CN102712062B - 用于制造一体式角接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造由第一管件(2)与第二管件(3)组成的一体式弯管部件(1)的方法，其中，管件(2，3)的管轴之间以角度(α)布置，第一管件(2)与第二管件(3)设计为多件式管结构，并且将所述多件式管结构拉伸为拉直的管结构，由数据存储器建议第一管件(2)与第二管件(3)之间的至少一个连接片的几何结构和位置，所述数据存储器包含用于根据材料、材料厚度以及管件(2，3)的几何形状来构造第一管件(2)与第二管件(3)之间的连接的几何形状。

Description

用于制造一体式角接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造由第一管件和第二管件组成的一体式弯管部件的方法，其中，管件的管轴之间以角度α布置，在该角度上将第一管件与第二管件设计为多件式管结构，并且使该多件式管结构拉伸为拉直的管结构。本发明还涉及一种用于实施上述用于制造弯管部件方法的软件模块。
背景技术
型材为长形体，其长度通常基本大于其截面并且是由一种基本非柔性的材料制成。型材可具有任意的打开的或闭合的横截面。管件是具有闭合横截面的型材。最常用的管件类型是具有圆形管横截面的管件(圆形管)以及具有矩形管横截面的管件(矩形管)。公知的具有打开横截面的型材包括I型型材、T型型材、U型型材以及Z型型材。弯曲部件在本发明的范畴中指的是具有一体式角接的型件，所述型件由型材通过激光切割和后续的翻边制成。
在现有技术中，已知通过熔焊将型件连接成多件式结构，其中，事先激光切割单个管件的轮廓形状。这种结构的制造必然要求多个繁复的加工步骤。首先，为待熔焊型件构建合适的保持系统就会导致高昂的成本。
为了降低制造成本，要在现有技术中使用由型材通过激光切割和翻边制成的弯曲部件。弯曲部件的几何结构，也就是说单个型材区段的轴的定向，应与多件式结构一致，仅以不同的方式构建型件之间的连接。
图1a示出了由具有矩形截面的第一型件2、即矩形管件与第二矩形管件3组成的一体式弯曲部件1，所述两个管件2、3围绕弯曲边缘4翻边并且相互之间以角度α布置。在此，角度α在两个矩形管件2、3的管轴5、6之间定义。两个矩形管件2、3在弯曲边缘4的区域中构成一体式角接7。两个管件2、3分别具有两个侧矩形边8、9、10、11和一个内矩形边12、13，其在翻边状态下互相接合并且被看作侧对接棱边8-11或看作内对接棱边12、13。侧对接棱边8-11垂直于弯曲边缘4，内对接棱边12、13则平行于弯曲边缘4。图1b示出了图1a中的一体式弯曲部件1的拉直结构。在此，这样将第二矩形管件3围绕弯曲边缘4翻边，使得第二矩形管件3的管轴6与第一矩形管件2的管轴5共线对齐。在第一矩形管件2的对接棱边8、9、12与第二矩形管件3的对接棱边10、11、13之间构成不属于一体式弯曲部件的废料部分14。
图2a示出了由具有圆形管横截面的第一型件22和第二型件23组成的一体式弯曲部件21，所述型件22、23也被称为圆管件。圆管件22、23围绕弯曲边缘24翻边并且以角度β布置，在两个圆管件22、23的管轴25、26之间形成角度β。两个圆管件22、23就在弯曲边缘24的区域中构成一体式角接27。两个圆管件22、23分别具有对接棱边28、29，其在图2a中的弯曲实施方式的情况下互相接合。图2b示出了图2a中具有圆形管横截面的一体式弯曲部件21的拉直结构。这样使第二圆管件23围绕弯曲边缘24翻边，直到两个圆管件22、23的管轴25、26之间共线对齐。在圆管件22、23的对接棱边28、29之间构成不属于一体式弯曲部件21的废料部分30。
在实践应用中可以看到，若型件的对接棱边设有用于确保型件准确对齐的定位元件，则十分有利。首先可将槽和键元件、三角形元件、半圆形元件或拼接元件用作定位元件。
