一种用于桶体增材内筋的滚压设备的制作方法

1.本发明涉及金属增等材制造以及材料表面处理技术领域，具体涉及一种用于桶体增材内筋的滚压设备，该设备可用于桶体内筋的滚压、板材类的滚弯和内筋增材之后的矫正，当装配增材枪头、减材枪头或超声、冲击时，可实现增等减材一体化。


背景技术：

2.（一）在材料表面性能方面：滚压技术。
3.一些大型的轴类工件，在曲轴无法磨削加工的情况下，为达到图纸技术要求中的表面粗糙度要求，采用滚压加工技术，取得了较好的效果。 滚压加工会使工件表面产生瞬时高温并短暂地软化，经过滚压后的工件可使车削加工后波峰的金属填入波谷内、使表面产生一定的塑性变形，进而实现零件尺寸及粗糙度的改变。 经过滚压后的表面，粗糙度能达到 ra1.6μm～ra1.8μm。
4.通过对加工件外圆、圆柱面、锥面及平面的滚压加工，除了降低工件表面粗糙度外，还可以提高加工件的表面硬度。 另外在机械加工中，有时超差几十微米，车削就很难修复，这时就可以采用滚压加工方法来解决这方面的难题，由于具有这些优点，滚压加工技术得到了广泛的应用。
5.传统的加工设备进行生产，很难达到超高精度的表面质量；一些产品结构尺寸大， 只能上大立车进行车削加工，大立车转速低，线速度低，要达到较高表面质量的要求更是难上加难。
6.电弧增材试件为了细化晶粒、降低孔隙率、去除应力、提高致密度，往往在增材之后伴随着滚压轧制来提升性能。其中板类的电弧增材试件滚压可采用标准的滚压机床配合增材系统来实现，而复杂的表面特征需要相应的特制滚压设备来满足滚压的需求。
7.现有技术：一种金属增材制造同步随型冷却装置，专利号：cn202211302332.6，包括机械臂，机械臂的末端设置有增材制造机头，机械臂用于控制增材制造机头的打印轨迹，增材制造机头的外壁同轴设置有旋转装置，旋转装置的驱动端上设置有相对于增材制造机头轴线方向平行的直线驱动机构，直线驱动机构的驱动端上设置有带柔性冷却体的水冷装置。该增材制造同步随形冷却装置，通过机械臂配合旋转装置使用，实现单一机械臂控制增材制造打印及相对滞后同轨迹滚压冷却，进而提高该增材制造装置的打印效率与质量。
8.现有技术：一种用于电弧增材制造的辊压设备，专利号：cn202310111902.1，包括底座与基台，还包括：机械臂，机械臂活动安装在底座的上侧；三向辊压头，三向辊压头活动安装在机械臂的一端；垫片，垫片设置于基台上侧的外壁；驱动盘，驱动盘活动安装在基台上侧的外壁、用于驱使垫片水平旋转；基台固定安装于底座的一侧、且与底座平行，机械臂位于底座与三向辊压头之间、且与控制电源固定连接，机械臂用于驱使三向辊压头活动于基台上侧。
9.现有技术：一种多工序复合电弧增材制造装置及方法，专利号：cn202310061152.1，该装置包括电磁辅助电弧增材制造模块、机械滚压细晶模块、超声冲击
去应力模块、电刷表面清理模块和工件温控模块。该方法包括以下步骤：多工序路径规划与制造准备；超声冲击与电刷基板；电磁搅拌熔池辅助电弧增材制造，同步在高温锻造区进行机械滚压；超声冲击与电刷当前低温态已成形道次；重复上述步骤直至工件完成制造。
10.现有滚压技术存在的问题如下：可以参考图6。
11.（1）滚压力小，结构复杂，功能单一，如三轴控制滚压，机械臂控制增材一例，九轴联动调试复杂且难度大。
12.（2）整体结构拆卸不方便，多数仅适用于单纯的热滚压或单纯的冷滚压，并不能实现单独的增材或者单独的滚压功能，仅有同时增等材功能，功能少。
13.（3）适用工件类型单一，加工类别单一，对于大尺寸工件内部横纵斜筋等结构无法实现滚压工艺。
[0014] （二）在材料成型方面：滚弯工艺。
[0015]
现在型材的滚弯的目的主要包括两方面，第一方面就是把直的板料滚压成为既定曲率半径的滚弯型材，第二方面就是把在工艺过程中不符合规格的、废弃的旧板材重新恢复成直料。
[0016]
现有滚弯工艺存在的问题如下。
[0017]
（1）对于滚弯工艺，单纯的滚压设备多数采用四轴或者三轴对辊结构，多辊工艺尚不明晰。
[0018]
（2）多依靠人工进行经验上的辅助加工，反复折弯，对材料性质也产生一定程度上的影响。
[0019]
