本實用新型涉及一種多點加載控制的曲面拉伸成形裝置，屬于金屬塑性加工領(lǐng)域，適用于大型三維曲面零件的拉伸成形。

背景技術(shù)：

拉伸成形是大型三維曲面零件的重要成形方法，在航空制造、高速列車、船舶以及現(xiàn)代建筑等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)拉伸成形過程主要采用整體夾鉗，被夾鉗夾持的板料端部經(jīng)歷的位移相同，板料在橫向不隨模具型面主動變形。成形橫向曲率比較大的曲面時，為了保證板料與模具完全貼合，通常需要足夠長的懸空段，這就導(dǎo)致材料利用率的大大降低。本實用新型基于對傳統(tǒng)拉伸成形所采用的整體夾鉗進行離散化，用多個加載控制單元來代替整體夾鉗，各加載控制單元的夾鉗運動可以獨立控制，從而實現(xiàn)多點加載控制的曲面拉伸成形，不但可以克服傳統(tǒng)拉伸成形所存在的一些工藝缺陷，還可以成形形狀較為復(fù)雜的曲面件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種多點加載控制的曲面拉伸成形裝置，板料拉伸成形的位移載荷通過多個加載控制單元施加于板料左、右兩端的多個加載控制點上，各加載控制點位移載荷的大小及方向均由加載控制單元實時控制，使板料在拉伸成形過程中的變形優(yōu)化，實現(xiàn)與拉形模具型面的實時緊密貼合，避免曲面成形過程中各種缺陷的產(chǎn)生，獲得精確的拉伸成形曲面零件。

本實用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種多點加載控制的曲面拉伸成形裝置，包括機身框架、位于機身框架中部的模具安裝座及分布在模具安裝座兩側(cè)的加載控制單元組和加載控制輔助機構(gòu)，其特征在于：

所述的機身框架包括兩個支撐座及兩個橫柱，支撐座的縱向截面呈“L”字形，包括一個水平方向的水平板、一個位于水平板一端的豎直方向的豎直板和一個位于水平板另一端的豎直方向的短豎直板，兩個支撐座結(jié)構(gòu)相同且對稱布置，兩個橫柱分別通過各自兩端的安裝螺母安裝在兩個支撐座的豎直板之間，兩個支撐座的短豎直板上固定安裝有模具安裝座，模具安裝座上安裝有拉形模具；

所述的加載控制單元組在支撐座的豎直板內(nèi)側(cè)，加載控制單元組由多個加載控制單元構(gòu)成，每個加載控制單元包括一個運動可獨立控制的夾鉗、一個控制夾鉗運動的柔性帶、一個可上下運動的移動滑塊、一個豎直絲杠及一個豎直運動控制電機；每個豎直絲杠豎直布置在支撐座的豎直板的內(nèi)側(cè)，每個豎直絲杠與固定在支撐座豎直板內(nèi)側(cè)的豎直運動控制電機的輸出軸固定連接，每個豎直絲杠上安裝有可沿豎直絲杠上下運動的移動滑塊；

所述的加載控制輔助機構(gòu)在支撐座的水平板的上方，加載控制輔助機構(gòu)包括控制柔性帶長度的柔性帶控制軸、可左右沿水平方向運動的柔性帶控制軸座、水平絲杠、導(dǎo)柱、水平運動控制電機及柔性帶控制電機；水平絲杠和兩個導(dǎo)柱都沿水平方向平行布置在支撐座的水平板的上方且位于支撐座的豎直板和短豎直板之間，水平絲杠與固定在支撐座豎直板底端外側(cè)的水平運動控制電機的輸出軸固定連接；水平絲杠上安裝有可沿水平絲杠和導(dǎo)柱移動的柔性帶控制軸座，柔性帶控制軸安裝在柔性帶控制軸座上，柔性帶控制軸與固定在柔性帶控制軸座上的柔性帶控制電機的輸出軸固定連接，柔性帶控制電機帶動柔性帶控制軸在柔性帶控制軸座上繞自身軸轉(zhuǎn)動。

進一步的技術(shù)方案包括：

所述的加載控制單元組中的多個加載控制單元在支撐座的豎直板內(nèi)側(cè)，并沿垂直于板料拉伸成形方向水平橫向均勻分布，相鄰的加載控制單元中的夾鉗通過一個柔性連接體柔性連接在一起，柔性連接體由一個橡膠筒和位于橡膠筒兩端的連接座組成。

所述的加載控制單元中的柔性帶是耐拉、不伸長的柔索結(jié)構(gòu)，柔性帶繞過夾鉗后部的轉(zhuǎn)軸，其一端固定在移動滑塊上，另一端固定在柔性帶控制軸上，通過柔性帶控制電機控制柔性帶控制軸轉(zhuǎn)動纏繞柔性帶控制柔性帶的工作長度。

