CN104858281B - 可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，所述成形装置由机架、板材放置结构、下工具头、上双联工具头以及上工具头移动机构和下工具头移动机构组成，本发明由一个下工具头和一组双联上工具头组成，尽管只有三个工具头，但两个上工具头的相对位置可以改变，可以成形复杂的零件，且双联工具头可以实现一次运动中同时进行成形和整形，成形效率高。

Description

可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置

技术领域

本发明属于板材塑性成形领域，具体涉及一种可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置。

背景技术

塑性成形技术是制造加工领域的一个重要研究发展方向，包括模锻、冲裁、挤压、拉延等等加工工艺。但塑性成形一般都需要专用模具，模具的加工成本高，开发周期长，并且会有损耗。此外，传统塑性成形都是整体成形，整体加载，成形力大，能耗高，噪音大。因此，传统的成形方式不适合小批量零件的生产，进而诞生了“柔性成形”的概念，柔性成形不需要专门模具，可以适用于任意形状的板材成形。

增量成形就是一种柔性成形的工艺，通过一个或多个压头，对板材进行局部加载、成形，无需模具，是无模成形，成形力小，能耗小，由于可以成形任意形状，适用于小批量零件的研发生产。增量成形中，又分为单面单点增量成形和双面多点增量成形两大类。单面单点增量成形机构简单，可以通过三轴数控铣床直接改装，用工具头代替主轴刀具，但是单面单点增量成形局限性大。而双面多点增量成形时的板材两面都可有成形工具头，可成形形状更为复杂的零件，成型工具头可参与成形，也可起支撑作用，灵活性更大。

国内外已有了一些增量成形方面的专利。如专利公开号CN102101363A，公开了一种板材多点成形装置，该装置包括一模架、安装在模架上平板的若干上压头加压单元和安装在模架下平板的若干下压头支撑单元，上压头加压单元由上压头、弹簧、行程调节组件组成，上压头安装在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的轴线上下运动，弹簧安装在上压头和模架上平板之间；下压头支撑单元由下压头、柱塞和液压缸组成，液压缸固定在模架的下平板上，柱塞与下压头连接。该发明成形曲面可以任意构成且调整方式简便，在成形过程中也不再需要对任何元件进行实时调整，始终有稳定、均匀的法向压力作用在板料上。但该装置的压头只能沿轴线上下移动，成形形状受到局限，成形力也较大，并且，压头间距离不可调节。又如专利公开号CN103316981A，公开了一种双面多点增量成形装置，该装置包括两侧压台、上冲头和下冲头，在待成形薄板的上方设置上冲头，下方设置下冲头，下冲头至少为三个，固定在下冲头固定座上，呈多边形排列。该装置是主要依靠上冲头进行变形下冲头起到局部支撑作用，上冲头需要多次运动才能完成成形要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术和应用存在的局限性，而提供一种可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，由一个下工具头和一组双联上工具头组成，其特点为：双联上工具头可一次运动，同时实现成形与整形功能，上、下工具头的相对位置可以改变，并且上双联工具头的两个工具头的相对位置也可以改变，可以成形复杂的零件，且双联工具头可以实现一次运动中同时进行成形和整形，成形效率高。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，所述成形装置由机架、板材放置结构、下工具头、上双联工具头以及上工具头移动机构和下工具头移动结构组成，所述机架包括底板、工作台和顶板，所述底板、工作台和顶板依次通过支撑圆柱相连，所述工作台上设有压环，所述底板、工作台、顶板上设有用于固定工具头移动装置的导轨、丝杠的孔位，所述的工具头部件由高硬度滚珠，连接杆上和三爪夹头构成，所述连接杆上端固定有高硬度滚珠，下端通过三爪夹头夹紧，由于使用三爪夹头，可以根据需要使用不同的直径的滚珠，下工具头结构直接就是工具头部件，上双联工具头包括底座，所述底座上设有第一工具头和第二工具头，每个工具头下方都有完全相同的调节机构，由外螺纹杆、内螺纹轴套、第一齿轮、第二齿轮和伺服电机，以所述第一工具头为例，第一工具头由工具头部件组成，有滚珠、直杆和三爪夹头，所述三爪夹头下端安装有一外螺纹杆，所述外螺纹杆和内螺纹轴套构成伸缩螺杆结构，所述内螺纹轴套外固接有第一齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相连形成齿轮副，所述第二齿轮与所述伺服电机相连，所述上、下工具头移动结构、包括径向移动丝杠、径向移动伺服电机、回转底座、旋转伺服电机、升降回转台、竖直移动丝杠、竖直移动伺服电机和竖直移动导轨，所述升降回转台上对称设有两竖直移动丝杠，所述竖直移动丝杠下端穿过所述升降回转台连接有竖直移动伺服电机，所述升降回转台上对称设有两竖直移动导轨，保证整个机构位置精度。即，工具头移动机构有三个自由度的运动：工具头在径向、竖直方向平动，绕竖直轴旋转三个。所述升降回转台为一阶梯圆环，所述圆环内部的圆形导轨上安装有一回转底座，所述回转底座上方固定有径向移动丝杠，所述径向移动丝杠上有下工具头或上双联工具头，一端安装在所述回转底座上，另一端与所述径向移动伺服电机通过齿轮副相连。