综上所述，对于滚弯和滚压联合来看，目前没有增材以及滚弯滚压联合一体设备，单独的滚压，增材，以及滚弯设备来说，一条生产线需要大量的人力物力去维系，以及大尺寸本身在各个设备转运吊装中所需的时间成本极大，也存在一定的安全问题。而且将其分散布置也需要大量的场地和转运存放空间，耗资巨大。而对于航天贮箱一类工件，一旦增材滚压结束之后，其壳板产生不规则形变，甚至导致的母线连带变形，只能面对整体报废，或者人工修整，或者返回辊弯机进行修整，滚弯又可能带来内部筋的变形，其过程中反复转运吊装，耗时耗力。


技术实现要素：

[0020]
针对上述技术问题，本发明提出了一种用于桶体增材内筋的滚压设备，该设备可用于桶体内筋的滚压、板材类的滚弯、内筋增材之后的矫正，当装配增材枪头、减材枪头或超声、冲击时，可实现增等减材一体化。
[0021]
一种用于桶体增材内筋的滚压设备，所述设备用于滚压内筋结构或滚弯板材结构，所述设备包括施力机构和支撑机构，所述施力机构为底部固定的滑轨结构或顶部固定的动龙门结构或底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合，所述施力机构包括主动施力机构和被动施力机构，所述主动施力机构、被动施力机构分别连接长杆，长杆的端部连接被动压力辊，所述主动施力机构用于施加力，采用杠杆原理，通过被动施力机构迫使被动压力辊对内筋结构进行滚压或对板材结构进行滚弯；所述支撑机构包括多个滚轮架，所述滚轮架用于支撑含内筋结构的装置或板材。
[0022]
进一步的，所述内筋结构包括纵筋、横筋或斜筋。
[0023]
进一步的，所述滚轮架包含多个对称设置的辅助支撑辊和主动支撑辊，所述滚轮架由伺服电机驱动，所述辅助支撑辊水平间距可调，所述主动支撑辊高度可调，所述辅助支撑辊和主动支撑辊可由伺服电机驱动旋转。
[0024]
进一步的，所述施力机构为底部固定的滑轨结构，包括对称固定于地面的导轨，所述导轨上部连接滑动平台，所述滑动平台上部连接液压缸和支点支撑杆，所述液压缸上部连接液压缸升降杆，所述液压缸升降杆和支点支撑杆均与长杆轴承连接。
[0025]
进一步的，所述施力机构为底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合，包括滑动平台和龙门架，滑动平台上部连接支点支撑杆，龙门架中部连接伸缩杆，伸缩杆下部连接液压缸，所述支点支撑杆和液压缸均与长杆轴承连接。
[0026]
进一步的，所述施力机构为顶部固定的动龙门结构，所述动龙门结构为双桥架结构，包括第一桥架和第二桥架，其中第二桥架连接液压缸，液压缸下部连接伸缩杆，第一桥架下部连接支点支撑杆，所述伸缩杆与支点支撑杆均与长杆轴承连接。
[0027]
进一步的，所述辅助支撑辊和主动支撑辊同轴且与滑轨同向。
[0028]
进一步的，所述辅助支撑辊与桥架移动方向同向，所述主动支撑辊与辅助支撑辊轴线垂直。通过主动支撑辊的旋转实现长杆在含内筋结构件，如桶体结构内部的进深，进而实现纵筋的滚压。主动支撑辊和辅助支撑辊旋转配合长杆在桶体结构内的进深，实现斜筋的滚压。辅助支撑辊旋转，实现横筋（环筋）的滚压。
[0029]
进一步的，所述长杆设置有多个替换轴承位，主动施力机构和被动施力机构可通过连接不同的替换轴承位，改变加工深度以及力臂长短。
[0030]
进一步的，所述被动压力辊为万向滚轮。
[0031]
进一步的，所述长杆端部还设置有工具盘安装位和机械安装位，所述工具盘安装位用于安装增材枪头、减材枪头、被动压力辊或滚弯工具，所述机械安装位用于接入超声或冲击。
[0032]
本发明的技术效果如下。
[0033]
（1）该设备利用杠杆原理，可实现高达10吨的滚压力，可以无极调节滚压力的大小。根据工件类型，可适当更换更大压力的液压缸，提供更大的压力。
[0034]
（2）该设备结构简单，便于维修，联动调试简单，整体尺寸适当、拆卸方便，可实现单独滚压，热滚压，冷滚压，单独增材、减材，且可根据需求更换加工头，或外接设备，设置有机械安装接口，方便接入如超声、冲击等附加动力源，实现超声滚压，锤击等功能。
[0035]
（3）滚弯过程也可根据实际需要，更换滚弯所需的双辊，或者多辊的工具头，与滚轮架即主动支撑辊、辅助支撑辊配合实现多辊联动功能，通过力位混合控制实现伺服连续调节，主动施力机构的行程以达到无极调整施加压力的目的。
[0036]
