多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机的制作方法

本实用新型涉及筒体、管体的矫圆技术及板材成型的技术领域，尤其涉及一种适用于长径比较大的小直径管体及卷板机滚出筒体所保留的直边段较大的筒体工件的圆度矫正的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机。

背景技术：

随着国防与民用工业的快速发展，企业的转型升及和产品的更新换代，各类圆筒体的需求量越来越大，同时对其精度要求也越来越高，特别是小直径，且长度比较大的筒体。因此，为满足市场需求，筒体圆度的矫正显的尤为重要。

传统的圆筒体矫正，大多采用三辊矫圆技术与工艺，其主要依据“三点成圆”原理对筒体的圆度矫正。

如中国专利CN103658247A公开了一种高精度数控矫圆机，包含上辊、下辊、下辊传动机构、下辊驱动机构、PLC控制器，其特征在于，还包含丝杠传动机构和位移传感器；上辊两侧分别与丝杠传动机构连接，下辊的一侧设置有位移传感器，且位移传感器与PLC控制器连接，本实用新型披露的技术方案的矫圆过程是采用以下过程：将矫圆过程分成N个道次，首先每个道次下辊带动工件正反转各1-2周，所述的上辊与两下辊中心线的间距按1-N道次逐渐减小，然后按N-1道次逐渐增大，工件中的剩余应力经过由小到大、再由大到小的过程，在上辊逐次下压的同时，改下辊单向连续运转为正反交替的方式，使得工件在各个方向的受力更加均衡，有效提高了矫圆精度。

又如中国专利CN104107848A公开了数控矫圆机的矫圆工艺，采用在数控矫圆机上安装一个高精度传感器，用以精确测量矫圆机的上辊的位置，传感器与PLC控制器相连接；由PLC控制器内置程序来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式进行筒体工件的高精度矫圆；具有操作简便，通过输入筒体工件数据、数控矫圆机基本参数和材料基本性能参数，程序能够实时精确计算矫正量，生成相关数据，并控制矫圆机各个动作步骤，从而保证矫圆精确，提高了工作效率，降低劳动强度，提高产品的合格率，同时也降低了生成本。

上述两个发明公开的技术方案的矫正方法，仍存在一定的制约和缺点，特别是对小直径，且长度比较大的筒体的圆度矫正，以及通过卷板机滚弯出的筒体所保留的直边段(任何结构形式的卷板机滚弯出的圆筒体，均会产生板端直边段的现象)，很难实现矫圆，即使矫正后，其矫正圆度也不是很高，不能满足航空航天、车辆制造、等领域的高精度数控的市场需求。其主要原因是：

一、作用在小直径筒体内的辊轴，由于其辊径的限制，很容易产生挠度形变；

二、依据“三点成圆”原理，矫正中会形成筒体周向梁段的作用死角。

因而传统的三辊矫圆技术与工艺，已经不能满足和实现长度比较大的小直径筒体和卷板机滚弯出筒体所保留的直边段较大的筒体工件的圆度矫正。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供了的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，适用于筒体及管体的矫圆，特别是长径比较大的小直径管体及卷板机滚出筒体所保留的直边段较大的筒体工件的圆度矫正，提高了矫正精度，同时提高了生产效率、大大降低了生产成本。同时，本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机也是为了进一步实施国家火炬计划“高精度数控矫圆机/项目编号(2013GH040478)”项目。

本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，包括：多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，包括：矫圆机本体及控制矫圆机本体运作的PLC控制系统，其中，矫圆机本体包括多根平行设置的辊轴、固定辊轴的固定座、驱动辊轴移动的位移驱动机构，及驱动辊轴自转的辊轴旋转驱动机构，辊轴为至少根，辊轴两端通过固定座将辊轴在其轴向固定定位，多根辊轴包围起的中心位置为矫正位，辊轴通过位移驱动机构驱动沿其径向移动，向工件周面方向缩进或松退，位移驱动机构及辊轴旋转驱动机构与PLC控制系统连接。

在一些实施方式中，位移驱动机构为同步位移驱动机构，包括两个相同的同步驱动轮、两个相同的同步传动轮，两根同步轴及两个相同的同步驱动马达；两根同步轴分别位于同步驱动马达两侧，通过同步驱动马达驱动两同步轴同步自转；两个同步传动轮分别设于两根同步轴远离同步驱动马达的端部，同步传动轮与同步轴同轴设置；两个同步驱动轮分别与同步传动轮啮合，同步驱动马达驱动同步 轴正转或反转。

在一些实施方式中，同步驱动轮成环形，辊轴两端分别通过辊轴座连接于两个同步驱动轮相对面的环面上，辊轴座与辊轴转动连接，辊轴座与同步驱动轮的环面通过螺旋状的螺纹相连接。

