弯头芯棒加工机床的制作方法

本发明属于管道机械加工技术领域，更具体地说，是涉及一种弯头芯棒加工机床。

背景技术：

管道在城市基础设施及化工行业广泛应用，管道弯头是管道安装中最常用和重要的元件之一。现有技术中，管道弯头一般采用铸件或者利用弯头芯棒加热管段推制，其中采用弯头芯棒生产管道弯头的方法生产效率高，可满足多种规格、品种的管道弯头的需求；该工艺中，弯头芯棒既要有合适的弯曲角度，又有满足截面直径的不规则变化，由于弯头芯棒的形状特殊，长期以来多是采用木模铸造，然后由人工进行修磨，生产效率低，劳动强度大，工作环境恶劣。所以，期待一种弯头芯棒加工机械，实现弯头芯棒的机械加工。

技术实现要素：

本发明提供了一种弯头芯棒加工机床，旨在解决现有技术中弯头芯棒生产效率低、劳动强度大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种弯头芯棒加工机床，包括：

底座，所述底座上设有用于分别夹紧弯头芯棒两端部的两个夹具，两个所述夹具的高度和相间距离均可调；

机架，滑动设置在所述底座上的机架，所述机架的移动方向平行于两个所述夹具的连线方向，所机架上设有在水平面内垂直于所述机架移动方向的摆转轴；

圆周摇摆装置，安装在所述摆转轴上用于跟随所述摆转轴摆转，所述圆周摇摆装置上设有用于使弯头芯棒穿过的通孔及与所述通孔共轴线的圆周齿盘，所述圆周齿盘的轴线垂直于所述摆转轴；及

径向进给加工装置，安装在所述圆周齿盘上用于绕所述圆周齿盘转动，所述径向进给加工装置上设有刀具，用于同时沿径向方向和切向方向进给将弯头芯棒加工至目标尺寸，所述刀具的径向进给方向与所述摇摆轴的轴线共面，所述刀具跟随所述摆转轴摆转实现切向进给。

进一步地，所述圆周摇摆装置包括：

摇架盘，通过摇臂固定安装在所述摆转轴上，所述摇架盘上设有用于定位所述圆周齿盘的凸台环；及

圆周驱动机构，用于驱动所述圆周齿盘绕所述通孔的轴线旋转。

进一步地，所述圆周驱动机构包括：

主动齿轮，用于与所述圆周齿盘啮合；及

圆周驱动电机，固定设置在所述摇架盘上，用于驱动所述主动齿轮旋转。

进一步地，所述圆周摇摆装置还包括：

滑环，通过滑环架固定安装在所述圆周齿盘上，所述滑环与所述圆周齿盘共轴；

电刷，固定设置在所述摇架盘上，用于与所述滑环接触。

进一步地，所述机架包括：

门架，用于在直线驱动机构的驱动下直线移动；

两个摇架轴承座，设置在所述门架上，用于支撑所述摆转轴；

两个扇形齿轮，分别设置在所述摆转轴的两端；及

摇摆驱动机构，用于驱动所述扇形齿轮摆转，以使得所述摆转轴摆转。

进一步地，所述摇摆驱动机构包括：

两个摇摆齿轮，通过平行于所述摆转轴的机架轴连接，分别用于与两个所述扇形齿轮啮合；及

摇摆驱动电机，设置在所述机架轴的一端且固定安装在所述门架上，用于驱动所述机架轴旋转。

进一步地，所述径向进给加工装置包括：

安装架，设置在所述圆周齿盘上；

径向进给机构，设置在所述安装架上，用于驱动所述刀具在平行于所述摆转轴的平面上直线移动，所述径向进给机构的输出端设有安装板；及

切削驱动机构，设置在所述安装板上，用于驱动所述刀具以所述径向进给机构的进给方向为轴线旋转，所述刀具设置在所述切削驱动机构的输出端，所述刀具跟随所述圆周齿盘做圆周运动的平面与所述摆转轴重合。

