一种双转轴式柔性斜轧机的制作方法

本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域，特别涉及一种双转轴式柔性斜轧机。

背景技术：

大型轴类零件是重大装备的关键部件之一，用于大型设备的动力传递及运动实现。一般都是在高速重载工况下承受弯曲、扭转、冲击及振动等复合载荷的作用，其生产成本、成形精度、性能质量将直接影响航天航空、轨道交通、重型机械、军工装备等行业的关键装备性能，是发展大型先进装备制造业的前提。

目前大型轴类零件的成形工艺主要有：一是采用自由锻、快锻成形，该工艺无需设计专用模具，生产柔性较高，但该工艺存在生产效率低、产品精度低、自动化程度低、产品质量稳定性差等问题，制约了高质量轴类零件的生产；二是径向锻造成形，该工艺精度较高，是目前大型轴类零件成形的主要方法，但存在成形设备结构复杂、制造维护技术难于掌握、设备昂贵且基本依赖进口等问题；三是楔横轧成形，通过研发产品模具，可以高效率精确成形，但是由于其模具尺寸较大、加工成本高，且不能柔性生产的特点，目前主要运用在大批量的中小轴类成形工艺中，在大型轴类上运用较少。

随着轴类零件尺寸大型化、规格的多样化、数量小批量的发展趋势，通过柔性制造实现“一设备干多活”、“小设备干大活”显得尤其重要。本团队专利申请《一种轴类零件两辊柔性斜轧成形装置及方法》（申请号201910362201.9）提出了柔性斜轧轴类零件的成形工艺过程及原理装置，但未发明具体的工程设备。

而目前结构相近的斜轧机主要有框架式、机床式和钳式，但均存在以下问题：一是设备无法柔性成形，只能生产单一规格的产品；二是设备自动化程度底，轧机调试复杂；三是设备整机尺寸大，制造成本高。

技术实现要素：

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种双转轴式柔性斜轧机，采用双转轴式结构，通过数控系统控制两轧辊的两轧辊的旋转运动、径向压下运动以及倾角调整运动，从而相同规格的斜轧机及模具，可柔性成形不同尺寸规格的轴类零件。

本发明采用如下技术方案：

一种双转轴式柔性斜轧机，包括基座单元、导料单元、2个轧辊、两伺服主轴系统、辊距调整机构、两倾角调整机构和数控系统；

2个所述轧辊均具有绕轧辊轴线旋转的轧辊旋转运动、沿坯料径向的直线运动、及调整轧辊轴线与坯料轴线之间夹角的倾斜角度调整运动；

所述导料单元，用于限制坯料在2个所述轧辊间转动，防止坯料甩摆；

所述两伺服主轴系统，用于驱动2个所述轧辊绕轧辊轴线旋转；

所述辊距调整机构，用于驱动2个所述轧辊沿坯料径向直线运动；

所述两倾角调整机构，用于驱动2个所述轧辊调整轧辊轴线与坯料轴线之间夹角；

所述数控系统，用于控制所述两伺服主轴系统、辊距调整机构和两倾角调整机构；

所述基座单元，用于安装所述柔性斜轧机。

进一步的，所述两伺服主轴系统、辊距调整机构、两倾角调整机构均设置于2个机架上；

2个所述机架以坯料轴线为中心对称布置，单个所述机架由机架转轴支撑，所述机架能绕所述机架转轴转动；

所述机架的下端设置有机架转轴安装孔，中部设置两伺服主轴系统安装孔，上端设置辊距调整机构安装孔，所述机架的后端设置倾角调整机构的蜗杆安装孔。

进一步的，2个机架均为“l”型半圆弧机架结构。

进一步的，2个所述机架的下部设置齿轮同步机构，所述齿轮同步机构为2个齿轮，分别设置在2个机架转轴的端部，2个齿轮外啮合，当2个齿轮啮合转动时，带动2个机架绕机架转轴等速反向旋转。

