薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备制造技术

本发明专利技术涉及一种薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备，包括机头、驱动部件、运动部件、立柱、工作台、主轴部件、工件轴部件和底座；驱动部件包括伺服电机、行星减速机、换向齿轮箱、伺服电缸、推杆、压力传感器、左滑块、中滑块、右滑块、耐磨斜板、耐磨底板、耐磨斜块、耐磨底块和光栅尺；运动部件包括外球座、内球座、球盖、内球头连杆和外球头连杆；主轴部件悬挂安装在工作台上，主轴部件包括主轴电机、主轴箱、芯辊、铜套、主轴支承盖、主轴支承座、主轴、主轴键和主轴编码器；工件轴部件安装在底座上，包括工件轴安装板、工件、工件轴、工件箱、工件电机和工件磁栅。本发明专利技术可以实现薄壁高筋环筒高性能高效率成形制造。性能高效率成形制造。性能高效率成形制造。

【技术实现步骤摘要】
薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备


[0001]本专利技术涉及金属特种成形装备领域，更具体地说，涉及一种薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备。

技术介绍

[0002]薄壁高筋环筒具有重量轻、强度高和承载能力强等优点，是航空航天等装备的主要承载构件，广泛用于制造导弹、火箭、航天器等装备外壳、筒体、舱段。薄壁高筋环筒腹板薄、筋高，其制造难度极大。目前，薄壁高筋环筒主要采用铣削加工，不仅效率低、材料利用率低，而且切断金属流线，损害表面完整性，不能满足其高性能高效率制造要求。为了实现薄壁高筋环筒高性能高效率成形制造，国内首创径向包络成形新工艺，该新工艺可以实现薄壁高筋环筒连续局部塑性成形，不仅效率高、材料利用率高，而且可以细化晶粒，获得连续致密金属流线，提高表面完整性，从而大幅提高薄壁高筋环筒力学性能和承载能力，径向包络成形已成为薄壁高筋环筒高性能高效率先进制造技术的重要发展方向。然而，径向包络成形过程中模具需要作多自由度运动，且各个模具需要力位时刻协调匹配，现有塑性成形装备都无法实现薄壁高筋环筒径向包络成形制造。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备，可以实现薄壁高筋环筒高性能高效率成形制造。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备，包括机头、驱动部件、运动部件、立柱、工作台、主轴部件、工件轴部件和底座；所述机头通过立柱安装在底座上；
[0005]所述驱动部件包括伺服电机、行星减速机、换向齿轮箱、伺服电缸、推杆、压力传感器、左滑块、中滑块、右滑块、耐磨斜板、耐磨底板、耐磨斜块、耐磨底块和光栅尺；所述运动部件包括外球座、内球座、球盖、内球头连杆和外球头连杆；所述主轴部件悬挂安装在工作台上，主轴部件包括主轴电机、主轴箱、芯辊、铜套、主轴支承盖、主轴支承座、主轴、主轴键和主轴编码器；工件轴部件安装在底座上，包括工件轴安装板、工件、工件轴、工件箱、工件电机和工件磁栅；
[0006]所述机头开有长槽，长槽宽度方向两侧面有定位台阶，定位台阶与耐磨斜板固定连接，长槽底面偏中间位置开有两个耐磨板安装槽，耐磨底板安装在耐磨板安装槽内；所述伺服电缸设置有三个，三个伺服电缸的外壳固定在机头上，三个伺服电缸的尾部均通过联轴器依次与换向齿轮箱、行星减速机、伺服电机相联，伺服电缸中部的滚柱丝杆上安装有推杆，推杆与压力传感器固定连接；三个压力传感器分别与左滑块、中滑块和右滑块连接，左滑块、中滑块和右滑块的两侧安装有耐磨斜块，左滑块、中滑块和右滑块的上面中部安装有耐磨底块；左滑块、中滑块和右滑块通过耐磨斜块与耐磨斜板的表面滑动配合和耐磨底块与耐磨底面的表面滑动配合；左滑块、右滑块和中滑块与耐磨斜板之间均装有光栅尺，光栅
尺的尺座安装在耐磨斜板上、光栅尺的尺头分别安装在与尺座靠近的左滑块、右滑块和中滑块上；
