三自由度旋轧机

400 编辑：中冶有色技术网来源：太原科技大学

2024-07-22 16:20:09

权利要求书：

1.一种三自由度旋轧机，其特征在于：包括旋轧辊组件（1）、用于安装旋轧辊组件（1）的环辊支架（4）、用于安装环辊支架（4）的机架（2）、与机架（2）插接的底板座（3）、为旋轧辊组件（1）提供动力的传动组件（5）以及调整组件；所述机架（2）内侧设置有两组弧形滑槽（2.8），所述环辊支架（4）上设置有与所述弧形滑槽（2.8）相适配的弧形滑块（4.8）；所述旋轧辊组件（1）包括旋轧辊（1.1）、与所述旋轧辊（1.1）固定连接的旋轧辊轴（1.2），所述旋轧辊轴（1.2）的两端通过轴承与所述环辊支架（4）连接；所述调整组件包括压下顶丝（6）、环辊支架拉紧组（7）、送进角调整顶丝（8）以及机架旋转顶丝（9）；所述压下顶丝（6）贯穿机架（2）与环辊支架（4）接触，所述压下顶丝（6）与机架（2）螺纹连接；所述环辊支架（4）与机架（2）通过送进角调整顶丝（8）固定连接，所述送进角调整顶丝（8）与机架（2）螺纹连接；所述机架旋转顶丝（9）穿过底板座（3）与机架（2）相抵触，所述机架旋转顶丝（9）与底板座（3）螺纹连接；所述底板座（3）的中心位置设置有通孔（3.1），所述机架（2）上设置有与所述通孔（3.1）相适配的凸台（2.6），所述凸台（2.6）为圆柱形，所述机架（2）可以绕通孔（3.1）旋转；所述环辊支架拉紧组（7）与压下顶丝（6）平行设置，所述环辊支架拉紧组（7）包括拉杆（7.1）和拉紧弹簧（7.2），所述拉杆（7.1）贯穿机架（2）与环辊支架（4）固定连接，所述拉紧弹簧（7.2）布置在所述机架（2）与拉杆（7.1）头部之间；所述传动组件（5）包括与旋轧辊轴（1.2）固定连接的圆柱齿轮（5.1）、与圆柱齿轮（5.1）相啮合的中间齿轮（5.2）、与中间齿轮（5.2）固定连接的从动锥齿轮轴（5.3）、与从动锥齿轮轴（5.3）相啮合的主动锥齿轮轴（5.4）、提供动力的马达（5.6）以及连接主动锥齿轮轴（5.4）和马达（5.6）的联轴器（5.5）；所述圆柱齿轮（5.1）、中间齿轮（5.2）和从动锥齿轮轴（5.3）设置在所述环辊支架（4）内部，所述主动锥齿轮轴（5.4）通过轴承分别与环辊支架（4）、机架（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度旋轧机，其特征在于：所述弧形滑槽（2.8）的长度大于弧形滑块（4.8）的长度。

3.根据权利要求1所述的一种三自由度旋轧机，其特征在于：所述旋轧辊（1.1）的最大回转外径大于圆柱齿轮（5.1）的最大回转外径。

说明书：一种三自由度旋轧机技术领域[0001] 本发明涉及旋压和轧制成型技术领域，特别是涉及一种三自由度旋轧机，特别是管筒形工件。

背景技术[0002] 旋压和轧制是现代加工工业管材和筒形薄壁件的主要工艺。当旋轮和芯模轴线设置成一个交错角(送进角)时，则类似于斜轧方式的斜轧旋压法。斜轧旋压法会产生一个有助于金属轴向流动的张力，具有牵引毛坯通过旋轮和芯模间隙的趋势，在某种程度上减少金属的堆积和扩径以及摩擦阻力和工件残余应力。目前，旋轮旋轧机大都具有径向进给(压下)的自由度，但是旋轧加工角的大都是固定的，或者通过旋轮偏摆角调整加工角，现有技术中没有同时具有压下、偏摆角和送进角的调整能力的旋轧机。

