一种航空异型挤出结构件专用矫形设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种航空异型挤出结构件专用矫形设备，它由硬件系统和软件系统两部分构成。硬件主要包括辊子系统、主传动系统、丝杠进给系统以及机架；软件分为两部分，一部分以位移传感器为主部件控制进给量精度，另一部分以力传感器为主部件根据矫形经验对矫形进行优化。本发明与现有技术相比，其显著优点是：采用弯扭复合矫形，矫形精度高；采用数字化矫形，效率高；可对不同尺寸的零件进行矫形，灵活度高。
【专利说明】一种航空异型挤出结构件专用矫形设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可数字化调节的测试不同尺寸航空异型挤出结构件的专用矫形设备。
【背景技术】
[0002]结构件的使用在航空产品的设计中占有很重要的位置，是构成飞行器气动外形和机体骨架的最重要组成部分。航空结构件的材料多采用铝合金，由于形状复杂，加之实际加工过程中会遇到焊接性能不好等问题，为了保证精度，多采用挤出成型的方式加工生产。由于各种因素的影响，工件在挤出、冷却和运输等过程中，往往出现形状缺陷。某些型材会出现弧形弯曲或者断面产生翼缘内并、外扩和扭转等变形。为了控制工件的精度，需要对工件进行矫形，以得到形状和尺寸准确的工件。在金属型材或板材的弯曲部位施加足够大的反向弯曲或拉伸变形，使该部位产生一定的弹塑性变形，当外力去除之后，型材经过弹性回复后达到平直，这一工艺过程就称为矫直。矫直是通过矫形机实现的。现在的矫形机大致分为三种:压力矫形机，轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫正；辊式矫形机，在辊式矫形机上轧件多次通过交错排列的转动着的辊子，利用多次反复弯曲而得到矫正；拉伸矫形机，也称张力矫形机，主要用于矫正厚度小于0.6mm的薄钢板和有色金属板材。这些矫形机在对航空结构件的矫形中存在通用性差、效率和精度低等问题，所以非常需要设计一种灵活的、高精度高效率的矫形机对航空结构件进行矫形。
【发明内容】
[0003]本设计基于上述背景，提出一种对航空航天异型挤出结构件的专用矫形设备，用于校正航空航天关键零件的加工变形，从而控制零件的加工变形，提高零件的加工质量，为制造企业人工矫形提供自动化的操作设备，从而改善工作环境，降低制造成本。
[0004]为达到上述目的，本设备设计为两个主要部分:硬件系统和软件系统。硬件主要分为四部分:辊子系统，用于对工件进行矫直，包括上下辊子和左右辊子，可实现水平方向和竖直方向同时进行矫形；主传动系统，用于为辊子的转动提供矫形力，是主要的功率来源；丝杠进给系统，用于实现左右辊子对和上下辊子对之间的相对距离独立可调，保证位移精度，以适应不同尺寸的工件；机架系统，用于支撑和定位各部件。软件系统分为两部分--位置精度控制系统，使用位移传感器，采用负反馈系统，控制辊子的移动距离，提高进给量精度；压力检测系统，使用力传感器，通过对压力的检测，掌握压入量对于矫形过程的影响，根据矫形经验对矫形进行优化。本发明与现有技术相比，其显著优点是:采用弯扭复合矫形，矫形精度高；采用数字化矫形，效率高；可对不同尺寸的零件就行矫形，灵活度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是辊子系统总体布置图；
[0006]图2是左辊与下辊装配方式平面图；
[0007]图3是左辊与下辊装配方式三维图；
[0008]图4是左辊布置平面图；
[0009]图5是左辊布置三维图；
[0010]图6是上辊示意图；
[0011]图7是右辊示意图；
[0012]图8是主传动系统示意图；
[0013]图9是分配器结构示意图；
[0014]图10是左辊丝杠进给系统示意图；
[0015]图11是上辊丝杠进给系统示意图；
[0016]图12是位置精度控制系统示意图；
[0017]图13是位置精度控制原理流程图；
[0018]图14是压力检测系统示意图；
[0019]图15是位移反馈系统；
[0020]图16是压力传感器连接示意图。