在一些实施方式中，两同步驱动轮的环面上分别设有相同的第一螺旋状螺纹，第一螺旋状螺纹为T型螺纹，各辊轴座上背对连接辊轴的一面设有与第一螺旋状螺纹相对应的第二螺旋状螺纹，第二螺旋状螺纹为与第一螺旋状螺纹相配合的T型螺纹。

在一些实施方式中，两同步驱动轮的环面上分别设有相同的第一螺旋状螺纹，第一螺旋状螺纹的螺纹牙的横截面成“T”形，各辊轴座上背对连接辊轴的一面设有与第一螺旋状螺纹相对应的第二螺旋状螺纹，第二螺旋状螺纹的螺纹牙的横截面成“T”形，第一螺旋状螺纹与第二螺旋状螺纹相互嵌合。

在一些实施方式中，包括两个固定座，分为位于辊轴两端，两个同步驱动轮位于两个固定座内，两个固定座相对的一面分别沿同步驱动轮径向开设位移滑槽，位移滑槽的个数与辊轴根数相等，辊轴座嵌设于位移滑槽内与同步驱动轮螺纹连接，辊轴座与固定座接触面间通过导轨连接。

在一些实施方式中，固定座中部与同步驱动轮中心通孔对应位置处开设有进料通孔。

在一些实施方式中，还包括底座及位于底座上的两支架，两固定座分别与两支架固定连接，辊轴位于两支架之间，同步轴连接于支架之间，与两支架转动连接，两支架上开设与进料通孔相一致的进料口。

在一些实施方式中，每对辊轴座上均设有一辊轴旋转驱动机构，分别驱动与其连接的辊轴转动，每个辊轴旋转驱动机构均连接至液压系统，液压系统连接于PLC控制系统。

在一些实施方式中，每对辊轴座上均设有一传感器，传感器连接于PLC控制系统。

与现有技术相比，本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机与现有技术相比具有以下优点：

一、本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，无需获得矫正筒 体初始圆度状态，也无需测量和反馈矫正过程中筒体周向曲率变化的情况，只要通过PLC根据已知参数，比如直径、板厚、板宽、材料屈服强度等，即可运算生成加载载荷、最佳缩进量以及卸载方式，自动运算并指令动作，通过往复弯曲，不断统一曲率，即可实现筒体圆度矫正。不但提高了矫正精度，也提高了生产效率、大大降低了生产成本。

二、本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，通过多轴外周缩进往复弯曲的方法，采用渐进式加载缩进，对筒体进行矫圆，渐进达到最佳缩进量，最提高筒体工件矫正的精度。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施方式提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机的结构示意图；

图2为图1所示的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机中位移驱动机构的结构示意图；

图3位图1所示的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机中同步驱动轮与辊轴座螺纹连接示意图；

图4为图1所示的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机的剖视图；

图5为本实用新型第二种实施方式提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机中同步驱动轮与辊轴座螺纹连接示意图；

图6为本实用新型第三种实施方式提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

图1至图4示意性地显示了根据本实用新型第一种实施方式的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机。

如图1所示，本实用新型披露了多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，包括： 矫圆机本体1、控制矫圆机本体1运作的PLC控制系统6及与PLC控制系统6连接的操作台5，PLC控制系统6通过操作台5操作，控制控制矫圆机本体1运作。

如图1和图4所示，矫圆机本体1包括底座13及位于底座13上的横截面外轮廓成倒“U”形的两个支架14，两个支架14通过螺栓固定于底座13上表面。如图1所示，两支架14之间固定有多根辊轴11，作为优选的，如图4所示，在本实用新型的此优选实施方案中，包括3根辊轴11，但并不仅限于3根辊轴11。如图1所示，3根辊轴11间相互平行设置，3根辊轴11两端端部分别通过固定座12连接于两个支架14之间，3根辊轴11两端用过支架14及固定座12将辊轴11在其轴向固定定位，如图1和图4所示，3根辊轴11不在同一平面内，且三根辊轴11的轴心的连线的截面为一等边三角形，位于下方的两根辊轴11的轴心位于一水平面内。3根辊轴包围起的中心位置即为矫正位10。