进一步地，所述径向进给加工装置还包括：

两个进给轨道，对称设置在所述安装架的内壁上，所述进给轨道平行于所述径向进给机构的进给方向；及

两个轨道轴承，安装在所述安装板上且分别与两个所述进给轨道滑动配合。

进一步地，所述刀具为三刃铣刀。

进一步地，所述底座上设有用于与所述机架滑动配合的直线导轨，所述夹具包括分别用于夹紧弯头芯棒两端的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具与所述第二夹具的连线平行于所述直线导轨，所述第一夹具滑动设置在所述直线导轨上，所述第一夹具包括：

螺旋顶，设置在所述底座上，用于调节弯头芯棒的高度；及

螺旋顶夹具，设置在所述螺旋顶上方，用于固定弯头芯棒的芯棒夹扣。

本发明提供的弯头芯棒加工机床有益效果在于，实现了弯头芯棒的机械加工，操作人员仅需要进行弯头芯棒安装固定，操作人员劳动强度低，生产效率大大提高，同时可满足各种规格的弯头芯棒的加工要求。本方案中，通过设置在底座上的两个夹具使得弯头芯棒贯穿圆周摇摆装置上的通孔固定在底座上，由于机架的移动方向平行于两个夹具的连线方向，且垂直于摆转轴，通过夹具调节弯头芯棒的高度，同时调节机架位置，使弯头芯棒的圆心与摆转轴的轴线重合，且弯头芯棒的轴心线所在的平面垂直于摆转轴，此时通孔的轴线通过弯头芯棒的圆心；圆周齿盘与通孔共轴线，通孔的轴线垂直摆转轴，故圆周齿盘平面与摆转轴的轴心线平行，刀具的进给方向通过摆转轴，故刀具随圆周齿盘做圆周运动的平面与摆转轴的轴心线共面，即刀具位于弯头芯棒的截面上，且可以沿弯头芯棒各截面的径向方向做进给运动，通过摆转轴的摆转，实现对弯头芯棒的不同截面的加工，通过径向进给加工装置调节刀具距离弯头芯棒圆心的距离，以满足弯头芯棒不同截面不同加工直径的要求，实现弯头芯棒的机加工。本发明提供的弯头芯棒加工机床，实现了弯头芯棒的机械加工，降低了操作人员劳动强度，提高了生产效率，同时可满足各种规格的弯头芯棒的加工要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的弯头芯棒加工机床的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的圆周摇摆装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的机架的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的径向进给加工装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的底座的结构示意图；

图6是弯头芯棒的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的摇架盘的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的刀具安装示意图；

图9是本发明实施例提供的摇架轴承座的安装示意图；

图10是本发明实施例提供的安装架的安装示意图。

其中，各附图标记：

1、底座；11、直线导轨；12、导轨电机；13、底板；14、台架；2、机架；21、门架；22、摇架轴承座；221、上轴承座；222、下轴承座；23、扇形齿轮；24、摇摆驱动机构；241、摇摆齿轮；242、摇摆驱动电机；243、机架轴；25、直线驱动机构；251、导轨丝杠；252、丝杠螺母；26、直线轴承；3、圆周摇摆装置；31、圆周齿盘；32、摇架盘；321、凸台环；322、摇臂插口；33、摇臂；34、通孔；35、圆周驱动机构；351、主动齿轮；352、圆周驱动电机；36、滑环；37、滑环架；371、滑环固定架；38、电刷；39、电刷架；4、径向进给加工装置；41、安装架；411、月牙板；412、底架；413；上架；42、径向进给机构；421、径向进给电机；422、径向进给丝杠；423、径向进给螺母；43、安装板；44、切削驱动机构；441、切削电机；45、进给轨道；46、轨道轴承；5、弯头芯棒；51、芯棒体；52、圆心；53、芯棒轴；54、芯棒夹扣；55、轴心线；6、夹具；61、第一夹具；611、螺旋顶；612、螺旋顶夹具；62、第二夹具；7、摆转轴；8、刀具。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的弯头芯棒加工机床进行说明。弯头芯棒加工机床包括底座1、滑动设置在底座1上的机架2、圆周摇摆装置3及径向进给加工装置4，底座1上设有用于安装弯头芯棒5的两个夹具6，两个夹具6的高度和相间距离均可调；机架2上设有在水平面内垂直于机架2移动方向的摆转轴7，机架2的移动方向平行于两个夹具6的连线方向；圆周摇摆装置3安装在摆转轴7上用于跟随摆转轴7摆转，圆周摇摆装置3上设有用于使弯头芯棒5穿过的通孔34及与通孔34共轴线的圆周齿盘31，且圆周齿盘31的轴线垂直于摆转轴7，径向进给加工装置4安装在圆周齿盘31上用于绕圆周齿盘31转动，径向进给加工装置4上设有刀具8，刀具8的径向进给方向与摆转轴7的轴线共面，刀具8跟随摆转轴7摆转实现切向进给，刀具8用于同时沿径向方向和切向方向进给将弯头芯棒5加工至目标尺寸。

