一种凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构的制作方法

1.本发明涉及一种组合式机架矫直机型，采用自动换辊车的工艺方式，操作侧机架上矫直机转移至自动换辊车辊轴上的过程中的一种凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构。


背景技术：

2.自动换辊车成组换辊工艺条件下，距矫直机一定距离，沿矫直中心线平行布置一条横移轨道，用于自动换辊车的行驶；在横移轨道上配置自动换辊车。
3.矫直作业时，自动换辊车在各自等待位上驻留。
4.换辊作业的主要过程是：解锁矫直辊系统和操作侧机架紧固条件后，在液压缸驱动下，操作侧机架携带矫直辊在沿矫直辊轴向的纵向轨道上移动；到达换辊位置后，形成矫直辊径向可移出的条件。空载自动换辊车驶入机架换辊区域后驻停在横移轨道的换辊位上，通过矫直辊携带方程序，旧矫直辊从操作侧机架移至自动换辊车上后，搭载旧矫直辊的自动换辊车移出组合式矫直机换辊区域；搭载成组新矫直辊的自动换辊车驶入机架换辊区域后驻停在横移轨道换辊位上，通过矫直辊携带方程序，新矫直辊套入操作侧机架轴承座辊轴上。卸载的自动换辊车驶出组合式机架换辊区域。
5.在上述换辊工艺过程中，无论操作侧机架还是自动换辊车，携带矫直辊的功能结构均为悬臂式辊轴；携带矫直辊的方式均以短小的半轴形式插入矫直辊中心孔内。
6.由于自动换辊车与操作侧机架在执行矫直辊携带方交换程序时，矫直辊要求具有较为容易装入/退出辊轴的条件，操作侧机架上、下矫直辊轴承座中和自动换辊车中用于悬挂矫直辊辊轴的外径比矫直辊配合内径的尺寸略小，形成间隙配合的方式；且配合长度不到矫直辊宽度的1/2。因此，矫直辊易于携带方交换过程中产生不受控轴向位移，存在从悬臂辊轴上滑脱的危险。同时，由于自动换辊车上辊轴与操作侧机架中辊轴，在对中时，存在一定范围的轴心线位置尺寸偏差、平行度、同轴度等形位偏差，造成交换过程中脱离滞阻现象。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明提供一种凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构，在自动换辊车与操作侧机架执行矫直辊交换程序时，锁紧固定矫直辊与操作侧机架或自动换辊车相对位置不发生无控制滑移。
8.为达到上述目的，本发明一种凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构，所述的锁紧机构包括：
9.卡盘，用于将锁紧机构安装在机架上；
10.所述的卡盘具有中空的轴孔；
11.在所述的轴孔内滑动设置有凸轮轴；
12.在所述的凸轮轴的尾部设置有液压缸；
13.在所述的凸轮轴头部设置有拉爪头；
14.在所述的凸轮轴中部外表面设置有两条以上的900旋转导向凹槽；
15.在所述的卡盘上对应每个所述的旋转导向凹槽设置有与其相适配的定位滚珠；
16.其中，当液压缸向前运动时，所述的凸轮轴在定位滚珠900旋转导向凹槽的配合下向前运动并旋转900，使拉爪头处于工作位；当液压缸向后运动时，所述的凸轮轴在定位滚珠900旋转导向凹槽的配合下向后运动并旋转900，使拉爪头脱离工作位。
17.进一步的，还包括拉爪位姿检测装置，所述的拉爪位姿检测装置包括：在所述的凸轮轴的尾部外圆周上设置有水平定位凸块和垂直定位凸块，在所述的机架上沿设置有水平传感器和垂直传感器；
18.当凸轮轴旋转900使拉爪头处于工作位时，水平定位凸块与水平传感器抵近以及水平传感器输出信号；当凸轮轴反向旋转900使拉爪头脱离工作位时，垂直定位凸块与垂直传感器抵近以及水平传感器输出信号。
19.进一步的，在所述的锁紧机构下方机架上设置有中空的辊轴，在所述的辊轴的侧壁上设置有套入检测装置。
20.进一步的，在所述的辊轴的侧壁上设置有通孔，所述套入检测装置：包括安装在通孔内的触头导向套，在所述的触头导向套内滑动设置有触头杆，所述的触头杆的头部露出在通孔外用于感知矫直辊的套入；
21.触头杆为阶梯状轴类零件；上端带有一段螺纹结构与螺母配合，用以固定感应支架；中段搭载弹簧；中段下部增大圆柱结构用以在触头导向座(457)内限位；底部为球状，用于与矫直内腔端部的圆柱面接触，感知矫直辊套入位置信号；
