与直线电机外筒(2-14)固定，直线电机外筒(2-14)与电机箱体(2-1)固定，直线电机初级铁芯(2-15 )及直线电机初级绕组(2-16)交替安装于直线电机外筒(2-14)内，并由直线电机外筒端盖(2-17)固定，两根直线电机导向槽(2-18)水平固定在直线电机初级铁芯(2-15)内环上，直线电机次级座(2-19)通过前后布局的轴承(2-20)安装在电机轴(2-21)上，直线电机次级铁芯(2-22)和直线电机次级永磁铁(2-23)交替安装在直线电机次级座(2-19)上，并由直线电机次级端盖(2-24)固定，导向柱(2-25)水平安装在直线电机次级座(2-19)两侧，能够在对应的直线电机导向槽(2-18 )内滑动，滑键(2-26 )水平安装于电机轴(2-21)两侧，电机轴(2_21)和滑键(2-26 )能够在电机轴套(2-12)内滑动，电机轴导套(2-27)通过导套座(2-28)固定在直线电机外筒端盖(2-17)上，夹具(2-29)安装在电机轴(2-21)前端； 所述的感应加热模块(3)包括加热线圈(3-1)，加热线圈(3-1)固定在绝缘板(3-2)上，绝缘板(3-2)固定在多向调整架(3-3)上，多向调整架(3-3)固定在底板(3-4)上，底板(3-4)与底座(5)固定。
【文档编号】B21D22/14GK203778555SQ201420182427
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】赵升吨, 李泳峄, 梁锦涛, 刘辰, 蔡后勇 申请人:西安交通大学