专利名称：非圆截面零件的旋压成形方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及塑性加工技术领域，特别涉及一种非圆截面零件的旋压成形方 法及其设备。
背景技术：
传统的旋压成形方法可分为两类，即普通旋压(不变薄旋压)和强力旋压 (变薄旋压)。在进行普通旋压或强力旋压时，工件装卡在机床主轴上，并随 机床主轴一起旋转，旋轮沿工件轴线作径向及轴向进给运动，从而加工成各种 形状的轴对称薄壁空心零件(单轴旋压零件)。
近几年来出现了一种新的旋压成形方法，在旋压成形时，将工件装卡在一 个能够沿机床主轴同时或分别进行纵、横向移动并在水平面内作偏转运动的工 作台上，而旋轮绕工件作公转和自转运动，并可以同时沿公转半径方向作进给 运动，从而加工出各部分轴线间相互平行或倾斜的非轴对称零件(多轴旋压零件)。
但由于上述旋压成形方法中，旋轮装置沿机床横向的进给运动都是普通的 步进电机或伺服电机之类的旋转电机通过驱动滚珠丝杠副的运动来实现的，由 于旋转电机所能产生的加速度相对较小，因而旋轮沿工件半径方向的进给运动 都是静态的，即进给速度以及速度的换向都相对较慢，所以加工出来的零件各 个横截面都是圆形的。而对于截面为非圆的钣金零件的成形，若采用旋压成形 工艺，则需要旋轮沿工件半径方向的进给运动相对于工件自身的旋转速度形成 较大的加速度，即随着机床主轴的旋转，旋轮沿机床横向的进给运动能够进行 快速换向，采用普通的旋转电机根本无法实现这一要求，所以自旋压成形工艺 问世以来，还没有用于非圆截面钣金零件的成形。这类零件一般采用先加工出 形状复杂的凸凹模，然后冲压成形的方法，或者是采用先将零件分成几块形状 简单的部分分别成形，然后再焊接成一体的方法加工。这不仅增加了工序，延 长了加工周期，而且对多品种小批量的情况，必然使得生产成本过高，若采用 焊接方法，还会降低材料的力学性能，影响零件的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工序少、加工周期短、 生产成本也较低的非圆截面零件的旋压成形方法。
本发明的另一目的在于提供一种用于上述方法的非圆截面零件的旋压成 形设备，该设备结构简单，加工精度高。
本发明通过以下技术方案实现 一种非圆截面零件的旋压成形方法，包括 下述步骤
(1) 根据非圆截面零件的形状和尺寸在控制台上编制控制程序，设定旋 轮的进给轨迹及进给速度等参数；
(2) 安装工件，然后启动伺服电机进给装置，调节纵向移动平台使旋轮 到达靠近工件的指定位置；
(3) 启动主轴旋转，主轴旋转带动工件旋转；
(4) 同时启动直线电机进给装置，控制旋轮装置横向移动，并保持与主 轴旋转角度之间的协调关系，同时伺服电机进给装置控制纵向移动平台带动旋 轮装置纵向移动，旋轮的纵向进给和横向进给同时进行，对工件旋压使工件成 形；
以上各步骤均在控制台上操控完成。
其中，步骤(1)所述旋轮的进给轨迹包括旋轮进给量以及主轴旋转一周 时旋轮的进给次数。
步骤(2)中所述安装工件具体为先将工件卡在主轴的轴头上，然后由 液压站带动尾顶装置将其夹紧。
步骤(3)和步骤(4)同时进行，并保持主轴旋转角度与旋轮进给轨迹之 间的协调关系。
