全自动分体式800辊锻机的设计及应用

艾志超

摘要：随着我国汽车制造业的不断发展壮大，带动了我国锻压行业的蓬勃发展。锻造作为传统的热加工行业，许多锻造厂的锻造工艺和锻造设备还比较落后，生产过程中能耗高、污染大、产能低、生产环境恶劣，已经不能满足当下环境政策及市场需求。而全自动分体式800辊锻机以其具有生产线投资少、生产效率高、锻件质量优良、对厂房要求低等优点获得了迅速发展的契机。

关键词：锻造;辊锻机;机械手;可控制编程系统

0  引言

辊锻机是一种锻压机械，它是利用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。辊锻工艺大多数用于变形延伸为主的锻造过程，除了可以模锻制坯，对长轴及板件类中的某些工件可实现终成型辊锻。因此在锻造领域中，锻件分为制坯辊锻和成型辊锻两类，而辊锻机是专门为辊锻工艺设计、制造的专用设备。该设备结构简单、易操作，与整体模锻相比可减少设备吨位70-90%，配备辊锻机械手、上下料机构及计算机控制，可取代人工操作实现自动化生产，因此他比模锻有着较高的技术经济优势。凡是几何形状复杂、厚度差较大的模锻件，如连杆、前轴、曲轴、履带等锻件均可采用初成型辊锻工艺。

1  全自动分体式800辊锻机主要技术参数

上、下轧辊中心距           800mm

轧辊转速                      30r/min

轧辊有效宽度                850mm

轧制毛坯直径                40-125mm

轧制毛坯长度                30-1400mm

最大模具角度                220°

机械手纵向最大行程       2600mm

机械手纵向最大线速度    1200mm/s

机械手横向最大行程       800mm

机械手横向最大线速度    1000mm/s

机械手旋转角度              0-90°

取出机构最大行程           2350mm

传送机构对大行程           4860mm

2  全自动分体式800辊锻机的结构特点

主要由辊锻机主体、机械手、喂料器、取出装置和运输链等部分组成。

2.1 辊锻机主体结构及工作原理

辊锻机主体共分为十个部件即：①机身;②轧辊部分;③离合器制动器;④传动系统;⑤安全防护罩;⑥空气系统;⑦水冷系統;⑧润滑系统;⑨飞轮制动器;⑩慢速调车。

辊锻模具安装在左右立柱两侧滑动轴承中的上、下轧辊上，上轧辊和下轧辊通过1：1传动比的齿轮互相啮合，进行同步、反向运动进行轧制。而轧辊的动力来源于主电机及慢速调车液压马达。主电机通过皮带传动带动飞轮，飞轮与单盘摩擦离合器安装在高速轴的一端，而另一端装有单盘摩擦制动器。制动器与离合器通过电-气控制，使离合器贴合，制动器打开，飞轮就会带动高速轴转动，并通过齿轮箱，将动力传递到上轧辊。在正常的生产工作中，飞轮是一直处于高速运转的状态，在高速轴静止时突然使离合器与飞轮结合，离合器摩擦盘受到的瞬时扭矩过大，可能会导致离合器的损坏。在制动器的这端增加了慢速调车装置，是由液压系统控制液压马达带动高速轴低速转动，避免离合器摩擦盘受力过大。慢速调车装置还可以使轧辊上的模具旋转到各种角度，为安装、维修模具提供了便利。

上、下轧辊上的模具经过长时间的轧制和修模，会使上、下轧辊的模具直径变小，导致轧制出的工件形变量不足产生废品。为了弥补行腔差距，增加一个调整装置，与下轧辊支撑处装有带齿的偏心套啮合，通过旋转调整轴，可在一定范围内改变上、下轧辊的中心距。为了能让上、下轧辊啮合的齿轮在变动的中心距下正常啮合，将传动齿轮设计成变位齿轮，而变位齿轮之间的齿隙，则通过气动齿隙补偿装置反向运动补偿，保证工件轧制的精度和质量。

