CN1102871C - 金属板材折弯机 - Google Patents

Abstract

一种折弯金属板材的折弯机，改进之处在于具有一个测量及控制装置，它在至少四个弯曲角度的测量点上操作。这种折弯机包括：一个上部垂直往复的细长折弯冲头(2，101)；一个下部的静止的细长折弯底模(5-102)，它具有至少一个纵向折弯槽(5′-102′)；测量装置，用于在折弯中测量金属板材在折弯槽中的相应的弯曲运动，以对所述折弯机的弯曲工艺过程中的弯曲参数通过逻辑数据处理单元进行控制，该测量装置在至少四个弯曲测量点上进行测量，其特征为，所有所述测量点被分成两组，由一通过被折金属板材的弯曲拐角中心线的假想垂直平面将其分开，一组测量点在一侧(7-9”；Rc-Rt left；18’；108’-107’；109’-1010’)，而另一组在另一侧(7-9”’；Rc-Rt right；18”；108-107；109”-1010”)。

Description

金属板材折弯机

发明领域

本发明涉及一种在有关的折弯过程中具有改进特性的折弯机，该折弯机具有在弯曲角度的至少四个点上进行工作的测量和控制系统。

背景知识

折弯是众所周知的，广泛应用于金属和机械工业中，特别是金属板材的折弯，例如，为了得到不同形状的纵向截面，有时可以采用折弯加工，使每个截面都再经受一个折弯过程。

可能注意到，作为一个规律，折弯过程基本组成如下：一个工具垂直下降，直到与放在工作平台上的下方金属板材接触，进行折弯，折弯结束后，工具返回(提升)到其初始位置。

为了进行上述操作，折弯机由两部分组成：分别是运动上部件(可动上部件)和静态下部件，该静态下部件构成机器的下部，放在运动上部件的垂线上。

对运动上部件来说，在折弯的执行过程中，制成不同形状刃的可动折弯工具(细长冲头)是可更换的，只执行往复的垂直运动，该运动由至少一个油压缸来保证，并决定了纵向支承所述细长冲头的上横梁的下降。所述冲头向支承可更换细长底模的下横梁动作，随后停止，最后提升到初始位置。

在现有技术中，存在一些显著的缺点。

总的来说，它们涉及弯曲角度不精确和对弯曲角度进行预设和测量具有客观困难。

传统设备的工作情况是：给定底模总高度和底模折弯区内槽的深度以及板材厚度，冲头下落与板材接触，继而继续下降一预定高度达到需要的弯曲角度。

在数控折弯机中，对冲头的下降高度根据操作员预先设定的一些参数进行数学计算，然后，将机器预先设置，以实现程序化的弯曲角度。

然而，结果并不总是最佳的，因为这样的技术，很多时候会使获得的角度带有误差，即使这样的误差是有限的。发生这种情况是因为种种不同因素的存在，比如说板材的厚度不恒定，纵然是万分之几的偶然性也会对加工工艺产生消极影响。

另外的原因是，由于所述的预定理论计算，这样的系统不可能在折弯运动中对结果进行真正的检测，因而生产过程是冒风险的。

另一个具有重要特征的因素与材料固有的弹性回复有关，尽管可以按假设进行计算并且可以得到可靠值，但也只是与需要的结果接近，但永远不是真实的数据。

最后，除了产品有毛病外，还必须认识到在折弯的第一阶段永远得不到需要的结果，这是因为通常情况下，总是要进行折弯的第二阶段来对第一阶段的结果进行修正。

为了解决指出的问题，出现了一些复杂的折弯机，使用了一个具有可调底部的底模，可以得到比传统机器更精确的弯曲角度。

实际上，所述底模具有两个可在水平面上移动的共面的表而，在一个中间位置构成一纵向槽，槽的底部可以调整高度。

这种槽通过其侧面上的两个支承表面的相对位置来决定瞬时弯曲角度，即限制其开口度和该槽底部。

在这一假设中，仍然存在一定的不精确性，起因之一是板材的弹性恢复现象，当板材卸料时，最初设定和理论计算的弯曲角度发生改变。

结果是必须首先进行一些现场测试，并且在开始确定的折弯生产以前，在数控方面作出及时修正，以介入冲头的推进动作和底模底部的位置确定。

所有这些，除了需要专业人士介入外，还造成机器停产，结果，大量的时间浪费不可避免，从而影响了相应的生产成本。

欧洲专利340167(Hammerle)公开了一种折弯工艺方法，该工艺方法借助于一个折弯设备进行给定公称角度的折弯处理。这种设备由一个冲头和一个底模组成，并根据需形成的角度设有一可调底部。

