CN105598230B - 三维多自由度渐进式弯管机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维多自由度渐进式弯管机构，属于弯管机构领域。所述弯管机构包括床身、头部支架、转盘、滑块、万向球和控制箱，其中所述床身上设置有夹紧输送装置；所述头部支架包括相对安装的上支架和下支架，所述上支架和下支架之间设置有圆形透孔；所述转盘的后部可转动安装在所述圆形透孔内，所述转盘的前部设置有滑槽；所述滑块包括底座和底座盖，所述底座可滑动安装在所述滑槽中，所述底座和底座盖上开有球形孔洞；所述万向球安装在所述球形孔洞内，所述控制箱通过十字轴式万向节驱动连接所述万向球。本发明价格低廉，能够空间多自由度弯曲管材，从而可以很大程度上避免管材制造成型缺陷，提高管材制造的自由度和效率。

Description

三维多自由度渐进式弯管机构

技术领域

本发明涉及弯管机构领域，特别是指一种三维多自由度渐进式弯管机构。

背景技术

目前国内生产弯管一般采用的是传统方式，即依据二维图样，采用装砂填料热弯、装砂填料手工冷弯、普通机弯以及钢管充液压弯等方法进行。传统弯管完全凭借操作者的经验和技术熟练程度来控制产品质量。因此，管形差异较大，校正量大，大管径导管弯曲质量尤其难以保证，往往产生圆度超差、内半径处起皱、管腔内的填充物清除不干净等问题。传统弯管工序很多，操作过程繁杂。

近年来，国内一些企业从国外购进了先进的数控弯管机。数控弯管过程是先向机床内置计算机输入导管的成形数据，然后放置管坯，由机床自动控制弯曲成形。数控弯管技术的应用，明显缩短了导管的加工周期，提高了产品质量，降低了生产成本，并使导管加工的技术含量大大提高。在国内数控弯管机的普遍应用将会成为大趋势，但是由于国外数控弯管机引进成本高，维修不方便等缺点，制约着国内数控弯管机的发展。因此国内数控弯管机的设计和制造显得尤为重要。数控弯管机的头部设计是整个数控机床设计的重中之重。实现空间多自由度弯曲扭转的同时，尽量避免其制造缺陷将成为头部设计制造难点。

总体来说，现有弯管机构主要存在以下两大问题：

1)在国内，现有弯管机构大多是基于在同一面内进行弯管，一次弯管后，通过旋转管件来实现三维弯管。产品的连续性较差，存在过渡区域。且对于复杂形状需多次成形，缺陷较多。

2)在国际上，特别是德国和美国虽然已实现了三维空间弯管技术。不同的自由度通过不同的机构来实现，比如位移和旋转自由度都分别由不同的动力和传动机构控制，来实现精确定位，但是价格昂贵。国内普通平面数控弯管机价格在30万，而国外三维控制的价格在300万左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种价格低廉，能够空间多自由度弯曲管材的三维多自由度渐进式弯管机构，从而可以很大程度上避免管材制造成型缺陷，提高管材制造的自由度和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种三维多自由度渐进式弯管机构，包括床身、头部支架、转盘、滑块、万向球和控制箱，其中：

所述床身上在所述头部支架的后部设置有用于输送待加工管件的夹紧输送装置；

所述头部支架包括相对安装的上支架和下支架，所述上支架和下支架之间设置有圆形透孔；

所述转盘的后部可转动安装在所述圆形透孔内，所述转盘的前部设置有滑槽，所述转盘上设置有第一管件通道；

所述滑块包括底座和底座盖，所述底座可滑动安装在所述滑槽中，所述底座和底座盖上设置有第二管件通道，所述底座和底座盖上绕所述第二管件通道开有球形孔洞；

所述万向球安装在所述球形孔洞内，所述万向球的中部设置有第三管件通道，所述控制箱通过十字轴式万向节驱动连接所述万向球。

本发明具有以下有益效果：

本发明中转盘的转动，转盘上滑块的往复直线运动，再加上万向球经过控制可多自由度旋转的特点，使得头部运行控制更简单、方便、灵活。本发明与传统弯管机不同，采用数控弯管机三维弯曲旋转技术，具有控制简单、安装便利、操作方便、运动灵活自由等特点。本发明价格低廉，能够空间多自由度弯曲管材，从而可以很大程度上避免管材制造成型缺陷，提高管材制造的自由度和效率。