[0021]图中I为左辊，2为上辊，3为右辊，4为下辊，5为下辊轴承一，6为下辊联轴器，7为下棍轴承二，8为左棍轴颈,9为左棍轴承一，10为支撑件一，11为左棍轴承二，12为上棍轴承，13为支撑件二，14为右棍轴承一，15为右棍轴承二，16为右棍轴颈一，17为右棍轴颈二，18为主电机,19为主电机输出轴,20为凸缘联轴器一,21为减速器输入轴,22为减速器，23为减速器输出轴,24为凸缘联轴器二, 25为分配器输入轴,26为分配器,27为分配器输出轴，28为锥齿轮一，29为锥齿轮二，30为斜齿轮，31为惰轮，32为T形架导轨，33为丝杠，34为带法兰螺母，35为联轴器，36为低速电机，37为主电机支架，38为减速器支架，39为分配器支架，40为T形架支架，41为减速电机支架一，42为减速器支架二，43为整体支架，44为位移传感器箱体,45为位移传感器拉杆，46为拉杆固定件，47为位移感应器，48为电源，49为信号放大器，50为控制器，51为压力传感器，52为电刷，53为数字显示仪。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例附图中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0023]在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0024]下面结合附图及实施例对本发明的设计原理、各部分功能结构及装配工艺进行介绍:
[0025]如图1至7所示，此为硬件系统的辊子系统部分。辊子系统是整个矫形设备的主要工作部分，是直接与工件接触对工件进行矫形的核心部分，包括上下辊子对和左右辊子对，可实现水平方向和竖直方向同时矫形的功能。上下辊子对和左右辊子对之间相对间距可调，适用于不同尺寸大小的工件。为了保证矫形质量，设计竖直和水平方向辊子数分别为9个和7个，其中左辊I为4个，上辊2为4个，右辊3为3个，下辊4为5个。为了实现水平方向和竖直方向同时矫形，即弯扭复合矫形，其中左辊I辊轴插入下辊4的辊间交叉排列，同样右辊3辊轴插入下辊4的辊间交叉排列，上辊2和下辊4尺寸大小相同，上下平行安装。左辊I支撑方式为悬臂式，通过左辊轴颈8、左辊轴承一 9、左辊轴承二 11与支撑件一 10连接，实现和左辊丝杠进给系统结合，其中左辊轴承一 9和左辊轴承二 11选用圆锥辊子轴承，固定方式为套筒一端盖；下辊4支撑方式为悬臂式，通过下辊轴承一 5、下辊联轴器6、下辊轴承二 7与分配器连接，实现和主传动系统结合，其中下辊轴承一 5和下辊轴承二 7选用滑动轴承，固定方式为端盖一端盖；上辊2支撑方式为简支式，通过上辊轴承12以及轴与支撑件二 13连接，实现和上辊丝杠进给系统结合，其中上辊轴承12选用滑动轴承，固定方式为轴肩一端盖；右辊3支撑方式为悬臂式，通过右辊轴承一 14、右辊轴承二 15、右辊轴颈一 16、右辊轴颈二 17固定于机架，并通过锥齿轮和下辊4结合，实现与主传动系统的间接连接，其中右辊轴承一 14和右辊轴承二 15选用圆锥辊子轴承，固定方式为轴肩一端盖。
[0026]如图8和9所示，此为硬件系统的主传动系统部分。主传动系统为辊子的转动提供矫形力，是主要的动力来源。在此矫形设备中，设计右辊3和下辊4为主动转动的辊子，动力由主电机18直接提供；设计左辊I和上辊2为随动辊子，依靠辊子和工件的摩擦力带动转动。故从主电机18出来的动力只需要传到右辊3和下辊4即可实现辊子对的转动。整个传动系统可以概括为:主电机18—减速器22—分配器26—下辊4一锥齿轮一 28—锥齿轮二 29—右辊3。主电机18的动力通过减速器22的调节传递到分配器26，分配器26通过斜齿轮30的作用将I个输入轴25传至的动力分为5个动力输出，并通过5个不同的输出轴27传递到下辊4中，以带动下辊4的转动。同时为了保证下辊4的转向一致，需要在传动齿轮间增加惰轮31。分配器26中，齿轮之间传动比都为1:1。下辊4向右辊3通过锥齿轮28和锥齿轮29传递动力，下辊4的中间三个辊子的右方和右辊3的辊轴下方分别安装3个相啮合的锥齿轮28和锥齿轮29，通过锥齿轮的作用，将动力传至右辊3以带动右辊3转动。锥齿轮28和锥齿轮29之间的传动比也是1:1，选用直齿锥齿轮。由于动力均通过轴传递，所以主电机18的输出轴19和减速器22的输入轴21、减速器22的输出轴23和分配器26的输入轴25以及分配器26的输出轴27和下辊4的辊轴均用凸缘联轴器相连。
[0027]如图10和11所示，此为硬件系统的丝杠进给系统部分。分别用于控制左辊I水平方向移动和上辊2竖直方向移动。不同的工件的尺寸是变化的，所以为了保证能对不同的工件进行矫形，上下辊子之间的距离以及左右辊子之间的距离是可以调节的。为了实现上下辊子对以及左右辊子对之间的相对距离可调，且调节时相互独立，互不影响，分别设计两个独立运行的丝杠进给系统，即左辊I丝杠进给系统和上辊2丝杠进给系统。整个左辊I丝杠进给系统可以概括为:低速电机36 (带减速器)一联轴器35—丝杠33—带法兰的螺母34—支撑件一 10 — T形架导轨32。低速电机36的动力通过轴和联轴器35传递到丝杠33，丝杠33和带法兰的螺母34配合可以带动支撑件一 10沿着T形架导轨32左右移动，左辊I随着支撑件10的运动即可实现水平方向的运动；实现上辊2竖直方向上运动的方式和实现左辊I水平方向运动的方式完全相似，只是丝杠进给系统的摆放方式不同，不再赘述。