该文章指出其工艺过程包括：

-在第一阶段，根据第一个需要的角度对底模底部的高度进行调整，该角度比给定的公称角度稍宽，这样板材根据这一第一角度通过冲头下降到底模底部进行弯曲；

-在第二阶段，卸下折弯的板材，就会产生板材在延展位置上的回复；

-在第三阶段，从回复和延展后的板材得到测量角度，与第一角度比较，将底模底部的位置调整一个值，该值对应于公称角度减去板材卸载后的测量角度与第一角度的差值；

-在第四阶段，板材再次装入底模底部并由冲头完全下压，此时底模底部将位于正确的高度。

然而，该方法仍然有缺点。

首先，机器相当复杂，不具灵活性，外形在一定程度上太大，需要经常和精细的维护与调整，这些主要由高级专业人士才能办到。

结果，从市场方面来说，成本很高，尤其是机器价格和管理费用。从质量观点来讲，该方法得不到在拱弧处带有圆角的板材，该圆角对后续工序是最佳的。

实际上能够注意到，在折弯过程中，将一个第三动态点用作设在底模底部的机械元件，逻辑上讲板材有变形的趋势，变得平整，实际上被压扁，即使很轻微，但重要的是对应于弯曲角度的拱弧处。

Belgian Company LVD在市场上投放了一种名为EasyFrom^的系统，有助于解决以上提出的部分问题。

该系统的组成为：在底模侧面设有一可动臂，由两个铰链支承。在折弯过程中，安放一个传感器与成角度的板材的两个侧片中的一个接触。

该传感器可与所述臂同轴移动，并向机器的逻辑控制单元提供测量数据。在这一假设中，具有三个为机器提供参数的测量点，两个已知点由水平面和底模折弯槽相交构成，一个可变点，可由所述可动臂摆动的下部位置测量到。

然而，正是由于测量弯曲角度的第三动态点相对于底模的侧面位置不正确，就不会有满意的精度，因为材料的固有特性，会发生测得的数据与决定弯曲角度的真实数据存在差异。

为了最终圆满解决以上描述的问题，本人的意大利专利申请TV97A000039(Gasparini)提出了一种由一直接测量系统参与的金属板材折弯工艺，其中提供的是：

-在工作台上预先设置一块金属板材，直到与上横梁支承的上部冲头的垂直轴平面相交，朝向由下横梁支承的底模；其中，板材的背面上设有测量装置，穿入底模，测量装置与其相应的测量组元连接，每个测量组元与控制所述折弯机的逻辑数据处理单元通信。

-冲头朝着底模执行下降过程后，折弯板材，从而决定了一个沿所述测量装置垂直轴线的相应位移，该测量装置与相应测量组元的读取器互相作用，将与折弯行程相关的数据送到数据处理单元；

-最后，在冲头再次提升的过程中，将所述测量装置重新设置在其初始位置。

-其中还有，在工作周期的第一阶段，由与板材永久接触的测量装置测量出与预设公称弯曲角度不同的弯曲角度，数据处理单元保证折弯机可以使用，无需卸下已得到的，朝着下方的底模至少执行冲头的一次第二下降过程，直到其再经历一个相同的弯曲角度，然后卸下产品。

最后，对本申请人提出的所述工艺来说，加工工艺尤其是弯曲角度的测量过程可以进一步优化，特别对精度和获得的弯曲角度的读取次数来说，并不排除对折弯后的板材的弹性回复进行修正的可能性。

新近由Firm TRUMPF在DE19521369中公开了一种商标为ACB^的弯曲角度测量系统，涉及一种名为TrumaBend V系列的产品。实际的组成是：在上部弯曲工具(冲头)内设有两个直径不同的测量盘，在折弯过程中，两个盘自行对中来测量弯曲部分内侧的四个测量点，这样，系统依据盘片中心之间的不同距离计算出有效角度，所述盘随着放在冲头每侧的可独立运动的销改变。

