專利名稱：型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種型材滾彎成形裝置及其成形方法，屬于工件加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，彎曲成形技術(shù)是航空航天、汽車、化工、船舶等領(lǐng)域制造部門的重要加工方法之一，在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)著十分重要的地位。其中由型材的彎曲成形件是構(gòu)成飛機(jī)骨架的主要結(jié)構(gòu)件，在現(xiàn)代飛機(jī)上的應(yīng)用比例相當(dāng)大，其成形質(zhì)量直接關(guān)系到飛機(jī)的裝配精度和使用壽命，是影響飛機(jī)研制及保證飛機(jī)性能的重要因素。特別是現(xiàn)代飛行器由于氣動(dòng)性能的提高和外形的日益復(fù)雜，對型材成形件的準(zhǔn)確度與表面質(zhì)量提出了更高要求，加上高強(qiáng)度低塑性材料(如鈦合金)的應(yīng)用也在不斷增加，傳統(tǒng)的滾彎成形技術(shù)成形出的工件滿足不了上述的要求，從而產(chǎn)生了一種新的滾彎成形方法一柔性滾彎。利用彈性介質(zhì)對型材進(jìn)行二軸柔性滾彎成形是一種先進(jìn)的鈑金制造技術(shù)，它將彈性介質(zhì)(聚氨酯橡膠)的沖壓優(yōu)勢和傳統(tǒng)的滾彎原理相結(jié)合，成為鈑金成形領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的滾彎相比較，二軸柔性滾彎技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工件進(jìn)給和彎曲的統(tǒng)一；它的滾彎能力變得更大，可成功用于高強(qiáng)度、大回彈材料的彎曲成形；工件在滾彎過程中是局部漸進(jìn)屈服后成形，所需的成形力小，由于板料變形區(qū)窄，在板料進(jìn)入和離開滾輪和聚氨酯橡膠的接觸區(qū)時(shí)，只有很窄的部分不能完成彎曲變形，相比傳統(tǒng)滾彎成形技術(shù)，二軸柔性滾彎技術(shù)大大提高了成形件的質(zhì)量；由于有聚氨酯橡膠彈性層的保護(hù)，可以對帶有保護(hù)層及表面拋光的工件進(jìn)行滾彎成形，不會(huì)產(chǎn)生工件表面的劃傷和壓痕，成形后工件表面質(zhì)量好，且板料在成形時(shí)不易發(fā)生起皺和開裂現(xiàn)象。但是，由于二軸柔性滾彎的剛性滾和彈性滾的接觸面積相對較小，因而二軸柔性滾彎的分布載荷的范圍也相對較小，當(dāng)系統(tǒng)軸向尺寸、進(jìn)給量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件成形的精度不是很高；對于曲率非連續(xù)變化的工件成形能力較低，需要多次滾彎才能達(dá)到要求同時(shí)也影響該工件的成形精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題的不足，提出一種可精確控制成形精度、能加工不同曲率的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是一種型材柔性滾彎成形裝置，包括機(jī)床，該機(jī)床的主軸剛性連接有滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)，而機(jī)床的工作臺(tái)上安裝有工件承接機(jī)構(gòu)； 滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)與工件承接機(jī)構(gòu)相對設(shè)置，工件承接機(jī)構(gòu)上方置放待加工工件；所述工件承接機(jī)構(gòu)包括容框以及置于容框內(nèi)的聚氨酯橡膠塊，該聚氨酯橡膠塊面向滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)的一側(cè)呈平面設(shè)置；所述機(jī)床的NC加工控制器根據(jù)待加工工件的成型曲面需求控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)的下壓量和下壓位置。優(yōu)選的滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括剛性連接在主軸上的滾輪架，滾輪架上安裝有主動(dòng)滾輪組件，該主動(dòng)滾輪組件包括滾輪，該滾輪套裝在中心軸上，所述中心軸通過軸承安裝在滾輪架上。再優(yōu)選的主動(dòng)滾輪組件還設(shè)有擋輪，該擋輪分別與滾輪6和中心軸之間有空隙， 該主動(dòng)滾輪組件兩端還設(shè)有端蓋，該端蓋位于滾輪架的外側(cè)，所述擋輪通過螺栓組件與滾輪架、端蓋固定在一起。該型材柔性滾彎成形裝置的成形方法，包括以下步驟首先，編制NC加工程序，該 NC加工程序用于控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量和下壓位置。其次，根據(jù)欲加工工件的曲面形狀，通過計(jì)算機(jī)建模程序模擬出所需加工工件的應(yīng)力場分布情況， 據(jù)此獲取作用在欲加工工件上的壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)，根據(jù)壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)確定出滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量和下壓位置，以及確定出工作臺(tái)所走的軌跡和速度。最后利用滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行置于工作臺(tái)上的欲加工工件對刀，對刀之后根據(jù)編制好的NC加工程序控制滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度，從而使欲加工工件彎曲成加工工件。優(yōu)選的工作臺(tái)的移動(dòng)速度小于等于50mm/min。再優(yōu)選的滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量小于等于聚氨酯橡膠塊厚度的30%。