三维曲面型材成型机及其成型方法与流程

本发明涉及曲面钢结构材料成型技术领域，可用于高铁、城市轻轨、公路桥梁桥墩、模板生产和钢结构等生产工程，特别涉及一种三维曲面型材成型机及其成型方法。

背景技术：

高铁、城市高架桥、公路等钢筋混凝土桥墩的四个角其横断面都有固定小圆弧半径的圆角，纵断面形状有可能是直线、折线、或多段不同半径的大圆弧组成，用以去除应力和保持外形美观，这些桥墩都是由钢结构模板围住浇灌而成。钢结构件中，多为框型结构件，其每两个面的连接处，理论上大多数都是条状多段三维曲面。这种条状多段三维曲面的横截面为一固定小圆弧，纵截面为一段、或多段大圆弧曲线。制作这种条状多段三维曲面有若干种方法，其中一种方法是，用三维模具一段一段地去压成三维曲面，再拼接起来，这种方法模具生产周期长复杂，制造成本高；另一种方法是，利用短二维圆柱面，像用盖房屋的小瓦一样，小段小段地沿着大圆弧曲线的轨迹拼接起来，以直代曲，焊接成整体后再打磨。虽说此方法简单方便，但曲面不光滑，曲面整体曲线误差大，费工费时，焊接之处出现很多折段现象等不良缺陷。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明提供一种三维曲面型材成型机，该三维曲面型材成型机能提高曲面制造精度和生产效率，降低制造成本。

本发明涉及的技术解决方案：

一种三维曲面型材成型机，包括底座，平行立设于底座的前支承板、中支承板及后支承板，可转动地穿设于前支承板、中支承板及后支承板上的左主轴及右主轴，固定套设于左主轴上且位于前支承板及中支承板之间的左凸托轮，固定套设于右主轴上且位于前支承板及中支承板之间的右凸托轮，可升降地设置于左主轴及右主轴之间的正上方的压轮轴，压轮轴能绕其轴心线转动，固定套设于压轮轴上的凹压轮，以及用于驱动左主轴及右主轴同步顺转或同步逆转的驱动装置。

进一步地，所述凹压轮与压轮轴之间为间隙配合，凹压轮的外周面形成有凹槽，右凸托轮及左凸托轮的外周面形成有弧形凸起。

进一步地，所述前支承板及中支承板相对开设有开口朝上的凹口，凹口的两侧设有滑槽，压轮轴的两端套设有轴承套，轴承套上相对安装有下半圆块及上半圆块，下半圆块及上半圆块上安装有第一螺栓进行固定，下半圆块及上半圆块的两侧滑动设置于两滑槽内。

进一步地，所述下半圆块及上半圆块形成的整体上连接有升降装置，用于驱动压轮轴升降。

进一步地，所述升降装置包括减速机、前丝杆，中丝杆、前升降减速机、中升降减速机及联轴器，减速机安装于底座，减速机两端的输出轴通过联轴器分别与前升降减速机及中升降减速机的输入轴连接，前丝杆竖向安装于前升降减速机的输出端，中丝杆竖向安装于中升降减速机的输出端，前丝杆及中丝杆分别与压轮轴两端的下半圆块铰接。

进一步地，每一所述滑槽的上部安装有两块盖板，分别与中支承板、前支承板固定。

进一步地，所述驱动装置包括减速电机、主动齿轮、右从动齿轮及左从动齿轮，减速电机架设于底座上，主动齿轮固接于减速电机的输出轴上，右从动齿轮固接于右主轴上且位于后支承板的伸出端，左从动齿轮固接于左主轴上且位于后支承板的伸出端，主动齿轮安装在左从动齿轮、右从动齿轮轴间距的中垂线上，主动齿轮分别与左从动齿轮、右从动齿轮啮合安装。

进一步地，所述减速电机上设置有制动装置。

进一步地，所述前支承板下部通过第二螺栓固定于底座上，松开第二螺栓，取出前支承板，左主轴、右主轴能悬空固定在中支承板、后支承板上。

一种所述的三维曲面型材成型机的成型方法，包括如下步骤：将直条型材以开口朝下的方向送入凹压轮与左凸托轮及右凸托轮之间的间隙处，右凸托轮及左凸托轮托住直条型材的两端，经凹压轮施压，右凸托轮及左凸托轮作顺、逆时钟反复碾压直条型材而加工成三维曲面型材。

综上，使用该技术，可取代复杂昂贵的三维曲面模具冲压成型成本高的缺点，通过调整好压轮轴的高度或者更换右凸托轮、左凸托轮及凹压轮的大小，可制作各种不同规格的三维曲面型材，通过反复多次碾压自动成型，使得型材圆弧参数准确，生产效率高，制造成本低。

附图说明

图1为本发明三维曲面型材成型机待加工工件直条型材的主视图；

图2为图1中沿a-a线的剖视图；

图3为本发明三维曲面型材成型机加工后的工件三维曲面型材的主视图；

图4为图3中沿b-b线的剖视图；

图5为本发明三维曲面型材成型机的侧视示意图；

图6为图5中沿c-c线的剖视示意图；

图7为图6中沿d-d线的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护范围。

请参阅图1至图7，本发明提供一种三维曲面型材成型机，用于将横断面为弧形的直条型材25加工成三维曲面型材25a。三维曲面型材成型机包括底座1，平行立设于底座1的前支承板18、中支承板15及后支承板14，可转动地穿设于前支承板18、中支承板15及后支承板14上的左主轴8及右主轴9，固定套设于左主轴8上且位于前支承板18及中支承板15之间的左凸托轮13，固定套设于右主轴9上且位于前支承板18及中支承板15之间的右凸托轮12，可升降地设置于左主轴8及右主轴9之间的正上方的压轮轴21，压轮轴21能绕其轴心线转动，固定套设于压轮轴21上的凹压轮20，以及用于驱动左主轴8及右主轴9同步顺转或同步逆转的驱动装置。