上述方法的主要缺点在于这种测量系统不可能介入弯曲过程，在板材折弯的内侧得到的角度比90°宽出10°。

另外，所述系统使板材的边缘较宽，减少了不同底模的可使用性，结果也降低了折弯机的灵活性。

还有，所述系统借助于一些校正底模来预设弯曲角度，结果一方面限制了弯曲测量，另一方面得不到需要的快速折弯，尤其突出的是该系统需要复杂的设置。

与后两种弯曲角度的测量工艺有关，本申请人认为，折弯工艺特别是弯曲角度的测量过程可以进一步优化，特别对精度和获得的弯曲角度的读取次数来说，并不排除对折弯后的板材的弹性回复进行修正的可能性。

发明内容

本发明可以解决上述以及其他问题。本发明通过一带有弯曲角度测量和控制系统的折弯机来折弯金属板材。这种折弯机包括：

一个上部的垂直往复的细长折弯冲头；

一个下部的静止的细长折弯底模，具有至少一个纵向折弯槽；

测量装置，具有弯曲测量点，用于在折弯中测量金属板材的相应的弯曲运动，在所述折弯槽上，对所述折弯机的弯曲过程的弯曲参数通过逻辑数据处理单元进行控制和操纵，其中，

所有所述测量点按以下方式设置，即由一通过被折金属板材的弯曲拐角中心线的假想垂直平面将其分开，两套弯曲测量点中，一套测量点在一侧，而另一套在另一侧，其中

所述弯曲测量点由一个垂直弹性变形的测量装置提供，该测量装置在通过“V”形槽的折角的垂直平面内移动，与相关的折弯冲头的运动无关。其特征为：沿着所述底模的所述折弯槽，该测量装置由一对相互作用的叉构成，一个叉在另一个内部或与其相邻，这样，所述两个叉的中轴线与所述冲头的轴线一致，其中，所述叉是弹性变形的，并且向下与一个相关的位置传感器连接，该传感器与管理所述折弯机的一个逻辑数据处理单元相通信。

测量装置很具优点地基本呈叉形，折弯过程如下：

-在工作台上预先设置至少一块板材，直到与由往复运动的上横梁支承着的冲头下降的垂直轴线平面相交，朝着由下横梁支承的下置的底模；其中，在置于底模上的板材上，设至少一个制成测量叉的并与位置传感器互相配合的测量装置，且该位置传感器与控制所述折弯机的逻辑数据处理单元通信。

-上横梁支承的冲头朝着底模执行第一下降过程，而该底模由下横梁支承；下压折弯板材，并决定了一个沿测量装置的垂直轴线的相应位移，测量装置与位置传感器互相作用，将与折弯执行的行程相关的数据送到处理单元；

-最后，在冲头至少是部分地再次提升的过程中，将测量装置重新设置在其初始位置。

-其中还有，在工作周期的第一阶段，由测量装置测量出与预设公称弯曲角度不同的弯曲角度，数据处理单元保证折弯机的可用，无需卸下得到的半成品，朝着下方的底模执行冲头的至少一次第二下降过程，直到其再经历一个相同的弯曲角度，然后卸下产品。

在一种方案中，测量装置测量叉的使用本质上形成了两个角度测量点，另两个测量点形成于底模的细长槽的边沿(拐角)处。

本发明折弯机的良好性能主要是由于其有改进的弯曲角度测量系统，该测量系统除了极精确外，还总是实时提供测量值，允许以决定性的方式介入修正误差，直至得到具有预期精度的公称弯曲角度。

这样一来，弯曲过程中的数据读取更精确，从而避免了弯曲误差。

使用叉形测量装置测量弯曲角度，并不是因为它是一个由三个点决定的理想的几何图形，而是其能识别两个镜射面真实的倾斜情况。这两个平面的每一个都与两个测量点关连，两个测量点一个已知，另一个是变化的。这样肯定可以克服掉由板材厚度、材料成分以及板材边缘处由延展引起的变薄等因素导致的误差。