（4）本发明实现了板材类滚弯、滚压与内筋滚压的相互兼容，对于薄外壳采取滚弯工艺，对于厚外壳采取增材制造，滚弯与锤击或者滚压一体化，成型之后再进行内部筋增材制造，进而对于内部横、纵、斜筋的滚压或者超声滚压或者锤击等。对于加工过程中产生的二次形变，可以继续采用滚弯头进行加工修整，实现大尺寸桶体工件，如航天器贮箱的一体化生产，省去一大部分的时间以及人力物力的成本。
附图说明
[0037]
图1是本发明实施例1的主视图。
[0038]
图2是本发明实施例1不含桶体的俯视图。
[0039]
图3是本发明实施例2的主视图。
[0040]
图4是本发明实施例2不含桶体的俯视图。
[0041]
图5是本发明实施例3的主视图。
[0042]
图6是现有技术的滚压结构示意图。
[0043]
图中：1-导轨、2-滑动平台、31-液压缸支板、32-支点支板、4-液压缸、41-液压缸升降杆、42-长杆、43-动力杆、44-受力杆、5-支点支撑杆、6-工具盘安装位、61-第一工具盘安装位、62-第二工具盘安装位、7-替换轴承位、8-机械安装位、9-辅助支撑辊、10-主动支撑辊、11-主动支撑辊液压缸、12-桶体、13-万向滚轮、14-龙门架、15、伸缩杆、16-纵筋、17-横筋、18-桥架、181-第一桥架、182-第二桥架。
具体实施方式
[0044]
下面将结合实施例及附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他是实施例，都属于本发明的保护范围。
[0045]
本实施例所示的一种用于桶体增材内筋的滚压设备，主要用于具有一定深度的桶状结构的内筋的滚压。其中内筋包含纵筋、横筋（环筋）和斜筋。
[0046]
本发明的具体实施方式参考图1-5。
[0047]
实施例1：底部固定的滑轨结构。
[0048]
本实施例如图1-2所示，部分结构参考图3-5，该设备包含固定于地面的两根导轨1，导轨1方向设为x方向，与之垂直为y方向，竖直方向为z方向，导轨1上设置滑动平台2，该滑动平台2的运动由伺服电机控制。滑块平台2上部位于x方向的两侧，分别设置两块支板，分别为液压缸支板31和支点支板32。
[0049]
液压缸支板31上部连接液压缸4，液压缸4上部连接液压缸升降杆41，该液压缸4为主动施力机构。液压缸4连接长杆42，长杆42具有xz平面内的旋转自由度。长杆42经过支点支板32处与支点支撑杆5连接，该支点支撑杆5为被动施力机构，支点支撑杆5右侧的长杆42为动力杆43，支点支撑杆5左侧的长杆42为受力杆44。该液压缸支板31和支点支板32可省略，即滑动平台2可直接连接液压缸4和支点支撑点5滑块平台2上部设置一定数量的支板换位预留孔位（图中未显示）、以及替换轴承位7，可以通过更改液压缸支板31、支点支板32位置以及液压缸4和支点的位置，改变动力杆43和受力杆44的长度，即更改加工深度，实现动力与加工深度的平衡。
[0050]
受力杆44端部设置有工具盘安装位6和机械安装位8，工具盘安装位6用于安装万向滚轮、滚弯工具、增材枪头、减材枪头等。机械安装位8用于接入超声、冲击力等动力源，实现切换工具头后的超声滚压、锤击等工艺。
[0051]
工具盘安装位6包括第一工具盘安装位61和第二工具盘安装位62，当第一工具盘安装位61为滚压头，第二工具盘安装位62闲置时，可实现内筋的冷滚压。当第一工具盘安装
位61为增材枪头，第二工具盘安装位62为滚压头时，可实现热滚压。当第一工具盘安装位61为电主轴时，可实现桶体12内部的减材。
[0052]
导轨1的左侧位置设置有多组滚轮架，包含辅助支撑辊9和主动支撑辊10，其旋转轴方向为x方向，本实施例中包含对称设置的六个滚轮架，其中设置于外侧的两个滚轮架为辅助支撑辊9，设置于中间位置的四个滚轮架为主动支撑辊10。辅助支撑辊9的水平间距可利用伺服电机调整，主动支撑辊10的高度可利用主动支撑辊液压缸11调整。辅助支撑辊9和主动支撑辊10用于支撑桶体12，调整桶体12的位置。辅助支撑辊9、主动支撑辊10可利用伺服电机控制旋转，实现桶体12的转动，进而实现横筋17（即环筋）的滚压。
[0053]