在具有一体式角接的弯曲部件的制造中存在两个主要的问题：在激光切割装置中制成的拉直的弯曲部件会经过后续的加工步骤而在角接区域中围绕弯曲边缘翻边。型件之间的角接一方面必须足够稳固，使材料可承受翻边时的载荷而不会断裂。另一方面，角接也须足够轻薄，因而无须复杂的技术辅助工具就能手动地使型件围绕弯曲边缘翻边。制造拉直的弯曲部件时的另一个问题在于，型件在激光切割后仅通过连接片连接并且可能已经在激光切割装置中在弯曲边缘上弯折。这种弯折可能导致激光切割过程的中断。这就需要设计员和程序员具有丰富的经验，以便在管件之间这样地构建连接，使得其足够稳固，然而仍然可以手动实现翻边。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于改进用于制造一体式角接的方法以及用于制造一体式角接的软件模块，以提高制造一体式角接的工艺可靠性，因而也能够由不熟练的程序员和/或机器操作人员实施一体式角接的制造工艺。
上述目的在本发明中是通过一种用于制造一体式弯管部件的方法得以解决，其中，由包含了用于根据管件的材料、材料厚度以及管横截面来构造第一管件与第二管件之间的连接的几何形状的数据存储器建议第一管件与第二管件之间的至少一个连接片的几何结构和位置。
为了稳固具有圆形管横截面的管件，有利地根据说明书建议单个的连接片；对于其宽度则有利地根据说明书建议材料厚度与管周长的1/18之间的值。所建议的宽度复杂地取决于不同的管参数，但是通常约等于材料厚度的两倍。将所述连接片的宽度设定为在材料宽度与管周长的1/18之间的值。
为了稳固具有矩形管横截面的管件，有利地根据说明书建议单个的小于材料的极限厚度的连接片，其宽度有利地根据说明书处于材料厚度与连接片所在的矩形边的总宽度之间的值。
有利的是，根据说明书在具有矩形管横截面且材料厚度大于所述的极限厚度的管件中建议两个连接片；对于其厚度有利地根据说明书建议材料厚度与连接片所在的矩形边的总宽度的一半之间的值。所建议的宽度复杂地取决于不同的管参数，但是通常约等于材料厚度的两倍。
若第一管件与第二管件设有至少一个定位元件，则根据说明书有利地在拉直的管结构中定义至少三个废料部分以简单地移除废料部分，其中，有利地根据说明书至少使居中的废料部分设有微型接头，所述微型接头将居中的废料部分与第一管件和第二管件连接起来。
本发明还涉及一种用于制造一体式弯管部件的软件模块，根据本发明在所述软件模块中设置数据存储器，所述数据存储器包含用于构造第一管件与第二管件之间的连接的几何形状。
为了能够从数据存储器中提取完整的设计任意一种一体式弯管部件的建议，所述数据存储器：根据说明书所述，优选包含第一管件与第二管件之间的至少一个连接片的几何结构和位置；根据说明书所述，所述数据存储器优选包含第一管件与第二管件的对接棱边上的至少一个定位元件的几何结构和位置；根据说明书所述，所述数据存储器优选还包含第一管件与第二管件之间的至少一个废料部分的形状。
附图说明
本发明主题的其他优点和优选构型可由说明书、附图以及权利要求书中得出。同样可以分别单个地或者以多个任意组合地应用上述的以及下面会进一步说明的根据本发明的特征。所示及所述的实施例并非限于所列举的内容，而仅用于说明本发明的实施例示例。
其中：
图1a,b为一种公知的由两个矩形管件组成的弯曲部件的弯曲结构(图1a)和拉直结构(图1b)；
图2a,b为一种公知的由两个圆形管件组成的弯曲部件的弯曲结构(图2a)和拉直结构(图2b)；
图3为一种公知的用于控制激光切割装置的设备；
图4为一种公知的用于制造一体式角接的方法的流程阶段；
图5a,b为图4所示的用于制造一体式角接的方法根据本发明的第一流程部分(图5a)和第二流程部分(图5b)；以及
图6a,b为图1a、1b中具有废料部分的弯曲部件的展开结构(图6a)及其三维图示(图6b)。
