一种气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机

摘要

本发明涉及一种气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，包括金属棒管料夹持装置、动力传递装置和载荷施加装置，其中金属棒管料夹持装置包括用于固定金属棒管料的棒管料套筒，动力传递装置包括交流伺服电机以及由其驱动的回转连接板，载荷施加装置包括一个连装在回转连接板上的具有对称式结构的转动缸。本发明利用交流伺服电机驱动对称式结构布局的转动缸对金属棒管料的周向按一定的载荷次序进行加载，使其在弯矩载荷的循环作用下完成精密下料，通过调节交流伺服电机的转动角度和转速以及转动缸的进排气顺序和进气量，实现了转动缸内冲击锤头精确快速地对指定加载位置的定幅冲击载荷加载。整机具有结构简单、稳定性好、可控性高等优点。

权利要求

1.一种气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：包括底座(1)，在底座(1)上设有金属棒管料夹持装置、动力传递装置和载荷施加装置，其中，所述的金属棒管料夹持装置包括一个通过套筒支架(2)安装在底座(1)上左侧方的用于套穿固定金属棒管料(3)的棒管料套筒(5)；

所述的动力传递装置具有一个通过电机支架(9)安装在底座(1)上右侧方的交流伺服电机(11)，在交流伺服电机(11)的输出轴上安装有一块回转连接板(8)；

所述的载荷施加装置设置在金属棒管料夹持装置和动力传递装置之间，包括一个右侧端连接安装在回转连接板(8)上的具有对称式结构的转动缸(15)，在转动缸(15)的中部设有供棒管料套筒(5)进入的贯穿中心孔，在转动缸(15)沿回转轴对称的两侧径向腔体中分别设有可交替做向心运动的第一冲击锤头(28)和第二冲击锤头(33)，第一冲击锤头(28)将该侧径向腔体分隔为第一进给腔(36)和第一回退腔(37)，第二冲击锤头(33)将该侧径向腔体分隔为第二进给腔(39)和第二回退腔(38)，在转动缸(15)上端外接有分别与第一进给腔(36)、第一回退腔(37)、第二进给腔(39)和第二回退腔(38)连通的第一进气管(13)、第一排气管(14)、第二进气管(7)和第二排气管(16)。

2.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：所述金属棒管料夹持装置中的棒管料套筒(5)上具有一个用于使金属棒管料(3)的下料端自由伸入的支撑端内孔，棒管料套筒(5)的支撑端采用聚氨酯回弹套筒(19)并利用两组轴用和孔用弹性挡圈固定安装在套筒支架(2)的内孔中，棒管料套筒(5)的右端伸置于载荷施加装置的转动缸(15)的中心孔中，套筒支架(2)利用螺纹连接固定安装于底座(1)上。

3.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：所述动力传递装置中的交流伺服电机(11)的输出轴利用连接平键(27)安装于回转连接板(8)的内孔中，回转连接板(8)利用第一调心球轴承(22)和第二调心球轴承(25)安装于电机支架(9)的内孔中，交流伺服电机(11)利用螺纹固定安装于电机支架(9)上，电机支架(9)利用螺纹连接固定安装于底座(1)上。

4.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：所述载荷施加装置中的转动缸(15)整体采用对称式结构，沿其回转轴径向方向内部设置有对称分布的第一进给腔(36)、第一回退腔(37)和第二进给腔(39)、第二回退腔(38)，第一进给腔(36)与第一进气管(13)相连，第一回退腔(37)与第一排气管(14)相连，第二进给腔(39)与第二进气管(7)相连，第二回退腔(38)与第二排气管(16)相连，第一进给腔(36)与第一回退腔(37)利用第一冲击锤头(28)进行腔体隔离，第二进给腔(39)与第二回退腔(38)利用第二冲击锤头(33)进行隔离；转动缸(15)沿其回转轴方向远离棒管料套筒(5)的一端利用螺纹固定安装于回转连接板(8)上。

5.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：金属棒管料(3)的非下料端悬臂固定安装在一个夹持模具(4)中，所述夹持模具(4)与棒管料套筒(5)之间有5～15mm的距离。

6.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：所述棒管料套筒(5)、转动缸(15)及回转连接板(8)的回转中心一致。

7.根据权利要求1所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机，其特征在于：所述转动缸(15)的贯穿中心孔直径大于或等于棒管料套筒(5)的直径与第一冲击锤头(28)的行程之和。

说明书

一种气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机

技术领域

[0001] 本发明属于金属棒管料加工成型设备技术领域，涉及一种气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机。

背景技术

[0002] 金属棒管料作为零部件加工过程的开端也是整个工业机器生产的起点，其毛坯在工业生产过程中是一种最基本的坯料形式之一。通常情况下，各类轴类毛坯的生产都需要下料工序作为备料工序，金属棒管料的下料是指将由金属制品厂生产的金属棒管料分离成为后续切削加工或无切削加工等工序所需不同长度毛坯的一道备料工序，其下料所得坯料的断面质量、下料成本及下料效率将直接影响后续零部件乃至整个机器的加工质量、成本和效率。