发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种三自由度旋轧机，以解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种同时具有压下、偏摆角和送进角三个自由度的管筒形工件的旋轧机。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0005] 本发明提供一种三自由度旋轧机，包括旋轧辊组件、用于安装旋轧辊组件的环辊支架、用于安装所述环辊支架的机架、与机架插接的底板座、为轧辊组件提供动力的传动组件以及调整组件；所述机架内侧设置有弧形滑槽，所述环辊支架上设置有与所述弧形滑槽相适配的弧形滑块。

[0006] 所述调整机构包括压下顶丝、环辊支架拉紧组、送进角调整顶丝以及机架旋转顶丝；所述压下顶丝贯穿机架与环辊支架接触，所述压下顶丝与机架螺纹连接；所述环辊支架与机架通过送进角调整顶丝固定连接，所述送进角调整顶丝与机架螺纹连接；所述机架旋转顶丝穿过底板座与机架相抵触，所述机架旋转顶丝与底板座螺纹连接。

[0007] 优选的，所述旋轧辊组件包括旋轧辊、与所述旋轧辊固定连接的旋轧辊轴，所述旋轧辊轴的两端通过轴承与所述环辊支架连接。[0008] 优选的，所述底板座的中心位置设置有通孔，所述机架上设置有与所述通孔相适配的凸台，所述凸台为圆柱形，所述机架可以绕通孔旋转。

[0009] 优选的，所述弧形滑槽的长度大于弧形滑块的长度。[0010] 优选的，所述环辊支架拉紧组与压下顶丝平行设置，所述环辊支架拉紧组包括拉杆和拉紧弹簧，所述拉杆贯穿机架与环辊支架固定连接，所述拉紧弹簧布置在所述机架与拉杆头部之间。

[0011] 优选的，所述传动组件包括与旋轧辊轴固定连接的圆柱齿轮、与圆柱齿轮相啮合的中间齿轮、与中间齿轮固定连接的从动锥齿轮轴、与从动锥齿轮轴相啮合的主动锥齿轮轴、提供动力的马达以及连接主动锥齿轮轴和马达的联轴器；所述圆柱齿轮、中间齿轮和从动锥齿轮轴设置在所述环辊支架内部，所述主动锥齿轮轴通过轴承分别与环辊支架、机架连接。

[0012] 优选的，所述旋轧辊的最大回转外径大于圆柱齿轮的最大回转外径。[0013] 本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种同时具有压下、偏摆角和送进角三个自由度的管筒形工件的旋轧机，通过传动组件的齿轮啮合关系，旋轧辊中心轴线与主动锥齿轮轴线垂直，旋轧辊和主动锥齿轮同轴旋转而形成送进角调整，同时机架绕底板座旋转而形成辊偏摆调整，以及通过环辊支架平移获得压下自由度，本发明解决了旋轧机仅具有压下调整的功能的技术难题。同时解决了传动方案的空间布局问题，使旋轧机的机构布局紧凑、节省空间且调整原理巧妙合理。

附图说明[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0015] 图1为本发明旋轧机结构示意图；[0016] 图2为本发明旋轧机剖视图；[0017] 图3为本发明旋轧机结构主视图；[0018] 图4为本发明图2中B?B截面图；[0019] 图5为本发明传动组件结构示意图；[0020] 图6为双旋轧机结构示意图；[0021] 图7为三旋轧机结构示意图。[0022] 其中，1为旋轧辊组件，1.1为旋轧辊，1.2为旋轧辊轴，2为机架，2.6为凸台，2.8为弧形滑槽，3为底板座，3.1为通孔，4为环辊支架，4.8为弧形滑块，5为传动组件，5.1为圆柱齿轮，5.2中间齿轮，5.3为从动锥齿轮轴，5.4为主动锥齿轮轴，5.5为联轴器，5.6为马达，6为压下顶丝，7为环辊支架拉紧组，7.1为拉杆，7.2为拉紧弹簧，8为送进角调整顶丝，9为机架旋转顶丝，10为待加工件，11为芯模。具体实施方式[0023] 下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0025] 实施例1,[0026] 参照图1?6，本实施例提供一种三自由度旋轧机，包括旋轧辊组件1、用于安装旋轧辊组件1的环辊支架4、用于安装环辊支架4的机架2、与机架2插接的底板座3、为旋轧辊组件1提供动力的传动组件5以及调整组件。

