專利名稱：基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種截面為圓形、外凸非圓形形狀的管件、筒件成型設(shè)備，具體地說是一種基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)。
背景技術(shù)：
眾所周知，飛機(jī)上有成千上萬個(gè)安裝孔，其加工質(zhì)量直接關(guān)系到飛行的安全性。近年來，為了提高飛機(jī)的疲勞壽命，飛機(jī)制造商發(fā)明了采用帶開縫襯套的冷擠壓工藝技術(shù)對這些孔進(jìn)行擠壓強(qiáng)化。而開縫襯套所采用的材料均為特種不銹鋼材料，制造十分困難，傳統(tǒng)的滾彎技術(shù)無法保證其制造精度，目前只有少數(shù)國家能夠制造這種特種不銹鋼襯套，而我國則主要依靠進(jìn)口來解決這一難題。
此外，在導(dǎo)彈制造中，隨著對飛行速度和制導(dǎo)精度要求的提高，對使用材料的比強(qiáng)度要求很高且要求是薄壁結(jié)構(gòu)，而對這種薄壁艙殼主體圓筒采用切削加工或傳統(tǒng)的滾彎技術(shù)均無法保證所需的制造精度。
為了解決上述問題，人們一般采用柔性滾彎技術(shù)來加以實(shí)現(xiàn)，即使待成形材料通過一個(gè)由剛性滾軸和彈性滾軸組成的輥輪組，剛性滾軸緊壓在待成形材料(特種不銹鋼板材)上，使其產(chǎn)生變形，彈性滾軸在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下帶動(dòng)特種不銹鋼板材移動(dòng)，從而使不銹鋼板材形成所需要的曲面，控制剛性滾軸的進(jìn)給量(彈性滾軸的壓縮變形量)即可控制曲面的曲率半徑。但這種制造方法由于大彈性輪彈性體是采用聚氨脂材料制造的，在制造過程中存在不均勻現(xiàn)象，同時(shí)在使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致彈性輪工作部分在軸向存在材料的不均勻性。而采用進(jìn)給量控制時(shí)，會(huì)出現(xiàn)雖然兩軸間壓縮量在軸向是一致的，但工作在軸向受力并不相同，導(dǎo)致成形工作存在彎曲曲率的差異性，廢品率很高，同時(shí)也嚴(yán)重影響工作截面的成形精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種利用測力傳感器將剛性軸和彈性輪兩軸間的實(shí)際擠壓力反饋給機(jī)床控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)又以該擠壓力為基礎(chǔ)對工件的滾彎過程進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)精確成形和滾彎曲率連續(xù)變化及非連續(xù)變化雙重功能的雙軸柔性滾彎機(jī)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，包括機(jī)架1、主動(dòng)輥輪2、從動(dòng)輥輪3，主動(dòng)輥輪2與機(jī)架1相連，主動(dòng)輪2與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置16相連，從動(dòng)輥輪3與縱向驅(qū)動(dòng)裝置21相連，被加工工件20位于主動(dòng)輥輪2和從動(dòng)輥輪3之間并在其共同作用下彎曲成形，其特征是所述的主動(dòng)輥輪2由剛性芯軸和包覆在剛性芯軸上的彈性體組成；從動(dòng)輥輪3的一端安裝在縱向驅(qū)動(dòng)裝置21中的支撐件4上，支撐件4與滑塊13的一端相連，在從動(dòng)輥輪3和滑塊13的另一端之間設(shè)有連接件14，連接件14上安裝有可用來控制從動(dòng)輥輪3進(jìn)給量的測力傳感器15。
本實(shí)用新型還采取了以下技術(shù)措施從動(dòng)輥輪3由軸芯18和套筒19相連而成，套筒19套裝在軸芯18上。軸芯18和套筒19可通過花鍵或銷軸相連。
套筒19的內(nèi)徑不變，其厚度成系列化。
上述的縱向驅(qū)動(dòng)裝置21包括導(dǎo)軸6、滑塊13、絲杠11、絲杠螺母12、支撐件4、連接件14，支撐件4和連接件14的一端與從動(dòng)輥輪3相連，它們的另一端與滑塊13相連，測力傳感器15安裝在連接件14上；滑塊13的二端支承在導(dǎo)軌6中，絲杠11支承在絲杠支撐10中，其下端與安裝在位于滑塊13和絲杠支撐10之間的絲杠11上的絲杠螺母12相螺接，其上端或與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，或與由電機(jī)8、減速器7、聯(lián)軸器9組成的減速裝置的輸出端相連。