具体实施方式
图3示出了一种公知的激光切割装置41，借助数控设备42控制该激光切割装置。为了实现激光切割装置41的自动化，设置自动化设备43，同样通过数控设备42实现其控制。
控制设备42在硬件方面包括一个具有构造为工业PC的控制计算机45与操作装置46的MMC操作系统44(人机控制)，所述操作装置46包括一个作为显示单元的屏幕47以及一个例如构造为键盘、鼠标和/或触摸屏的输入单元48。此外，控制设备42还包括一个用于手动操作激光切割装置41与自动化设备43的机器控制面板49，其中，主要完成安全相关的操作；以及包括一个具有用于控制激光切割装置41与自动化设备43的集成NC(数控)单元51与SPS(存储器编程控制)单元52的NCU(数控单元)组件50。所述NC单元51和SPS单元52也可构造为独立的组件。
控制设备42在软件方面包括一个用于控制激光切割装置41的操作软件53；一个用于控制自动化设备43的操作软件54；用于任务管理、工具管理和/或选项板管理的软件模块55；一个用于管理加工程序的程序管理56以及一个数据存储器57，在所述数据存储器中存储用于所述加工程序的加工参数。“加工程序”除NC程序外，还包括所有由NC程序转移到外部数据存储器中的技术数据。此外，还可在例如控制计算机45上安装另外的应用，例如设计系统、编程系统或组合式设计和编程系统。
弯曲部件的制造需要设计员、程序员和机器操作员的参与，可由1个或两个人员身兼多职地执行部分制造过程。借助设计系统58(CAD系统)或组合式设计和编程系统59(CAD/CAM系统)实现弯曲部件的设计工作，其中，CAD和CAM分别是计算机辅助设计系统和编程系统的缩写。完成的设计图可寄存到同一个设于网络60中的CAD数据库61中，程序员可根据需要访问该数据库。
通过加工程序控制激光切割装置41，借助编程系统或者手动地在MMC操作系统44的操作装置46上创建加工程序。编程系统识别基本的和特殊的NC功能并且知道需要哪些技术数据以及适用哪些处理规则。因此，所述编程系统可以自动定义处理并且生成加工程序。在图3所示的实施例中，在网络60中的控制计算机45和编程系统63(CAM系统)上除组合式设计和编程系统59外还安装有另外的组合式设计和编程系统62。编程系统59、62、63与程序员和机器操作员可访问的CAM数据库连接。程序员把完成的加工程序存放在CAM数据库64中。机器操作员可访问CAM数据库64，并且将CAM数据库64中的加工程序导入控制计算机45的程序管理56中。
图4以流程表的形式示出了公知的用于制造具有一体式角接的弯曲部件的方法。所述公知的方法包括六个相互衔接的流程阶段。
在第一个流程阶段V1中，设计员借助设计系统58或组合式设计和编程系统59、62的设计模块创建弯曲部件的设计图。设计图既包括弯曲部件的三维图，也包括型件的展开结构和拉直结构的二维图。
在第二个流程阶段V2中，程序员借助编程系统63或组合式设计和编程系统59、62的编程模块创建加工程序，以便在激光切割装置41上通过激光切割把型材制成拉直的型材结构。
在第三个流程阶段V3中，在激光切割装置41上通过激光切割把型材制成拉直的型材结构。在此，首先例如借助自动化设备43将型材输送至激光切割装置41，所述激光切割设备切割拉直的型材结构并且接着例如借助自动化设备43把拉直的型材结构送出激光切割装置41。
在第四个流程阶段V4中，在拉直的型材结构的情况下手动移除位于第一管件与第二管件之间的废料部分。移除废料部分后，在第五个流程阶段V5中通过弯曲制造具有一体式角接的弯曲部件。在第六个也是最后一个流程阶段V6中，借助例如构造为激光切割装置的焊接设备将第一管件与第二管件相互焊接。所述的用于制造具有一体式角接的弯曲部件的方法即在流程阶段V6后结束。
