CN107931383B - 一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，属于金属复杂空心构件成形装备领域。该设备包括机架、送料机构、自由弯曲成形机构、数控绕弯成形机构。所述送料机构包括管材夹紧装置、推进机构和直线导轨Ⅰ，其中管材夹紧装置用于防止管材在成形过程中出现轴向失稳。自由弯曲成形机构包括导向机构、球面轴承和自由弯曲模具。弯曲模在球面轴承作用下绕导向机构发生转动，实现管材自由弯曲成形。数控绕弯成形机构包括夹块和数控绕弯弯曲模，夹块绕数控绕弯弯曲模旋转实现成形。本发明既能实现复杂弯曲构件的自由弯曲成形，同时还能实现最小弯曲半径低至1.5D(D为坯料外径)的成形。
Description
技术领域
本发明涉及金属复杂弯曲构件成形制造技术领域，具体涉及一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备。
背景技术
金属复杂弯曲构件因为其具有的空间结构复杂、整体成形等优势而在航空航天、核电、汽车、船舶等领域具有广阔的应用价值。三维自由弯曲成形技术能实现螺旋形、S形弯管等复杂弯曲构件的精确无模成形。不同的弯曲半径仅需通过控制弯曲模的不同偏心距即能实现。同时三维自由弯曲成形技术还能完全消除不同弯曲段之间的直段。但是现有的三轴、五轴及六轴自由弯曲成形设备所能实现的最小弯曲半径为2.5倍的管材外径，无法满足小弯曲半径弯管(R/D≤2)的成形要求。数控绕弯成形技术能够实现最小弯曲半径低至1.5倍的管材外径成形，但是其无法满足螺旋形等复杂弯曲构件的成形，同时，采用数控绕弯成形出的弯曲构件不同弯曲段之间的直段无法消除。
发明内容
针对目前三维自由弯曲成形技术和数控绕弯成形技术在成形复杂弯曲构件方面所具有的优势和缺点，本发明提供一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，该设备充分发挥三维自由弯曲成形技术和数控绕弯成形技术在成形复杂弯曲构件方面所具有的优势，同时克服了它们各自所存在的缺点，该设备能够实现同时具有R≤2.5D以及三维空间构型特征的弯曲构件的成形。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，该设备包括机架、送料机构、自由弯曲成形机构、数控绕弯成形机构，所述自由弯曲成形机构和数控绕弯成形机构共用一个送料机构，数控绕弯成形机构置于自由弯曲成形机构前端；其中：
送料机构：包括管材夹紧装置、推进装置和直线导轨Ⅰ；所述管材夹紧装置用于装夹待成形管坯，直线导轨Ⅰ固定于所述机架上，所述推进装置能够沿直线导轨Ⅰ滑动并推动管坯，实现将待成形管坯推进自由弯曲成形机构；
自由弯曲成形机构：包括导向装置、球面轴承和自由弯曲模具；所述导向装置固定于机架上，所述待成形管坯经由导向装置进入自由弯曲模具内；所述自由弯曲模具设于球面轴承内，所述自由弯曲模具能够在球面轴承的带动下(偏心运动作用下)绕导向装置发生转动，进而实现管材自由弯曲成形；
数控绕弯成形机构：包括夹块、压块、绕弯成形模具和数控绕弯机构安装平台；所述待成形管坯经过自由弯曲模具成形后进入所述绕弯成形模具内；所述绕弯成形模具与所述夹块相配合实现管件的绕弯成形。
所述管材夹紧装置与导向装置、自由弯曲模具、绕弯成形模具采用同轴装配，以保证设备的直线度。
所述球面轴承与自由弯曲模具采用球面配合。
所述夹块和绕弯成形模具都安装在数控绕弯机构安装平台上；所述压块设于自由弯曲模具和绕弯成形模具之间，所述压块通过压块移动导轨安装在绕弯机构安装平台上，在数控绕弯成形机构启动时，压块通过压块移动导轨对管坯进行移动定位。
所述夹块上设有与待加工管坯的管形相适应的凹槽，所述夹块能绕所述绕弯成形模具旋转，管坯置于绕弯成形模具与夹块上的凹槽之间。
所述数控绕弯机构安装平台通过直线导轨Ⅱ与机架连接，当自由弯曲成形机构启动时，数控绕弯机构安装平台能够在伺服电机的驱动下作左右移动，为成形出的管材让开空间，避免成形出的管材与自由弯曲成形机构发生干涉。
所述自由弯曲成形机构中，球面轴承在伺服电机的驱动下，能够在X/Y平面内运动。
所述导向装置在自由弯曲成形过程中保持固定不动。