在絲杠支撐10和滑塊13的下部安裝有行程開關(guān)5，以防止絲杠螺母12越程而使?jié)L珠散落。
包覆在主動(dòng)輥輪2的剛性芯軸上的彈性體可為聚氨脂，在彈性體的兩端各安裝有一個(gè)擋板17，以防止彈性體在工作過程中出現(xiàn)因軸間擠壓力的作用而產(chǎn)生彈性體向主動(dòng)輥輪2兩端流動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。剛性芯軸可與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置16相連，主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置16可采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，也可為由電機(jī)、減速裝置等組成的驅(qū)動(dòng)裝置。
本實(shí)用新型的有益效果1、通過對現(xiàn)有柔性擠壓設(shè)備的改進(jìn)解決了特種不銹鋼材料的曲面成形問題，且具有控制簡單、易行、精度高、成品率高的特點(diǎn)，可解決高精度特種不銹鋼管形襯套長期以來依賴進(jìn)口的問題，有利于提高相關(guān)產(chǎn)品的國際競爭力。
2、可用于各種連續(xù)變化曲面和非連續(xù)變化曲面的加工，截面精度和軸向一致性好。
3、結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用范圍廣。
4、既可用于特種材料的曲面管形件的成形，也可用于普通材料的曲面管形件的成形，為普通材料的高精加工提供了更為理想的設(shè)備，可提高其制造精度，降低生產(chǎn)成本。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的從動(dòng)輥軸3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的曲面成形原理示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的電氣控制系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示。
一種基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，包括機(jī)架1、主動(dòng)輥輪2、從動(dòng)輥輪3，主動(dòng)輥輪2與機(jī)架1相連，主動(dòng)輪2與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置16相連，從動(dòng)輥輪3與縱向驅(qū)動(dòng)裝置21相連，縱向驅(qū)動(dòng)裝置21和機(jī)架1均安裝在機(jī)殼22中，被加工工件20位于主動(dòng)輥輪2和從動(dòng)輥輪3之間并在其共同作用下彎曲成形，主動(dòng)輥輪2由剛性芯軸和包覆在剛性芯軸上的彈性體組成；從動(dòng)輥輪3的一端安裝在縱向驅(qū)動(dòng)裝置21中的支撐件4上，支撐件4與滑塊13的一端相連，在從動(dòng)輥輪3和滑塊13的另一端之間設(shè)有連接件14，連接件14上安裝有可用來控制從動(dòng)輥輪3進(jìn)給量的測力傳感器15。
上述的縱向驅(qū)動(dòng)裝置21包括導(dǎo)軸6、滑塊13、絲杠11、絲杠螺母12、支撐件4、連接件14，支撐件4和連接件14的一端與從動(dòng)輥輪3相連，它們的另一端與滑塊13相連，測力傳感器15安裝在連接件14上；滑塊13的二端支承在導(dǎo)軌6中，絲杠11支承在絲杠支撐10中，其下端與安裝在位于滑塊13和絲杠支撐10之間的絲杠11上的絲杠螺母12相螺接，其上端或與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，或與由電機(jī)8、減速器7、聯(lián)軸器9組成的減速裝置的輸出端相連。