本發(fā)明的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法，不僅具有二軸柔性滾彎成形的工件成形質(zhì)量好、直邊量小、回彈少、精度高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，還設(shè)計(jì)了通過調(diào)節(jié)主動(dòng)滾輪組件的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度來完成工件的成形，相比二軸柔性滾彎成形技術(shù)，具有以下有益之處能加工不同曲率的工件、并且所加工出的工件精度高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法結(jié)構(gòu)示意圖2是圖I中的主動(dòng)滾輪組件5的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖I的彎曲成形原理示意其中1-床身，2-機(jī)床主軸側(cè)壁，3-夾柄，4-滾輪架，5-主動(dòng)滾輪組件，6-滾輪，7-擋輪，8-軸承，9-中心軸，10-端蓋，11-工件，12-聚氨酯橡膠塊，13-容框，14-固定定位塊， 15-工作臺(tái)，16-滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)，17-工件承接機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)施例的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法如圖I、圖2、圖3所示，包括機(jī)床 1，該機(jī)床I的主軸2剛性連接有滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16，而機(jī)床I的工作臺(tái)15上安裝有工件承接機(jī)構(gòu)17 ;滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16與工件承接機(jī)構(gòu)17相對設(shè)置，工件承接機(jī)構(gòu)17上方置放待加工工件11 ;所述工件承接機(jī)構(gòu)17包括容框13以及置于容框14內(nèi)的聚氨酯橡膠塊12，容框 13通過兩端用固定定位塊14定位夾緊在工作臺(tái)15上，聚氨酯橡膠塊12面向滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)16的一側(cè)呈平面設(shè)置；所述機(jī)床的NC加工控制器根據(jù)待加工工件I的成型曲面需求控制工作臺(tái)15的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)16的下壓量和下壓位置；
滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16包括剛性連接在主軸2上的滾輪架4，滾輪架4上安裝有主動(dòng)滾輪組件5，該主動(dòng)滾輪組件5包括滾輪6，該滾輪6套裝在中心軸9上，滾輪6與中心軸9之間為過盈配合，所述中心軸9通過軸承8安裝在滾輪架4上，中心軸9與軸承8之間為小間隙配合；
主動(dòng)滾輪組件5還設(shè)有擋輪7，該擋輪7分別與滾輪6和中心軸9之間有空隙，即擋輪 7不與滾輪6、中心軸9接觸，該主動(dòng)滾輪組件5兩端還設(shè)有端蓋10，端蓋10位于滾輪架4 的外側(cè)，所述擋輪7通過螺栓組件與滾輪架4、端蓋10固定在一起。該型材柔性滾彎成形裝置的成形方法，包括以下步驟首先，編制NC加工程序，該 NC加工程序用于控制工作臺(tái)15運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16的下壓量和下壓位置。 其次，根據(jù)欲加工工件11的曲面形狀，通過計(jì)算機(jī)建模程序模擬出所需加工工件11的應(yīng)力場分布情況，據(jù)此獲取作用在欲加工工件11上的壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)，根據(jù)壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)確定出滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16的下壓量和下壓位置，以及確定出工作臺(tái)15所走的軌跡和速度。最后，利用滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16進(jìn)行置于工作臺(tái)15上的欲加工工件11對刀，對刀之后根據(jù)編制好的NC加工程序控制滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)15所走的軌跡和速度，這樣就控制了滾輪6的下壓量、下壓位置，從而使欲加工工件11彎曲成加工工件；
工作臺(tái)15的移動(dòng)速度小于等于50mm/min，即置于工件承接機(jī)構(gòu)17上的工件11的的移動(dòng)速度小于等于50mm/min ；
滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16的下壓量小于等于聚氨酯橡膠塊12厚度的30%，即，主動(dòng)滾輪組件5 的下壓量小于等于聚氨酯橡膠塊12厚度的30%，也就是說滾輪6的下壓量小于等于聚氨酯橡膠塊12厚度的30%。使用時(shí)，將工件11放置于聚氨酯橡膠塊12上，根據(jù)該工件11的曲面形狀，計(jì)算機(jī)建模程序模擬出工件11的應(yīng)力場分布情況，確定出滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16作用在工件11上的下壓量和下壓位置，以及確定出工作臺(tái)15所走的軌跡和速度，然后利用滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16的滾輪6進(jìn)行置于工作臺(tái)15上的工件11對刀，對刀之后，NC加工程序控制滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)16下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)15所走的軌跡和速度，從而使工件11彎曲加工完成。由上述可知，本實(shí)施例的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法，可以成形的型材有u型材、工字型材、槽型型材等；可以成形的型材材料有各種金屬及合金材料。并且保證了二軸柔性滾彎成形的工件成形質(zhì)量好、工件表面不損傷、工件板料成形不易發(fā)生起皺和開裂等特點(diǎn)下，由于通過調(diào)節(jié)主動(dòng)滾輪組件的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度，因此能加工不同曲率的工件、并且所加工出的工件精度高。