如图1和图2所示，矫圆机本体1还包括驱动辊轴11移动的位移驱动机构2，3根辊轴11均通过位移驱动机构2驱动，使辊轴11沿其径向移动，向中心矫正位10上的工件周面方向缩进(靠近，挤压)或松退(远离，放松)。如图3所示，作为优选的，在本实用新型的此实施方式中，位移驱动机构2为同步位移驱动机构，即如图2所示，包括同步驱动轮21、同步传动轮22，同步轴23及同步驱动马达24，如图2所示，包括两根同步轴23，两根同步轴23分别固定于同步驱动马达24两侧，通过同步驱动马达24驱动两同步轴23同步自转；包括两个相同规格的同步传动轮22，两个同步传动轮22分别套设在两根同步轴23上，且位于同步轴23上远离同步驱动马达24的端部，同步传动轮22与同步轴23同轴设置，且与同步轴23定位连接；包括两个规格相同的同步驱动轮21，如图2所示，同步传动轮22及同步驱动轮21均为齿轮，且两个同步驱动轮21分别与两个同步传动轮22啮合。由此，同步驱动马达24驱动两同步轴23同步自转，因此与同步轴23定位连接的两同步传动轮22随同步轴23同步转动，继而，与两同步传动轮22齿轮啮合的同步驱动轮21随同步传动轮22转动，且两同步驱动轮21同步同方向运动，作为进一步优选的，同步驱动马达24驱动同步轴23正转或反转，实现辊轴11向中心矫正位10上的工件周面方向缩进或松退。

如图1至图3所示，两同步驱动轮21成环形，两同步驱动轮21相对的两个环面上分别设有完全相同的第一螺旋状螺纹2101，如图3所示，第一螺旋状螺 纹2101的螺纹牙的横截面成“T”形。如图1和图3所示，辊轴11两端分别通过辊轴座111连接于两个同步驱动轮21相对面的环面上，其中，辊轴座111与辊轴11转动连接，辊轴座111与同步驱动轮21的环面通过螺旋状的螺纹相连接，如图3所示，各辊轴座111上背对连接辊轴11的一面设有与第一螺旋状螺纹2101相对应的第二螺旋状螺纹1110，第二螺旋状螺纹1110的螺纹牙的横截面成“T”形，且第一螺旋状螺纹2101与第二螺旋状螺纹1110相互嵌合，即第二螺旋状螺纹1110螺纹牙的“T”形横部嵌设于第一螺旋状螺纹2101两螺纹牙“T”形横部之间，由此，可防止辊轴座111滑脱。

如图1和图4所示，两个同步驱动轮21分别位于两个固定座12内，作为优选的，两个固定座12相对的一面分别沿同步驱动轮21径向开设位移滑槽，位移滑槽的个数与辊轴11根数相等，辊轴座111嵌设于位移滑槽内，与同步驱动轮21螺纹连接。作为进一步优选的，辊轴座111与固定座12的接触面间通过导轨连接，以减小摩擦，从而减小阻力及磨损。

通过上述结构，由于同步驱动轮21与辊轴座111螺纹嵌合，且辊轴座111沿同步驱动轮21周向固定，而同步驱动轮21沿其自身径向固定，因此，在两个同步驱动轮21分别由同步驱动马达24驱动同步转动的过程中，同步驱动轮21与辊轴座111的螺纹间发生周向行程位移，随着周向行程位移，使辊轴座111沿滑槽在同步驱动轮21径向上移动，随着同步驱动马达24驱动同步驱动轮21正转或反转，实现辊轴座111沿同步驱动轮21径向移动，因此，与辊轴座111转动连接的辊轴11随辊轴座向其中心矫正位10上的工件周面方向缩进或松退。

如图1所示，作为优选的，同步轴23连接于两支架14之间，与支架14转动连接，同步轴23及同步驱动马达24位于3根辊轴11下方，且位于最上方辊轴11的正下方。

如图1和图4所示，矫圆机本体1还包括驱动辊轴11自转的辊轴旋转驱动机构3，在本实用新型的此实施方式中，包括3个辊轴旋转驱动机构3，3个辊轴旋转驱动机构3分别设有每个辊轴11其中一端的辊轴座111上，辊轴旋转驱动机构3位于辊轴11外侧，同一辊轴座111上的辊轴11及辊轴旋转驱动机构3相连，辊轴旋转驱动机构3分别驱动连接于同一辊轴座111上的辊轴11自转。作为优选的，每个辊轴旋转驱动机构3均连接至液压系统4，由液压系统4驱动 辊轴旋转驱动机构3执行正转与反转动作。辊轴旋转驱动机构3驱动辊轴11正转或反转，有利于消除被矫圆筒体的加载应力。

作为进一步优选的，如图1和图4所示，每个辊轴座111上均连接有一传感器1111，以测量辊轴11缩进及松退的位移量，其目的：一是控制和反馈辊轴11的位移量；二是实现用同一根辊轴11缩进与松退的自动调平。

另外，如图1和图4所示，固定座12中部与同步驱动轮21中心通孔对应位置处开设有进料通孔1201，两支架14上也开设与进料通孔1201相一致的进料口141。进料口141方便被矫正筒体的放进和退出。