本實(shí)施例的基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，主動(dòng)輥輪2位于從動(dòng)輥輪3的下方，從動(dòng)輥輪3為剛性軸，材料為Cr12，熱處理至HRC56。主動(dòng)輥輪2為由剛性芯軸和包覆在剛性芯軸上的彈性體組成的彈性軸。從動(dòng)輥輪3在驅(qū)動(dòng)裝置21的驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。測力傳感器15可采用應(yīng)變式傳感器，由彈性元件和為敏感元件的應(yīng)變片構(gòu)成，測力傳感器15檢測到的信號經(jīng)常規(guī)的濾波電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路處理后被送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)在軟件的控制下對其進(jìn)行分析、運(yùn)算后發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制板材的送料速度并控制主動(dòng)輥輪2與從動(dòng)輥輪3之間的擠壓力的大小。
為適于加工不同曲率范圍的工件，本實(shí)施例的從動(dòng)輥輪3設(shè)計(jì)成由軸芯18和套筒19相連而成的結(jié)構(gòu)，套筒19的內(nèi)徑不變，其厚度成系列化，套筒19套裝在軸芯18上，套筒19的外徑即為剛性軸(從動(dòng)輥輪3)的工作外徑，軸芯18和套筒19周向固定可通過花鍵或銷軸加以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要加工不同曲率的工件，只要選擇相應(yīng)外徑的套筒19即可，而套筒19與軸芯18的連接相對比較簡單、快捷，這樣即可實(shí)現(xiàn)剛性軸直徑的系列化。
本實(shí)施例的從動(dòng)輥輪3由縱向驅(qū)動(dòng)裝置21驅(qū)動(dòng)，它包括導(dǎo)軸6、滑塊13、絲杠11、絲杠螺母12、支撐件4、連接件14，支撐件4和連接件14的一端與從動(dòng)輥輪3相連，它們的另一端與滑塊13相連，連接件14可以在滑塊13的一端中滑動(dòng)，使被加工工件20可以從從動(dòng)輥輪3上方便地取出，并對剛性軸(從動(dòng)輥輪3)起到一定的支撐作用，提高剛性軸的剛度，測力傳感器15安裝在連接件14上，它由彈性元件和為敏感元件的應(yīng)變片組成，應(yīng)變片貼在彈性元件中構(gòu)成整體的傳感器，當(dāng)連接件14受力產(chǎn)生變形時(shí)，彈性元件與應(yīng)變片也同時(shí)發(fā)生變形，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)與擠壓力相對應(yīng)的模擬信號，該模擬信號經(jīng)常規(guī)的濾波電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路處理后被送到計(jì)算機(jī)中；滑塊13的二端支承在導(dǎo)軌6中，絲杠11支承在絲杠支撐10中，其下端與安裝在位于滑塊13和絲杠支撐10之間的絲杠11上的絲杠螺母12相螺接并穿過滑塊13，其上端或與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，或與由電機(jī)8、減速器7、聯(lián)軸器9組成的減速裝置的輸出端相連，絲杠11帶動(dòng)絲杠螺母12上下移動(dòng)，絲杠螺母12帶動(dòng)滑塊13在導(dǎo)軌6中滑動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)輥輪3的上下平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。在絲杠支撐10和滑塊13的下部安裝有行程開關(guān)5，以防止絲杠螺母12越程而使?jié)L珠散落。
本實(shí)施例的縱向驅(qū)動(dòng)裝置21與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連后即可實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)，從而使得本實(shí)用新型的工件的成形精度可得到有效的保證。由于控制量相對較少，因此相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