22.所述的感应支架的自由端设置有感应螺栓，感应螺栓可相对感应支架调节位置；对应感应螺栓的辊轴中空部内设置有开关支架，开关支架上设置有微动开关。拉爪位姿及套入检测机构三个主要功能组成单元。
23.本发明的凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构具有结构简单、安装方便、工作可靠等优点。
附图说明
24.图1凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构示意图。
25.图2为图1的a-a向剖视图。
26.图3为图1的b-b向剖视图
27.图4为图1的c-c向剖视图
28.图5为凸轮轴组件示意图。
29.图6卡盘局部放大示意图
30.图7凸轮轴变化中拉爪头的方位图
31.图8矫直辊套入到位前结构示意图。
32.图9为图8的局部放大示意图。
33.图10矫直辊套入到位后结构示意图。
34.图11为图10的局部放大示意图。
35.图12为拉爪水平位姿检测示意图。
36.图13为拉爪垂直位姿检测示意图。
37.图14为套入检测装置结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
39.凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构设置在操作侧机架上、下矫直辊轴承座结构的上部、自动换辊车辊轴部位的上方，用于锁紧矫直辊，确保执行矫直辊携带交换程序时，携带主体即时状态符合设定要求。
40.凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构主要由拉爪头(471)、螺钉(472)、凸轮轴(473)、卡盘(474)、卡盘盖(475)、螺钉(476)、滚珠(477)、导杆(478)、弹簧(479)、压块(481)、螺钉(482)、水平感应块(483)、垂直感应块(484)、螺钉(485)、液压缸(486)、接近开关(487)、底板(488)、铜瓦(489)等组成，分为凸轮轴组件、卡盘组件、拉爪位姿及套入检测机构三个主要功能组成单元。
41.如图所示凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构的组成及相对位置和装配关系中，主要由拉爪头(471)、螺钉(472)、凸轮轴(473)、水平感应块(483)、垂直感应块(484)、螺钉(485)、液压缸(486)的活塞杆构成凸轮轴组件(470)，用于执行矫直辊的锁固功能。
42.拉爪头(471)拉爪头与凸轮轴(473)采用装配式结构联接。拉爪头(471)配合设有沉孔结构与凸轮轴(473配合，并在用螺钉(472)在凸轮轴(473)紧固。
43.凸轮轴(473)用于使拉爪头(471)作900回转和直线位移的复合运动。凸轮轴(473)头部有一段止转扁头结构，用于固定拉爪头(471)与凸轮轴(473)之间的圆周方位。凸轮轴(473)中段外廓为圆柱体，柱面刻有呈1200分布的三条圆柱螺旋线和直线复合的曲线凹槽；曲线段用于拉爪头(471)900回转，直线段用于拉爪头(471)完成900回转后的直线位移；曲线凹槽的断面形态仅可允许滚珠体的一半在其中滑行。凸轮轴(473)尾部有一段止转扁头结构，用于确定水平感应块(483)的方位，中心螺孔用与液压缸(486)联接。
44.水平感应块(483)用于接近开关(487)配合，感知凸轮轴(473)前端固定的拉爪头处于垂直位姿状态；垂直感应块(484)用于接近开关(487)配合，感知凸轮轴(473)前端固定的拉爪头处于水平位姿状态。水平感应块(483)组装在凸轮轴(473)尾部止转扁头结构上，垂直感应块(484)组装在液压缸(486)活塞杆头部止转扁头结构上，当活塞杆头部螺纹段旋入凸轮轴(473)尾部中心螺孔后，用螺钉(485)将二者进行联接紧固。
45.卡盘组件：卡盘(474)、卡盘盖(475)、螺钉(476)、滚珠(477)、导杆(478)、弹簧(479)、压块(481)、螺钉(482)等构成卡盘组件(480)。卡盘组件(480)固定在操作侧机架轴承座或自动换辊车上；用于控制凸轮轴作900回转和直线位移的复合运动。