[0007]左滑块和右滑块的下端安装外球座，中滑块的下端安装内球座，外球座和内球座外形均为法兰面，内球面上开有油槽，外球座和内球座的上表面均与球盖固定连接；外球头连杆和内球头连杆均为两端为球面的连杆型构件，内球头连杆比外球头连杆略长，外球头连杆的上端球头安装在外球座和球盖形成的封闭球腔内，可沿外球座的中心点做空间定点转运，内球头连杆的上端球头安装在内球座和球盖形成的封闭球腔内，可沿内球座的中心点做空间运动；外球头连杆和内球头连杆的下端也分别与外球座和内球座通过球面配合安装，从而外球头连杆和内球头连杆也分别可沿外球座和内球座的中心点空间转动，并由球盖限制其不脱离球腔；四组外球头座
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外球头连杆
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外球座连接结构，通过外球座下面的法兰定位安装在工作台上端面的四角位置，两组内球座
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内球头连杆
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内球座连接结构，通过内球座下面的法兰定位安装在工作台的中部；
[0008]工作台下端面安装有主轴箱，主轴箱的输入轴上安装有主轴电机，主轴箱的输出端安装有主轴，主轴面向工作台的外侧安装有主轴编码器，主轴编码器的转动体与主轴的外圆面配合并通过螺栓固定连接，主轴编码器的外圈通过螺栓与主轴箱的外侧面固定连接；芯辊固定安装在主轴上；芯辊的外圆面上加工有用于包络出工件内壁形状的凸台，芯辊的另一侧轴肩无锥度，轴肩安装在圆柱形铜套内孔里并与铜套的内孔形成滑动摩擦配合；铜套通过外圆面定位安装，其外圆面上端与主轴支承座的半圆形内孔配合，外圆面下端与主轴支撑盖的半圆形内孔配合；主轴支撑盖的上端面与主轴支承座的下端面连接，并将铜套压紧固定在两支承座形成的圆孔内；主轴支承座的上端与工件台固定连接；
[0009]工件箱固定安装在工件轴安装板的下端面和底座的上端面之间，底座上有方形沉孔，工件箱输入轴沉到方孔内，输入轴上安装有工件轴电机，工件轴的内圆表面上安装有工件；工件轴外侧安装有工件轴磁栅，磁栅的转动体通过圆周螺栓与工件轴的外圆配合连接，磁栅的读数头通过螺栓固定安装在工件箱上。
[0010]按上述方案，所述机头呈长方体，机头的四角通过法兰和螺纹安装立柱，立柱另一端也通过法兰与底座的四角安装连接，从而形成一个封闭的四立柱抗偏载机架系统。
[0011]按上述方案，所述耐磨斜板和耐磨底板上开有油槽，通过油孔与机头上的润滑口连通，耐磨斜块与耐磨斜板，耐磨底块与耐磨底板的滑动配合面上均开有油槽，油槽通过油孔与左滑块、右滑块和中滑块上的油嘴贯通，油嘴通过软油管与润滑口连通。
[0012]按上述方案，所述机头沿长槽长度方向两侧面档板上设有螺纹和圆柱定位面，通过螺栓与左、右两个伺服电缸的外壳固定连接，机头长槽的右上方档板上也设有螺纹和圆柱定位面，通过螺栓与中间伺服电缸的外壳相连。
[0013]按上述方案，所述工件的两端分别安装有工件盖，工件盖固定在工件箱上，用于限制工件的轴向移动，工件圆周的键槽上安装有工件定位键，通过与工件轴内孔上的键槽配合，限制工件的周向转动。
[0014]按上述方案，左滑块和右滑块的外形形状完全一致，滑块中心推杆的定位孔和安装螺纹孔的位置对称，滑块上端开槽以避免运动过程中与安装中滑块上的伺服电缸干涉，同时滑块下端凸出实体与推杆相连，中滑块的凸出实体部分的上端与推杆相连。
[0015]按上述方案，所述球盖上加工有油槽，油槽一侧与相应球座上的油槽贯通，另一侧
与球盖侧面的油嘴相连，并通过软管与润滑口连通。
[0016]按上述方案，工作台运动过程如下：该装备工作台可实现工件轴线法平面内的任意运动，包括平面X和Y方向的平移，以及绕平面任意点的转动，工作台的平面运动通过左滑块、右滑块、以及中滑块上的伺服电机的运动复合而成，满足公式(1)