图5a示出了图4所示的用于制造一体式角接的本发明方法的第一个流程阶段V1。借助图1a、1b中的弯曲部件1示出其构型。例如将如图3所示的设计系统58或组合式设计和编程系统59、62、63用于设计弯曲部件1。
设计员在步骤S1中选择矩形管件2、3的材料、材料厚度及管横截面并且确定矩形管件2、3的管轴5、6的几何布置。设计员会在步骤S2中决定是否应通过一体式角接来连接矩形管件2、3。若在矩形管件2、3之间不构造任何一体式角接7(步骤S2中的N)，该流程即在步骤S2后结束。如需通过一体式角接7连接矩形管件2、3(步骤S2中的J)，设计员就会在步骤S3中确定，需要在什么位置上构造一体式角接7。
设计系统在步骤S4中验证材料、材料厚度、管横截面以及管轴5、6之间的角度的设定值是否允许以符合加工要求和工艺可靠的方式制造弯曲部件1。若材料、材料厚度、管横截面与管轴5、6之间的角度的设定值不允许以符合加工要求和工艺可靠的方式制造弯曲部件1(步骤S4中的N)，即在步骤S5中要求设计员变更数值或角度。若设计员决定不进行调整(步骤S5中的N)，所述流程即在步骤S5后结束。若设计员同意进行调整(步骤S5中的J)，就在步骤S6中改变材料、材料厚度、管横截面和/或管轴5、6之间的角度。该流程在步骤S6后以步骤S4继续。
若能实现弯曲部件1的符合加工要求和工艺可靠的制造(步骤S4中的J)，设计员即可在步骤S7中决定是否应通过定位元件将矩形管件2、3定位在其位置上。如需安置定位元件(步骤S7中的J)，设计员就在步骤S8中确定定位元件的数量、几何结构和位置。
设计系统会在步骤S9中通过弯曲部件的拉直构建“拉直的管结构”，在管结构拉直的情况下，管件2、3的管轴5、6位于同一个平面内，所述设计系统由数据存储器向设计员建议，可如何在弯曲边缘4的区域中构造矩形管件2、3的角接7以及位于拉直的第一矩形管件2与拉直的第二矩形管件3之间的废料部分。所述数据存储器包括了关于连接第一矩形管件2与第二矩形管件3的连接片的数量和几何结构的相关数据以及位于两个矩形管件2、3之间的废料部分的构型。
设计员在步骤S10中决定是否从数据存储器中提取建议值。若不提取建议值(步骤S10中的N)，设计员就要在步骤S11中替换建议值。设计系统会在步骤S12中验证经过变更的值是否在适于符合加工要求和工艺可靠地制造弯曲部件1的预设限值内。若设定值超出适于符合加工要求和工艺可靠地制造弯曲部件1的预设限值(步骤S12中的N)，则在步骤S13中用例如“无法实现工艺可靠的制造！请修改数值”的形式的报告来警告设计员，并要求修改数值。
设计员若同意改动(步骤S13中的J)，就在步骤S14中变更数值。所述流程即在步骤S14后以步骤S12继续。然而，若设计员不改动所述值(步骤S13中的N)，该流程在步骤S13后中断，因为无法实现弯曲部件1的符合加工要求和工艺可靠的制造。
若设计员提取了由设计系统从数据存储器中建议的值(步骤S10中的J)，或者是，若设计员改动的值处于符合加工要求和工艺可靠的限值内(步骤S12中的J)，即在步骤S15中将拉直的弯曲部件的三维数据模型展开，在步骤S16中存储两个数据模型作为弯曲部件1的设计图，并且例如将其寄存在例如CAD数据库61中，由此，所有程序员可访问设计图。根据本发明的用于制造一体式角接的方法的第一个流程阶段V1在步骤S16后结束。
在设计弯曲部件时存在各种不同的数据模型。出发点是具有角接的弯曲部件的三维数据模型，其中，管轴之间以角度α布置。接着通过拉伸由该数据模型得到拉直的弯曲部件的三维数据模型，其中，管轴共线对齐。最后通过展开形成展开的和拉直的弯曲部件的二维数据模型。一旦按下按键，功能“拉伸”和“展开”即自动执行现代设计系统。
图5b示出了图4所示的根据本发明的用于制造一体式角接的方法的第二个流程阶段V2。第二个流程阶段V2涉及弯曲部件的编程以及借助编程系统63或借助组合式设计和编程系统59、62的编程模块来创建用于控制激光切割装置41的加工程序。