[0027] 旋轧辊组件1包括旋轧辊1.1、与旋轧辊1.1固定连接的旋轧辊轴1.2，旋轧辊轴1.2的两端通过轴承与环辊支架4连接；所述旋轧辊1.1设置在旋轧辊轴1.2的中心位置。

[0028] 底板座3的中心位置设置有通孔3.1，机架2上设置有与通孔3.1相适配的凸台2.6，凸台2.6为圆柱形，机架2可以绕通孔3.1和凸台2.6旋转。机架2内侧设置有两组对称设置的弧形滑槽2.8，环辊支架4上设置有与弧形滑槽2.8相适配的弧形滑块4.8，且弧形滑槽2.8的长度大于弧形滑块4.8的长度，所述弧形滑槽2.8和弧形滑块4.8位于同一回转中心的圆弧柱面上，且该圆弧柱面的中心与主动锥齿轮轴5.4的中心轴线、旋轧辊1.1的回转中心线在同一直线上，即弧形滑块4.8与弧形滑槽2.8既可以产生长度方向上的位移，也可以产生相对转动。

[0029] 传动组件5包括与旋轧辊轴1.2固定连接的圆柱齿轮5.1、与圆柱齿轮5.1相啮合的中间齿轮5.2、与中间齿轮5.2固定连接的从动锥齿轮轴5.3、与从动锥齿轮轴5.3相啮合的主动锥齿轮轴5.4、提供动力的马达5.6以及连接主动锥齿轮轴5.4和马达5.6的联轴器5.5；圆柱齿轮5.1、中间齿轮5.2和从动锥齿轮轴5.3设置在环辊支架4内部，主动锥齿轮轴5.4通过轴承分别与环辊支架4、机架2连接。

[0030] 旋轧辊1.1的最大回转外径大于圆柱齿轮5.1的最大回转外径，使旋轧辊有足够的径向空间满足压下量的设定；同时本发明采用中间齿轮将与旋轧辊同轴的圆柱齿轮和主、从动锥齿轮连接，从动齿轮整体绕主动齿轮旋转的方法，将旋轧辊支架的摆动与主、从动齿轮的啮合关系结合在一起，从而解决了传动方案的空间布局问题，使旋轧机的机构布局紧凑、节省空间且调整原理巧妙合理。

[0031] 调整机构包括压下顶丝6、环辊支架拉紧组7、送进角调整顶丝8以及机架旋转顶丝9。压下顶丝6设置在远离旋轧辊1.1的一侧，压下顶丝6贯穿机架2与环辊支架4相抵触，压下顶丝6与机架2螺纹连接，压下顶丝6设置有两组，两组压下顶丝6以旋轧辊1.1对称设置。环辊支架4与机架2通过送进角调整顶丝8固定连接，送进角调整顶丝8与机架2螺纹连接，送进角调整顶丝8设置在所述机架2的两侧且对称设计，每侧设置有上下对称的两个送进角调整顶丝8。机架旋转顶丝9穿过底板座3与机架2相抵触，机架旋转顶丝9与底板座3螺纹连接，机架旋转顶丝9设置有两组，分别布置在底板座3的对角线上。环辊支架拉紧组7与压下顶丝6平行设置，环辊支架拉紧组7包括拉杆7.1和拉紧弹簧7.2，拉杆7.1贯穿机架2与环辊支架4固定连接，拉紧弹簧7.2布置在机架2与拉杆7.1头部之间。