[0003] 目前，工业生产中仍广泛采用高速带锯锯切下料和普通剪切下料相结合的传统下料方法。虽然高速带锯锯切能得到质量较高、精度较好的坯料断面，但是其锯切时间较长，且由于锯片有一定宽度，在高速锯切过程中需要消耗与锯片等宽的金属材料，材料利用率和效率低，同时锯切过程中还需要有额外的冷却液进行冷却润滑，污染较大，此外，高速带锯的锯片价格昂贵，质量较好的通常需要由国外进口；而普通剪切下料虽然无切口损耗，材料利用率和效率高，但经低速普通剪切所得的坯料其断面变形和几何精度差，断面通常容易产生撕裂或塌陷并呈明显的“马蹄形”，无法直接满足后续加工的要求，需要进行二次修型或加工，不仅降低了整体效率，同时还造成材料浪费。此外，为改进传统下料方法存在粗放、高污染、高能耗等不足，以往曾有众多的国内外学者相继提出了一些不同的精密剪切下料工艺，这其中就包括高速精密剪切下料方法，虽然其下料精度、坯料断面质量及下料效率较高，但由于在高速剪切过程中需要提供较高的对冲速度，下料力大，且动、静剪刃极易发生冲击振动，大大降低了下料模具的整体寿命并带来严重的噪声污染，为此就又需要更加昂贵且结构更加复杂的进口成套专用下料模具，这也成为阻碍精密剪切下料广泛推广应用的瓶颈。而近年来处于下料领域研究热点的低应力精密下料方法，虽在一定程度上改善了下料直径对外载荷大小的依赖，并在固定方向可控冲击载荷的作用下也能获得相对较好的坯料断面质量，但是，在整个下料过程中，冲击载荷的作用位置是固定不变的，针对不同材质不同直径金属棒管料的下料缺乏灵活的可调节性，极易造成成批坯料断面的相同缺陷而无法进行方案改进，只能重新设计整机；此外，外载荷连续的单向循环加载，也容易造成金属棒管料的轴向发生与加载载荷同向的扭转现象，影响坯料的精度和质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构简单、操作方便、使用效果好的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机。

[0005] 为达到上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机包括底座，在底座上设有金属棒管料夹持装置、动力传递装置和载荷施加装置，其中，

[0006] 所述的金属棒管料夹持装置包括一个通过套筒支架安装在底座上左侧方的用于套穿固定金属棒管料的棒管料套筒；

[0007] 所述的动力传递装置具有一个通过电机支架安装在底座上右侧方的交流伺服电机，在交流伺服电机的输出轴上安装有一块回转连接板；

[0008] 所述的载荷施加装置设置在金属棒管料夹持装置和动力传递装置之间，包括一个右侧端连接安装在回转连接板上的具有对称式结构的转动缸(冲击气缸)，在转动缸的中部设有供棒管料套筒进入的贯穿中心孔，在转动缸沿回转轴对称的两侧径向腔体中分别设有可交替做向心运动的第一冲击锤头和第二冲击锤头，第一冲击锤头将该侧腔体分隔为第一进给腔和第一回退腔，第二冲击锤头将该侧腔体分隔为第二进给腔和第二回退腔，在转动缸上端外接有分别与第一进给腔、第一回退腔、第二进给腔和第二回退腔连通的第一进气管、第一排气管、第二进气管和第二排气管。

[0009] 本发明进一步的技术解决方案还在于：金属棒管料夹持装置的棒管料套筒上具有一个用于使金属棒管料的下料端自由伸入的支撑端内孔，棒管料套筒的支撑端采用聚氨酯回弹套筒并利用两组轴用和孔用弹性挡圈固定安装在套筒支架的内孔中，棒管料套筒的右端伸置于载荷施加装置的转动缸的中心孔中，套筒支架利用螺纹连接固定安装于底座上。

[0010] 本发明进一步的技术解决方案还在于：动力传递装置中的交流伺服电机的输出轴利用连接平键安装于回转连接板的内孔中，回转连接板利用第一调心球轴承和第二调心球轴承安装于电机支架的内孔中，交流伺服电机利用螺纹固定安装于电机支架上，电机支架利用螺纹连接固定安装于底座上。

[0011] 本发明进一步的技术解决方案还在于：载荷施加装置中的转动缸整体采用对称式结构，沿其回转轴径向方向内部设置有对称分布的第一进给腔、第一回退腔和第二进给腔、第二回退腔，第一进给腔与第一进气管相连，第一回退腔与第一排气管相连，第二进给腔与第二进气管相连，第二回退腔与第二排气管相连，第一进给腔与第一回退腔利用第一冲击锤头进行腔体隔离，第二进给腔与第二回退腔利用第二冲击锤头进行隔离；转动缸沿其回转轴方向远离棒管料套筒的一端利用螺纹固定安装于回转连接板上。

