一种全自动管材扩口机与管材扩口方法与流程

本发明属于机械加工设备领域，尤其涉及一种对钢管、铜管等管材进行自动扩口的设备与扩口方法。

背景技术：

扩口机在机械制造领域的应用十分广泛。在空调家电行业所使用的管材壁厚都比较薄，一般在1-1.5mm之间，在该领域，一般是采用专门的管材扩口机进行扩口。由于管材壁厚较薄，且铜具有良好的延展性，使用凸模扩孔法，可以很轻松的扩口。由于管材扩口机的效率高、扩口质量好等优点，在空调行业里的应用已经十分广泛，目前专门设计生产各型管材扩口机的厂家也很多。已有的管材扩口机，自动化程度不同、原理各异、扩口直径各异、机械性能也各具优势。而这些加工存在以下问题：传统的管材扩口机自动化程度低，手工上下料导致生产效率低；需要大量的人力操作，导致产品的质量稳定性差；生产成本高，不利于批量生产。

虽然现在扩口机已经得到了广泛的应用，经受住了工程实践的考验，尤其是自动化扩口机的应用，极大的提高了生产效率和产品质量，同时还降低了生产成本，在我国家电制造、航空、医疗器械等方面起到了巨大的作用。但不能忽视的是，现在使用的管材扩口机仍然存在以下两个问题：

（1）对于大型的自动化扩口机，由于设计较为复杂，集合了机械、电气、微电子等学科的知识，导致扩口机的价格普遍偏高，与传统的管材扩口设备相比较，周期使用费用，维护费用也更高，对于企业来讲，更加期待能够降低这项费用。

（2）目前部分还在使用的手动管材扩口机，性能不可靠，扩口质量不好，废品率偏高，效率低下。生产工件质量的好坏，由工人的状态和经验决定，这对工人的素质要求较高，同时对工人来讲，劳动强度很大。

由于上述两个问题的存在，现在各个扩口机厂家都寻求研发一种效率高、工作可靠、结构简单、维护容易，同时能够有效降低价格的新型管材扩口机。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种全自动管材扩口机，在提高自动化程度的同时降低成本，还对扩口质量控制更加稳定，生产效率更高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种全自动管材扩口机，包括自动上下料装置，所述自动上下料装置，包括料斗，料斗内底部设有斜坡面，料斗侧壁设有与斜坡面下端连通的过料口，过料口下方设有能够上下转动的拨片；拨片前端上翘形成挡片，拨片后端转动连接在水平转轴上，水平转轴与固定在料斗底部外侧面的拨片支架连接；拨片底面与料斗底部外侧面之间设置弹性复位机构，弹性复位机构使得拨片受压向下翻转后能够自动向上翻转；拨片下方设有旋转工作台，旋转工作台上设有转盘电机与平行于过料口的转盘轴，转盘电机通过传动机构向转盘轴输出动力；转盘轴两端固定连接有转盘，转盘外周边缘上分布有间隔均匀的卡槽；转盘轴带动转盘向外旋转的过程中，能够使得从拨片上依靠自重下落到转盘的卡槽上的管材依次到达上料工位、加工工位与下料工位；

还包括相对于料斗设置在旋转工作台一侧的升降夹紧机构；所述升降夹紧机构包括升降柱与盖板；升降柱下端固定在旋转工作台的机架底板上，升降柱上端固定连接盖板，盖板内侧延伸至转盘的上料工位正上方；旋转工作台两端分别设有扩口机构与轴向对位机构。

优选的，所述旋转工作台外侧设有位于下料工位下方的接料槽；接料槽一端通过刚性柱支撑并且接料槽能够相对于刚性柱上下转动，接料槽另一端通过弹性柱支撑。

优选的，所述料斗内设有用于筛选和调整管材位置的整理机构；所述整理机构包括分别设置在料斗进料口上部、料斗中部以及料斗底部的上层挡杆、中层档杆以及下层档杆，上层档杆与中层档杆均包括若干并排间隔设置的挡杆，下层档杆包括沿斜坡面间隔设置的若干档杆，各档杆均平行于转盘轴。