包覆在主動(dòng)輥輪2的剛性芯軸上的彈性體可采用優(yōu)質(zhì)聚氨脂制造，其特點(diǎn)是彈性大、具有很好的耐磨性和抗腐蝕性能，為提高彈性體對剛性芯軸的包覆性，可在剛性芯軸的周邊銑槽后將彈性體壓入到剛性芯軸上，再在車床上加工得到需要的彈性層厚度，并在彈性體的二端各安裝一個(gè)擋板17，以防止彈性體在工作過程中出現(xiàn)因軸間擠壓力的作用而產(chǎn)生彈性體向主動(dòng)輥輪2兩端流動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。主動(dòng)輥輪2安裝在機(jī)架1上，將其剛性芯軸直接與電機(jī)16相連。
本實(shí)用新型的工作原理和過程為本實(shí)用新型的工件成形原理如圖3所示。它依靠從動(dòng)輥輪3對主動(dòng)輥輪2的擠壓來使工件20彎曲成形，在滾彎工件送料過程中保持兩個(gè)輥輪之間的擠壓力不變，就可以得到橫截面上各點(diǎn)曲率半徑都相同的圓截面工件20。
同樣地，利用計(jì)算機(jī)伺服控制技術(shù)可在工件20送料過程中連續(xù)或間斷地調(diào)整兩輥輪軸間的擠壓量，就可以得到橫截面上各點(diǎn)曲率發(fā)生連續(xù)變化或間斷性變化的非圓截面管工件。它是雙軸柔性滾彎原理與數(shù)控系統(tǒng)的完美結(jié)合，是利用剛性軸對大彈性輪實(shí)時(shí)變化的擠壓來成形的。該數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)相對簡單的由剛性軸的直線運(yùn)動(dòng)和彈性輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成的兩軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，其規(guī)律可通過相關(guān)的建模過程加以確定，該模型可以給出工件在被送料到某一點(diǎn)時(shí)所需的兩軸間的理想擠壓力值，而工件送料的位置是大彈性輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)，即該模型可建立大彈性輪轉(zhuǎn)角與擠壓力值的關(guān)系，其整個(gè)建模過程比較簡單，本實(shí)用新型不再詳細(xì)敘述。
本實(shí)用新型的電氣控制系統(tǒng)原理框圖如圖4所示。
本實(shí)用新型的主控部分由微型計(jì)算機(jī)完成，在相關(guān)軟件的控制下，它可自動(dòng)完成上述的擠壓力值與彈性輪轉(zhuǎn)角之間的控制模型的建立、對步進(jìn)電機(jī)脈沖指令的發(fā)送、測力傳感器信號及行程開關(guān)信號的檢測、分析和系統(tǒng)控制等功能，計(jì)算機(jī)對步進(jìn)電機(jī)8、16的控制和對行程開關(guān)5輸入信號的檢測可通過數(shù)控板CNC-A-V14加以實(shí)現(xiàn)，對測力傳感器15的信號檢測通過PCL818HG高增益DAS卡實(shí)現(xiàn)，控制過程如下(1)根據(jù)所需成形工件的管件截面特征，利用雙軸柔性滾彎分析理論建立大彈性輪(主動(dòng)輥輪2)轉(zhuǎn)角與兩軸擠壓力的解析方程，即建立柔性滾彎自動(dòng)控制模型。
(2)對自動(dòng)控制模型進(jìn)行數(shù)控插補(bǔ)得到工件送料至某點(diǎn)的理想擠壓力數(shù)值。根據(jù)插補(bǔ)結(jié)果，計(jì)算機(jī)發(fā)指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)16帶動(dòng)大彈性輪(主動(dòng)輥輪2)送料至工件某點(diǎn)，同時(shí)發(fā)指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)8和相應(yīng)的伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)剛性軸(從動(dòng)輥輪3)平衡地向大彈性輪方向運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測兩軸間實(shí)際擠壓力的大小，并與理論值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給電機(jī)8發(fā)布指令，帶動(dòng)剛性軸(從動(dòng)輥輪3)前進(jìn)或后退，當(dāng)達(dá)到理想擠壓力數(shù)值時(shí)，開始滾彎(即主動(dòng)輥輪2開始動(dòng)作)。