结果是一旦机器设置了要获得的确定的弯曲角度，就可能对任何材料和厚度的其他板材进行折弯，只要符合折弯槽的宽度，就可以不对设定的程序进行修改，也不需要进行测试。

另外必须认识到，这种测量装置的使用从根本上简化折弯机，一方面制造成本明显下降，另一方面对其他相关装置的包容性也很强。

所以，该机器只需极少的维护，由合适的人员在短暂的停机期间就可很容易地办到。

本系统还具有简化控制软件执行过程的优点，因为测量的只是测量叉的一个线性位移。

最后，该系统将折弯后的板材保持在位尤具革新性和特别意义，允许执行第二折弯过程，以便对第一折弯过程后的被测板材进行弹性回复修正。

所述系统在冲头还未重新接触到折弯槽以修正相对于预设公称弯曲角度的测量出的误差之前，基本避免了折弯后的板材相对于底模即使是偶然性的位移。

优点如下：

-在底模上放置的金属板材的背面永久地与至少一个沿所述底模折弯槽的拐角中心线设置的测量装置接触，所述测量装置由一对相互作用的叉组成，一个在另一个之内或与之相邻，这样，两个叉的中轴线与冲头的轴线相同。其中，所述弹性变形的测量叉与位置传感器连接；该位置传感器与管理所述折弯机的逻辑数据处理单元通信；

这种方案使在四个动态测量点或弯曲测量点上，以可能的最高精度和不受获得角度限制的方式测量弯曲角度成为可行。

这种方案不需要制造底模内精确的折弯槽，象前述的测量系统一样独立于任何其他因素以外。

该测量系统也与折弯执行过程中底模的弹性变形无关。

折弯时间可以缩短，也压缩了整个生产过程。

这种结果可以认为是最有效的弯曲角度测量系统，它不仅十分精确，而且总是提供实时数据，允许果断介入来修正误差，直到获得预期精度的公称弯曲角度。

弯曲过程中，角度的读取发生在板材的同一侧，第一阶段在板材的下部表面，第二阶段在板材的上部表面，从而避免了由于板材厚度改变而引起的误差。

另外可以发现，通过使用上述一种测量装置，测定弯曲角度时考虑了板材两个镜射面的真实倾斜。每个镜射面在其内拱弧或外拱弧上关联一对测量点，以决定性的方式克服了由其他因素例如屈服(与材料有关)和在板材边缘由于延展引起的变薄所导致的误差。

结果是一旦机器设置了要获得的确定的弯曲角度，只要折弯槽的宽度和相应的冲头允许，就可能对任何材料和厚度的其他板材进行折弯，而不需对设定的程序进行修改，也不需要进行测试。这同样适应于小的折弯。

