CN106111772B - 旋轮位姿可调的立式旋压机床装置 - Google Patents

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Abstract

一种旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，包括：斜向旋压机构、主轴、顶杆和机身壳体，其中：主轴设置于机身壳体内并正对设置于机身壳体的上方的顶杆，斜向旋压机构对称设置于顶杆的两侧，并与机身壳体相嵌；斜向旋压机构包括：四自由度并联机器人、两个横向电机、两个斜向电机、两个平行的横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨，其中：两个斜向丝杠导轨同轴布置，两个横向丝杠导轨同轴布置，斜向丝杠导轨与横向丝杠导轨形成T字形结构；四自由度并联机器人分别与两个横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨相连，横向电机和斜向电机分别设置于横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨上，并驱动四自由度并联机器人运动。本发明设计合理，加工精度高，适用范围广。

Description

旋轮位姿可调的立式旋压机床装置
技术领域
本发明涉及的是一种用冲压、旋压或拉深的无切削成型领域的技术，具体是一种旋轮位姿可调的立式旋压机床装置。
背景技术
金属旋压工艺是配料通过旋压使之受力点由点到面，同时在某个方向用滚压刀具给与一定的压力，使金属材料沿着这一方向变形和流动而成型的技术。
目前，超大直径薄壁构件的高效高精度加工是我国航空航天等领域急需解决的关键技术。然而，随着构件尺度的增大，构件难以采用整体方法制造，只能采用如旋压等局部制造工艺。国内目前的旋压成形工艺在直径超过一定范围后就会出现板边扭曲起皱以及开裂等问题。其主要原因之一在于加工过程中材料的流动方向与旋轮的旋压方向之间存在一定的角度，即母线方向受拉，切线方向受压，因此合力方向与旋轮的旋压方向不一致。而现有的旋压机床只有一个方向的摆动自由度，在机械结构上并不完善，且加工精度不高，效率低下。
发明内容
本发明针对现有技术大部分仅能实现辊轮三自由度的运动，并未有效解决板边扭曲起皱的问题，提出一种旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，通过与横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨相连的四自由度并联机器人使旋轮的旋压方向与待加工零件的材料流动方向垂直，压力方向与旋轮的旋压方向始终一致，可有效改善板边褶皱的现象，加工精度高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：斜向旋压机构、主轴、顶杆和机身壳体，其中：主轴设置于机身壳体内并正对设置于机身壳体的上方的顶杆，斜向旋压机构对称设置于顶杆的两侧，并与机身壳体相嵌。
所述的斜向旋压机构包括：四自由度并联机器人、两个横向电机、两个斜向电机、两个平行的横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨，其中：两个斜向丝杠导轨同轴布置，两个横向丝杠导轨同轴布置，斜向丝杠导轨与横向丝杠导轨形成T字形结构；四自由度并联机器人分别与两个横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨相连，横向电机和斜向电机分别设置于横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨上，并驱动四自由度并联机器人运动。
所述的横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨设置于机身壳体上。
所述的斜向丝杠导轨与水平面的夹角为30°。
所述的四自由度并联机器人包括：菱形动平台、旋轮、平行四边形支链和两个PUS支链，其中：两个平行四边形支链分别与菱形动平台相邻的两个顶点转动连接，两个PUS支链与菱形动平台的同一个顶点转动连接，旋轮设置于菱形动平台的另一个顶点上。
所述的PUS支链包括：PUS连杆和设置于PUS连杆两端的虎克铰和球铰链。
所述的虎克铰分别通过PUS滑块与两个横向丝杠导轨相连。
所述的平行四边形支链包括：依次串联形成平行四边形结构的四个平行四边形连杆。
所述的斜向丝杠导轨上滑动设置有滑块，与菱形动平台相连的平行四边形连杆的对侧平行四边形连杆与滑块相连。
所述的主轴上设有待加工零件并正对顶杆，主轴和待加工零件之间优选设有胎膜。
所述的旋轮方向朝向胎膜。
技术效果
与现有技术相比，本发明的技术效果包括：1)通过菱形动平台和PUS支链、平行四边形支链，增加了整机的结构刚度和自由度，使得在加工过程中旋轮的旋压方向与材料的流动方向垂直，压力方向与旋轮的旋压方向始终保持一致，可有效改善板边褶皱现象；2)两套斜向旋压机构相对于顶杆对称布置，具有良好的对中性，防止被压构件跑偏；3)通过并联机构的驱动形式，有利用提高装备的整体刚度，从而有效提高装备的控制精度，保证加工质量；4)采用斜向移动、横向移动分别独立控制的驱动形式使得装备具有较大的运动范围和工作空间，能够完成大直径、轻薄材料的旋压加工；5)同时，采用各个运动独立控制的方式，可以进一步提高装备的柔性化程度，使其适用于不同直径大小的零件加工。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为斜向旋压机构示意图；
图3为旋轮空间自由度示意图；
图中：(a)为侧视图，(b)为俯视图；
图中：1斜向旋压机构、2胎膜、3主轴、4控制器、5顶杆、6机身壳体、7横向电机、8横向丝杠导轨、9虎克铰、10PUS连杆、11球铰链、12菱形动平台、13旋轮、14转动副、15平行四边形连杆、16滑块、17斜向丝杠导轨、18斜向电机。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：待加工零件、斜向旋压机构1、胎膜2、主轴3、控制器4、顶杆5和机身壳体6，其中：胎膜2、主轴3和控制器4依次相连并设置于机身壳体6内，顶杆5设置于机身壳体6的上方与主轴3相对应，并将待加工零件固定于胎膜2上；斜向旋压机构1对称设置于顶杆5的两侧，并与机身壳体6相嵌；控制器4驱动斜向旋压机构1，并驱动主轴3旋转。
如图2所示，所述的斜向旋压机构1包括：四自由度并联机器人、两个横向电机7、两个斜向电机18、两个平行的横向丝杠导轨8和两个串联的斜向丝杠导轨17，其中：两个横向丝杠导轨8垂直设置于斜向丝杠导轨17同一端的左右两侧，并和串联的斜向丝杠导轨17形成T字形结构；四自由度并联机器人分别与两个横向丝杠导轨8和两个斜向丝杠导轨17相连，横向电机7和斜向电机18分别设置于横向丝杠导轨8和斜向丝杠导轨17上，并驱动四自由度并联机器人运动。
所述的横向丝杠导轨8和斜向丝杠导轨17设置于机身壳体6上。
所述的斜向丝杠导轨17与水平面的夹角为30°。
所述的四自由度并联机器人包括：转动副14、菱形动平台12、旋轮13、平行四边形支链和两个PUS支链，其中：两个平行四边形支链分别与菱形动平台12相邻的两个顶点通过转动副14相连，两个PUS支链与菱形动平台12的同一个顶点通过转动副14相连，旋轮13设置于菱形动平台12的另一个顶点上。
所述的PUS支链包括：PUS连杆10和设置于PUS连杆10两端的虎克铰9和球铰链11。
所述的虎克铰9分别通过PUS滑块与两个横向丝杠导轨8相连。
所述的平行四边形支链包括：依次串联形成平行四边形结构的四个平行四边形连杆15。
所述的斜向丝杠导轨17上滑动设置有滑块16，与菱形动平台12相连的平行四边形连杆15的对侧平行四边形连杆15与滑块16相连。
所述的旋轮13方向朝向胎膜2。
如图3所示，控制器4分别通过对横向电机7和斜向电机18的驱动，实现对斜向旋压机构1的控制，四自由度并联机器人中两个PUS支链的虎克铰9所连的PUS滑块和平行四边形支链的滑块16分别在横向丝杠导轨8和斜向丝杠导轨17上运动，从而带动设置在菱形动平台12上的旋轮13运动；旋轮13沿x轴方向的移动A、沿y轴方向的移动D、沿z轴方向的移动B和绕y轴的转动C实现四自由度的运动，使旋轮13的旋压方向与待加工零件的材料流动方向始终垂直。
所述的转动副14与旋轮13分别布置于同一个菱形动平台12的四个顶点上，以尽可能地提高菱形动平台12的强度。