本实施例的工作过程为：调整辅助支撑辊9的水平间距，将桶体12放置于辅助撑辊9上，缓慢增加辅助支撑辊9的水平间距，以此降落桶体12，同时调整主动支撑辊10的高度，直至桶体12贴合且受力均衡。液压缸4施加压力，受力杆44带动工具对桶体内部的结构进行增材、减材、滚压或滚弯。当第一工具盘安装位61为万向滚轮13时，通过滑动平台2的左右移动，对桶体12的内部的纵筋16实现纵向滚压；或者通过辅助支撑辊9、主动支撑辊10旋转带动桶体12 的旋转实现对桶体12内部的横筋17（即环筋）的滚压；或者通过滑动平台2的左右移动和桶体12 的旋转，实现对桶体12内部的斜筋（图中未显示）的滚压。
[0054]
该长杆42、辅助支撑辊9、主动支撑辊10、工具盘安装位6内部均设置压力传感器和位移传感器，通过力位混合控制实现各个支撑辊的受力均衡，及其与长杆42的联动。
[0055]
实施例2：底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合。
[0056]
本实施例如图3-4所示，部分结构参考图1-2，图5，该设备包含固定于地面的两根导轨1和固定于顶部的龙门架14。导轨1方向设为x方向，与之垂直为y方向，竖直方向为z方向，导轨1上设置滑动平台2，该滑动平台2的运动由伺服电机控制。滑动平台2上部连接支点支撑杆5，支点支撑杆5与长杆42轴承连接。龙门架14下部连接伸缩杆15，伸缩杆15下部连接液压缸4，液压缸4下部与长杆42轴承连接。龙门架14可左右移动，伸缩杆15可上下移动，液压缸4施加压力时，可实现受力杆44在xz平面的自由移动。
[0057]
与实施例1相同的，本实施例中导轨1的左侧位置，于桶体12的下部设置有多组滚轮架，包含辅助支撑辊9和主动支撑辊10，可配合长杆42实现桶体12内部纵筋16、横筋17及斜筋的滚压。
[0058]
该实施例中，辅助支撑辊9和主动支撑辊10同轴，且与滑轨结构同向。当辅助支撑辊9和主动支撑辊10同向旋转带动桶体12旋转、同时长杆42静止时，万向滚轮13可以滚压桶体12内的横筋17。当辅助支撑辊9和主动支撑辊10同向旋转带动桶体12旋转、同时长杆42左右移动时，万向滚轮13可以滚压桶体12内的斜筋（图中未显示）。当辅助支撑辊9和主动支撑辊10静止、同时长杆42左右移动时，万向滚轮13可以滚压桶体12内的纵筋16。
[0059]
实施例3：顶部固定的动龙门结构。
[0060]
本实施例如图5所示，部分结构参考图1-4，该设备适用于已有桥式起重机结构的厂房。本实施例取消了地面导轨1的设置。将主动施力机构液压缸4以及被动施力机构直接安装于起重机轨道上，即桥架18，包括第一桥架181和第二桥架182。第一桥架181下部连接支点支撑杆5，第二桥架182下部连接液压缸4，液压缸4下部连接伸缩杆15。伸缩杆15和支点支撑杆5均与长杆42轴承连接。地面主动支撑辊10轴线采取y方向安装，辅助支撑辊9轴线采取x方向安装。主动支撑辊10、辅助支撑辊9依旧采取伺服电机控制其旋转，以及压力传感
器、位置传感器和视觉识别辅助。当主动支撑辊10控制桶体12在x方向转动时，可以实现对桶体12内纵筋16的滚压。当辅助支撑辊9控制桶体12在y方向转动时，可以实现对桶体12内横筋17（环筋）的滚压。当主动支撑辊10、辅助支撑辊9同时控制桶体12在xy平面内转动时，可以实现对于桶体12内部斜筋（图中未显示）的滚压。
[0061]
本发明采用力位混合控制，配合压力传感器、位置传感器、视觉识别，可以实现位置和压力的精确控制。
[0062]
对本领域技术人员而言，上述实施例是示范性的、非限制性的，本发明的保护范围不因上述实施例而限定，同时不应将权利要求书中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求的保护范围。
[0063]
在本发明的描述中，需要理解的是，“连接”包括但不限于轴承连接方式。术语“长度”、“宽度”、“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和简化描述，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。

技术特征：