附图说明

图1为本发明的三维多自由度渐进式弯管机构的原理图；

图2为本发明的三维多自由度渐进式弯管机构的分解图；

图3为本发明的三维多自由度渐进式弯管机构的总体外观图；

图4为图3的左视局部剖视图；

图5为图3的主视图；

图6为本发明中万向节控制万向球的局部图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种三维多自由度渐进式弯管机构，如图1-6所示，包括床身1、头部支架2、转盘3、滑块4、万向球5和控制箱6，其中：

床身1上在头部支架2的后部设置有用于输送待加工管件的夹紧输送装置7；

头部支架2主要起支撑整个弯管机头部的作用，包括相对安装的上支架21和下支架22，上支架21和下支架22之间设置有圆形透孔23；

转盘3的后部可转动安装在圆形透孔23内，转盘3的前部设置有滑槽31，转盘3上设置有第一管件通道32；

滑块4包括底座41(起支撑和滑移作用)和底座盖42(起到固定内部结构的作用)，底座41可滑动安装在滑槽31中，可沿滑槽31方向做往复直线运动，底座41和底座盖42上设置有第二管件通道43，底座41和底座盖42上绕第二管件通道43开有球形孔洞44；

万向球5安装在球形孔洞44内，形成球笼式万向节结构，万向球5的中部设置有第三管件通道51，控制箱6通过十字轴式万向节61驱动连接万向球5。

应用时，将待加工管件8放置在床身1上的夹紧输送装置7中，夹紧输送装置7输送管件8穿过上支架21和下支架22之间的圆形透孔23，再依次穿过转盘3上的第一管件通道32、底座41和底座盖42上的第二管件通道43，最后进入万向球5上的第三管件通道51。

本发明中转盘的转动，转盘上滑块的往复直线运动，再加上万向球经过控制可多自由度旋转的特点，使得头部运行控制更简单、方便、灵活。本发明与传统弯管机不同，采用数控弯管机三维弯曲旋转技术，具有控制简单、安装便利、操作方便、运动灵活自由等特点。本发明价格低廉，能够空间多自由度弯曲管材，从而可以很大程度上避免管材制造成型缺陷，提高管材制造的自由度和效率。

如图1所示，管件8在弯曲过程中需要扭转自由度控制的同时(图1中运动B)，在位移自由度方面需要一定的旋转自由度的进给(图1中运动A)，来防止管件8出现褶皱的现象。通过位移自由度运动A和旋转自由度运动B的准确控制，两个自由度分别由不同动力控制，一旦最右侧的送料轮9和万向球5的水平距离、竖直距离和转动角度确定，管件8在该部分的曲率就可以确定了(即通过极坐标的形式实现位移位置定位)。通过以上方式实现管件的在三维空间的精确弯曲成形。

本发明中，转盘和滑块共同实现管件的位移自由度定位。管件的旋转自由度以万向节的结构来实现。由控制箱提供万向球推力和扭转力，经过十字轴式万向节(图6放大部分)传递，实现万向节的三维随意扭转，该结构是本发明的创新之一。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明有别于国内传统弯管机基于二维图样对管材加工，而是采用数控弯管机三维弯曲旋转技术，对数控弯管机头部进行设计，是一种新型的数控弯管机；采用的是球笼式万向节，与其它部件共同实现管材的多自由度旋转，可在两轴最大交角为42°情况下传递转矩，承载能力强、拆装方便、结构紧凑，可以将工作空间充分利用；同时球笼式万向节也是一种等速万向节，可以方便有效的进行调速；使用十字轴式万向节控制万向球的旋转，结构简单、控制方便；转盘是可以转动的，而转盘上的滑块可以在转盘的滑槽上做往复直线运动，再加上万向球多自由度旋转的特点，便使得头部运行控制更加灵活自由。

国内弯管机大多是基于在同一平面内的弯管，通过旋转管件的形式，实现三维的弯曲成形。该方法的变形过程不连续，因而只能完成相对简单的三维弯曲成形，且由于弯曲变形不连续，易造成变形应力集中、起皱等问题。产品质量不能保证。单个设备造价在30万人民币左右。