Claims (9)

1.一种旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征在于，包括：斜向旋压机构、主轴、顶杆和机身壳体，其中：主轴设置于机身壳体内并正对设置于机身壳体的上方的顶杆，斜向旋压机构对称设置于顶杆的两侧，并与机身壳体相嵌；
所述的斜向旋压机构包括：四自由度并联机器人、两个横向电机、两个斜向电机、两个平行的横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨，其中：两个斜向丝杠导轨同轴布置，两个横向丝杠导轨同轴布置，斜向丝杠导轨与横向丝杠导轨形成T字形结构；四自由度并联机器人分别与两个横向丝杠导轨和两个斜向丝杠导轨相连，横向电机和斜向电机分别设置于横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨上，并驱动四自由度并联机器人运动。
2.根据权利要求1所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的横向丝杠导轨和斜向丝杠导轨设置于机身壳体上。
3.根据权利要求1所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的斜向丝杠导轨与水平面的夹角为30°。
4.根据权利要求1所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的四自由度并联机器人包括：菱形动平台、旋轮、平行四边形支链和两个PUS支链，其中：两个平行四边形支链分别与菱形动平台相邻的两个顶点转动连接，两个PUS支链与菱形动平台的同一个顶点转动连接，旋轮设置于菱形动平台的另一个顶点上。
5.根据权利要求4所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的PUS支链包括：PUS连杆和设置于PUS连杆两端的虎克铰和球铰链，其中：虎克铰分别通过PUS滑块与两个横向丝杠导轨相连。
6.根据权利要求4所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的平行四边形支链包括：依次串联形成平行四边形结构的四个平行四边形连杆。
7.根据权利要求6所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的斜向丝杠导轨上滑动设置有滑块，与菱形动平台相连的平行四边形连杆的对侧平行四边形连杆与滑块相连。
8.根据权利要求1所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的主轴上设有待加工零件并正对顶杆，主轴和待加工零件之间设有胎膜。
9.根据权利要求4所述的旋轮位姿可调的立式旋压机床装置，其特征是，所述的主轴上设有待加工零件并正对顶杆，主轴和待加工零件之间设有胎膜；所述的旋轮方向朝向胎膜。
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