所述的柔性帶是鋼絲帶或者鋼索。

本實用新型的有益效果：

本實用新型采用加載控制單元組代替?zhèn)鹘y(tǒng)拉伸成形工藝中的整體夾鉗，形成了多點控制的曲面拉伸成形裝置。傳統(tǒng)拉伸成形由于采用了整體夾鉗，夾鉗只能按同一個加載軌跡運動實現(xiàn)曲面拉伸成形。而本實用新型裝置的特點是采用多個加載控制單元，各加載控制單元對加載點位移的控制是相互獨立的，不同的加載控制點可以實現(xiàn)不同加載運動軌跡。基于對拉伸成形過程加載路徑的優(yōu)化設(shè)計，采用本實用新型裝置通過對各夾鉗運動的實時控制，可使板料拉伸成形過程優(yōu)化，從而避免曲面成形過程中各種缺陷的產(chǎn)生，獲得高質(zhì)量的曲面零件，并可顯著減少工藝余料，節(jié)省材料；另外，本實用新型提供的多點加載控制的曲面拉伸成形裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。

附圖說明

圖1是拉伸成形工作狀態(tài)的多點加載控制的曲面拉伸成形裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是拉伸成形工作狀態(tài)的多點加載控制的曲面拉伸成形裝置正視圖；

圖3是加載控制單元結(jié)構(gòu)圖；

圖4是拉伸成形過程中夾鉗位置分布示意圖；

圖5是夾鉗柔性連接示意圖；

圖6是拉伸成形過程中夾鉗運動的三種控制方法示意圖，

圖6a是通過移動滑塊的移動與柔性帶控制軸的移動來控制夾鉗運動的方法示意圖；

圖6b是通過移動滑塊的移動與柔性帶長度變化來控制夾鉗運動的方法示意圖；

圖6c是僅通過移動滑塊的移動來控制夾鉗運動的方法示意圖。

圖中：1.加載控制單元，2.模具安裝座，3.拉形模具，4.支撐座，5.橫柱，6.夾鉗，7.柔性帶，8.移動滑塊，9.豎直絲杠，10.豎直運動控制電機，11.柔性帶控制軸，12.水平絲杠，13.導(dǎo)柱，14.水平運動控制電機，15.柔性帶控制電機，16.柔性帶控制軸座，17.安裝螺母，18.板料，19.柔性連接體，20.橡膠筒，21.連接座

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的結(jié)構(gòu)、工作過程及其實施步驟。

如圖1、圖2所示，本實用新型的多點加載控制的曲面拉伸成形裝置主要由機身框架、模具安裝座2及分布在模具安裝座兩側(cè)的加載控制單元組和加載控制輔助機構(gòu)組成。

機身框架包括兩個支撐座4及兩個橫柱5，支撐座4的縱向截面呈“L”字形，包括一個水平方向的水平板、一個位于水平板一端的豎直方向的豎直板和一個位于水平板另一端的豎直方向的短豎直板；兩個支撐座4結(jié)構(gòu)相同且對稱布置，兩個橫柱5分別通過各自兩端的安裝螺母17安裝在兩個支撐座4的豎直板之間。兩個支撐座4的短豎直板上固定安裝有模具安裝座2，板料拉伸成形時，拉形模具3放置在模具安裝座2上。其中，拉形模具3可根據(jù)需要成形的板料的形狀更換。兩個支撐座4通過橫柱5連接以保證拉伸成形過程中支撐座由足夠的剛度與強度。通過調(diào)節(jié)安裝螺母17的位置，可以改變左、右兩個支撐座之間距離，以適應(yīng)不同寬度的曲面零件成形需要。

如圖3所示，加載控制單元組在支撐座4的豎直板內(nèi)側(cè)，本實施方式中，每個支撐座4上的加載控制單元組由7個加載控制單元1構(gòu)成，每個加載控制單元1包括一個運動可獨立控制的夾鉗6、一個控制夾鉗運動的柔性帶7、一個可上下運動的移動滑塊8、一個豎直絲杠9及一個豎直運動控制電機10；每個豎直絲杠9豎直布置在支撐座4的豎直板的內(nèi)側(cè)，每個豎直絲杠9與固定在支撐座4豎直板內(nèi)側(cè)的豎直運動控制電機10的輸出軸固定連接，每個豎直絲杠9上安裝有可沿豎直絲杠9上下運動的移動滑塊8。通過豎直運動控制電機10帶動沿豎直絲杠9轉(zhuǎn)動，可驅(qū)動移動滑塊8的上下運動，從而帶動夾鉗6的運動。在板料拉伸成形過程中，板料18由兩側(cè)的加載控制單元組的各個夾鉗6夾持，每個夾鉗6的運動軌跡由其所在的加載控制單元1獨立控制。