优选的，料斗一端由旋转工作台的机架顶板支撑，料斗另一端由立柱支撑于地面；升降夹紧机构通过螺栓可拆卸连接在旋转工作台的机架底板上；旋转工作台的机架底板两端均固定连接有卡接板，扩口机构与轴向对位机构的基座底部均设有用于卡接所述卡接板的卡接口，旋转工作台两端分别与扩口机构与轴向对位机构卡接并通过螺栓将卡接板固定在卡接口上。

优选的，料斗一端与档杆固定连接，料斗另一端的端面和前后侧面均与档杆滑动连接，使得料斗一端能够根据管材的长度沿档杆轴线移动，并将料斗端面与前后侧面通过螺钉紧定。

优选的，轴向对位机构包括基座底板，基座底板上通过汽缸连接有基座顶板，在轴向对位机构的基座顶板上设有滚筒与用于带动滚筒轴旋转的滚筒电机，滚筒轴的轴线垂直于转盘轴的轴线，并且滚筒正对加工工位；轴向对位机构还包括设置在扩口机构的基座顶面的限位柱，限位柱位于扩口头与旋转工作台之间，限位挡片顶端与扩口头轴心线等高,限位柱内部中空并且设有压簧，压簧下端固定在限位柱内，压簧上端连接有限位挡片，限位挡片下端置于限位柱内，限位挡片顶端向上延伸至与扩口头轴心线等高。

本发明还提供一种管材扩口方法，采用本发明的全自动管材扩口机，过料口的宽度小于管材直径的两倍，使得过料口每次只能通过一根管材，从而使得下落到拨片上的管材呈单层并排状态。包括以下步骤：

步骤1：管材在重力作用下，从料斗下落到拨片，下压拨片；同时转盘向外侧转动，即朝向升降夹紧机构方向旋转；当转盘轴转到转盘v型槽正对拨片前端的挡片时，使得挡片随着拨片下翻而趋于水平，则最前端的工件在重力作用下自然下落到转盘v型槽上，完成工件上料。同时，由于工件整体重量减小，在弹性复位机构的作用下，拨片自动上翻，从而防止其余工件接连下落。

步骤2：转盘继续向外旋转，带动卡槽内的管材上升到最高位置，到达加工工位；

步骤3：当工件随着转盘轴转到加工工位时,轴向对位机构的基座顶板在汽缸的驱动下上升并使得滚筒刚好与管材接触,滚筒驱动管材轴向移动，使管材到达扩口机构的轴向行程范围内；

步骤4：转盘暂停转动；升降夹紧机构下降盖板，直到将管材压紧在卡槽上；

步骤5：扩口机构的扩口头轴向冲压管材端部，使管材端部的管径扩大，从而完成扩口；

步骤6：升降夹紧机构上升盖板，解除对管材的压紧状态；随后，转盘继续向外旋转，在下料的同时进行上料；

步骤7：重复步骤1至6，直到加工任务完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、自动上下料装置依靠重力完成工件的上料：在重力作用下工件从料斗中的斜坡面自然下滑，经过料口到达拨片，可以是多根工件同时掉落到拨片上，工件下压拨片（同时对弹性复位机构造成挤压），拨片前端的挡片防止工件直接下落到旋转工作台上的转盘上，当转盘轴转到转盘v型槽正对拨片前端的挡片时，使得挡片随着拨片下翻而趋于水平，则最前端的工件在重力作用下自然下落到转盘v型槽上，完成工件上料。同时，由于工件整体重量减小，在弹性复位机构的作用下，拨片自动上翻，从而防止其余工件接连下落。这样，使得整个上料过程有序进行，并且每次只对一个工件进行上料。

2、通过调节转盘的工作节拍，可使得工件恰好下落到位于拨片下方的卡槽上，此为上料工位；转盘向外旋转带动卡槽内的工件上升到最高位置，此为加工工位；转盘继续向外旋转，带动卡槽内的工件下降直到工件能够在重力作用下自然下落，此为下料工位。通过协调全自动管材扩口机各机构的工作节拍，可使得上料、下料同时进行，提高生产效率。