程序员在步骤S21中将在第一个流程阶段V1生成的展开的和拉直的弯管部件1的设计图导入编程系统63或导入组合式设计和编程系统59、62的编程模块。
程序员在编程时确定如何加工组件。所述程序员确定以何种顺序进行加工以及适用哪些加工参数如激光功率和给进速度。在此，编程系统会辅助程序员找到适于其加工任务的加工参数与加工方法。合适的加工参数和加工方法的相关信息包含在数据存储器57(图3)所谓的的技术表和规则手册中。在技术表中，按照材料类型、材料厚度与加工流程将适当的加工参数寄存为所有能够实现可制造性与工艺可靠性的重要数值。在需要时可根据其他参数定义技术表。
程序员在步骤S22中确定如何加工管件，以便通过激光切割形成拉直的一体式管结构。在此，程序员还要确定以何种顺序来加工不同的轮廓形状以及将激光束的焦点定位在什么位置。在激光切割装置中进行的切割过程期间，须确保管件尚未在弯曲边缘上弯折。若已经发生了这种情况，就可能导致切割过程中断并且损坏材料和/或激光切割装置。为了避免过早弯折，将至少一个废料部分通过微型接头与管件连接。此外，程序员还须从由管件切割下来并成为废料部分的轮廓形状中识别出扭曲风险并且必要时通过小型接片即所谓的微型接头使废料部分维持在管件中。这样来选定所述微型接头的几何结构和位置，以便能够例如用手或者通过用锤子轻轻敲击而顺利地移除废料部分。经过激光处理后，在一个独立的流程阶段中移除带微型接头的废料部分。
若程序员结束其设计的处理过程，编程系统就在步骤S23中在使用根据本发明的软件模块的情况下来检验：在考虑到管参数以及尤其是所使用的连接片和位于第一管件与第二管件之间的对接棱边或废料部分上的定位元件的几何结构和位置的前提条件下，是否能够实现工艺可靠的加工。
因此，例如在具有定位元件101、102的弯管部件中——所述定位元件使两个管件2、3的对接棱边9、10相互校准并固定，将两个管件2、3之间的废料部分14在任何情况下分为三段。只有这样才可确保能够可靠地移除废料部分。否则就存在这种风险，即废料部分14可能扭曲并且无法被移除。如需微型接头以确保加工的工艺可靠性，则还会检测操作员是否已设置微型接头。
若根据本发明的软件模块得出的结论是无法实现经编程的管结构的可靠加工(N)，程序员会在步骤S24中获得相应的提示并且将软件模块的建议加入设计中。在步骤S24后或者说如果软件模块在步骤S23中确定能够进行可靠地加工(J)，再进入步骤S25。
在步骤S25中，程序员对于第一管件的起始分割、第二管件的末端分割以及如果存在的话对于第一管件与第二管件的轮廓切割确定加工流程和加工参数。为了构造弯角/弯曲接头，第一管件的末端分割与第二管件的起始分割以及在具有矩形管横截面的管件中必须定义额外的两个沉割。此外，在通过两个连接片连接的矩形管件中，在所述两个连接片之间还需要一个另外的激光切割。
在轮廓组内部按照其处理顺序来确定轮廓元件的优先级。对于处理顺序，编程系统或编程模块会建议首先切割敞开的轮廓，然后切割其他内部轮廓，最后再切割外部轮廓。
在步骤S30中验证加工步骤的顺序。若在所述顺序中发现错误(步骤S30中的N)，则程序员就会在步骤S31中改变加工步骤的顺序。经过步骤S31的错误修正或者一旦顺序没有报错(步骤S30中的J)，程序员就在步骤S32中借助编程系统或编程模块生成用于在激光切割装置41中加工管件的加工程序。程序员在步骤S33中保存完成的加工程序，并且在步骤S34中将其寄存在CAM数据库64中。接着，程序员在步骤S35中将完成的加工程序提交给数控设备42的控制计算机45的程序管理56。
图6a示出了图1a、1b中的弯曲部件1在角接区域中展开的结构，其中，在两个管件2、3上在第一管件2上以键元件101的形式设置定位元件，在第二管件3上以相应的槽元件102的形式设置定位元件。图6b示出了与图6a所示相似的弯曲部件。图6a与6b中的弯曲部件的不同之处在于，图6b中的弯曲部件在废料部分没有任何孔口。