进一步的，所述两伺服主轴系统，包括2套相同的组件，每套组件均包括主轴、伺服主电机、减速器、主轴轴承座；

2个主轴以坯料轴线为中心对称布置；主轴上安装所述轧辊，主轴支撑在主轴轴承座上，主轴轴承座支撑在机架上，主轴轴承座通过主轴系统安装孔配合安装在机架中部；

2个伺服主电机分别通过减速器驱动2个主轴旋转，进而带动2个轧辊作方向相同的旋转运动。

进一步的，所述辊距调整机构，包括2个缸体座、直线缸；所述辊距调整机构的轴线垂直于机架转轴轴线；

直线缸由2个缸体座支撑安装，2个缸体座用锁紧螺母通过辊距调整机构安装孔分别固定在2个机架的上部；直线缸为液压缸或电动缸；

直线缸带动2个缸体座作直线运动，驱动2个机架绕各自的机架转轴旋转，从而使2个轧辊作方向相反、速度相同的径向压下运动。

进一步的，所述两倾角调整机构，包括2套相同组件，每套组件包括倾角调整电机、蜗轮、蜗杆；

2个蜗杆通过蜗杆安装孔分别固定安装在2个机架的后侧，2个蜗轮分别用螺栓固定安装在2个主轴轴承座靠近蜗杆的一侧；

倾角调整电机驱动蜗杆转动，蜗杆将运动传递给蜗轮，从而由蜗轮驱动两伺服主轴系统绕水平轧制中心线（两轧辊几何中心的连线）作交错旋转，使2个轧辊作方向相反的倾角调整运动。

进一步的，所述基座单元包括固定架、底座、机架转轴座、机架转轴盖；

固定架安装在地基上，底座固定安装在固定架上，机架转轴座固定安装在底座上，机架转轴盖通过螺纹固定在机架转轴座上，机架转轴座与机架转轴盖为机架转轴的上下剖分式座，以坯料轴线为对称中心均加工有机架转轴安装孔。

进一步的，所述导料单元包括入料导筒、中间导板和出料导筒；

入料导筒固定安装在机架转轴盖的上侧前方，中间导板固定安装在机架转轴盖的上侧中间，出料导筒固定安装在机架转轴盖的上侧后方；坯料轴线与入料导筒、出料导筒的轴线重合。

进一步的，所述双转轴式柔性斜轧机还包括有冷却系统；

所述冷却系统包括冷却液喷管、挡液板、排液管、储液箱；所述冷却液喷管对2个轧辊进行喷液，所述挡液板固定安装在底座上方，防止冷却液外溢；所述排液管固定安装在底座的下方，将冷却液排出；所述水箱布置在固定架内，储存冷却液。

进一步的，所述数控系统包括控制柜组件、屏幕显示组件；控制柜组件固定安装在固定架内，屏幕显示组件安装在右机架的前侧。

本发明的有益效果为：

1、采用双转轴式结构，整体结构更加稳定，径向压下时水平轧制中心线的偏移量小。

2、采用齿轮同步机构，由单缸实现两机架同步对中压下，并使轧机竖直中心线不偏移。

3、采用“l”型半圆弧机架结构，应力线短，机架强度高。

4、通过数控系统调节设备的运行状态，安装调试方便。

5、具备冷却系统，轧辊寿命更高，冷却液可循环利用，工作环境更良好。

6、采用主轴伺服系统驱动，整机尺寸大大减小。

7、可成形不同尺寸规格的轴类零件，实现了柔性化生产。

8、具备同步对中压下、机架强度高、安装调试方便、可柔性化生产等优点，在中小批量的大直径轴类零件成形领域具有广阔应用前景。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种双转轴式柔性斜轧机的整体结构示意图。

图2所示为两轧辊及坯料的位置关系、运动状态示意图。

图3所示为实施例中基座单元的结构示意图

图4所示为实施例中底座、齿轮同步机构、两转轴及两机架的结构示意图。

图5所示为实施例中左机架的结构示意图。

图6所示为实施例中左伺服主轴系统的结构及相对运动示意图。

图7所示为实施例中辊距调整机构的结构及相对运动示意图。

图8所示为实施例中左倾角调整机构、左机架、主轴轴承座的结构及相对运动示意图。

图中：0.坯料；1.固定架；2l.左同步齿轮；2r.右同步齿轮；3l.左机架；3r.右机架；4l.左轧辊；4r.右轧辊；5.冷却液喷管；6.直线缸；7.屏幕显示组件；8.储液箱；9.底座；10.挡液板；11.排液管；12.入料导筒；13.中间导板；14.出料导筒；15机架转轴盖；16.机架转轴座；17.控制柜组件；18l.左机架转轴；18r.右机架转轴；19.主轴轴承座；20.主轴；21.减速器；22.伺服电机；23.锁紧螺母；24.缸体座；25.螺纹套；26.预紧螺栓；27.倾角调整电机；28蜗杆；29.蜗轮；

