CN110303090B - 型材多点拉弯模具头体自动化调形系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，属于机械工程领域，包括工作台和若干个模具单元，模具单元通过滚珠丝杠控制其水平移动，模具单元内部设置有液压伸缩机构，且液压伸缩机构下端与水平调形电机连接；水平调形电机的中心轴上安装有转角检测装置；液压伸缩机构的上端具有矩形槽，液压伸缩机构上端的矩形槽中部设置有模具头体基座，且模具头体基座随着水平调形电机的转动进行旋转；模具头体基座内部装有垂直调形电机，垂直调形电机的输出端与模具头体连接，垂直调形电机驱动模具头体转动实现垂直弯曲成形贴模时所需的扭转；本发明不仅节省了调形时间、提高了生产效率，还提高了制件成形精度。

Description

型材多点拉弯模具头体自动化调形系统

技术领域

本发明公开了一种型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，涉及型材塑性加工、多段曲率金属型材拉弯成形以及机械自动化控制装置，属于机械工程领域，尤其适用于设计金属型材拉弯多点成形方法，可广泛应用于型材空间三维弯曲结构件的生产。

背景技术

随着构件轻量化要求的提出，型材空间三维弯曲结构件的需求量日益增长。在航空航天、轨道列车等领域使用的大型机械设备对于多段曲率、长度长、截面形状复杂的型材要求也越来越高。因此，制件的成形效率以及成形精度显得越来越重要。

中国专利文献中公开的多点控制三维拉弯扭转成形模具（授权公告号 CN202192139 U）是对铝合金型材，例如T型材、L型材和矩形型材等，先进行水平弯曲成形，然后进行垂直弯曲成形，最终使其变形成理想的形状。在整个三维弯曲过程中，水平弯曲成形所需的位移由控制单元在T型槽中的前后移动控制，所需的扭转角度由水平销轴的旋转控制；垂直弯曲过程中，垂直弯曲成形所需的位移由导向滑块的上下移动控制，所需的扭转角度由垂直销轴的旋转控制。但是，无论是在水平弯曲调形中还是在垂直弯曲调形过程中，都需要工人对模具头体、限位块、限位螺栓等进行人工手动调形。在水平弯曲或垂直弯曲过程中，由于调形精度低导致型材部分突起，不贴合模具，这时需要工人用锤子敲打使型材进入模具槽内。上述情况导致在三维拉弯成形过程中存在调形时间过长，成形效率较低，成形精度差等缺点。

因此，研发一种加工高效率、成形高精度的自动控制成形装置是一亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中三维拉弯成形过程中存在调形时间过长，成形效率较低，成形精度差等问题，本发明在背景技术中提及的多点控制三维拉弯扭转成形模具的基础上提供了一种型材多点拉弯模具头体自动化调形系统。主要解决型材在空间三维拉弯成形过程中调形时间过长，成形效率较低，成形精度差等问题。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，该系统包括：工作台和若干个模具单元，所述模具单元沿工作台纵向平行设置在工作台上，模具单元通过滚珠丝杠控制其水平移动，模具单元内部设置有液压伸缩机构，且液压伸缩机构下端与水平调形电机连接；所述水平调形电机的中心轴上安装有转角检测装置；所述转角检测装置用于检测水平调形时模具头体的旋转角度；所述液压伸缩机构的上端具有矩形槽，液压伸缩机构上端的矩形槽中部设置有模具头体基座，且模具头体基座随着水平调形电机的转动进行旋转；所述模具头体基座内部装有垂直调形电机，垂直调形电机的输出端与模具头体连接，垂直调形电机驱动模具头体转动实现垂直弯曲成形贴模时所需的扭转；

其中，液压伸缩机构、转角检测装置、水平调形电机及垂直调形电机分别与控制计算机通信连接。

进一步，所述模具单元通过底座紧固件固定在模具单元底座上，并且模具单元通过前护卫板和后护卫板在竖直方向上进行固定，前护卫板和后护卫板之间通过护卫板固定紧固件固定连接，模具单元上方设置有限位块，在垂直弯曲过程中，限位块用来限制液压伸缩机构的位移。

进一步，所述型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，还包括：限位螺杆，限位螺杆与限位块通过螺栓连接，同时限位螺杆套接在水平调形电机的中心轴上。

进一步，所述限位螺杆远离水平调形电机的一端端部设置有转动控制器。

进一步，所述模具单元底座与滚珠丝杠连接；所述滚珠丝杠安装在滚珠丝杠底座上；所述滚珠丝杠底座上设置有步进电机，步进电机的输入端与控制计算机通信连接，步进电机的输出端与滚珠丝杠同轴连接，步进电机的转动驱动滚珠丝杠运动，进而带动模具单元移动。