本发明一种用于以上方法的非圆截面零件的旋压成形设备，由机床与控制 台电路连接组成；其中，机床包括主轴箱、床身、纵向移动平台、尾顶装置、 伺服电机进给装置、液压站、直线电机进给装置及旋轮装置；主轴箱置于床身 左端，尾顶装置置于床身右端并与主轴箱同轴设置，液压站通过油管与尾顶装 置连接，伺服电机进给装置置于床身右端，纵向移动平台两端设有纵向直线导 轨，伺服电机进给装置控制纵向移动平台沿纵向直线导轨纵向运动于床身内， 直线电机进给装置安装于纵向移动平台一侧，旋轮装置置于直线电机进给装置 朝向床身中心的一侧。所述直线电机进给装置包括定子、动子及电机直线导轨，动子置于定子内 部并通过电机直线导轨运动于定子内部，动子通过电机直线导轨带动旋轮装置 横向进给。
所述旋轮装置由旋轮固定于旋轮安装架上构成，用于安装旋轮的旋轮安装 架固定于直线电机进给装置的动子一侧。
为了更好地实现本发明，提高旋轮装置的成形能力，所述直线电机进给装 置和旋轮装置之间增设有斜面增力机构，所述斜面增力机构包括斜向推进块和
滚轴；所述旋轮装置包括旋轮座、横向直线导轨、旋轮安装架和旋轮；斜面推 进块一端置于直线电机进给装置的定子内部与动子连接，另一端通过滚轴与旋 轮装置的旋轮座连接，旋轮座内设置横向直线导轨，用于安装旋轮的旋轮安装 架固定于旋轮座一侧。
由于旋轮装置的运动方向为机床横向(Jc向)，所以将斜面推进块的运动 方向设为沿机床轴向(z向)，并将斜面推进块的斜面倾斜方向与机床轴向设 计成一个较小的夹角《，滚轴保持与斜面推进块的斜面接触。当斜面推进块以 较小的力量沿z向移动时，借助于斜面的楔形作用将会对旋轮装置在x向的移 动产生较大的推进力，夹角"越小，所产生的推力就越大，但所需要的行程也 会越大，因此如果机床尺寸允许并需要较大的旋轮横向推进力的话，夹角《 可以选择较小的角度。
本发明的非圆截面零件的旋压成形设备，其工作原理为调节好工件和旋 轮的相对位置后，启动自动控制程序，驱动主轴旋转，从而带动工件旋转；旋 轮装置按照设定的进给轨迹、进给速度及机床主轴的实际旋转角度进行进给运 动，其中直线电机进给装置在主轴旋转一周之内驱动旋轮装置沿机床横向多次 进行快速前进和后退的运动，与此同时，伺服电机进给装置控制纵向移动平台 沿着纵向直线导轨移动，从而带动旋轮装置进行纵向的进给运动；由于旋轮装 置在纵向和横向的同时运动，并且在橫向实现多次快速前进和后退，从而使工 件旋压后可成形为非圆截面零件。
本发明相对于现有技术具有以下优点和效果
1、 本非圆截面零件的旋压成形方法工序少，加工过程简单，加工周期短， 这不仅能提高大批量生产时的生产效率，同时用于多品种小批量时，也能降低 其成本。
2、 本非圆截面零件的旋压成形设备，结构简单，加工精度高，其应用场 合也很广，可以用于直接加工出非圆截面单轴钣金零件或者普通圆形截面单轴钣金零件，也可用于圆形截面多轴旋压零件或者非圆截面多轴零件的旋压成 形。
图1是本发明中工件和旋轮的相对关系示意图。
图2是本发明非圆截面零件的旋压成形设备的一种结构俯视图。 图3是图2中安装在纵向移动平台上的直线电机进给装置和旋轮装置的结 构示意图。
图4是本发明非圆截面零件的旋压成形设备的另一种结构俯视图。 图5是图4中增设了斜面增力机构的直线电机进给装置和旋轮装置的结构 示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实 施方式不限于此。
实施例1
本发明一种非圆截面零件的旋压成形方法，包括下述步骤
(1) 如图1所示，根据非圆截面零件0的形状和尺寸在控制台上设定旋 轮的进给轨迹(包括进给量、主轴旋转一周时旋轮的进给次数等)及进给速度；
(2) 安装工件，即先将工件卡在主轴的轴头上，后由液压站带动尾顶装 置将其夹紧，然后启动伺服电机进给装置，调节纵向移动平台使旋轮到达靠近 工件的指定位置；
(3) 启动主轴旋转，主轴旋转带动工件旋转；