[0032] 以加工坯料尺寸的无缝钢管为例，调整设备结构，以达到加工要求。待加工件10坯料尺寸为：外径壁厚3.5mm；芯模11尺寸：内径所述的待加工件10的内表面套于芯模11的外表面。待加工件10及芯模11的轴线与旋轧辊轴1.2的中心轴线平行，待加工件10及芯模11布置在旋轧辊1.1外侧。

[0033] 具体调整过程如下：[0034] 调整送进角β：送进角调整顶丝8运行，使环辊支架4和环辊组件1绕主动锥齿轮轴5.4的轴线转动，同时从动锥齿轮轴5.3在不改变与主动锥齿轮轴5.4啮合关系的同时，整体绕主动锥齿轮轴5.4的轴线转动，由于弧形滑槽2.8和弧形滑块4.8位于同一回转中心的圆弧柱面上，故环辊支架4外侧的弧形滑块4.8沿机架2内侧的弧形滑槽2.8内旋转，从而达到调整送进角的目的，调整送进角β＝0.5°。

[0035] 调整偏摆角γ：机架旋转顶丝9运行，推动机架2绕凸台2.6轴线在通孔3.1内转动，形成偏摆角γ＝10°，用以改变旋轧工艺参数如压下量和旋轧辊1.1与待加工件10的接触角度。

[0036] 调整压下量Δt：调整侧推压下顶丝6，推动轧辊支架4向待加工件10方向移动，弧形滑块4.8沿机架2内侧的弧形滑槽2.8滑动，使旋轧辊1.1外表面与待加工件10坯料外表面接触，确定减薄量调整基点，待加工件10退出，侧推压下顶丝6运行，推动环辊支架4继续向待加工件10方向运动，重复上述环辊支架4运动过程使基点向待加工件10方向移动并调整减薄量，调整后减薄量Δt＝1.5mm。

[0037] 传动组件5运行，马达5.6安装在机架2上；马达5.6运转时通过联轴器5.5带动主动锥齿轮轴5.4转动，带动从动锥齿轮轴5.3转动，从动锥齿轮轴5.3带动中间圆柱齿轮5.2同轴转动，并带动圆柱齿轮5.1及其上的旋轧辊组件1转动。马达输入转速n＝800rpm，锥齿轮减速比i＝2，环辊输出转速n’＝400rpm。待加工件10匀速送进，送进速度v＝2mm/s，待加工件10在旋轧辊1.1转动加工下均匀加工。

[0038] 当旋轧机组为双旋轧机时，两组旋轧机异侧对称布置，如图6所示，两组旋轧辊1.1分别布置在待加工件10轴线的两侧，且平行并处于同一水平面内；两组旋轧机调整过程中送进角β、偏摆角γ相同，轧辊转动方向相同。

[0039] 两组旋轧辊1.1减薄量调整有以下两种情况：[0040] 一、减薄量Δt调整相同，待加工件10轴向进给，两组旋轧辊1.1在待加工件10表面的轨迹不重叠，且轨迹相邻。[0041] 二、减薄量Δt不同，一道次减薄量Δt1＝0.9mm，Δt2＝0.6mm，待加工件10轴向进给，两组旋轧辊1.1在待加工件10表面轨迹重叠。[0042] 实施例2[0043] 参考图7，本实施例提供了一种三自由度旋轧机，本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例公开了当旋轧机组为三旋轧机时，三组旋轧机周向均匀布置，如图7所示；三组旋轧辊1.1以待加工件10中心轴线为轴心均匀分布且在同一轴向位置；三组旋轧机调整过程中送进角β、偏摆角γ相同，轧辊转动方向相同。

[0044] 一、减薄量Δt调整相同，待加工件10延轴向进给，三组旋轧辊1.1在待加工件10表面轨迹不重叠，且轨迹相邻。[0045] 二、减薄量Δt不同，一道次减薄量Δt1＝0.8mm，Δt2＝0.6mm，Δt3＝0.4mm，待加工件10坯料轴向进给，三组旋轧辊1.1在待加工件10表面轨迹重叠。[0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

[0047] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。