目前很多国外知名设备企业已完成了三维弯管机的发明，知名的有德国的Schwarze-Robitec，Transfluid等企业。该类设备大多采用两个正交坐标控制位移自由度(分别控制x、y两个方向)，旋转自由度也采用两个旋转马达控制，该类设计在结构上相对复杂，且造价较高，单价在300万人民币左右，国内未见有企业引进该类设备。本发明在国外同类设备结构的基础上，通过极坐标控制代替两个正交坐标控制位移的方式，可以简化控制结构，此为该发明的创新之一。

通过万向球结合万向节的形式可以实现管件旋转自由度的控制，不同于国外同类设备每个旋转自由度分别控制的形式，同样大大降低了设备的复杂程度，又可以保证精确控制，降低多个控制带来的成本，此为该发明的第二个创新之处。

针对国内同类产品，本发明在管件的弯曲成形方面有更多的自由度，可以实现连续成形。常规弯曲设备在弯曲完成一段弧度管材后，先停止，再旋转工件，进而再进行下一个平面内的弯曲，在停顿的过程中，材料的流动是不连续的，而三维的渐进成形能使成型过程不间断进行，因而材料的流动也是连续的。这样就可以有效降低在某一个区域突然的应力集中，起皱等缺陷。另外，该弯管机构可以添加在国内普通数控弯管机上，在加工过程中，明显缩短了导管的加工周期，提高了产品质量，降低了生产成本，并使导管加工的技术含量大大提高。

本发明中，如图2和图4所示，转盘3的后部可转动安装在圆形透孔23内具体可以通过以下方式：转盘3的后部的圆周上设置有若干第一滚珠滑槽33，第一滚珠滑槽33内设置有柱形滚珠34，转盘3通过柱形滚珠34安装在圆形透孔23内。

本发明中，如图2和图4所示，滑块4的底座41可滑动安装在滑槽31中具体可以通过以下方式：底座41的相对两侧(图中为上下两侧)上设置有若干第二滚珠滑槽45，第二滚珠滑槽45内设置有球形滚珠46，底座41通过球形滚珠46安装在滑槽31中。

本发明中，如图2、图5和图6所示，万向球5安装在球形孔洞44内具体可以通过以下方式：球形孔洞44的内表面设置有若干第一滑槽孔洞441，万向球5的外表面设置有若干第二滑槽孔洞52，万向球5通过设置在第一滑槽孔洞441和第二滑槽孔洞52之间的球形滚珠53安装在球形孔洞44内。

另外，如图2和图3所示，为方便驱动控制万向球5以及考虑美观的因素，控制箱6优选设置在底座41和底座盖42之间。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种三维多自由度渐进式弯管机构，其特征在于，包括床身、头部支架、转盘、滑块、万向球和控制箱，其中：

所述床身上在所述头部支架的后部设置有用于输送待加工管件的夹紧输送装置；

所述头部支架包括相对安装的上支架和下支架，所述上支架和下支架之间设置有圆形透孔；

所述转盘的后部可转动安装在所述圆形透孔内，所述转盘的前部设置有滑槽，所述转盘上设置有第一管件通道；

所述滑块包括底座和底座盖，所述底座可滑动安装在所述滑槽中，所述底座和底座盖上设置有第二管件通道，所述底座和底座盖上绕所述第二管件通道开有球形孔洞；

所述万向球安装在所述球形孔洞内，所述万向球的中部设置有第三管件通道，所述控制箱通过十字轴式万向节驱动连接所述万向球。

2.根据权利要求1所述的三维多自由度渐进式弯管机构，其特征在于，所述转盘的后部的圆周上设置有若干第一滚珠滑槽，所述第一滚珠滑槽内设置有柱形滚珠，所述转盘通过所述柱形滚珠安装在所述圆形透孔内。

3.根据权利要求1所述的三维多自由度渐进式弯管机构，其特征在于，所述底座的相对两侧上设置有若干第二滚珠滑槽，所述第二滚珠滑槽内设置有球形滚珠，所述底座通过所述球形滚珠安装在所述滑槽中。

4.根据权利要求1所述的三维多自由度渐进式弯管机构，其特征在于，所述球形孔洞的内表面设置有若干第一滑槽孔洞，所述万向球的外表面设置有若干第二滑槽孔洞，所述万向球通过设置在所述第一滑槽孔洞和第二滑槽孔洞之间的球形滚珠安装在所述球形孔洞内。

5.根据权利要求1-4中任一所述的三维多自由度渐进式弯管机构，其特征在于，所述控制箱设置在所述底座和底座盖之间。