1.一种用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述设备用于滚压内筋结构或滚弯板材结构，所述设备包括施力机构和支撑机构，所述施力机构为底部固定的滑轨结构或顶部固定的动龙门结构或底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合，所述施力机构包括主动施力机构和被动施力机构，所述主动施力机构、被动施力机构分别连接长杆，长杆的端部连接被动压力辊，所述主动施力机构用于施加力，采用杠杆原理，通过被动施力机构迫使被动压力辊对内筋结构进行滚压或对板材结构进行滚弯；所述支撑机构包括多个滚轮架，所述滚轮架用于支撑含内筋结构的装置或板材。2.根据权利要求1所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述内筋结构包括纵筋、横筋或斜筋。3.根据权利要求2所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述滚轮架包含多个对称设置的辅助支撑辊和主动支撑辊，所述滚轮架由伺服电机驱动，所述辅助支撑辊水平间距可调，所述主动支撑辊高度可调，所述辅助支撑辊和主动支撑辊可由伺服电机驱动旋转。4.根据权利要求3所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述施力机构为底部固定的滑轨结构，包括对称固定于地面的导轨，所述导轨上部连接滑动平台，所述滑动平台上部连接液压缸和支点支撑杆，所述液压缸上部连接液压缸升降杆，所述液压缸升降杆和支点支撑杆均与长杆轴承连接。5.根据权利要求3所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述施力机构为底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合，包括滑动平台和龙门架，滑动平台上部连接支点支撑杆，龙门架中部连接伸缩杆，伸缩杆下部连接液压缸，所述支点支撑杆和液压缸均与长杆轴承连接。6.根据权利要求3所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述施力机构为顶部固定的动龙门结构，所述动龙门结构为双桥架结构，包括第一桥架和第二桥架，其中第二桥架连接液压缸，液压缸下部连接伸缩杆，第一桥架下部连接支点支撑杆，所述伸缩杆与支点支撑杆均与长杆轴承连接。7.根据权利要求4或5所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述辅助支撑辊和主动支撑辊同轴且与滑轨同向。8.根据权利要求6所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述辅助支撑辊与桥架移动方向同向，所述主动支撑辊与辅助支撑辊轴线垂直。9.根据权利要求1-6任一所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述长杆设置有多个替换轴承位，主动施力机构和被动施力机构可通过连接不同的替换轴承位，改变加工深度以及力臂长短。10.根据权利要求1-6任一所述的用于桶体增材内筋的滚压设备，其特征在于：所述长杆端部还设置有工具盘安装位和机械安装位，所述工具盘安装位用于安装增材枪头、减材枪头、被动压力辊或滚弯工具，所述机械安装位用于接入超声或冲击。

技术总结
一种用于桶体增材内筋的滚压设备，所述设备用于滚压内筋结构或滚弯板材结构，所述设备包括施力机构和支撑机构，所述施力机构为底部固定的滑轨结构或顶部固定的动龙门结构或底部固定的滑轨结构与顶部固定的动龙门结构的结合，所述施力机构包括主动施力机构和被动施力机构，所述主动施力机构、被动施力机构分别连接长杆，长杆的端部连接被动压力辊，所述主动施力机构用于施加力，采用杠杆原理，通过被动施力机构迫使被动压力辊对内筋结构进行滚压或对板材结构进行滚弯；所述支撑机构包括多个滚轮架，所述滚轮架用于支撑含内筋结构的装置或板材。该设备滚压力大，结构简单，拆卸方便，可实现桶体内部纵筋、横筋、斜筋的滚压。斜筋的滚压。斜筋的滚压。


技术研发人员：支镜任 高振凯 刘野 张振
受保护的技术使用者：苏州融速智造科技有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/31