46.卡盘(474)前后外廓为圆柱体，中部呈矩形；矩形四角设有供固定用螺栓孔，中间部位设有供卡盘盖(475)使用，1200分布的螺纹孔。卡盘(474)前后两端镶嵌铜瓦(489)；用于定心凸轮轴(473)。卡盘(474)前端与卡盘盖(475)配合部位的断面上设有呈1200分布的孔洞结构。孔洞结构近中心段为滚珠(477)工作通道；近外圆段为沉孔结构，允让导杆(478)、弹簧(479)在其中作微量运动。卡盘(474)后端圆柱体外廓作为与操作侧机架轴承座或自动换辊车相关部位装配的配合面。
47.卡盘盖(475)为盘状结构；内圆与卡盘(474)前端圆柱面配合，端面固定在卡盘(474)矩形立面上。卡盘盖(475)设有与卡盘(474)相对应的三条呈1200分布的孔洞结构，容
纳导杆(478)、弹簧(479)、压块(481)、螺钉(482)。
48.凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构的工作原理
49.1)矫直辊悬挂交换过程中的拉爪位姿要求
50.在实现拉爪安全锁紧机构对矫直辊的锁紧功能的同时，要求矫直辊进入悬臂式辊轴过程中不充许产生干涉现象，因此，拉爪安全锁紧机构中，拉爪头应具有垂直、水平两种工作位姿状态。拉爪头垂直位姿时，允许矫直辊装入辊轴；矫直辊装入辊轴后，拉爪转为水平位姿，拉爪头嵌入矫直辊的沟槽内，阻止矫直辊的向套入辊轴的悬臂端方向位移，从而起到安全锁紧作用。
51.2)凸轮轴驱动的矫直辊安全锁紧机构的工作原理由于卡盘(474)在工作过程中任意时刻位置固定，三条呈1200分布的孔洞结构中容纳的滚珠(477)、导杆(478)、弹簧(479)、压块(481)、螺钉(482)随即相对固定；同时，由于凸轮轴(473)曲线凹槽仅允许滚珠体的一半在其中滑行，滚珠体的另一半在卡盘(474)的孔道中微动。
52.矫直辊在悬臂式辊轴上未套入前，凸轮轴(473)前部的拉爪头处于后位的垂直状态；在液压缸驱动下凸轮轴组件(470)作伸出运动；由于卡盘组件(480)中滚珠(477)与凸轮轴(473)圆柱螺旋槽的限制作用，以及卡盘(474)中镶嵌的铜瓦(489)对凸轮轴(473)定心作用，凸轮轴组件(470)向前作900回转和直线位移的复合运动；凸轮轴(473)前部的拉爪头由未前行的垂直状态，前进一段距离后转变为水平位置状态。
53.凸轮轴(473)前部拉爪水平位姿状态下，可允许矫直辊在悬臂式辊轴上套入过程中两者之间不产生外形干涉。当矫直辊基本套入悬臂式辊轴后，液压缸驱动凸轮轴组件(470)作缩回运动。在凸轮轴(473)圆柱螺旋槽和滚珠(477)共同作用下，凸轮轴(473)开始反转和后退同时进行的进程，凸轮轴(473)带动拉瓜头(471)作回转900并后退。当拉瓜头(471)回转900并后退进程结束时，拉瓜头(471)的头部已伸入到矫直辊的锁紧沟槽结构中；拉瓜头(471)的头部垂直工作面离矫直辊的锁紧沟槽结构壁面略有间隙。液压缸活塞杆继续缩回，拉瓜头(471)的头部垂直工作面与矫直辊的锁紧沟槽结构壁面接触，拉动矫直辊端面锥面悬臂式辊轴的锥面吻合，从而实现锁紧功能。矫直辊的锁紧状态解除实施反向过程。
54.由于凸轮轴(473)前部拉爪水平位姿状态下，可允许矫直辊在悬臂式辊轴上套入过程中两者之间不产生外形干涉，且设计可以预留一定间隙，因此，在矫直机上应用时不影响矫直辊工作状态。
55.拉爪位姿及套入检测机构
56.1)拉爪位姿及套入检测机构的功能和作用
57.拉爪位姿及套入检测机构包括拉爪位姿检测开关组件和矫直辊套入检测组件。拉爪位姿检测装置用于检测拉爪头垂直、水平两种位置姿态。矫直辊套入检测机构用于检测矫直辊插装进入悬臂式辊轴的水平深度，防止空辊锁紧的误判。
58.由于矫直辊沟槽轴线方向的尺寸限制，当矫直辊未套入悬臂式辊轴，拉爪位姿未能有效转至水平姿态，拉爪沟头与矫直辊产生干涉，以及其他因素造成拉爪转入水平位姿过程失效，从而不能消除矫直辊从悬臂式辊轴上滑脱的危险。因此，设置拉爪位姿检测装置和矫直辊套入检测机构；以保证和验证安全措施的有效性。由于从自动换辊车向操作机架上转移矫直辊，通过操作机架强迫移动而实现，同时，自动换辊车需要在开放空间和人工辅助条件下或单个在自动换辊车悬臂式辊轴上装入矫直辊，因此，在操作机架上的轴承座上