其中，所述的板材放置结构由中央开有圆孔的工作台和一压环构成，所述压环和工作台通过多个螺栓连接夹紧。

其中，所述第一工具头和第二工具头组成上双联工具头。

其中，上工具头移动机构与下工具头移动结构，结构类似，区别仅仅是竖直向安装方向相反，径向移动丝杠上分别安装下工具头或上双联工具头。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过设置不同的工具头数量和位置，可以成形复杂的形状；上双联工具头结构可以在一次运动时进行同时成形和整形，有效提高效率；上双联工具头的成形角度可以自由控制、调整，以成形复杂形状，并保证精度；工具头形状简单，适用性广，避免了模具开发的高成本、长周期问题，更换方便；整体结构合理，工作可靠，结构紧凑，模块化好。

附图说明

图1为本发明实施例可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置的整体结构示意图。

图2为图1中机架和板材放置结构的结构示意图。

图3为图1中下工具头的结构示意图。

图4为图1中上双联工具头的结构示意图。

图5为图1中下工具头移动结构示意图。

图6为实施例1中双面双点增量成形的示意图。

图7为实施例2同时成形和整形的双面三点增量成形的示意图。

图8为实施例3适用于局部上凸的双面三点增量成形的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-6所示，本发明实施例提供了一种可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，所述成形装置由机架1、板材放置结构2、下工具头3、上双联工具头4以及下工具头移动结构5和上工具头移动机构6组成，所述机架1包括底板7、工作台8和顶板9，所述底板7、工作台8和顶板9依次通过支撑圆柱10相连，所述工作台8上设有压环11，所述底板7、工作台8、顶板9上设有用于固定工具头移动装置的导轨、丝杠的孔位，所述的工具头部件由高硬度滚珠12，连接杆13上和三爪夹头14构成，所述连接杆13上端固定有高硬度滚珠12，下端通过三爪夹头14夹紧，由于使用三爪夹头，可以根据需要使用不同的直径的滚珠，下工具头3直接就是工具头部件，上双联工具头4包括底座15，所述底座15上设有第一工具头16和第二工具头17，每个工具头下方都有完全相同的调节机构，由外螺纹杆18、内螺纹轴套19、第一齿轮20、第二齿轮21和伺服电机22，以所述第一工具头16为例，第一工具头16由工具头部件组成，有滚珠、直杆和三爪夹头，所述三爪夹头下端安装有一外螺纹杆18，所述外螺纹杆18和内螺纹轴套19构成伸缩螺杆结构，所述内螺纹轴套19外固接有第一齿轮20，所述第一齿轮20和第二齿轮21相连形成齿轮副，所述第二齿轮21与所述伺服电机22相连，所述上、下工具头移动结构5、6包括径向移动丝杠23、径向移动伺服电机24、回转底座25、旋转伺服电机26、升降回转台27、竖直移动丝杠28、竖直移动伺服电机29和竖直移动导轨30，所述升降回转台27上对称设有两竖直移动丝杠28，所述竖直移动丝杠28下端穿过所述升降回转台27连接有竖直移动伺服电机29，所述升降回转台27上对称设有两竖直移动导轨30，保证整个机构位置精度。即，工具头移动机构有三个自由度的运动：工具头在径向、竖直方向平动，绕竖直轴旋转三个。所述升降回转台27为一阶梯圆环，所述圆环内部的圆形导轨上安装有一回转底座25，所述回转底座25上方固定有径向移动丝杠23，所述径向移动丝杠23上有下工具头3或上双联工具头4，一端安装在所述回转底座25上，另一端与所述径向移动伺服电机24通过齿轮副相连。