[0028]如图12所示，此为硬件系统的支架系统。支架系统用于固定整个矫形设备的各部分，支撑各部分在合理的位置。支架系统分为两部分:一部分是支撑辊子系统主体的整体支架43，其用螺母固定于工作面或工作台上，T形架导轨32焊接于其上；一部分是支撑各个部件的支架，分别为主电机支架37、减速器支架38、分配器支架39、T形架支架40、减速电机支架一 41、减速电机支架二 42，这些支架独立于整体支架单独起作用，各支架均用螺母安装在工作面或工作台上。
[0029]如图13至15所示，此为软件系统的位置精度控制系统。位置精度控制系统用于控制压入量，即辊子的移动距离，使辊子位置可受精确的控制。系统的工作原理可由位置精度控制流程图看出。减速电机36的转速直接影响丝杠33的转速，由丝杠33和带法兰的螺母34配合可调节支撑件一 10的位移，这时位移反馈系统起作用，可以调节减速电机36的转速，最终实现对左辊I和上辊2的位置控制。位移反馈系统主要由位移传感器47、电源48、信号放大器49和控制器50等组成，用于测量辊子支撑件一 10与整体机架43之间移动的相对直线距离，采取的形式为负反馈调节。位移传感器47的作用是测得支撑件相对于支架的直线相对位移。
[0030]如图16所示，此为软件系统的压力检测系统。压力检测系统是软件系统中非常重要的部分，其通过对压力的检测，可掌握压入量对矫形过程的影响，进而可提高矫形设备的矫形质量。直接测量辊子上的挤压力较为困难，但由于辊子之间相互挤压使丝杠向上挤压，只要测出丝杠33上某一方向的挤压力，就可以得到辊子上相应的挤压力。压力传感器51通过螺纹与丝杠33相连，故而压力传感器51会随着丝杠33的转动而转动。利用固定于T形架导轨32上的电刷52和压力传感器51的配合工作，可通过与电源48直接连接的电刷52为压力传感器51提供电源以及将压力传感器51测得的信号传出。最后通过数字显示仪53可以直观的读出压力值。
[0031]以上对本发明所提出的一种航空异型挤出结构件专用矫形设备进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种航空异型挤出结构件专用矫形设备，其特征在于，包括硬件系统和软件系统。硬件主要包括辊子系统、主传动系统、丝杠进给系统以及机架；软件分为两部分，一部分以位移传感器控制进给量精度，另一部分以力传感器根据矫形经验对矫形进行优化。
2.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述辊子系统包括左辊(1)、上辊(2)、右辊(3)和下辊(4)以及各辊安装部件，可实现水平方向和竖直方向同时进行矫形。
3.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述主传动系统，为辊子的转动提供矫形力。动力由主电机(18)经减速器(22)传出，由分配器(26)的作用，动力由单输入变为多输出，带动下辊(4)转动，同时由锥齿轮(28)和(29)的作用，带动右辊(3)转动。在工作时，由摩擦力带动左辊(1)和上辊(2)转动。
4.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述丝杠进给系统用于实现左右辊子对和上下辊子对之间的相对距离独立可调，保证位移精度，以适应不同尺寸的工件。低速电机(36)的动力通过轴和联轴器(35)传递到丝杠(33)，丝杠(33)和带法兰的螺母(34)配合可以带动支撑件(10)沿着I形架导轨(32)移动，左辊(1)随着支撑件(10)的运动即可实现水平方向的运动；同理可实现上辊(2)竖直方向上运动。
5.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述机架系统，用于支撑和定位各部件。包括主电机支架(37),减速器支架(38),分配器支架(39)3形架支架(40)、减速电机支架一(41)、减速电机支架二(42)和整体支架(43)。
6.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述位置精度控制系统用于控制压入量，即辊子的移动距离，使辊子位置可受精确的控制。通过位移传感器(47)和以负反馈方式实现的位移反馈系统调节。
7.如权利要求1所述的专用矫形设备，其特征在于:所述压力检测系统通过对压力的检测，可掌握压入量对矫形过程的影响，进而可提高矫形设备的矫形质量。通过安装在丝杠(33)上并带有电刷(52)的压力传感器(51)测出压力，读数在数字显示仪(53)上读出。
【文档编号】B21C51/00GK104384255SQ201410498747
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】吴琼, 李大鹏, 张以都, 司宇 申请人:北京航空航天大学