(4) 同时启动直线电机进给装置，控制旋轮装置横向移动，并保持与主 轴旋转角度之间的协调关系，同时伺服电机进给装置控制纵向移动平台带动旋 轮装置纵向移动，旋轮的纵向进给和横向进给同时进行，对工件旋压使工件成 形；
以上方法中的各步骤均在控制台上操控完成。
本发明一种用于以上方法的非圆截面零件的旋压成形设备，其结构如图2 所示，由机床与控制台9电路连接组成；其中，机床包括主轴箱l、床身2、纵向移动平台3、尾顶装置4、伺服电机进给装置6、液压站5、直线电机进给 装置7及旋轮装置8;主轴箱1置于床身2左端，尾顶装置4置于床身2右端 并与主轴箱l同轴设置，液压站5通过油管与尾顶装置4连接，伺服电机进给 装置6置于床身2右端，纵向移动平台3两端设有纵向直线导轨31，伺服电 机进给装置6控制纵向移动平台3沿纵向直线导轨31纵向运动于床身2内， 直线电机进给装置7安装于纵向移动平台3 —侧，旋轮装置8置于直线电机进 给装置7朝向床身2中心的一侧。
其中，安装在纵向移动平台3 —侧的直线电机进给装置7及旋轮装置8 的结构如图3所示，直线电机进给装置7包括定子71、动子72及电机直线导 轨73，动子72置于定子内部并沿着电机直线导轨73运动于定子71内部，动 子72沿着电机直线导轨73带动旋轮装置8横向进给；旋轮装置8由旋轮81 固定于旋轮安装架82上构成，用于安装旋轮81的旋轮安装架82固定于直线 电机进给装置7的动子72 —侧。
本发明的非圆截面零件的旋压成形设备，其工作原理为调节好工件和旋 轮的相对位置后，启动主轴旋转，从而带动工件旋转；直线电机进给装置7 控制旋轮装置8按照设定的进给轨迹、进给速度及机床主轴的实际旋转角度进 行横向的进给运动，在主轴旋转一周之内驱动旋轮装置8沿机床横向多次进行 快速前进和后退的运动，与此同时，伺服电机进给装置6控制纵向移动平台3 沿着纵向直线导轨31移动，从而带动旋轮装置8进行纵向的进给运动；由于 旋轮装置8在纵向和橫向的同时运动，并且在横向实现多次快速前进和后退， 从而使工件旋压后可成形为非圆截面零件。
实施例2
本实施例的非圆截面零件的旋压成形方法与实施例1相同，非圆截面零件 的旋压成形设备的工作原理也与实施例1相同，非圆截面零件的旋压成形设备 的另一种结构如图4所示，与实施例1的不同之处在于旋轮装置8的结构，以 及增设在直线电机进给装置7和旋轮装置8之间的斜面增力机构10。
如图5所示，直线电机进给装置7和旋轮装置8之间增设有斜面增力机构 10，其中斜面增力机构10包括斜面推进块101和滚轴102;旋轮装置8包括 旋轮座83、横向直线导轨84、旋轮安装架82和旋轮81;斜向推进块101 — 端置于直线电机进给装置7的定子71内部与动子72连接，另一端通过滚轴102与旋轮装置8的旋轮座83连接，旋轮座83内设置横向直线导轨84，用于 安装旋轮81的旋轮安装架82固定于旋轮座83 —侧。
由于旋轮装置8的运动方向为机床横向Oc向)，所以将斜面推进块101 的运动方向设为沿机床轴向(z向)，并将斜面推进块101的斜面倾斜方向与 机床轴向设计成一个较小的夹角《，滚轴保持与斜面推进块101的斜面接触； 当斜面推进块101以较小的力量沿z向移动时，借助于斜面的楔形作用将会对 旋轮装置在x向的移动产生较大的推进力，从而提升旋轮装置8的成形能力， 夹角《越小，所产生的推力就越大，但所需要的行程也会越大，因此如果机床 尺寸允许并需要较大的旋轮横向推进力的话，夹角《可以选择较小的角度。