3、弹性支撑柱具有阻尼作用，工件掉落到接料槽上，压缩弹性支撑柱，再配合接料槽一端向下转动，接料槽发生倾斜，从而使得工件能够从接料槽上缓慢下滑，减小撞击。

4、整理机构之间的间隔可以对管材的上料方向进行筛选，由于各档杆均平行于转盘轴，那么上层档杆使得工件只能以平行于转盘轴的姿态进入料斗内，中层档杆以及下层档杆进一步调整管材位置，使管材保持平行于转盘轴的姿态。

5、料斗右边的前端面和侧面与档杆滑动连接，使得料斗右边的前端面和侧面可以根据管材的长度沿档杆轴线移动,这样就能调节过料口的长度，以适应不同的长度的管材。

6、本发明的全自动管材扩口机通过自动上下料装置、轴向对位机构、升降夹紧机构与扩口机构的配合，就能自动完成对工件的扩口加工工序，无需人为介入，提高了自动化水平。由于自动上下料装置依靠重力完成上下料，无需复杂昂贵的设备，如机械手等，大大降低了生产成本。

7、本发明的全自动管材扩口机各个机构采用模块化设计、各个机构之间形成可拆卸连接，加工、运输与组装都十分方便。

8、本发明的扩口方法通过各机构协调配合，能够高效的进行连续生产，定位准确,加工精度高；上下料依靠重力作用，大大节省了能源。

附图说明

图1是全自动管材扩口机的整体结构示意图；

图2是旋转工作台与升降夹紧机构的装配图；

图3是自动上下料装置的结构示意图；

图4是拨片的局部放大图；

图5是图4的右视图；

图6是扩口机构的结构示意图；

图7是轴向对位机构的结构示意图。

具体实施方式

参考图1与图3所示，一种全自动管材扩口机，包括自动上下料装置1；还包括相对于料斗102设置在旋转工作台一侧的升降夹紧机构4；所述升降夹紧机构4包括升降柱401与盖板402；升降柱401下端固定在旋转工作台2的机架底板上，升降柱401上端固定连接盖板402，盖板402内侧延伸至转盘202的上料工位正上方；旋转工作台2两端分别设有扩口机构5与轴向对位机构6。

全自动管材扩口机各个机构采用模块化设计、各个机构之间形成可拆卸连接：料斗102一端由旋转工作台2的机架顶板支撑，料斗102另一端由立柱支撑于地面；升降夹紧机构4通过螺栓可拆卸连接在旋转工作台2的机架底板上；旋转工作台2的机架底板两端均固定连接有卡接板204，扩口机构5与轴向对位机构6的基座底部均设有用于卡接所述卡接板的卡接口，旋转工作台2两端分别与扩口机构5与轴向对位机构6卡接并通过螺栓将卡接板固定在卡接口上。

本发明的全自动管材扩口机通过自动上下料装置1、轴向对位机构6、升降夹紧机构4与扩口机构5的配合，就能自动完成对工件的扩口加工工序，无需人为介入，提高了自动化水平。由于自动上下料装置依靠重力完成上下料，无需复杂昂贵的设备，如机械手等，大大降低了生产成本。

下面分别对各个机构进行说明。

自动上下料装置：

参考图2与图3所示，自动上下料装置，包括料斗102，料斗102内底部设有斜坡面，料斗102侧壁设有与斜坡面下端连通的过料口，过料口下方设有能够上下转动的拨片101；拨片101前端上翘形成挡片1011，拨片101后端转动连接在水平转轴1012上，水平转轴1012与固定在料斗102底部外侧面的拨片支架连接；拨片底面与料斗底部外侧面之间设置弹性复位机构，弹性复位机构使得拨片101受压向下翻转后能够自动向上翻转；拨片101下方设置旋转工作台2，旋转工作台2上设有转盘电机与平行于过料口的转盘轴201，转盘电机通过传动机构向转盘轴201输出动力；转盘轴201两端固定连接有转盘202，转盘外周边缘上分布有间隔均匀的卡槽；转盘轴201带动转盘202向外旋转的过程中，能够使得从拨片101上依靠自重下落到转盘202的卡槽上的管材依次到达上料工位、加工工位与下料工位。