第一管件2与第二管件3通过两个布置在弯曲边缘4上的连接片103、104相连接。通过三个激光切割105-107形成管件2、3之间的连接片103、104。
由于通过槽元件和键元件101、102定位管件2、3，因此必须将废料部分14分为多个段。
废料部分14被分成三个段：第一废料段108、第二废料段109以及第三废料段110。为了便于用手移除废料段108-110，每个废料段均设有孔口111、112、113，用激光束切割出所述孔口并且将该孔口作为用于使废料段108-110脱落的工具例如螺丝起子的作用点。

Claims (10)

1.用于制造由第一管件(2；22)与第二管件(3；23)组成的一体式弯管部件(1；21)的方法，其中，管件的管轴(5、6；25；26)之间以角度(α、β)布置，这两个管件由拉直的管结构通过形成至少一个连接片(103、104)和废料部分(14；30)被切割而成并且由该拉直的管结构弯曲成弯管部件，
其特征在于，
在所述弯管部件中，这两个管件的对接棱边(9、10)通过在这两个管件上设置的定位元件(101、102)相互校准并固定，
由数据存储器确定采用第一管件与第二管件之间的至少一个连接片的几何结构和位置，所述数据存储器包含用于根据管件的材料、材料厚度以及几何形状来构造第一管件与第二管件之间的连接的几何形状，
所述废料部分至少分成两个外废料部分以及一个限定所述定位元件的中间废料部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有圆形管横截面的管件的情况下确定采用单个的连接片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述连接片的宽度设定为在材料宽度与管周长的1/18之间的值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有矩形管横截面且材料厚度小于“极限厚度”的管件的情况下确定采用单个的连接片。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述连接片的宽度设定为在材料厚度与连接片所在的矩形的边总宽度之间的值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有矩形管横截面且材料厚度大于“极限厚度”的管件的情况下确定采用两个连接片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定采用材料厚度与连接片所在的矩形的边总宽度的一半之间的值作为所述连接片的宽度。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将连接片的位置设定为在0mm与连接片所在的矩形的边总宽度减去连接片宽度的和之间的值。
9.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，至少使居中的废料部分设有微型接头，所述微型接头将居中的废料部分与第一管件和第二管件连接起来。
10.用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造一体式弯管部件的软件模块，其特征在于，设置一个数据存储器，所述数据存储器包含第一管件与第二管件之间的至少一个连接片的几何结构和位置、第一管件与第二管件的对接棱边上的至少一个定位元件的几何结构和位置、以及第一管件与第二管件之间的至少一个废料部分的几何结构。
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