具体地，底座1上设有直线导轨11，机架2下方设有与直线导轨11滑动配合的直线轴承26，在直线驱动机构25的驱动下沿直线导轨11移动，可选地，直线驱动机构25包括设置在底座1上导轨电机12及设置在导轨电机12的输出端的导轨丝杠251，导轨丝杠251与设置在机架2下方的丝杠螺母252螺纹配合，导轨电机12旋转驱动机架2沿直线导轨11移动。

弯头芯棒5包括芯棒体51和芯棒轴53，芯棒体51的端部设有芯棒夹扣54，夹具6有两个，分别固定在芯棒轴53一端及芯棒体51端部的芯棒夹扣54，使得弯头芯棒5的轴心线55平行于直线导轨11，即机架的移动方向平行于两个夹具6的连线方向；故移动机架2可以调节设置在机架2上的圆周摇摆装置3相对于弯头芯棒5的沿其轴线的位置。夹具6高度可调，可以通过夹具6的调节，使得弯头芯棒5的圆心52与摆转轴7处于同一水平面上，故实际应用中，可以通过夹具6的高度调节及机架2沿直线导轨11的位置调节，使得摆转轴7的轴心与弯头芯棒5的圆心52重合。

刀具8具有三个方向的运动，刀具8的径向进给、刀具8在圆周齿盘31上的转动以及刀具8跟随摆转轴7摆转实现切向进给，其中刀具8的径向进给方向沿圆周齿盘31的径向方向，与摆转轴7的轴线共面并通过摆转轴7。加工状态时，刀具8与径向进给装置4一起绕圆周齿盘31摆转过程，同时进行径向进给和切向进给，将弯头芯棒5加工至目标尺寸。其中弯头芯棒5两端的截面的直径大小不同，通过摆转轴7的摆转，实现对不同弯头芯棒5的截面的加工，在每一个弯头芯棒5的加工截面上，刀具8绕圆周齿盘31旋转的过程中同时径向进给，调节刀具8距离弯头芯棒圆心的距离，以满足弯头芯棒不同截面不同加工直径的要求。

本实施例中，摆转轴7垂直于轴心线55所在的平面，可通过机架2和弯头芯棒5的位置调节实现摆转轴7的轴线与弯头芯棒5的圆心52重合，通过圆周齿盘31的位置及径向进给加工装置4的进给方向的设置，保障了刀具8随圆周齿盘31做圆周运动的平面与摆转轴7的轴线重合，故可以保障加工精度。

上述方案实现了弯头芯棒的机械加工，操作人员仅需要进行弯头芯棒安装固定，操作人员劳动强度低，生产效率大大提高，同时可满足各种规格的弯头芯棒的加工要求。本方案中，通过设置在底座上的两个夹具使得弯头芯棒贯穿圆周摇摆装置上的通孔固定在底座上，由于机架的移动方向平行于两个夹具的连线方向，且垂直于摆转轴，通过夹具调节弯头芯棒的高度，同时调节机架位置，使弯头芯棒的圆心与摆转轴的轴线重合，且弯头芯棒的轴心线所在的平面垂直于摆转轴，此时通孔的轴线通过弯头芯棒的圆心；圆周齿盘与通孔共轴线，通孔的轴线垂直摆转轴，故圆周齿盘的平面与摆转轴的轴心线平行，刀具的进给方向通过摆转轴，故刀具随圆周齿盘做圆周运动的平面与摆转轴的轴心线共面，即刀具位于弯头芯棒的截面上，且可以沿弯头芯棒的径向方向做进给运动，通过摆转轴的摆转，实现对弯头芯棒的不同截面的加工，通过径向进给加工装置调节刀具距离弯头芯棒圆心的距离，以满足弯头芯棒不同截面不同加工直径的要求，实现弯头芯棒的机加工。本发明提供的弯头芯棒加工机床，实现了弯头芯棒的机械加工，降低了操作人员劳动强度，提高了生产效率，同时可满足各种规格的弯头芯棒的加工要求。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图2和图7，圆周摇摆装置3包括摇架盘32和用于驱动圆周齿盘31绕通孔34的轴线旋转的圆周驱动机构35，摇架盘32通过摇臂33固定安装在摆转轴7上，摇架盘32上设有用于定位圆周齿盘31的凸台环321。