x-x为坯料轴线、入料筒轴线、出料筒轴线；-为左主轴伺服系统轴线、左轧辊轴线；-为右主轴伺服系统轴线、右轧辊轴线；-为左机架转轴轴线、左齿轮组轴线；-为右机架转轴轴线、右齿轮组轴线；y-y是斜轧机水平轧制中心线、蜗轮轴线、主轴轴承座轴线；-为蜗杆轴线；a.为机架转轴安装孔；b为伺服主轴系统安装孔；c为径向压下装置安装孔；d为蜗杆安装孔；为直线缸伸缩速度；为轧辊径向压下速度；为蜗杆转速；为蜗轮转速、主轴轴承座转速、轧辊倾角调整运动转速；为轧辊转速。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

下述实施例中，为叙述方便，两伺服主轴系统表述为左伺服主轴系统、右伺服主轴系统；两倾角调整机构表述为左倾角调整机构、右倾角调整机构；2主轴表述为左主轴、右主轴；2机架表述为左机架、右机架；2机架转轴表述为左机架转轴、右机架转轴；2齿轮表述为左齿轮、右齿轮；2轧辊表述为左轧辊、右轧辊等等。需要说明的是，此处的左右区分，只是相对位置的区分，也可以用上下来区分。不应以实施例的内容作为保护范围的限定。

如图1-8所示，本发明实施例一种双转轴式柔性斜轧机，包括基座单元、导料单元、2个轧辊(左轧辊、右轧辊)、2个机架(左机架、右机架)、2个机架转轴(左机架转轴、右机架转轴)、两伺服主轴系统(左伺服主轴系统、右伺服主轴系统)、辊距调整机构、两倾角调整机构、数控系统(左倾角调整机构、右倾角调整机构)，齿轮同步机构、冷却系统和数控系统。

如图1、图2所示，通过数控系统实时控制两伺服主轴系统、辊距调整机构、两倾角调整机构，由齿轮同步机构实现两轧辊（4l、4r）同步对中压下，两轧辊（4l、4r）具有动态可调的方向相同、转速为的旋转运动；方向相反、速度为的径向压下运动；方向相反、转速为的倾角调整运动。斜轧机工艺参数、动态可调，因此相同尺寸规格的斜轧机，可柔性斜轧成形不同尺寸规格的轴类零件。

优选的，如图1、图3所示，基座单元包含固定架1、底座9、机架转轴座16、机架转轴盖15，固定架1安装在地基上，底座9固定安装在固定架1上方，机架转轴座16固定安装在底座9上方，机架转轴盖15通过螺纹固定在机架转轴座16上方。机架转轴座16与机架转轴盖15为机架转轴的上下剖分式座，以坯料轴线x—x对称加工有机架转轴安装孔。

优选的，如图1、图3所示，导料单元包括入料导筒12、中间导板13、出料导筒14，入料导筒12固定安装在转轴盖15的上侧前方，中间导板13固定安装在机架转轴盖15的上侧中间，出料导筒14固定安装在机架转轴盖15的上侧后方。坯料轴线x-x与入料导筒12、出料导筒14的轴线重合，导料单元用来防止坯料0的甩摆，限制坯料0在两轧辊（4l、4r）之间转动。

如图4所示，两机架转轴（18l、18r）几何尺寸相同，以坯料轴线x-x对称布置，由机架转轴座16、机架转轴盖15支撑安装。机架优选为“l”型半圆弧机架结构，应力线短，机架强度高。

如图4、图5所示，两机架（3l、3r）几何尺寸相同，以坯料轴线x-x对称布置，分别安装在两机架转轴（18l、18r）上，两机架转轴安装孔轴线（--）与两转轴（--）轴线分别重合，两机架（3l、3r）分别可绕两机架转轴（18l、18r）旋转。优选的，机架（3l、3r）为“l”型半圆弧机架，下端有机架转轴安装孔a，中间有主轴伺服系统安装孔b，上端有辊距调整机构安装孔c，后侧有蜗杆安装孔d。