[0017][0018]式中，T为径向包络成形运动所要求的芯辊的运动张量，为左滑块的初始位置，为中滑块的初始位置，为右滑块的初始位置；为左滑块支链动平台球铰中心到芯辊坐标系原点的距离在芯辊轴线法平面上的投影，为中滑块支链动平台球铰中心到芯辊坐标系原点的距离在芯辊轴线法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁高筋环筒多自由度径向包络成形装备，其特征在于，包括机头、驱动部件、运动部件、立柱、工作台、主轴部件、工件轴部件和底座；所述机头通过立柱安装在底座上；所述驱动部件包括伺服电机、行星减速机、换向齿轮箱、伺服电缸、推杆、压力传感器、左滑块、中滑块、右滑块、耐磨斜板、耐磨底板、耐磨斜块、耐磨底块和光栅尺；所述运动部件包括外球座、内球座、球盖、内球头连杆和外球头连杆；所述主轴部件悬挂安装在工作台上，主轴部件包括主轴电机、主轴箱、芯辊、铜套、主轴支承盖、主轴支承座、主轴、主轴键和主轴编码器；工件轴部件安装在底座上，包括工件轴安装板、工件、工件轴、工件箱、工件电机和工件磁栅；所述机头开有长槽，长槽宽度方向两侧面有定位台阶，定位台阶与耐磨斜板固定连接，长槽底面偏中间位置开有两个耐磨板安装槽，耐磨底板安装在耐磨板安装槽内；所述伺服电缸设置有三个，三个伺服电缸的外壳固定在机头上，三个伺服电缸的尾部均通过联轴器依次与换向齿轮箱、行星减速机、伺服电机相联，伺服电缸中部的滚柱丝杆上安装有推杆，推杆与压力传感器固定连接；三个压力传感器分别与左滑块、中滑块和右滑块连接，左滑块、中滑块和右滑块的两侧安装有耐磨斜块，左滑块、中滑块和右滑块的上面中部安装有耐磨底块；左滑块、中滑块和右滑块通过耐磨斜块与耐磨斜板的表面滑动配合和耐磨底块与耐磨底面的表面滑动配合；左滑块、右滑块和中滑块与耐磨斜板之间均装有光栅尺，光栅尺的尺座安装在耐磨斜板上、光栅尺的尺头分别安装在与尺座靠近的左滑块、右滑块和中滑块上；左滑块和右滑块的下端安装外球座，中滑块的下端安装内球座，外球座和内球座外形均为法兰面，内球面上开有油槽，外球座和内球座的上表面均与球盖固定连接；外球头连杆和内球头连杆均为两端为球面的连杆型构件，内球头连杆比外球头连杆略长，外球头连杆的上端球头安装在外球座和球盖形成的封闭球腔内，可沿外球座的中心点做空间定点转运，内球头连杆的上端球头安装在内球座和球盖形成的封闭球腔内，可沿内球座的中心点做空间运动；外球头连杆和内球头连杆的下端也分别与外球座和内球座通过球面配合安装，从而外球头连杆和内球头连杆也分别可沿外球座和内球座的中心点空间转动，并由球盖限制其不脱离球腔；四组外球头座
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外球头连杆
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外球座连接结构，通过外球座下面的法兰定位安装在工作台上端面的四角位置，两组内球座
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内球头连杆
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内球座连接结构，通过内球座下面的法兰定位安装在工作台的中部；工作台下端面安装有主轴箱，主轴箱的输入轴上安装有主轴电机，主轴箱的输出端安装有主轴，主轴面向工作台的外侧安装有主轴编码器，主轴编码器的转动体与主轴的外圆面配合并通过螺栓固定连接，主轴编码器的外圈通过螺栓与主轴箱的外侧面固定连接；芯辊固定安装在主轴上；芯辊的外圆面上加工有用于包络出工件内壁形状的凸台，芯辊的另一侧轴肩无锥度，轴肩安装在圆柱形铜套内孔里并与铜套的内孔形成滑动摩擦配合；铜套通过外圆面定位安装，其外圆面上端与主轴支承座的半圆形内孔配合，外圆面下端与主轴支撑盖的半圆形内孔配合；主轴支撑盖的上端面与主轴支承座的下端面连接，并将铜套压紧固定在两支承座形...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，郑方焱，庄武豪，金奇伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：