其中，所述的板材放置结构由中央开有圆孔的工作台8和一压环11构成，所述压环11和工作台8通过多个螺栓连接夹紧。

其中，所述第一工具头16和第二工具头17组成上双联工具头4。

其中，上工具头移动机构6与下工具头移动结构5，结构类似，区别仅仅是竖直向安装方向相反，径向移动丝杠23上分别安装下工具头3或上双联工具头4。

本具体实施成形前，将压环上的螺栓拧下，取下压环11，放上大小合适的板料，放上压环11，再紧固螺栓就完成了对板料的夹紧，可以准备成形，本发明有三个基本工作方式：

实施例1

双面双点成形：适用于局部尺度小的成形情况

如图6所示,上双联工具头4中的第一工具头16和下工具头3参与成形，。成形前双联工具头的靠近板材中心的第二工具头17的伸缩螺杆18缩到最短，外侧的第一工具头16略微伸长。成形时仅有第一工具头16和下工具头3共同成形。成形轨迹为等高线轨迹，上、下工具头调整好径向位置后，下工具头3上移，上第一工具头16下移，到达成形位置后上下工具头开始同步旋转，在旋转时工具头的竖直方向和径向不发生移动。待成形完一圈后，下工具头3下移，上双联工具头4上移，调整径向位置，再进行下一圈的成形。

实施例2

工具头一次运动，同时成形和整形的双面三点增量成形：

如图7所示,上双联工具头4的两个工具头16、17和下工具头3都参与成形，下工具头3在板材弯折处起支撑作用，位置靠下的第二工具头17对板材成形，而位置靠上的第一工具头16对已成形区域对板材进行整形，同时提高支撑刚度。成形前，两工具头的伸缩螺杆根据成形形状调整至对应长度，待下压后两点均能接触板料。成形时，下工具头3上压，上双联工具头4下压，后续成形工序和第一种成形方式类似。

实施例3

局部上凸的双面三点增量成形：

如图8所示,上双联工具头4的两个工具头16、17和下工具头3都参与成形，下工具头3作用于上凸处，双联工具头4的两个工具头16、17作用于下工具头内侧和外侧，使板材成形为上凸结构。成形前，两工具头的伸缩螺杆根据成形形状调整至对应长度，待下压后两点均能接触板料。成形时，下工具头3上压，上双联工具头4下压，后续成形工序和第一种成形方式类似。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要说明的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，其特征在于，所述成形装置由机架、板材放置结构、下工具头、上双联工具头以及上双联工具头的移动机构和下工具头的移动机构组成，所述机架包括底板、工作台和顶板，所述底板、工作台和顶板依次通过支撑圆柱相连，所述工作台上设有压环，所述下工具头由高硬度滚珠、连接杆和三爪夹头构成，所述连接杆上端固定有高硬度滚珠，下端通过三爪夹头夹紧，上双联工具头包括底座，所述底座上设有第一齿轮、第二齿轮、外螺纹杆、内螺纹轴套和第一工具头和第二工具头，所述第一工具头由依次连接的滚珠、直杆和三爪夹头构成，所述第一工具头的三爪夹头下端安装有一外螺纹杆，所述外螺纹杆和内螺纹轴套构成伸缩螺杆结构，所述内螺纹轴套外固接有第一齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相连形成齿轮副，所述第二齿轮与伺服电机相连，所述下工具头的移动机构包括径向移动丝杠、径向移动伺服电机、回转底座、旋转伺服电机、升降回转台、竖直移动丝杠、竖直移动伺服电机和竖直移动导轨，所述升降回转台上对称设有两竖直移动丝杠，所述底板、工作台上设有用于固定竖直移动丝杠和竖直移动导轨的孔位，所述竖直移动丝杠下端穿过所述升降回转台连接有竖直移动伺服电机，所述升降回转台上对称设有两竖直移动导轨，所述升降回转台上设有一通孔，所述通孔上方固定有一回转底座，所述回转底座上方固定有径向移动丝杠，所述径向移动丝杠一端与所述回转底座的一侧连接，另一端与所述径向移动伺服电机相连，所述径向移动丝杠固定有下工具头。

2.根据权利要求1所述的可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，其特征在于，所述的板材放置结构由一中央开有圆孔的工作台和压环构成，压环和工作台通过多个螺栓连接夹紧。

3.根据权利要求1所述的可同时实现成形与整形的板材双面三点增量成形装置，其特征在于，所述第一工具头和第二工具头组成上双联工具头。