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰， 都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1、一种非圆截面零件的旋压成形方法，其特征在于，包括下述步骤(1)根据非圆截面零件的形状和尺寸在控制台上设定旋轮的进给轨迹及进给速度；(2)安装工件，然后启动伺服电机进给装置，调节纵向移动平台使旋轮到达靠近工件的指定位置；(3)启动主轴旋转，主轴旋转带动工件旋转；(4)同时启动直线电机进给装置，控制旋轮装置横向移动，并保持与主轴旋转角度之间的协调关系，同时伺服电机进给装置控制纵向移动平台带动旋轮装置纵向移动，旋轮的纵向进给和横向进给同时进行，对工件旋压使工件成形；以上各步骤均在控制台上操控完成。
2、 根据权利要求1所述的非圆截面零件的旋压成形方法，其特征在于， 步骤(1)所述旋轮的进给轨迹包括旋轮进给量以及主轴旋转一周时旋轮的进 给次数。
3、 根据权利要求1所述的非圆截面零件的旋压成形方法，其特征在于， 所述安装工件具体为先将工件卡在主轴的轴头上，然后由液压站带动尾顶装 置将其夹紧。
4、 一种用于权利要求1 3任一项所述方法的非圆截面零件的旋压成形设 备，由机床与控制台电路连接组成，其特征在于，所述机床包括主轴箱、床身、 纵向移动平台、尾顶装置、伺服电机进给装置、液压站、直线电机进给装置及 旋轮装置；主轴箱置于床身左端，尾顶装置置于床身右端并与主轴箱同轴设置， 液压站通过油管与尾顶装置连接，伺服电机进给装置置于床身右端，纵向移动 平台两端设有纵向直线导轨，伺服电机进给装置控制纵向移动平台沿纵向直线 导轨纵向运动于床身内，直线电机进给装置安装于纵向移动平台一侧，旋轮装 置置于直线电机进给装置朝向床身中心的一侧。
5、 根据权利要求4所述的非圆截面零件的旋压成形设备，其特征在于， 所述直线电机进给装置包括定子、动子及电机直线导轨，动子置于定子内部并 通过电机直线导轨运动于定子内部，动子通过电机直线导轨带动旋轮装置橫向 进给。
6、 根据权利要求4或5所述的非圆截面零件的旋压成形设备，其特征在于，所述旋轮装置由旋轮固定于旋轮安装架上构成，用于安装旋轮的旋轮安装 架固定于直线电机进给装置的动子一侧。
7、根据权利要求4或5所述的非圆截面零件的旋压成形设备，其特征在 于，所述直线电机进给装置和旋轮装置之间增设有斜面增力机构，所述斜面增 力机构包括斜面推进块和滚轴；所述旋轮装置包括旋轮座、横向直线导轨、旋 轮安装架和旋轮；斜面推进块一端置于直线电机进给装置的定子内部与动子连 接，另一端通过滚轴与旋轮装置的旋轮座连接，旋轮座内设置横向直线导轨， 用于安装旋轮的旋轮安装架固定于旋轮座一侧。
全文摘要
本发明提供一种非圆截面零件的旋压成形方法及其设备，其方法为安装好工件后，启动主轴带动工件旋转，旋轮装置横向进给，在主轴旋转一周之内多次快速前进和后退，并保持与主轴旋转角度之间的协调关系，同时纵向移动平台带动旋轮装置纵向进给，从而使工件旋压后成形为非圆截面零件；其设备由机床与控制台电路连接组成，机床包括主轴箱、床身、纵向移动平台、尾顶装置、伺服电机进给装置、液压站、直线电机进给装置及旋轮装置，主轴箱和尾顶装置置于床身两端且同轴设置，液压站通过油管与尾顶装置连接，伺服电机进给装置置于床身一部，纵向移动平台置于床身内且两端设有纵向直线导轨，带动旋轮装置的直线电机进给装置安装于纵向移动平台一侧。
文档编号B21D22/14GK101412058SQ20081021951
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者夏琴香, 程秀全 申请人:华南理工大学