该设备既能实现复杂弯曲构件的自由弯曲成形，同时还能实现最小弯曲半径低至1.5D(D为坯料外径)的管件成形。
本发明的工作原理为：
本设备中，数控绕弯成形机构置于自由弯曲成形机构前端，在设备启动之前，自由弯曲成形机构位于零点位置，数控绕弯弯曲模与其处于同一轴线。当设备启动后，对于弯曲构件中适合于采用自由弯曲成形的部分，此时首先数控绕弯机构安装平台沿直线导轨运动，为自由弯曲成形出的构件让出空间，其次启动自由弯曲成形机构进行管材的自由弯曲成形。在完成管材的自由弯曲成形之后，数控绕弯机构安装平台移动至初始位置，启动数控绕弯成形机构，进行管材数控绕弯成形部分的成形。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明提供了一种成形具有R≤2.5D以及三维空间构型特征的弯曲构件的成形设备；本发明设备对管坯进行成形的过程中，在该弯曲构件适合自由弯曲成形的部分，采用自由弯曲成形技术成形，在该弯曲构件相对弯曲半径R≤2.5D(D为坯料外径)的部分，采用数控绕弯成形。通过以上两种成形方式的复合，实现同时具有R≤2.5D以及三维空间构型特征的弯曲构件的成形。
2、本发明有效地克服了自由弯曲成形技术无法实现小弯曲半径的成形以及数控绕弯成形技术无法实现三维空间弯曲构件的成形的缺陷。
3、采用本发明设备成形过程简单可行，生产效率高，在航空、航天等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
附图说明
图1为本发明三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备结构示意图。
图2为本发明设备成形流程图。
其中：1-机架；2-推进装置；3-夹紧装置；4-直线导轨Ⅰ；5-管坯；6-导向装置；7-球面轴承；8-自由弯曲模具；9-压块；10-绕弯成形模具；11-夹块；12-压块移动导轨；13-数控绕弯机构安装平台。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示,本发明三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备包括机架1、送料机构、自由弯曲成形机构、数控绕弯成形机构，所述自由弯曲成形机构和数控绕弯成形机构共用一个送料机构，数控绕弯成形机构置于自由弯曲成形机构前端；各部分具体结构如下：
一、送料机构：
包括管材夹紧装置3、推进装置2和直线导轨Ⅰ4；管材夹紧装置用于装夹待成形管坯5，防止管材在成形过程中出现轴向失稳；直线导轨固定于所述机架1上，所述推进装置为底部一侧开设凹槽的长方体结构，凹槽与直线导轨Ⅰ相配合使推进装置能够沿直线导轨Ⅰ滑动，推进装置用于推进管坯(仅推动管坯)沿直线导轨移动；
二、自由弯曲成形机构：
包括导向装置6、球面轴承7和自由弯曲模具8；所述导向装置固定于机架上，所述待成形管坯经由导向装置6进入自由弯曲模具8内；所述自由弯曲模具设于球面轴承7内并与之采用球面配合，所述自由弯曲模具8能够在球面轴承的带动下(偏心运动作用下)绕导向装置发生转动，进而实现管材自由弯曲成形；
所述自由弯曲成形机构中，球面轴承在伺服电机的驱动下，能够在X/Y平面内运动。所述导向装置在自由弯曲成形过程中保持固定不动。
三、数控绕弯成形机构：
包括夹块11、压块9、绕弯成形模具10和数控绕弯机构安装平台13；所述待成形管坯经过自由弯曲模具8成形后进入所述绕弯成形模具10内；所述绕弯成形模具与所述夹块11相配合实现管件的绕弯成形。
所述数控绕弯机构安装平台13通过直线导轨Ⅱ(与机架上的导轨不是一个，机架上的导轨是前后方向的，推动管坯送料前进，这个直线导轨Ⅱ是左右方向的，用于移动数控绕弯机构安装平台)与机架1连接，当自由弯曲成形机构启动时，为了避免成形出的管材与绕弯成形机构发生干涉，数控绕弯机构安装平台13能够在伺服电机的驱动下作左右移动，为成形出的管材让开空间。
所述夹块11和绕弯成形模具10都安装在数控绕弯机构安装平台13上；所述压块9设于自由弯曲模具和绕弯成形模具之间，所述压块通过压块移动导轨12安装在绕弯机构安装平台13上，在数控绕弯成形机构启动时，压块9通过压块移动导轨12对管坯5进行移动定位。