具体地，摇臂33有两个，通过摇架盘32下部两侧摇臂插口322固定在摇架盘32上，两个摇臂33固定在摆转轴7上，使得摇架盘32跟随摆转轴7摆转。揺架盘32的凸台环321上安装圆周齿盘32，通过凸台环321的设计可以实现圆周齿盘32的快速定位，便于安装。可选地，摇架盘32为矩形方盘。

圆周驱动机构35用于驱动圆周齿盘32绕通孔34的轴线环周运动，进而实现安装在圆周齿盘32上的径向进给加工装置4绕弯头芯棒5的环周运动，可选的圆周驱动机构35为齿轮驱动，可以通过齿轮啮合实现圆周齿盘32旋转角度的精确控制。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图2，圆周驱动机构35包括用于与圆周齿盘31啮合的主动齿轮351及圆周驱动电机352，圆周驱动电机352固定设置在摇架盘32上，用于驱动主动齿轮351旋转。通过齿轮啮合，实现圆周齿盘旋转角度的精确控制。应理解的是，主动齿轮351的齿数小于圆周齿盘31的齿数。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图2，圆周摇摆装置3还包括滑环36及电刷38，滑环36通过滑环架37固定安装在圆周齿盘31上，滑环36与圆周齿盘31共轴；电刷38固定设置在摇架盘32上，用于与滑环36接触。

可选地，滑环架37有多个，均布固定在圆周齿盘31上，滑环架37上设有滑环固定架371，用于固定滑环36，电刷38通过电刷架39固定在摇架盘32上，与滑环36接触，滑环36跟随圆周齿盘31旋转。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图3和图9，机架2包括用于在直线驱动机构25的驱动下直线移动的门架21、用于支撑摆转轴7的两个摇架轴承座22、两个扇形齿轮23及摇摆驱动机构24，摇架轴承座22设置在门架21上，两个扇形齿轮23分别设置在摆转轴7的两端，摇摆驱动机构24用于驱动扇形齿轮23摆转，以使得摆转轴7摆转。

具体地，门架21通过直线驱动机构25驱动沿直线导轨11移动，直线轴承26固定安装在门架21的下方。丝杠螺母252通过丝杠螺母架固定在门架21下方，导轨丝杠251一端与丝杠螺母252啮合，一端通过联轴器与安装在底座1上的导轨电机11连接。

扇形齿轮23以摆转轴7为圆心摆转，通过设置扇形齿轮23的扇面弧度的大小，可以设置摆转轴7的摆转角度，通过扇形齿轮23与摇摆驱动机构24的配合实现摆转轴7摆转角度的精确控制，以调节安装在摆转轴7上的圆周摇摆装置3相对于弯头芯棒5摆转角度。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图3，摇摆驱动机构24包括两个摇摆齿轮241及摇摆驱动电机242，两个摇摆齿轮241通过平行于摆转轴7的机架轴243连接，分别用于与两个扇形齿轮23啮合，摇摆驱动电机242设置在机架轴的一端且固定安装在门架21上，用于驱动机架轴243旋转。

具体地，两个摇架轴承座22对称设置在门架21上，两个上轴承座221支撑摆转轴7，两个下轴承座222支撑机架轴243，摇摆驱动电机242为涡轮电减速机。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图4、图8和图10，径向进给加工装置4包括安装架41、径向进给机构42及切削驱动机构44，安装架41设置在圆周齿盘31上，径向进给机构42设置在安装架上41，用于驱动刀具8在平行于摆转轴7的平面上直线移动，径向进给机构42的输出端设有安装板43，切削驱动机构44设置在安装板43上，用于驱动刀具8以径向进给机构42的进给方向为轴线旋转，刀具8设置在切削驱动机构43的输出端，刀具跟随圆周齿盘31做圆周运动的平面与摆转轴7重合。