本發(fā)明的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法，不僅具有二軸柔性滾彎成形的工件成形質(zhì)量好、直邊量小、回彈少、精度高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，而且保證能加工不同曲率的工件、并且所加工出的工件精度高的情況下，通過設(shè)置平面的聚氨酯橡膠塊和滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)配合，使工件能達(dá)到更好的成形，還將工作臺(tái)的移動(dòng)速度設(shè)置在50mm/min之內(nèi)，以保證工件能進(jìn)行充分的塑性成形，同時(shí)滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量也設(shè)置在聚氨酯橡膠塊厚度的 30%內(nèi)以保證工件成形的曲率。本發(fā)明的型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法不局限于上述實(shí)施例，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種型材柔性滾彎成形裝置，其特征在于包括機(jī)床，該機(jī)床的主軸剛性連接有滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)，而機(jī)床的工作臺(tái)上安裝有工件承接機(jī)構(gòu)；滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)與工件承接機(jī)構(gòu)相對設(shè)置，工件承接機(jī)構(gòu)上方置放待加工工件；所述工件承接機(jī)構(gòu)包括容框以及置于容框內(nèi)的聚氨酯橡膠塊，該聚氨酯橡膠塊面向滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)的一側(cè)呈平面設(shè)置；所述機(jī)床的NC加工控制器根據(jù)待加工工件的成型曲面需求控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給結(jié)構(gòu)的下壓量和下壓位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述型材柔性滾彎成形裝置，其特征在于所述滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括剛性連接在主軸上的滾輪架，滾輪架上安裝有主動(dòng)滾輪組件，該主動(dòng)滾輪組件包括滾輪，該滾輪套裝在中心軸上，所述中心軸通過軸承安裝在滾輪架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述型材柔性滾彎成形裝置，其特征在于所述主動(dòng)滾輪組件還設(shè)有擋輪，該擋輪分別與滾輪6和中心軸之間有空隙，該主動(dòng)滾輪組件兩端還設(shè)有端蓋，該端蓋位于滾輪架的外側(cè)，所述擋輪通過螺栓組件與滾輪架、端蓋固定在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述型材柔性滾彎成形裝置的成形方法，其特征在于包括以下步驟首先，編制NC加工程序，該NC加工程序用于控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量和下壓位置；其次，根據(jù)欲加工工件的曲面形狀，通過計(jì)算機(jī)建模程序模擬出所需加工工件的應(yīng)力場分布情況，據(jù)此獲取作用在欲加工工件上的壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)，根據(jù)壓力和軌跡的優(yōu)化參數(shù)確定出滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量和下壓位置，以及確定出工作臺(tái)所走的軌跡和速度；最后利用滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行置于工作臺(tái)上的欲加工工件對刀，對刀之后根據(jù)編制好的NC加工程序控制滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度，從而使欲加工工件彎曲成加工工件。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述型材柔性滾彎成形裝置的成形方法，其特征在于所述工作臺(tái)的移動(dòng)速度小于等于50mm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述型材柔性滾彎成形裝置的成形方法，其特征在于所述滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量小于等于聚氨酯橡膠塊厚度的30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種型材柔性滾彎成形裝置及其成形方法，該成形裝置包括機(jī)床、滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)、安裝在機(jī)床工作臺(tái)上的工件承接機(jī)構(gòu)以及機(jī)床的NC加工控制器，該工件承接機(jī)構(gòu)設(shè)有容框以及置于容框內(nèi)的聚氨酯橡膠塊；該裝置的成形方法根據(jù)欲加工工件的曲面形狀，通過計(jì)算機(jī)建模程序模擬確定出滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量和下壓位置，以及確定出工作臺(tái)所走的軌跡和速度，然后利用NC加工程序控制滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度，本發(fā)明由于通過調(diào)節(jié)滾輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)的下壓量、下壓位置以及工作臺(tái)所走的軌跡和速度來完成工件的成形，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下特點(diǎn)能加工不同曲率的工件、并且所加工出的工件精度高。
文檔編號(hào)B21D7/08GK102581087SQ20121003618
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者史學(xué)剛, 宋哲, 金霞, 陳星 , 髙琳, 魯世紅 申請人:南京航空航天大學(xué)