所述夹块上设有与待加工管坯的管形相适应的凹槽，管坯置于绕弯成形模具与夹块上的凹槽之间，所述夹块能绕所述绕弯成形模具旋转，实现管材绕弯成形。
本发明设备中，所述管材夹紧装置与导向装置、自由弯曲模具、绕弯成形模具采用同轴装配，以保证设备的直线度。本发明设备既能实现复杂弯曲构件的自由弯曲成形，同时还能实现最小弯曲半径低至1.5D(D为坯料外径)的管件成形。
本发明的实现步骤如下：
1.如图2所示为本发明的流程图，设备启动，整机设备的启动可由工控机控制继电器启动或者手动启动两种方式；
2.定位传感器测量自由弯曲弯曲模和数控绕弯弯曲模当前位置，工控机根据当前位置测量信息控制伺服电机是否回到零点；
3.将管坯放入设备送料机构中，夹紧装置将管坯夹紧，推进装置推动管材前进；
4.工控机根据输入的所要弯曲的弯曲构件的三维几何信息判断，若管材弯曲部位弯曲半径小于2.5D，则球面轴承固定不动，自由弯曲成形弯曲模保持在零点位置，数控绕弯成形装置启动，完成管材的绕弯成形过程；若管材弯曲部位为三维空间构型，则数控绕弯机构安装平台移动，为自由弯曲成形出的构件让出空间，同时启动自由弯曲成形装置，完成三维空间构型部分的成形过程。
5.重复步骤4的过程，直至完成整个弯曲构件的成形过程。
6.推进装置将管材推出，完成复杂空间弯曲构件的成形过程。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：该设备包括机架、送料机构、自由弯曲成形机构、数控绕弯成形机构，所述自由弯曲成形机构和数控绕弯成形机构共用一个送料机构，数控绕弯成形机构置于自由弯曲成形机构前端；其中：
送料机构：包括管材夹紧装置、推进装置和直线导轨Ⅰ；所述管材夹紧装置用于装夹待成形管坯，直线导轨Ⅰ固定于所述机架上，所述推进装置能够沿直线导轨Ⅰ滑动并推动管坯，实现将待成形管坯推进自由弯曲成形机构；
自由弯曲成形机构：包括导向装置、球面轴承和自由弯曲模具；所述导向装置固定于机架上，所述待成形管坯经由导向装置进入自由弯曲模具内；所述自由弯曲模具设于球面轴承内，所述自由弯曲模具能够在球面轴承的带动下绕导向装置发生转动，进而实现管材自由弯曲成形；
数控绕弯成形机构：包括夹块、压块、绕弯成形模具和数控绕弯机构安装平台；所述待成形管坯经过自由弯曲模具成形后进入所述绕弯成形模具内；所述绕弯成形模具与所述夹块相配合实现管件的绕弯成形；
所述夹块和绕弯成形模具都安装在数控绕弯机构安装平台上；所述压块设于自由弯曲模具和绕弯成形模具之间，所述压块通过压块移动导轨安装在绕弯机构安装平台上，在数控绕弯成形机构启动时，压块通过压块移动导轨对管坯进行移动定位；
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2.根据权利要求1所述的三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：所述管材夹紧装置与导向装置、自由弯曲模具、绕弯成形模具采用同轴装配，以保证设备的直线度。
3.根据权利要求1所述的三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：所述球面轴承与自由弯曲模具采用球面配合。
4.根据权利要求1所述的三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：所述夹块上设有与待加工管坯的管形相适应的凹槽，所述夹块能绕所述绕弯成形模具旋转，管坯置于绕弯成形模具与夹块上的凹槽之间。
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6.根据权利要求1所述的三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：所述导向装置在自由弯曲成形过程中保持固定不动。
7.根据权利要求1所述的三维自由弯曲与数控绕弯复合成形设备，其特征在于：该设备既能实现复杂弯曲构件的自由弯曲成形，同时还能实现最小弯曲半径低至1.5D的管件成形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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