这些以及其他优点借助于示意图，将在以下对实施例的描述中变得清晰，其详细构造只是示意性的，而不是限制性的。

附图说明

图1详细表示出由测量装置测量的四个弯曲测量点，由此可以得到测定真实弯曲角度所必需的各种参数。

图2是折弯机的主视图，其中，相对于下横梁处标出测定弯曲角度的一些装置。

图3和4表示采用一对叉的测量装置在本发明中的两个主要过程，分别是板材折弯前和折弯后的情况。

图3详细示出板材折弯过程中的一个阶段，可以看出冲头停在底模上方，测定沿垂直轴线位移的测量装置包括一个具有一对叉的测量装置。

图4表示出图3中的板材进行加工的一个随后阶段，可以看出冲头在底模上方下移，测定沿垂直轴线位移的测量装置包括一个由一对叉组成的测量装置，

具体实施方式

参见图1和图2，可以看出，折弯机A由上下两部分组成，上部相对于静止的下部是运动的。

作为上部的一个部分，上横梁1相对于折弯机的框架沿垂直轴线Y’-Y”可垂直运动，在其下末端纵向设有一相应的可更换的工具，构成冲头2。

折弯机A在两侧端设有活塞缸3，3’，决定上横梁1沿轴线Y’-Y”相对于下横梁4的下降和提升运动，下横梁4支承的是也可更换的底模5。

所述底模5纵向设有至少一条折弯槽5’，该槽决定待加工的板材B的弯曲角度“α”。

这样，沿底模5的纵向折弯槽5’设有至少一个测量区，如果设两个测量区r’-r”，将其设在折弯槽的两端或者板材B末端附近，更详细地说设成一左一右r’-r”。

在槽5’的顶部，底模5的斜壁面和水平面相交，得到两个相对的拐角，构成第一对所述弯曲角度测量点6，7，在这两个拐角处折弯板材B。

槽5’在其底部设有与两个区域r’-r”逻辑对应的轴向垂直孔105，其内部有一钉状的叉形测量装置9-106：108-108’：“Rc”，可以垂直移动一行程y¹。该测量装置9-106在其上末端设有一叉形或“U”形头部107-107’：“Rt”，适合与两个角度测量点接触，并且一直与板材B的背面保持接触，同时，在另一方面，该测量装置9-106与一相关的将数据传递到一个对获得的信息进行处理的数据逻辑处理单元的测量组元互相配合。

在这种情况下，弯曲角度“α”的测量装置在至少两个末端区域r’-r”的每一处，实际上使用四个测量点，分别是对应于底模5的槽5’-102’的两个拐角的曲率半径中心的两个静态点Rc(图1)，和两个动态点Rt(图1)，即测量装置叉尖107-107’；108-108’。这些点相对于弯曲拐角的轴线对称布置，一个在一侧而另一个在另一侧；全部作用于板材B的背面。

在这种情况下，两个动态点Rt相对于弯曲轴线Y’-Y”径向相对，中心点Rc和Rt之间的水平距离Ce不总是常数，而两个动态测量点Rt之间的水平距离Ci是常数。实际上具有四个点2xRc+2xRt，两个静态点Rc和产生于可动测量装置9并构成两个探点的两个动态点Rt，总共还是四个点。这两对点相对于通过弯曲拐角线y¹的垂直平面对称分开，一个在一侧而另一个在另一侧。

结果是测量点相对于弯曲轴Y’-Y”对称。

静态点Rc的位置为折弯机A的数据处理单元已知，探点的两个动态点Rt的精确位置由所述叉形测量装置9-106测得。叉形测量装置一直压在板材B的背面，探点一个在弯曲拐角线y¹轴的一侧而另一个在另一侧。因此，知道静态点Rc和动态点Rt之间的距离H2，就能够计算出弯曲角度“α”，因其恰好对应于点Rc和Rt处的切线。

在一个工作周期中，板材B放在底模5上方时，每个区域的四个弯曲测量点正确对齐并共面。

在这种情况下，借助光学传感器组处理单元测得钉状测量装置9-106的位置，并认为其值为“0”(刻度)。

在实践方面，数据处理单元最好使测量装置9-106进入位置，使其接触板材B的背面。

折弯进行时，板材B弯入槽5’-102’，顺序向下推动钉状的叉形测量装置9-106，其叉尖107-107’；108-108’仍然与板材B的背面保持接触。

接下来，处理单元的程序就进行与弯曲角度有关的数学运算，冲头2-101下降的行程Y’-Y”是两个固定距离的函数，  这两个固定距离分别可以在与板材B接触的叉尖107-107’：“Rt”；108-108’：“Rc”之间测得，即在底模槽拐角102’中的相关的一对点Rt，Rc，由此得到需要的弯曲角度。

这样，就得到了冲头2下降的行程Y’-Y”，它与由测量装置9-106测量到的行程y¹相同。行程y¹由相应的传感器读取。

更详细地说，如前所述的冲头2的位移Y’-Y”由到达与板材B接触的第一系列光线测得，然后由弯曲角度测量装置的所述光线执行运动控制。

在弯曲过程的最初，折弯机A的上横梁1携带冲头2-101朝底模5-103快速下降。

该位移借助于设置在折弯机A两侧的线性传感器14由电控制。

距离板材B几个毫米时，冲头2-101减速，以一低速行进，直到与板材B的表面相接触。

这时，对冲头2-101的行程的读数由设在支架上的传送器给出，事实上，是冲头2-101下压板材B而推动测量装置9-106，启动读取机构。

一旦测量到弯曲角度与公称角度之间的最终存在的误差，可为一后续的确定的弯曲周期预设定折弯机，使其在不卸下产品B的前提下，仍能够以修正的参数进行作业，这些参数的比较和获得借助于对前期收集的数据进行的读取和处理。

