圆周式法兰端面加工设备

摘要

本发明公开了一种圆周式法兰端面加工设备，包括环形的定位架、夹持件、第一旋转臂、第一加工座、第二旋转臂、第二加工座和中心转轴，所述定位架的内壁均匀设置多个向心的夹持件，所述第一旋转臂和第二旋转臂分别套接于中心转轴，所述第一旋转臂上设置第一刀具，所述第二旋转臂上设置第二刀具，本发明中的圆周式法兰端面加工设备使用两个刀具对法兰端面进行加工，加工效率高，同时两个刀具对法兰生成的切削力扭矩可相互抵消，减少法兰的夹持负担，从而减少法兰端面在加工中的抖动，可减少端面尺寸误差，加工精度有保障。

说明书

技术领域

本发明涉及法兰加工设备技术领域，尤其涉及一种圆周式法兰端面加工设备。

背景技术

法兰是使管子与管子，或管子与设备出口相互连接的零件，其广泛使用在压力容器、罐体和管道上。法兰端面常作为密封面，在法兰加工过程中，端面加工是法兰加工的必要工序。

一般的法兰端面加工过程为，将法兰固定住，使用一把刀具在法兰端面进行圆周式进给切割，从法兰的内圈到外圈或者送外圈到内圈进行渐进式加工，最后完成法兰整个端面的加工，加工效率低，且由于一把刀具的单向加工，法兰被固定后受单向切削力，即使被固定住，如果夹持机构的机械误差较大，则法兰在加工过程中容易产生抖动，从而形成端面尺寸误差，影响法兰的密封精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中法兰端面单个刀具加工易形成加工尺寸误差的问题，而提出的一种具有双刀具加工的圆周式法兰端面加工设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

圆周式法兰端面加工设备，包括机架，所述机架上设置环形的定位架、第一旋转臂、第一加工座、第二旋转臂、第二加工座和中心转轴。具体的，所述定位架固定连接机架，中心转轴与机架旋转连接，定位架与中心转轴同轴设置，中心转轴的一端设置驱动电机。

进一步的，所述定位架的内壁均匀设置多个向心的夹持件，法兰放置于定位架内部，夹持件可对法兰的侧面进行夹持，将法兰固定于定位架的中部。夹持件的长度可调节，用于夹持不同半径尺寸的法兰。

进一步的，所述第一旋转臂固定套接于中心转轴，所述第一旋转臂上设置第一加工座，所述第一加工座与第一旋转臂滑动连接，第一加工座与第一旋转臂之间设置直线驱动伺服，使得第一加工座可沿着第一旋转臂移动。所述第一加工座上设置第一刀具，所述第一加工座与第一刀具之间设置第一进给切削力传感器，用于感应第一刀具在水平面内垂直与法兰径向线的切削力。第一加工座上设置第一距离传感器，用于检测第一刀具与中心转轴轴线之间的距离。

进一步的，所述第二旋转臂旋转套接于中心转轴，第二旋转臂上设置第二加工座，所述第二加工座与第二旋转臂滑动连接，第二加工座与第二旋转臂之间设置直线驱动伺服，使得第二加工座可沿着第二旋转臂移动。所述第二加工座上设置第二刀具，由于第二旋转臂位于第一旋转臂的上方，所述第二刀具与第二加工座之间设置用于第二刀具跨越第一旋转臂的跳跃组件。

具体的，所述跳跃组件包括一组上下平行设置的横杆、位于横杆之间且轴线竖直设置的跳跃伸缩杆和位于横杆两端的感应器，位于上部的所述横杆后称上部横杆固定连接第二加工座，位于下部的所述横杆后称下部横杆固定连接第二刀具，所述跳跃伸缩杆的上端固定连接位于上部的所述横杆，所述跳跃伸缩杆的下端设置电磁铁，所述位于下部的所述横杆的上表面设置与跳跃伸缩杆下端电磁铁位置对应的永久磁铁和凹槽。第二刀具正常工作时，跳跃伸缩杆下端的电磁铁通电，电磁铁对永久磁铁产生吸引，跳跃伸缩杆的下端位于下部横杆的凹槽中，下部横杆固定位于上部横杆的下方，第二刀具正常工作。

第一旋转臂与横杆之间的空间对应。当第一旋转臂经过横杆之间时，横杆进入端的感应器感应到第一旋转臂经过，控制器可控制跳跃伸缩杆从横杆进入端到横杆出去端进行依次收缩和电磁铁的断电，直到第一旋转臂离开横杆之间，第一旋转臂不与跳跃伸缩杆发生干涉，完成第二刀具的跳跃。在此过程中，当第一旋转臂经过收缩的跳跃伸缩杆后，跳跃伸缩杆快速伸长回位和完成电磁铁的通电，所以两个横杆的相对位置不发生变化，第二刀具仍然正常工作。