凹压轮20与压轮轴21之间为间隙配合，以方便更换不同规格的凹压轮20。凹压轮20的外周面形成有凹槽，凹槽与直条型材25的横断面外侧形状相适配。右凸托轮12及左凸托轮13的外周面形成有弧形凸起，弧形凸起与直条型材25的横断面内侧形状相适配。

前支承板18及中支承板15相对开设有开口朝上的凹口，凹口的两侧设有滑槽34，压轮轴21的两端套设有轴承套，轴承套上相对安装有下半圆块22及上半圆块23，下半圆块22及上半圆块23上安装有第一螺栓24进行固定，下半圆块22及上半圆块23的两侧滑动设置于两滑槽34内。

下半圆块22及上半圆块23形成的整体上连接有升降装置，用于驱动压轮轴21升降。

升降装置包括减速机33、前丝杆28，中丝杆29、前升降减速机30、中升降减速机31及联轴器32，减速机33安装于底座1，减速机33两端的输出轴通过联轴器32分别与前升降减速机30及中升降减速机31的输入轴连接，前丝杆28竖向安装于前升降减速机30的输出端，中丝杆29竖向安装于中升降减速机31的输出端，前丝杆28及中丝杆29分别与压轮轴21两端的下半圆块22铰接。

两个下半圆块22成对使用，分别通过前销轴26、后销轴27与前丝杆28、中丝杆29连接，起到传递运动的铰链作用。下半圆块22及上半圆块23共同带动压轮轴21上下移动，压轮轴21往下降，作对直条型材25作径向进给加压运动，起到对直条型材25施压成型作用，实现直条型材25向三维曲面型材25a的成型转变；当下半圆块22及上半圆块23共同带动压轮轴21上升时，作对三维曲面型材25a的松开动作，以取出碾压成型的工件。

前丝杆28及中丝杆29两套丝杆传动系统垂直输出推力或拉力，它由水平方向输入动力的前升降减速机30、中升降减速机31驱动；两升降减速机作回转运动，两丝杆圆周方向固定不动，仅仅只做上、下移动。通过两销轴、两半圆块、压轮轴21、实施带动凹压轮20作上下直线运动。

前升降减速机30、中升降减速机31分别由两联轴器32与减速机33输入轴同轴刚性连接，前升降减速机30、中升降减速机31两输入轴相对布置，由一个减速机33两端同时输出动力带动，刚性连接，以保证前丝杆28及中丝杆29同步，从而实现压轮轴21平行于两左凸托轮13、右凸托轮12平行施压，确保满足各轮纵截面圆弧间隙相等和施压均匀。压轮轴21也可以倾斜于左凸托轮13及右凸托轮12倾斜施压。

每一滑槽34的上部安装有两块盖板35，分别与中支承板15、前支承板18固定，起作用为压轮轴21的上定位点，另外还可以防止两半圆块外移出滑槽34外。当松开盖板35、上半圆块23后，可方便地取出整个压轮轴21，轻松地更换凹压轮20。

左主轴8、右主轴9通过中轴承套11、后轴承套10安装在中支承板15、后支承板14上。主轴与轴承套之间的配合属于间隙配合，轴承套的材料可以是含油轴承，也可以是其它轴承。中轴承套11固定在中支承板15上，后轴承套10固定在后支承板14上。

驱动装置包括减速电机3、主动齿轮4、右从动齿轮5及左从动齿轮6，减速电机3架设于底座1上，主动齿轮4固接于减速电机3的输出轴上，右从动齿轮5固接于右主轴9上且位于后支承板14的伸出端，左从动齿轮6固接于左主轴8上且位于后支承板14的伸出端，主动齿轮4安装在左从动齿轮6、右从动齿轮5轴间距的中垂线上，主动齿轮4分别与左从动齿轮6、右从动齿轮5啮合安装，以供左从动齿轮6、右从动齿轮5运动方向相同，进而导致左主轴8、右主轴9回转方向相同并同步。

减速电机3上设置有制动装置，以避免碾压过程中，主轴系统的回转惯性导致工件碾压的超出现象，可以及时停机或反向。该制动装置可以是独立安装的；也可以是减速机、制动器、电机联成一体的三合一集成驱动装置。

前支承板18下部通过第二螺栓19固定于底座1上，松开第二螺栓19，从左主轴8、右主轴9中取出前支承板18后，左主轴8、右主轴9仍可悬空固定在中支承板15、后支承板14中不动，可以方便更换不同半径的左凸托轮13、右凸托轮12。

综上，将直条型材25以开口朝下的方向送入本三维曲面型材成型机的凹压轮20与左凸托轮13及右凸托轮12之间的间隙处，右凸托轮12及左凸托轮13托住直条型材25的两端，经凹压轮20施压，右凸托轮12及左凸托轮13作顺、逆时钟反复碾压直条型材25而加工成三维曲面型材25a。使用该技术，可取代复杂昂贵的三维曲面模具冲压成型成本高的缺点，通过调整好压轮轴21的高度或者更换右凸托轮12、左凸托轮13及凹压轮20的大小，可制作各种不同规格的三维曲面型材25a，通过反复多次碾压自动成型，使得型材圆弧参数准确，生产效率高，制造成本低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。