折弯机A可包括在弯曲过程中使板材B易于保持在位的冲头2-101，以便在首次弯曲后，消除因板材的弹性回复而引起的显著的弯曲角度偏差。

图3，4表示出弯曲测量装置由冲头2-101下推板材B而启动。

折弯机的第二下部4包括一细长底模9-102，该底模在纵向具有至少一个纵向折弯槽102’，用于确定待弯曲金属板材B的弯曲角度“α”。

这样，沿纵向折弯槽102’设有至少一个所述弯曲角度“α”的测量区，比如设两个，分别位于细折弯槽102’两端或靠近板材B的两端。

在所述底模中，在纵向折弯槽102’的顶部，由细长底模102的倾斜面和水平面相交得到弯曲拐角，进而得到两个对称的测量点103，104，在弯曲过程中，板材B的背面靠在这两个测量点上。

槽102’在其底部设有与两个测量区域相对应的孔105，其内部有一相关的测量装置106可以垂直移动一行程y¹，该测量装置做成“Y”形。

所述叉形测量装置106基本由两个Y形杆构成，杆的上端由各自的Y形或U形叉106，106’构成，一个叉在另一个之内或旁边，它们相应的弯曲测量点107-107’，108-108’与各自的中心之间具有不同的距离。

更详细地说，叉106’两个实际测量点107，107’距中心的距离比叉106”的宽，叉106”的两个实际测量点108’，108”与中心之间的距离比叉106’的窄。

这样，通过所述叉106’，106”’的中轴线与冲头101的行程轴线y¹相同。

包括两个位于上端的叉106’，106”的杆的下末端，与其相应的弹性变形装置1013，1013’配合，在本实施例中，该弹性变形装置制成螺旋压缩弹簧，杆分别与相关的位置传感器连接。

位置传感器的目的是与折弯机的数据逻辑处理单元通信，从每个叉106’，106”提供不同行程的数据，叉的不同行程是冲头101对其垂直施压的结果。

这样，可以在板材B的背面(下底面)对两个镜射面进行测量，比较两个对应实际测量点107，108和107’，108’之间的高度差异。

Claims (4)

1.一种折弯金属板材的折弯机，带有弯曲角度的测量和控制系统，包括：

一个上部垂直往复的细长折弯冲头(2，101)；

一个下部的静止的细长折弯底模(5-102)，具有至少一个纵向折弯槽(5’-102’)；

测量装置，具有弯曲测量点，用于在折弯中测量金属板材在所述折弯槽上的相应的弯曲运动，对所述折弯机的弯曲过程的弯曲参数通过逻辑数据处理单元进行控制和操纵，

其特征为，所有所述测量点按以下方式设置，即由一通过被折金属板材的弯曲拐角中心线的假想垂直平面将其分开，两套弯曲测量点(Rc-Rt)中，一套测量点在一侧，而另一套在另一侧，其中，

-所述弯曲测量点由一个垂直弹性变形的测量装置提供，该测量装置在通过“V”形槽拐角的垂直平面内移动，与相应折弯冲头的运动无关；

沿着所述底模(102)的所述折弯槽，该测量装置由一对相互作用的叉(106’，106”)构成，一个在另一个内部或与其相邻，这样，所述两个叉的中轴线与所述冲头(101)的轴线一致，其中，所述叉(106’，106”)是弹性变形的，并且向下与一个相关的位置传感器连接，该传感器与管理所述折弯机的一个逻辑数据处理单元通信。

2.如权利要求1所述的折弯机，其特征为，所述测量装置(106)基本由两个杆件构成，其上部制成两个叉(106’，106”)，呈叉形，象“U”，一个在另一个之内或与其相邻，它们各自的实际测量点(107-107’，108-108’)  与各自的中心之间具有不同的距离。

3.如权利要求1或2所述的折弯机，其特征为，所述测量装置叉(106’)的两个实际测量点(107，107’)距其中心的距离比叉(106”)的宽，叉(106”)的两个实际测量点(108’，108”)与其中心之间的距离比叉(106’)的窄，通过所述叉(106’，106”)的中轴线与冲头(101)的行程轴线(y¹)相同。

4.如权利要求1或2所述的折弯机，其特征为，包括两个位于其上端的叉(106’，106”)的杆的下末端，包含与其相应的弹性变形装置(1013，1013’)，每个杆分别与相关的位置传感器组连接。

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