自动上下料装置依靠重力完成工件的上料：在重力作用下工件从料斗102中的斜坡面自然下滑，经过料口到达拨片101，由于过料口的宽度小于管材直径的两倍，使得过料口每次只能通过一根管材，从而使得管材呈单层并排状态掉落到拨片101上，工件下压拨片101（同时对弹性复位机构造成挤压），拨片101前端的挡片1011防止工件直接下落到旋转工作台2上的转盘202上，尤其是防止多根工件同时下落，当转盘轴转到转盘v型槽正对拨片前端的挡片1011时，使得挡片随着拨片101下翻而趋于水平，则最前端的工件在重力作用下自然下落到转盘202型槽上，完成工件上料。同时，由于工件整体重量减小，在弹性复位机构的作用下，拨片101自动上翻，从而防止其余工件接连下落。这样，使得整个上料过程有序进行，并且每次只对一个工件进行上料。

转盘202上的卡槽为v形卡槽；卡槽内表面粘接有弹性衬垫，增大表面摩擦力，保护工件不易受损，且不易脱落。

参考图4与图5所示，弹性复位机构包括套接在水平轴上的扭簧1013，扭簧1013一端抵压在拨片底面上，扭簧1013另一端抵压在料斗底部外侧面上。

旋转工作台2外侧设有位于下料工位下方的接料槽3；接料槽3一端通过刚性柱301支撑并且接料槽3能够相对于刚性柱上下转动，接料槽3另一端通过弹性柱302支撑。弹性柱302具有阻尼作用，工件掉落到接料槽3上，压缩弹性柱302，再配合接料槽3一端向下转动，接料槽3发生倾斜，从而使得工件能够从接料槽3上缓慢下滑，减小撞击。

料斗102内设有用于筛选和调整管材位置的整理机构；所述整理机构包括分别设置在料斗102进料口上部、料斗102中部以及料斗102底部的上层挡杆、中层档杆以及下层档杆，上层档杆与中层档杆均包括若干并排间隔设置的挡杆，下层档杆包括沿斜坡面间隔设置的若干档杆，各档杆均平行于转盘轴201。整理机构之间的间隔可以对管材的上料方向进行筛选，由于各档杆均平行于转盘轴201，那么上层档杆使得工件只能以平行于转盘轴201的姿态进入料斗102内，中层档杆以及下层档杆进一步调整管材位置，使管材保持平行于转盘轴201的姿态。

料斗102一端与档杆固定连接，料斗另一端的端面和前后侧面均与档杆滑动连接，使得料斗102一端能够根据管材的长度沿档杆轴线移动，并将料斗端面与前后侧面通过螺钉紧定。料斗右边的前端面和侧面与档杆滑动连接，使得料斗右边的前端面和侧面可以根据管材的长度沿档杆轴线移动,这样就能调节过料口的长度，以适应不同的长度的管材。

传动机构为带轮传动机构205，其传动比为1:1，在设计集于单片机的步进电机控制方式时更加简单，控制自动上下料时的速度快慢。转盘轴201两端为滚子轴承和角接触球轴承支撑，使得传动部分可以承受来自加工的周向以及轴向压力，确保整个系统平稳运行，增加装置稳定性，提高生产效率。

扩口机构5：

参考图6所示，扩口机构5顶面固定连接有导轨，导轨上滑动连接有扩口头支架502；扩口头支架502相对于旋转工作台2的一侧固定连接有扩口头501，支架502另一侧通过连杆503铰接有摇杆504；摇杆504与做水平往复运动的液压缸杆505铰接；液压缸设置在位于扩口头支架502下方的基座空腔内。

连杆机构将液压缸杆的直线往复运动转化为摇杆504的平面摇摆运行，在摇杆504左右摆动的过程中，通过连杆503拖动扩口头支架502沿着导轨左右滑动，从而使得扩口头501右移扩口、左移回收。

轴向对位机构：

参考图6与图7所示，轴向对位机构包括设置在轴向对位机构6的基座顶面603上的滚筒601与用于带动滚筒轴旋转的滚筒电机602，滚筒轴的轴线垂直于转盘轴201的轴线，并且滚筒601正对加工工位。当工件处于上料工位时,对位机构6的基座顶面603处于最低位;当工件随着转盘轴转到加工工位时,对位机构6的基座顶面603在汽缸604的驱动下上升并刚好与工件接触,滚筒601驱动工件左移。轴向对位机构还包括设置在扩口机构5的基座顶面的限位柱605，限位柱605位于扩口头501与旋转工作台2之间,并且限位柱里的限位挡片606顶端与扩口头501轴心线等高,限位柱605内部中空并且设有压簧，压簧下端固定在限位柱内，压簧上端连接有限位挡片606，限位挡片606下端置于限位柱内，限位挡片606顶端向上延伸至与扩口头轴心线等高。