權(quán)利要求1.一種基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，包括機(jī)架(1)、主動(dòng)輥輪(2)、從動(dòng)輥輪(3)，主動(dòng)輥輪(2)與機(jī)架(1)相連，主動(dòng)輪(2)與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置(16)相連，從動(dòng)輥輪(3)與縱向驅(qū)動(dòng)裝置(21)相連，被加工工件(20)位于主動(dòng)輥輪(2)和從動(dòng)輥輪(3)之間并在其共同作用下彎曲成形，其特征是所述的主動(dòng)輥輪(2)由剛性芯軸和包覆在剛性芯軸上的彈性體組成；從動(dòng)輥輪(3)的一端安裝在縱向驅(qū)動(dòng)裝置(21)中的支撐件(4)上，支撐件(4)與滑塊(13)的一端相連，在從動(dòng)輥輪(3)和滑塊(13)的另一端之間設(shè)有連接件(14)，連接件(14)上安裝有測力傳感器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，其特征是所述的從動(dòng)輥輪(3)由軸芯(18)和套筒(19)相連而成，套筒(19)套裝在軸芯(18)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進(jìn)給力控制雙軸柔性滾彎機(jī)，其特征是所述的套筒(19)的內(nèi)徑不變，其厚度成系列化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進(jìn)給力控制雙軸柔性滾彎機(jī)，其特征是所述的縱向驅(qū)動(dòng)裝置(21)包括導(dǎo)軸(6)、滑塊(13)、絲杠(11)、絲杠螺母(12)、支撐件(4)、連接件(14)，支撐件(4)和連接件(14)的一端與從動(dòng)輥輪(3)相連，它們的另一端與滑塊(13)相連，測力傳感器(15)安裝在連接件(14)上；滑塊(13)的二端支承在導(dǎo)軌(6)中，絲杠(11)支承在絲杠支撐(10)中，其下端與安裝在位于滑塊(13)和絲杠支撐(10)之間的絲杠(11)上的絲杠螺母(12)相螺接，其上端或與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，或與由電機(jī)(8)、減速器(7)、聯(lián)軸器(9)組成的減速裝置的輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，其特征是在絲杠支撐(10)和滑塊(13)的下部安裝有行程開關(guān)(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進(jìn)給力控制的雙軸柔性滾彎機(jī)，其特征是所述的包覆在剛性芯軸上的彈性體為聚氨脂，在彈性體的二端各安裝有一個(gè)擋板(17)，剛性芯軸與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置(16)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用測力傳感器將剛性軸和彈性輪兩軸間的實(shí)際擠壓力反饋給機(jī)床控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)又以該擠壓力為基礎(chǔ)對工件的滾彎過程進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)精確成形和滾彎曲率連續(xù)變化及非連續(xù)變化雙重功能的基于進(jìn)給力控制雙軸柔性滾彎機(jī)，包括機(jī)架(1)、主動(dòng)輥輪(2)、從動(dòng)輥輪(3)，主動(dòng)輥輪(2)、從動(dòng)輥輪(3)與機(jī)架(1)相連，主動(dòng)輪(2)與主動(dòng)輥輪驅(qū)動(dòng)裝置(16)相連，從動(dòng)輥輪(3)與縱向驅(qū)動(dòng)裝置(21)相連，被加工工件(20)位于主動(dòng)輥輪(2)和從動(dòng)輥輪(3)之間并在其共同作用下彎曲成形，其特征是所述的主動(dòng)輥輪(2)由剛性芯軸和包覆在剛性芯軸上的彈性體組成；在連接從動(dòng)輥輪(3)和縱向驅(qū)動(dòng)裝置(21)的連接件(14)上安裝有測力傳感器(15)。
文檔編號B21D11/00GK2728668SQ20042008037
公開日2005年9月28日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者左敦穩(wěn), 王珉, 閆靜, 黎向鋒, 曹振中, 徐鋒 申請人:南京航空航天大學(xué)