同样的，所述第二加工座与第二刀具之间设置第二进给切削力传感器，用于感应第二刀具在水平面内垂直与法兰径向线的切削力。第二进给切削力传感器安装于第二加工座和上部横杆之间。第二加工座上设置第二距离传感器，用于检测第二刀具与中心转轴轴线之间的距离。

进一步的，所述中心转轴与第二旋转臂之间设置反向调速结构，反向调速结构可第一旋转臂和所述第二旋转臂的旋转方向相反。使所述反向调速结构包括调速被动轮、调速主动轮、传动带、同步齿轮和中间齿轮。所述调速被动轮旋转套接于中心转轴，所述调速被动轮与调速主动轮通过传动带连接，所述同步齿轮固定套接于中心转轴，所述同步齿轮与中间齿轮啮合，调速主动轮包括连接轴，连接轴的侧面均匀设置环布的调速伸缩杆，所述调速伸缩杆的一端固定连接连接轴，调速伸缩杆的延展端设置结合部，调速伸缩杆可伸长或者缩短，调速主动轮的半径改变，实现转速调节，所述中间齿轮与调速主动轮通过连接轴同轴连接，所述连接轴与机架旋转连接，所述传动带上开设与结合部对应的结合孔。

上述结构中，中心转轴带动同步齿轮转动，中间齿轮跟随同步齿轮转动，中间齿轮带动调速主动轮旋转，调速主动轮通过传动带带动调速被动轮旋转，调速被动轮通过杆件固定连接第二旋转臂，调速被动轮可带动第二旋转臂旋转。

进一步的，所述第一旋转臂和所述第二旋转臂远离中心转轴的一端分别设置与定位架滑动连接的滑动支架。滑动支架可对第一旋转臂和所述第二旋转臂进行支撑，使第一旋转臂和所述第二旋转臂运行更稳定。

进一步的，所述调速主动轮的结合部包括底座、滑道、支撑杆和摇板，所述底座的上端设置水平的滑道，所述支撑杆的底部与滑道滑动连接，所述支撑杆的顶部与摇板的中部旋转连接，所述摇板的宽度大于结合孔在传送方向的宽度。在调速主动轮传动过程中，当结合部的摇板接触传动带，摇板不会整个进入结合孔，由于传动带与结合部之间存在接触压力，摇板会产生倾斜，同时支撑杆产生移动，使得摇板的往上倾斜端滑入结合孔，对结合孔进行稳定支撑，实现结合部与结合孔之间稳定的咬合，保持稳定的动力的传输。上述过程中，结合孔中至少有一个摇板的往上倾斜端，也可以存在两个相邻摇板的往上倾斜端。为更好得实现摇板与结合孔的限位，传动带上结合孔之间的间隔块上设置圆弧面，保证摇板为倾斜状态。

本发明的有益效果是：

1、本圆周式法兰端面加工设备使用两个刀具对法兰端面进行加工，加工效率高；

2、本圆周式法兰端面加工设备中的两个刀具可通过反向调速结构形成不同的切削速度，使得两个刀具对法兰生成的切削力扭矩可相互抵消，减少法兰的夹持负担，从而减少法兰端面在加工中的抖动，可减少端面尺寸误差；

3、本圆周式法兰端面加工设备的反向调速结构中，结合部与传动带的结合孔之间可形成稳定的咬合，保持稳定的动力传输，提升加工精度。

综上，本圆周式法兰端面加工设备使用两个刀具对法兰端面进行加工，加工效率高，同时两个刀具对法兰生成的切削力扭矩可相互抵消，减少法兰的夹持负担，从而减少法兰端面在加工中的抖动，可减少端面尺寸误差，加工精度有保障。

附图说明

图1为本圆周式法兰端面加工设备侧面的结构示意图；

图2为本圆周式法兰端面加工设备的结构示意图；

图3为本圆周式法兰端面加工设备跳跃组件的结构示意图；

图4为本圆周式法兰端面加工设备传动带处的结构示意图；

图5为本圆周式法兰端面加工设备结合部的结构示意图；

图6为本圆周式法兰端面加工设备结合部结合时的结构示意图；

图7为本圆周式法兰端面加工设备加工扭矩示意图。

图中：1、定位架；2、夹持件；3、第一旋转臂；4、第一加工座；5、第二旋转臂；6、第二加工座；7、中心转轴；8、调速被动轮；9、调速主动轮；10、传动带；11、同步齿轮；12、中间齿轮；13、支撑架；14、第一套筒；15、第二套筒；41、第一刀具；61、第二刀具；62、跳跃组件；621、横杆；622、跳跃伸缩杆；623、感应器；91、连接轴；92、调速伸缩杆；93、结合部；931、底座；932、滑道；933、支撑杆；934、摇板；101、结合孔。