2.2 机械手的结构特点及工作原理

机械手的结构组成从上至下依次是夹钳车、纵向传动机构，横向传动机构及高度调整装置。夹钳车通过伺服电机的驱动在纵向机构的导轨上做轧制（纵向）方向的运动，横向运动是由伺服电机带动纵向传动机构及夹钳车一起在导轨上运动。通过横向、纵向伺服电机按照设定的参数移动，可将工件从一个模具工位传送到下一个模具工位。横向和纵向传动机构在行程的两端都设有极限限位装置，保障机械手不会因为其他零件的损坏而脱出滑轨，保障设备及工人的安全。而高度调整机构是来调节机械手高度，使之与轧辊上的模具型腔中心高度一致，即能保证产品质量，也能防止机械手受到径向力损坏部件，调节范围与上、下轧辊中心距调节量相对应。机械手的运动由计算机编程控制，具有全自动、半自动、单次运动和调整四种不同方式的控制，可满足辊锻工艺不同的需求。

机械手夹钳中还增加了来料定位传感器，由以往的喂料信号控制运动改为来料定位传感器控制，避免生产或调试过程中机械手夹料深度不够或未夹到料而导致的锻件产品不合格和空车运行，减少资源的浪费。

机械手的工作原理是将喂料器送至到位的加热到指定温度的坯料夹紧，从第一道轧制工位起始位置，随着辊锻机的节拍逐次完成每一道轧制工序。

2.3 喂料器的结构特点及工作原理

喂料器的作用是将加热炉加热好的坯料运送到机械手夹钳中。喂料器主要由底座、上支架、升降四连杆、推料缸及滑道组成。喂料器的升降动作是通过底座上的油缸带动四连杆做旋转运动，带动上支架升降并沿圆心做旋转运动。加热好的坯料放到喂料器的导槽中，气缸接收到光电开关传来的信号后将坯料沿导轨推向机械手夹钳并顶紧，当接收到机械手夹钳夹紧的信号后，喂料器的升降及推料缸会恢复到初始位置。喂料器的轨道部分根据不同的原料直径调整轨道间距以适应不同的原料直径适应轧辊中心高度。

2.4 取出装置的结构和工作原理

取出装置是将辊锻好的坯料从机械手夹钳中取出运送到运输链上。取出装置由横向移动部分、纵向移动部分及夹钳等主要组成。横移部分是由支架横移电机及小车组成。小车在伺服电机的作用下下降小车从抓料位移动到运输链位置。纵向运动部分是由平衡缸纵向电机及导向组成，夹钳臂在电机的作用下做升降动作，为减小重力造成的受力不匀使用了两个平衡缸以平衡重力。夹钳部分主要由夹钳臂、夹紧缸及夹钳组成，夹钳在夹紧缸的作用下将辊锻好的毛坯夹紧。运动到运输链处通过夹紧缸松开毛坯。取出装置的夹钳需根据轧制的毛坯不同更换不同的钳口。

2.5 运输链的结构及工作原理

运输链主要由机架，小车及传动系统组成。

运输链的主要作用是将辊锻好的坯料通过取出装置放到运输链上，然后输送到下一工序的指定位置

2.6 辊锻机的润滑系统

辊锻机所有轴承、轴瓦及齿轮副等重要部件选用自动润滑，采用计算机控制电动油脂润滑泵通过分配器送至各个润滑点，气动系统提供压缩空气进行气雾润滑。可根據运行时间和轧辊转数进行设定加油的频率。

2.7 辊锻机的控制系统

全自动分体式800辊锻机的控制系统，均采用国内外先进技术设备，拥有可编程控制系统和超大屏人机交互界面，能够实时显示设备运行状态和设备故障报警，并能够针对不同的产品在一定的范围内进行更改运行参数，实现了从进料到出料全程自动化。

3  结束语

近些年来，我国生产的辊锻机，不仅在国内得到广泛认可，也受到了许多国外客户的好评。辊锻作为一种高效、节能的加工技术，现在已经逐步从粗放型制造迈向精密型制造，对于辊锻机的技术水平和加工精度提出了更高的要求。长远来看，只有不断提高辊锻机的质量、自动化程度、精密成型技术，才能在国内和国际的锻造事业上得到长足的发展。

参考文献：

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[3]李世斌.自动辊锻机械手的研究与设计[D].吉林：吉林大学，2004.

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