[0012] 本发明进一步的技术解决方案还在于：金属棒管料的非下料端悬臂固定安装在一个夹持模具中，所述夹持模具与棒管料套筒之间有5～15mm的距离。

[0013] 本发明进一步的技术解决方案还在于：棒管料套筒、转动缸及回转连接板的回转中心一致。

[0014] 本发明进一步的技术解决方案还在于：转动缸的贯穿中心孔直径大于或等于棒管料套筒的直径与第一冲击锤头的行程之和。

[0015] 与现有技术相比，本发明装置利用交流伺服电机驱动一个可回转且整体结构对称的转动缸对表面预制有环状“V”型槽的(其中“V”型槽为对称式，夹角为90°，槽深根据棒料直径和材质决定)金属棒管料进行下料，通过调节交流伺服电机的转动角度和转速以及转动缸的进排气顺序和进气量，实现了转动缸内冲击锤头精确快速地对指定加载位置的定幅冲击载荷加载，不仅能够实现金属棒管料的定长精密下料，同时还解决了所下坯料的轴向扭转问题，具有高的可控性和下料效率、较好的坯料几何精度和断面质量、整机结构简单、稳定性好等优点，实现了外载荷幅值及加载位置的实时可控加载。此外，本发明装置中引入的棒管料套筒不仅起到保护金属棒管料表面，还能大大降低下料所需载荷大小。

附图说明

[0016] 图1是本发明一个具体实施例的主视结构示意图。

[0017] 图2是图1所示实施例的俯视图。

[0018] 图3是图1所示实施例的左视图。

[0019] 图4是本发明所示实施例装置的的轴视图。

[0020] 图5是图2的B-B截面剖视图。

[0021] 图6是图2的C-C截面剖视图。

[0022] 图7是图1的D-D截面剖视图。

[0023] 图8是本发明所示实施例提供的冲击锤头位置示例图。

[0024] 图中各数字标号的名称分别是：1－底座，2－套筒支架，3－金属棒管料，4－夹持模具，5－棒管料套筒，6－第二端盖，7－第二进气管，8－回转连接板，9－电机支架，10－控制线，11－交流伺服电机，12－第一端盖，13－第一进气管，14－第一排气管，15－转动缸，16－第二排气管，17－第一孔用弹性挡圈，18－第一轴用弹性挡圈，19－聚氨酯回弹套筒，
20－第二孔用弹性挡圈，21－第二轴用弹性挡圈，22－第一调心球轴承，23－第三孔用弹性挡圈，24－第四孔用弹性挡圈，25－第二调心球轴承，26－第三轴用弹性挡圈，27－连接平键，28－第一冲击锤头，29－第一端盖密封组合，30－第一大端密封组合，31－第一小端密封组合，32－第二小端密封组合，33－第二冲击锤头，34－第二大端密封组合，35－第二端盖密封组合，36－第一进给腔，37－第一回退腔，38－第二回退腔，39－第二进给腔；P1～P5和P1'～P5'分别为等间隔位于金属棒管料圆周上的十个锤头冲击点位置，其中P1～P5与P1'～P5'依序分别对称设置，P1和P1'分别设为初始位置。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细说明。

[0026] 本发明的一个具体实施例结构如图1～图7所示，该气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机包括设置在底座1上的金属棒管料夹持装置、动力传递装置和载荷施加装置三大部分。

[0027] 金属棒管料夹持装置主要包括用于固定金属棒管料3的棒管料套筒5和夹持模具4。棒管料套筒5通过套筒支架2安装在底座1上左侧方,在棒管料套筒5上开有支撑端内孔，金属棒管料3的下料端自由伸入棒管料套筒5的支撑端内孔中，金属棒管料3的另一端悬臂固定于固定安装的夹持模具4中。棒管料套筒5的支撑端采用聚氨酯回弹套筒19并利用两组轴用和孔用弹性挡圈(包括第一轴用弹性挡圈18、第一孔用弹性挡圈17、第二轴用弹性挡圈
21及第二孔用弹性挡圈20)对其内、外径进行固定并安装在套筒支架2的内孔中，棒管料套筒5的另一端悬臂于转动缸15的中心孔中，套筒支架2利用螺纹连接固定安装在底座1上。金属棒管料3的非下料端悬臂固定安装在夹持模具4中，夹持模具4与棒管料套筒5之间有5～
15mm的距离。