如圖1所示，加載控制輔助機構(gòu)在支撐座4的水平板的上方，加載控制輔助機構(gòu)包括控制柔性帶7長度的柔性帶控制軸11、可沿水平運動的柔性帶控制軸座16、水平絲杠12、導(dǎo)柱13、水平運動控制電機14及柔性帶控制電機15；水平絲杠12和兩個導(dǎo)柱13都沿水平方向平行布置在支撐座4的水平板的上方且位于支撐座4的豎直板和短豎直板之間，水平絲杠12與固定在支撐座4豎直板底端外側(cè)的水平運動控制電機14的輸出軸固定連接；水平絲杠12上安裝有可沿水平絲杠12和導(dǎo)柱13水平移動的柔性帶控制軸座16，柔性帶控制軸11安裝在柔性帶控制軸座16上并與固定在柔性帶控制軸座16上的柔性帶控制電機15的輸出軸固定連接；柔性帶控制電機15可帶動柔性帶控制軸11在柔性帶控制軸座16上繞自身軸轉(zhuǎn)動，通過水平運動控制電機14驅(qū)動水平絲杠12轉(zhuǎn)動，可帶動柔性帶控制軸11在柔性帶控制軸座16上沿水平絲杠12和導(dǎo)柱13水平移動。

加載控制單元1中的柔性帶7為耐拉、不伸長的柔索結(jié)構(gòu)，是鋼絲帶或鋼索，柔性帶7繞過夾鉗6后部的轉(zhuǎn)軸，其一端固定在移動滑塊8上，另一端固定在柔性帶控制軸11上，通過柔性帶控制電機15控制柔性帶控制軸11轉(zhuǎn)動纏繞柔性帶7控制柔性帶7的工作長度。

如圖4所示，加載控制單元1，沿垂直于板料18拉伸成形方向橫向水平均勻分布，板料拉伸成形時，通過多個加載控制單元1的夾鉗6在板料18的左、右兩端的多個加載控制點上對板料施加位移，各點施加位移的大小和方向由各個夾鉗獨立控制，通過合理地設(shè)計并實時控制各夾鉗的運動軌跡，可實現(xiàn)板料18與拉形模具3型面的實時緊密貼合，使拉伸成形過程優(yōu)化，獲得精確的拉伸成形曲面零件。

如圖4、圖5所示，相鄰的加載控制單元1中的夾鉗6通過柔性連接體19連接，柔性連接體19由自由變形的橡膠筒20與剛性連接座21組成。通過柔性連接后，加載控制單元組的各夾鉗6被連成一個柔性的整體，便于拉伸成形開始時刻的板料夾持與安裝，并防止因夾鉗重量造成板料18產(chǎn)生不必要的變形，另一方面，各夾鉗6之間仍可在一定范圍內(nèi)獨立運動。

下面舉例說明多點加載控制的曲面拉伸成形裝置的工作過程。

與傳統(tǒng)拉伸成形一樣，使用本實用新型的曲面拉伸成形裝置也需要在拉伸成形開始前，先設(shè)計出所需要的加載路徑，根據(jù)板料尺寸、成形曲面形狀、板料的材料屬性等針對各加載點控制點設(shè)計出合理的加載路徑，確定出各夾鉗的加載運動軌跡，在此基礎(chǔ)上，利用本實用新型的裝置進行曲面零件拉伸成形。

首先，根據(jù)板料18與拉形模具3的尺寸，調(diào)整移動滑塊8、柔性帶控制軸11在成形開始時刻的位置以及柔性帶7的長度，使各夾鉗6在板料自重變形后的初始位置上夾持板料(如圖6a、圖6b、圖6c中虛線所示的位置)，然后按照所設(shè)計的各加載控制點的加載軌跡，通過各加載控制單元1控制各夾鉗6的運動，進行曲面拉伸成形。

夾鉗6的運動由移動滑塊8的上下移動及柔性帶控制軸11的左右移動來確定，移動滑塊8與柔性帶控制軸11的移動由豎直運動控制電機10與水平運動控制電機14來控制，也可通過柔性帶7的長度改變來調(diào)整，夾鉗6的運動可通過三種方式來控制：

方式一(如圖6a所示)：在拉伸成形過程中，柔性帶7的長度保持不變。通過豎直運動控制電機10驅(qū)動豎直絲杠9轉(zhuǎn)動使移動滑塊8上下移動，通過水平運動控制電機14驅(qū)動水平絲杠12轉(zhuǎn)動使柔性帶控制軸11左右移動，夾鉗6的運動由移動滑塊8與柔性帶控制軸10的同時移動來控制；

方式二(如圖6b所示)：在拉伸成形過程中，柔性帶控制軸11的位置固定。通過柔性帶控制電機15驅(qū)動柔性帶控制軸11轉(zhuǎn)動使柔性帶7的長度改變，通過豎直運動控制電機10驅(qū)動豎直絲杠9轉(zhuǎn)動使移動滑塊8的上下移動，夾鉗6運動由移動滑塊8的移動以及柔性帶7的長度變化來控制；

方式三(如圖6c所示)：在拉伸成形過程中，柔性帶控制軸11的位置固定，并且柔性帶7的長度保持不變。通過豎直運動控制電機10驅(qū)動豎直絲杠9轉(zhuǎn)動使移動滑塊8上下移動，夾鉗6的運動由移動滑塊8的上下移動來控制。