如图1、图4所示，齿轮同步机构安装在两机架（3l、3r）的下方，包括左齿轮2l、右齿轮2r，且均通过螺栓固定安装在机架（3l、3r）上。左齿轮2l轴线与左转轴轴线-重合、右齿轮2l轴线与右转轴轴线-重合，左齿轮2l与右齿轮2r外啮合。当两机架（3l、3r）分别绕两机架转轴（18l、18r）旋转时，由齿轮啮合保证作同步反向旋转，从而保证斜轧机竖直中心线不偏移。

优选的，如图1、图6、图8所示，两伺服主轴系统几何尺寸相同，分别由两机架的主轴伺服系统安装孔b支撑安装。两伺服主轴系统均可绕水平轧制中心线y-y作旋转运动。伺服主轴系统包括主轴20、伺服电机22、减速器21、主轴轴承座19、螺纹套25、预紧螺栓26。螺纹套25固定安装在两机架（3l、3r），由预紧螺栓26、螺纹套25的螺纹配合将主轴轴承座19支撑安装在主轴伺服系统安装孔b上。由伺服电机22分别驱动两主轴20旋转，从而使两轧辊（4l、4r）作方向相同、转速为的旋转运动。

优选的，如图1、图7所示，辊距调整机构安装在两机架（3l、3r）的上方，包括两缸体座24、直线缸6、两锁紧螺母23。两缸体座24由两机架的辊距调整机构安装孔c支撑安装、由两锁紧螺母23固定，直线缸6由两缸体座24支撑安装。由直线缸6带动辊距调整机构作直线运动，驱动两机架（3l、3r）分别绕两转轴轴线（--）旋转，从而使两轧辊（4l、4r）作方向相反、速度为的径向压下运动。直线缸6可以为液压缸或电动缸。

优选的，如图1、图8所示，两倾角调整机构分别安装在两机架（3l、3r）的后方，包括倾角调整电机27、蜗杆28、蜗轮29。两蜗杆28由两机架的蜗杆安装孔d支撑安装，蜗轮29用螺栓固定安装在主轴轴承座19的后侧。两蜗轮轴线与伺服主轴系统安装孔b轴线、水平轧制中心线y-y均重合。由倾角调整电机27驱动蜗杆28转动，蜗杆28将运动传递给蜗轮29，从而由蜗轮29驱动两伺服主轴系统绕水平轧制中心线y-y作交错旋转，使两轧辊（4l、4r）作方向相反、转速为的倾角调整运动。

优选的，如图1、图3所示，冷却系统包括冷却液喷管5、挡液板10、排液管11、储液箱8。冷却液喷管5固定布置在左机架3l上、对两轧辊（4l、4r）进行喷液冷却。挡液板10固定安装在底座9上方、用来防止冷却液外溢。排液管11固定安装在底座9的下方，将冷却液排出；储液箱8固定安装在固定架1内，储存冷却液。

优选的，如图1、图3所示，数控系统包括控制柜组件17、屏幕显示组件7。控制柜组件17固定安装在固定架1内，屏幕显示组件7安装在右机架3r的前侧。通过数控程序来控制伺服电机22、直线缸6、倾角调整电机28的运动状态。

本发明一种双转轴式柔性斜轧机的主要工作步骤如下：

1、数控系统的程序设计：根据坯料0及轴类零件的尺寸，设计数控系统程序控制伺服电机22、直线缸6、倾角调整电机28的运动状态。

2、坯料0的加热及转移：将坯料0加热至轧制温度（冷轧为室温，热轧为700℃-1300℃），将加热后的坯料0转移到斜轧机内。

3、数控系统的程序调用：调用数控系统的数控程序，控制工艺参数、，完成坯料0的柔性斜轧成形。

本发明的工作原理为：

将加热到轧制温度的坯料0转移到斜轧机内，由数控程序控制两伺服电机22、直线缸6、两倾角调整电机28的运动，驱动两轧辊（4l、4r）作动态可调的旋转运动、径向压下运动、倾角调整运动，由齿轮同步机构控制两轧辊（4l、4r）作同步对中压下。从而通过编程设计不同的数控程序，相同尺寸规格的斜轧机及两轧辊（4l、4r），可柔性斜轧成形不同尺寸规格的轴类零件。

本发明具有同步对中压下、机架强度高、安装调试简单、可柔性化生产等优点，在中小批量的大直径轴类零件成形领域具有广阔应用前景。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。