仅设置拉爪位姿检测装置，在自动换辊车设置拉爪位姿检测装置和矫直辊套入检测机构。
59.2)拉爪位姿检测开关组件
60.由两只接近开关(487)和底板(488)组成的拉爪位姿接近检测开关组件，以便于安装和调节。
61.拉爪位姿检测开关组件安装在凸轮轴组件(470)上方；当凸轮轴组件(470)随液压缸活塞杆缩回到位，拉爪头处于垂直位姿，垂直感应块(484)的凸起部位由接近开关(487b)感应，检得拉爪头垂直位姿信号；当凸轮轴组件(470)随液压缸活塞杆伸出到位，拉爪头处于水平位姿，水平感应块(483)由接近开关(487b)感应，检得拉爪头水平位姿信号。
62.3)套入检测机构
63.矫直辊套入检测机构组装在自动换辊车悬臂式辊轴501的空心结构内；通过矫直辊套入位置对套入检测机构中触头杆触头位置变化的影响，提取信号，感知矫直辊在辊轴装入过程是否到位。
64.矫直辊套入检测机构主要由触头杆(454)、弹簧(455)、触头导向套(456)、触头导向座(457)、螺母(458)、感应支架(459)、感应螺栓(461)、微动开关(462)、开关支架(463)、感应机构固定座(464)、固定销(465)以及安装辅手柄(466)等组成。
65.触头杆(454)用于感知矫直辊的套入。触头杆(454)为阶梯状轴类零件；上端带有一段螺纹结构与螺母配合，用以固定感应支架(459)；中段结构用于搭载弹簧(455)；中段下部增大圆柱结构用以在触头导向座(457)内限位；底部为球状结构用于与矫直内腔端部的圆柱面接触，感知矫直辊套入位置信号。
66.触头导向套(456)内腔用于组装触头杆(454)、弹簧(455)、螺母(458)等零件。触头导向套(456)上部外表有一段螺纹结构，中部呈圆柱状，下部有钳口夹持结构。由触头导向套(456)、弹簧(455)、螺母(458)构成触头导向套组件。
67.触头导向座(457)用于搭载触头导向套组件。触头导向座(457)下部外廓与悬臂式辊轴内径吻合，两侧设置有供其在辊轴内腔中定位和固定使用的螺钉沉孔结构；前端立面设有螺孔供安装辅手柄(466)使用。
68.感应支架(459)为“z”形结构板金件，一端用以与触头杆(454)顶部联接，另一端用于搭载感应螺栓(461)。感应螺栓(461)在感应支架(459)可以调节位置。
69.触头杆(454)穿入弹簧(455)后装入触头导向座(457)内，再用螺母(458)锁紧；弹簧(455)工作行程略大于触头杆下端球头部位弦高，保证触头杆(454)在触头导向座(457)内可以进行一段垂直行程的位移。螺母(458)同时可调微调触头杆(454)在触头导向座(457)内的行程。
70.微动开关(462)组装在开关支架(463)上；开关支架(463)固定在感应机构固定座(464)上。
71.感应机构固定座(464)用于搭载微动开关(462)、开关支架(463)等。感应机构固定座(464)下部外廓与悬臂式辊轴内径吻合，两侧设置有供其在辊轴内腔中定位和固定使用的螺钉沉孔结构；中部设有组装固定销(465)的螺孔结构；后端立面设有螺孔供安装辅手柄(466)使用。
72.由于矫直辊套入检测机构组装位置处于悬臂式辊轴内腔有限空间内，因此，组装时借用安装辅手柄(466)并将其分别旋入触头导向座(457)、感应机构固定座(464)内，完成
组装后，旋出安装辅手柄(466)。
73.套入检测机构工作原理如下：
74.套入检测机构装入辊轴内腔时，触头杆(454)仅球头部位露于辊轴内腔的圆柱面；矫直辊未套入悬臂式辊轴或未到位时，套入检测机构的触头杆球头保持露出状态；与触头杆联动的感应支架(459)、感应螺栓(461)保持位置不变，感应螺栓(461)的顶面与微动开关(462)留有一定间隙。
75.当装矫直辊装入到位时，触头杆(454)球头部位辊轴内腔圆柱面的约束，在矫直辊轴向移动中，触头杆(454)在触头导向套(456)中压缩弹簧(455)，带动感应支架(459)上移；当感应支架(459)上移到位，感应螺栓(461)头部表面与微动开关(462)触头接触，使其缩回，从而触法微动开关(462)内部相关机构发出讯号，表达矫直辊在辊轴上轴向移动后，到达预设位置的状态。
76.根据套入检测机构发出矫直辊到达预设位置的讯号，拉爪从垂直位姿转至水平位姿可以唯一表达，矫直辊已套入悬臂式辊轴且到达预设位置；不会形成拉爪空锁的误判。