管材到达加工工位后，滚筒601在汽缸604的驱动下上升与管材接触,滚筒601在滚筒电机602的带动下逆时针旋转，就能带动轴向管材轴向左移，直到与限位挡片606接触，从而完成轴向对位，实现管材的精确定位,从而保证管材扩口的精度。另外，由于限位挡片606通过弹簧与限位柱连接，使得扩口头501向右冲压时能够使限位挡片606竖直向下移动，从而避免发生运动干涉。

全自动管材扩口机的工作原理：

上述全自动管材扩口机采用与之相配合的控制系统（图中未示出）进行控制。在知晓上述全自动管材扩口机完整结构的前提下，本领域技术人员（工控）依靠现有知识即可设计出与该全自动管材扩口机的结构相配套的控制系统（可采用工控机、单片机或plc中的任意一种作为控制器），在此不作赘述。

工作前：设定转盘电机脉冲频率，确定旋转工作台2的转速和角度，设定升降夹紧装置和扩口机构5加工频率，根据不同的生产节拍调整机器，检查旋转工作台2对应的上料，加工，下料工位是否在正确位置。

工作时：管材先通过拨片101进入预加工位置即上料工位，旋转工作台2旋转转盘转动，将预加工位置的管材，带入v型卡槽加工位置，对位机构6的基座顶面603在汽缸604的驱动下上升并刚好与工件接触,滚筒601驱动工件左移。滚筒电机602带动滚筒601逆时针转动，管材左移，管材左侧接触限位挡片606，停到正确加工位置，升降夹紧机构4下方液压升降杆下降，盖板402压下，对管材进行夹紧，扩口机构5中液压缸杆向左运动，通过连杆完成扩口头501右移扩口，完成扩口工作后，液压缸杆收缩，扩口头501左移回收，升降杆上升，盖板402抬起放松，对位机构6的基座顶面603在汽缸604的驱动下下降到最低位。旋转工作台2再次周向转动，将已加工管材通过接料槽3送入下料管道，与此同时将下一个预加工的管材带到加工位置，通过1：1传动的带轮带动转盘完成上料，加工，下料三个步骤，完成一次加工循环。

最后，只要将全自动管材扩口机和物流系统成功连接就可以完成自动上料下料，也可以通过手工投料方式来完成加工，重复上述过程，实现管材扩口的全自动加工。用上述全自动管材扩口机大幅度提高了管材上下料和工作效率。

一种管材扩口方法，采用本具体实施方式中的全自动管材扩口机，过料口的宽度小于管材直径的两倍，使得过料口每次只能通过一根管材，从而使得下料到拨片上的管材呈单层并排状态；包括以下步骤：

步骤1：管材在重力作用下，从料斗下落到拨片，下压拨片；同时转盘向外侧转动，即朝向升降夹紧机构方向旋转；当转盘轴转到转盘v型槽正对拨片前端的挡片1011时，使得挡片随着拨片101下翻而趋于水平，则最前端的工件在重力作用下自然下落到转盘v型槽上，完成工件上料。

步骤2：转盘继续向外旋转，带动卡槽内的管材上升到最高位置，到达加工工位；

步骤3：当工件随着转盘轴转到加工工位时,轴向对位机构的基座顶板在汽缸的驱动下上升并使得滚筒刚好与管材接触,滚筒驱动管材轴向移动，使管材到达扩口机构的轴向行程范围内；

步骤4：转盘暂停转动；升降夹紧机构下降盖板，直到将管材压紧在卡槽上；

步骤5：扩口机构的扩口头轴向冲压管材端部，使管材端部的管径扩大，从而完成扩口；

步骤6：升降夹紧机构上升盖板，解除对管材的压紧状态；随后，转盘继续向外旋转，在下料的同时进行上料；

步骤7：重复步骤1至6，直到加工任务完成。

以上实施案例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。