具体实施方式

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。

参照图1和图2，圆周式法兰端面加工设备，包括机架，所述机架上设置环形的定位架1、第一旋转臂3、第一加工座4、第二旋转臂5、第二加工座6和中心转轴7。具体的，所述定位架1固定连接机架，中心转轴7通过支撑架13与机架旋转连接，定位架1与中心转轴7同轴设置。

进一步的，所述定位架1的内壁均匀设置多个向心的夹持件2，法兰放置于定位架1内部，夹持件2可对法兰的侧面进行夹持，将法兰固定于定位架1的中部。夹持件2的长度可调节，用于夹持不同半径尺寸的法兰。

进一步的，所述第一旋转臂3通过第一套筒14固定套接于中心转轴7，所述第一旋转臂3上设置第一加工座4，所述第一加工座4与第一旋转臂3滑动连接，第一加工座4与第一旋转臂3之间设置直线驱动伺服，使得第一加工座4可沿着第一旋转臂3移动。所述第一加工座4上设置第一刀具41，所述第一加工座4与第一刀具41之间设置第一进给切削力传感器，用于感应第一刀具41在水平面内垂直与法兰径向线的切削力F

进一步的，所述第二旋转臂5通过第二套筒15旋转套接于中心转轴7，第二旋转臂5上设置第二加工座6，所述第二加工座6与第二旋转臂5滑动连接，第二加工座6与第二旋转臂5之间设置直线驱动伺服，使得第二加工座6可沿着第二旋转臂5移动。所述第二加工座6上设置第二刀具61，由于第二旋转臂5位于第一旋转臂3的上方，所述第二刀具61与第二加工座6之间设置用于第二刀具61跨越第一旋转臂3的跳跃组件62。

参考图3，所述跳跃组件62包括一组上下平行设置的横杆621、位于横杆621之间且轴线竖直设置的跳跃伸缩杆622和位于横杆621两端的感应器623，位于上部的所述横杆621(后称上部横杆)固定连接第二加工座6，位于下部的所述横杆621(后称下部横杆)固定连接第二刀具61，所述跳跃伸缩杆622的上端固定连接位于上部的所述横杆621，所述跳跃伸缩杆622的下端设置电磁铁，所述位于下部的所述横杆621的上表面设置与跳跃伸缩杆622下端电磁铁位置对应的永久磁铁和凹槽。第二刀具正常工作时，跳跃伸缩杆622下端的电磁铁通电，电磁铁对永久磁铁产生吸引，跳跃伸缩杆622的下端位于下部横杆621的凹槽中，下部横杆621固定位于上部横杆621的下方，第二刀具61正常工作。

第一旋转臂3与横杆621之间的空间对应。当第一旋转臂3经过横杆621之间时，横杆621进入端的感应器623感应到第一旋转臂3经过，控制器可控制跳跃伸缩杆622从横杆621进入端到横杆621出去端进行依次收缩和电磁铁的断电，直到第一旋转臂3离开横杆621之间，第一旋转臂3不与跳跃伸缩杆622发生干涉，完成第二刀具61的跳跃。在此过程中，当第一旋转臂3经过收缩的跳跃伸缩杆622后，跳跃伸缩杆622快速伸长回位和完成电磁铁的通电，所以两个横杆621的相对位置不发生变化，第二刀具61仍然正常工作。

同样的，所述第二加工座6与第二刀具61之间设置第二进给切削力传感器，用于感应第二刀具61在水平面内垂直与法兰径向线的切削力F

进一步的，所述中心转轴7与第二旋转臂5之间设置反向调速结构，反向调速结构可第一旋转臂3和所述第二旋转臂5的旋转方向相反。使所述反向调速结构包括调速被动轮8、调速主动轮9、传动带10、同步齿轮11和中间齿轮12。所述调速被动轮8旋转套接于中心转轴7，所述调速被动轮8与调速主动轮9通过传动带10连接，所述同步齿轮11固定套接于中心转轴7，所述同步齿轮11与中间齿轮12啮合，参考图4，调速主动轮9包括连接轴91，连接轴91的侧面均匀设置环布的调速伸缩杆92，所述调速伸缩杆92的一端固定连接连接轴91，调速伸缩杆92的延展端设置结合部93，调速伸缩杆92可伸长或者缩短，调速主动轮9的半径改变，实现转速调节，所述中间齿轮12与调速主动轮9通过连接轴91同轴连接，所述连接轴91与机架1旋转连接，所述传动带10上开设与结合部93对应的结合孔101。