[0028] 动力传递装置主要包括回转连接板8、电机支架9、交流伺服电机11。交流伺服电机11通过电机支架9安装在底座1上右侧方,回转连接板8利用两个调心球轴承(包括第一调心球轴承22和第二调心球轴承25)回转安装于电机支架9的内孔中，并利用第三孔用弹性挡圈
23、第四孔用弹性挡圈24和第三轴用弹性挡圈26对两个调心球轴承的轴向两端进行固定。
电机支架9与底座1利用螺纹连接进行固定，电机支架9与交流伺服电机11利用螺纹进行固定连接，交流伺服电机11的输出轴利用连接平键27安装于回转连接板8的内孔中，交流伺服电机11的输出轴利用连接平键27安装于回转连接板8的内孔中。

[0029] 载荷施加装置设置在金属棒管料夹持装置和动力传递装置之间，包括一个右侧端连接安装在回转连接板8上的转动缸(冲击气缸)15。转动缸15整体采用对称式结构，在转动缸15上端设有第一进气管13、第一排气管14、第二进气管7和第二排气管16。沿转动缸15回转轴径向方向内部设置有对称分布的第一进给腔36、第一回退腔37、第二进给腔39、第二回退腔38以及第一冲击锤头28和第二冲击锤头33。第一进给腔36与第一进气管13相连，第一回退腔37与第一排气管14相连，第二进给腔39与第二进气管7相连，第二回退腔38与第二排气管16相连。具体实施结构中，第一进给腔36与第一回退腔37利用第一冲击锤头28进行腔体隔离，第二进给腔39与第二回退腔38利用第二冲击锤头33进行隔离。第一进给腔36和第二进给腔39两端分别与第一端盖12和第二端盖6利用螺纹进行固定连接，第一端盖12上利用第一端盖密封组合29进行静密封，第二端盖6上利用第二端盖密封组合35进行静密封。转动缸15沿其回转轴方向远离棒管料套筒5的一端利用螺纹固定安装于回转连接板8上。工作中应使金属棒管料3、棒管料套筒5、转动缸15和回转连接板8的回转中心一致。

[0030] 实际设置方案中，为使金属棒管料3能在受载条件下自由弯曲，夹持模具4与棒管料套筒5之间保持5～15mm的距离。为使金属棒管料3顺利受载。此外，为使转动缸15能输出足够的位移载荷而不产生干涉且能对棒管料套筒5起到一定的支撑作用，转动缸15的贯穿内孔直径应大于等于棒管料套筒5的直径与第一冲击锤头28的行程之和。

[0031] 本发明所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机能够应用于金属棒材和管材的下料工序，由于载荷加载位置由交流伺服电机来进行控制，假设在棒管料套筒5的周向上均布有如图8所示的10个冲击点，现以该下料机按一种特定的载荷循环加载顺序(假设循环加载顺序为P1→P2'→P3→P4'→P5→P1)应用于金属棒材的精密下料为例，其工作过程具体如下：

[0032] 首先开启交流伺服电机11，保持转动缸15处于水平位置对棒管料套筒5起到初始支撑作用，此时，两冲击锤头的初始位置分别位于初始位置P1和初始位置P1'，关闭交流伺服电机11后，第一排气管14和第二排气管16进气，第一进气管13和第二进气管7排气，使棒管料套筒5不受载；将预制有环状“V”型槽的金属棒管料3固定于夹持模具4中，并使其悬臂伸入棒管料套筒5内的长度达到预下料长度，此时，第一进气管13进气，第一排气管14排气，使第一冲击锤头28在初始位置P1对棒管料套筒5进行载荷加载，加载完成后第一排气管14进气，第一进气管13排气，使第一冲击锤头28回位；在此开启交流伺服电机11，使两冲击锤头的位置分别位于P2和P2'，关闭交流伺服电机11，第二进气管7进气，第二排气管16排气，使第二冲击锤头33在P2'位置对棒管料套筒5进行载荷加载，加载完成后，第二排气管16进气，第二进气管7排气，使第二冲击锤头33回位；以此类推，在交流伺服电机11和进排气量的有序结合下，下料机便可按既定的冲击位置冲击力对棒管料套筒5进行循环载荷加载。在载荷加载过程中，为了不使转动缸15上的进排气管产生缠绕，载荷每完成一个循环后开启交流伺服电机11使转动缸回到初始位置继续载荷加载，直至完成一次金属棒料的精密下料。

[0033] 综上所述，本发明所述的气动式可控径向冲击金属棒管料精密下料机通过合理的调节交流伺服电机的转动角度和转速，可以精确并快速使冲击锤头到达任意指定载荷加载位置，通过调节进排气管的顺序和进排气量，实现指定冲击锤头精确连续载荷幅值的冲击载荷加载和冲击锤头回位。整机采用回转式对称结构，具有结构简单、载荷输出连续可调、稳定性好、可控性高等优点，可实现金属棒管料的定长精密下料，所下的定长坯料具有断面质量好、几何精度高等特点。

[0034] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。