安装架41固定安装在圆周齿盘31上，跟随圆周齿盘31一起旋转，径向进给机构42安装在安装架41的上架上，切削驱动机构44通过安装板43设置在径向进给机构42的输出端，用于驱动刀具8旋转进行切削，通过该结构的设置，实现了刀具8旋转和径向进给两个自由度的运动；刀具8的进给方向沿弯头芯棒5的径向，满足弯头芯棒5的不同截面不同加工直径的要求，刀具8以径向进给方向为轴线旋转，进行切削，同时刀具8可跟随圆周齿盘31在与摆转轴7共面的平面上旋转，故刀具可以绕弯头芯棒5的待加工截面的外圆旋转。通过圆周齿盘31的旋转、径向进给机构42的直线进给及切削驱动机构44的旋转，可以实现刀具8在弯头芯棒5任一截面的外圆的加工，可以通过摇摆驱动机构24驱动摆转轴7摆转，调整与刀具8共面的弯头芯棒5的截面，实现弯头芯棒5的整体加工。

可选地，径向进给机构包括固定安装在上架413上的径向进给电机421、两端分别连接径向进给电机421和径向进给螺母423的径向进给丝杠422，径向进给螺母423与安装板43固连，实现安装板43的直线移动。切削驱动机构44为设置固定安装在安装板43上的切削电机441，

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图4和图8，径向进给加工装置4还包括两个进给轨道45及安装在安装板43上且分别与两个所述进给轨道45滑动配合的两个轨道轴承46，两个进给轨道对45称设置在安装架41的内壁上，进给轨道45平行于径向进给机构42的进给方向。

具体地，安装架41下方设有用于容置安装板43及进行进给丝杠422的底架412，两个进给轨道45对称设置在底架412的内壁上，通过进给轨道45与轨道轴承46的设置，使得安装板43的直线进给运动更加平稳。底架412上设有月牙板411，月牙板411以刀具8为中心对称固定在切削电机441外部。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图4，刀具8为三刃铣刀，三刃铣刀安装在切削电机441上。

作为本发明提供的弯头芯棒加工机床的一种具体实施方式，请参阅图1、图5和图6，底座1上设有用于与机架2滑动配合的直线导轨11，夹具6包括分别用于夹紧弯头芯棒5两端的第一夹具61和第二夹具62，第一夹具61与第二夹具62的连线平行于直线导轨11，第一夹具61滑动设置在直线导轨11上，

第一夹具11包括螺旋顶611和螺旋顶夹具612，螺旋顶611设置在底座1上，用于调节弯头芯棒5的高度，螺旋顶夹具612设置在螺旋顶611上方，用于固定弯头芯棒5的芯棒夹扣54。

第二夹具62包括螺旋顶611和螺旋顶夹具612上，用于固定弯头芯棒5的芯棒轴53，应理解的是，弯头芯棒5两端高度不同，第二夹具62通过固定在底座1的台架14上，第一夹具61设置在底板13上，并可以沿直线导轨11移动，以适应不同长度的弯头芯棒5。本实施例中，通过底板13和台架14使得弯头芯棒5的轴心线55处于水平状态，极大降低了实际应用中夹具6的高度调节量。

弯头芯棒加工机床的工作过程如下，通过第一夹具61和第二夹具62固定弯头芯棒5，摆转轴7垂直于轴心线55所在的平面，通过直线驱动机构25驱动机架2带动圆周摇摆装置3移动，调整第一夹具61和第二夹具62，使摆转轴7的轴线与弯头芯棒5的圆心62重合，通过摇摆驱动机构24驱动摆转轴7摆转，使得刀具8处于弯头芯棒5的芯棒体51的不同截面上，通过径向进给机构42驱动刀具8，满足芯棒体51不同截面不同直径的要求，旋转切削驱动机构44，进行加工，同时圆周驱动机构35运动，实现芯棒体51的环周加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。