上述结构中，中心转轴7带动同步齿轮11转动，中间齿轮12跟随同步齿轮11转动，中间齿轮12带动调速主动轮9旋转，调速主动轮9通过传动带10带动调速被动轮8旋转，调速被动轮8通过杆件固定连接第二旋转臂5，调速被动轮8可带动第二旋转臂5旋转。

进一步的，所述第一旋转臂3和所述第二旋转臂5远离中心转轴7的一端分别设置与定位架1滑动连接的滑动支架。滑动支架可对第一旋转臂3和所述第二旋转臂5进行支撑，使第一旋转臂3和所述第二旋转臂5运行更稳定。

进一步的，参考图5，所述调速主动轮9的结合部93包括底座931、滑道932、支撑杆933和摇板934，所述底座931的上端设置水平的滑道932，所述支撑杆933的底部与滑道932滑动连接，所述支撑杆933的顶部与摇板934的中部旋转连接，所述摇板934的宽度大于结合孔101在传送方向的宽度。在调速主动轮9传动过程中，当结合部93的摇板934接触传动带10，摇板934不会整个进入结合孔101，参考图6，由于传动带10与结合部93之间存在接触压力，摇板934会产生倾斜，同时支撑杆933产生移动，使得摇板934的往上倾斜端滑入结合孔101，对结合孔101进行稳定支撑，实现结合部93与结合孔101之间稳定的咬合，保持稳定的动力的传输。上述过程中，结合孔101中至少有一个摇板934的往上倾斜端，也可以存在两个相邻摇板934的往上倾斜端。为更好得实现摇板934与结合孔101的限位，传动带10上结合孔101之间的间隔块上设置圆弧面，保证摇板934为倾斜状态。

本圆周式法兰端面加工设备的工作过程为：

步骤一：将法兰通过夹持件2固定安装于定位架1内部的中部。

步骤二：调节第一加工座4在第一旋转臂3的位置，使第一加工座4上的第一刀具41位于法兰端面的内缘，调节第二加工座6在第二旋转臂5的位置，使第二加工座6上的第二刀具61位于法兰端面的外缘。

步骤三：落刀后，驱动中心转轴7旋转，中心转轴7直接带动第一旋转臂3做正向旋转，同时中心转轴7带动同步齿轮11转动，中间齿轮12跟随同步齿轮11转动，中间齿轮12带动调速主动轮9旋转，调速主动轮9通过传动带10带动调速被动轮8旋转，调速被动轮8通过杆件固定连接第二旋转臂5，调速被动轮8可带动第二旋转臂5旋转，此时第二旋转臂5做反向旋转；

第一刀具41和第二刀具61同时对法兰端面进行加工，其中第一刀具41在完成一圈的加工后，第一加工座4在第一旋转臂3上移动，第一刀具41继续在相邻的内圈进行加工，而第二刀具61则从内缘开始，一圈一圈地往外加工；

在此过程中，当第一旋转臂3经过横杆621之间时，第一旋转臂3不与跳跃伸缩杆622发生干涉，可完成第二刀具61的跳跃和维持正常工作；调速伸缩杆92可伸长或者缩短，调速主动轮9的半径改变，实现转速调节，从而改变第二刀具61对端面的切削速度和切削力，参考图7，使得第一刀具41对应的第一进给切削力F

其中，在调速主动轮9传动过程中，当结合部93的摇板934接触传动带10，摇板934不会整个进入结合孔101，由于传动带10与结合部93之间存在接触压力，摇板934会产生倾斜，同时支撑杆933产生移动，使得摇板934的往上倾斜端滑入结合孔101，对结合孔101进行稳定支撑，实现结合部93与结合孔101之间稳定的咬合，保持稳定的动力的传输。

步骤四：当第一刀具41与第二刀具61在法兰端面同一待加工圈层，第二刀具61进行退刀，第一刀具41完成法兰端面的加工。

本实施例中的圆周式法兰端面加工设备使用两个刀具对法兰端面进行加工，加工效率高，同时两个刀具对法兰生成的切削力扭矩可相互抵消，减少法兰的夹持负担，从而减少法兰端面在加工中的抖动，可减少端面尺寸误差，加工精度有保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。