作为更进一步优选的，在本实用新型的此实施方式中，位移驱动机构2、辊轴旋转驱动机构3液压系统4及传感器1111均与PLC控制系统6连接，由PLC控制系统6控制。

在本实用新型的此实施方式中，PLC控制系统6主要对以下重要参数进行运算确定：

1)加载载荷的大小。加载力计算，需要考虑闭合被矫圆筒体加载时，筒体周向各梁段受力情况复杂因素，周向形成了若干个正弯区和若干个反弯区，挤压拉伸并存，和处于超静定结构状态。

2)加载缩进的形式。加载缩进的形式可分为三种。一是一次性加载缩进到最佳缩进量；二是多道次加载缩进；三是渐进式加载缩进。如果不考虑形变硬化、Bauschinger效应、循环软化或硬化等，对材料的影响因素，最佳加载缩进的形式为渐进加载缩进，有利于提高矫正精度。因此，在本实用新型的此实施方式中，采用渐进式加载缩进形式。

3)缩进量的大小。多轴外周缩进往复弯曲矫圆存在一个最佳缩进量，最佳缩进量是指n根辊轴加载缩进到一定数值H，在撤回载荷后，矫正筒体发生塑性形变以及回弹后达到标准曲率，我们将该数值H称为最佳缩进量。缩进值达不到最佳缩进量，筒体不能充分矫正，反之缩进超过最佳缩进量，则过度矫正，这两种情形均不利于提高筒体工件矫正的精度。

4)卸载方式。合理的撤销载荷，可以弥补过度矫正产生的影响，在本实用新型此实施方式中，采用渐式卸载，更有利于提高矫圆精度。

进行筒体矫圆作业时，将需要矫正的长径比较大的小直径筒体工件，从进料口141置于辊轴11中心矫正位10中，打开操作台5电源，PLC控制系统6运行，PLC控制系统6程序运算并指令动作，启动同步驱动马达24，并指令同步驱动马达24正转，通过同步轴23分别带动左右两个同步传动轮22及同步驱动轮21转动，此时辊轴座111沿同步驱动轮21径向向其圆心方向运动，使辊轴11由外向内缩进运动。根据已知筒体直径等参数，结合每根辊轴11两端的传感器1111的测量参数，由PLC控制系统6的PLC程序确定并指令缩进加载的形式、缩进量以至最佳缩进量，此时，筒体周向受到辊轴11的作用力，筒体周向则形成不断变化的若干个正弯区和若干个反弯区，通过不断加载缩进、和辊轴旋转驱动机构3正反转交替动作，使筒体周向形成往复弯曲，当缩进到最佳缩进量，筒体周向曲率将驱于一致，达到统一，从而实现矫正筒体的目的。最终，PLC控制系统6指令同步同步驱动马达24反向转动，辊轴11松退，远离筒体工件。

实施例2

本实用新型实施例2提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，其结构与实施例1中基本相同，其不同之处在于第一螺旋状螺纹2101及第二螺旋状螺纹1110的结构。

如图6所示，在本实用新型的此实施方式中，两同步驱动轮21的环面上分别设有相同的第一螺旋状螺纹2101，第一螺旋状螺纹2101为T型螺纹，各辊轴座111上背对连接辊轴11的一面设有与第一螺旋状螺纹2101相对应的第二螺旋状螺纹1110，第二螺旋状螺纹1110为与第一螺旋状螺纹2101相配合的T型螺纹。同步驱动轮21及滚轴座111间采用T型螺纹连接，T型螺纹为齿尖与齿根间的宽度相等的螺纹，其提高了传动精度。

实施例3

如图6所示，本实用新型实施例3提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，其结构与实施例2中基本相同，其不同之处在于，包括3根辊轴11，且四根辊轴11的中心轴线的连线截面为一正方形，组成的正方形的两个对角连线分别位于竖直平面及水平平面内。

本实用新型提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，采用多根辊轴11沿被矫正圆筒体外周同时作用于筒体，辊轴11数量越多，矫正圆筒体精度越高。

实施例4

本实用新型实施例4提供的多轴外周缩进往复弯曲数控矫圆机，其结构与实施例2中基本相同，其不同之处在于位移驱动机构的结构。

在本实用新型实施例4中，位移驱动机构为液压驱动结构，分别包括4个液压驱动结构分别固定于固定座外侧，4个液压驱动结构分别与4个辊轴座位置一一对应，液压驱动结构连接固定座及辊轴座，且辊轴座与固定座的接触面体通过导轨滑动连接，液压驱动结构伸缩驱动辊轴沿矫正位径向缩进或松退，作为优选的，4个液压驱动均连接于PLC控制系统，又PLC控制系统控制同步伸缩。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。