进一步，所述液压伸缩机构、模具头体基座及水平调形电机均在同一垂直方向。

进一步，所述步进电机和滚珠丝杠在同一水平方向，垂直调形电机及模具头体在同一水平方向。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：通过改进传统的多点控制三维拉弯扭转成形模具，在三维拉弯成形过程中装置全自动调形以及成形控制自动化。具体本发明实现水平方向自动调形和垂直方向自动成形。在水平弯曲成形阶段，模具头体的位移由滚珠丝杠控制，模具头体的旋转角度由水平调形电机控制；在垂直弯曲成形阶段，模具头体的位移由液压伸缩机构控制，模具头体的旋转角度由垂直调形电机控制。本发明将现有的多点控制三维拉弯扭转成形模具自动化，利用控制计算机一键调形、一键成形完成型材三维弯曲成形过程。这样不仅节省了调形时间、提高了生产效率，还提高了制件成形精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统总体装配示意图。

图2为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统中模具单元的主视图。

图3为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统中模具单元的俯视图。

图4为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统中模具单元的左视图。

图5为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统中模具单元内部部件装配图。

图6为本发明型材多点拉弯模具头体自动化调形系统中模具单元的等轴侧视图。

图中各标记如下：1-多段曲率型材、2-工作台、3-控制计算机、4-转动控制器、5-限位螺杆、6-护卫板固定紧固件、7-模具头体、8-底座紧固件、9-步进电机、10-滚珠丝杠、11-限位块、12-前护卫板、13-后护卫板、14-模具头体基座、15-模具单元底座、16-滚珠丝杠底座、17-垂直调形电机、18-液压伸缩机构、19-转角检测装置、20-水平调形电机。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明的描述中，所述垂直调形电机17可以为变频电机、步进电机或伺服电机，但并不限于此；所述水平调形电机20为变频电机、步进电机或伺服电机，但并不限于此。

如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，一种型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其是使多段曲率型材1在空间中发生三维变形，对多段曲率型材1进行塑性成形加工的装置，该系统包括：工作台2和若干个模具单元，所述模具单元沿工作台2纵向平行设置在工作台2上，模具单元为等间距装配，模具单元通过滚珠丝杠10控制其水平移动，模具单元内部设置有液压伸缩机构18，且液压伸缩机构18下端与水平调形电机20连接，通过液压伸缩机构18的伸长和缩短控制垂直弯曲成形所需的位移；所述水平调形电机20的中心轴上安装有转角检测装置19；所述转角检测装置19用于检测水平调形时模具头体7的旋转角度，转角检测装置19可以采用现有市面上能够购买到的转角检测装置，例如：光学式回转角检测装置；所述液压伸缩机构18的上端具有矩形槽，液压伸缩机构18上端的矩形槽中部设置有模具头体基座14，且模具头体基座14随着水平调形电机20的转动进行旋转；所述模具头体基座14内部装有垂直调形电机17，垂直调形电机17的输出端与模具头体7连接，垂直调形电机17驱动模具头体7转动实现垂直弯曲成形贴模时所需的扭转；

其中，液压伸缩机构18、转角检测装置19、水平调形电机20及垂直调形电机17分别与控制计算机3通信连接。

型材的三维弯曲，从空间几何角度讲是使型材在某一固定平面发生弯曲后，再使型材在该固定平面的垂直平面发生弯曲。本发明利用有限元方法把型材的三维弯曲行为分割成若干段并相应地制成多点模具，每个模具单元间距相等。模具单元数量及间距应视型材长度、弯曲半径、型材截面形状等具体情况而定。

所述模具单元通过底座紧固件8固定在模具单元底座15上，并且模具单元通过前护卫板12和后护卫板13在竖直方向上进行固定，前护卫板12和后护卫板13之间通过护卫板固定紧固件6固定连接，模具单元上方设置有限位块11，在垂直弯曲过程中，限位块11用来限制液压伸缩机构18的位移。

所述型材多点拉弯模具头体自动化调形系统还包括限位螺杆5，限位螺杆5与限位块11通过螺栓连接，同时限位螺杆5套接在水平调形电机20的中心轴上，使水平调形电机20的中心轴更加稳定，并在限位螺杆5远离水平调形电机20的一端端部设置有转动控制器4，转动控制器4用于控制限位螺杆5的转动，以便紧固水平调形电机20的中心轴。

所述模具单元底座15与滚珠丝杠10连接；所述滚珠丝杠10安装在滚珠丝杠底座16上；所述滚珠丝杠底座16上设置有步进电机9，步进电机9的输入端与控制计算机3通信连接，步进电机9的输出端与滚珠丝杠10同轴连接，步进电机9的转动驱动滚珠丝杠10运动，进而带动模具单元移动，可以精确控制水平成形时所需的位移。

所述液压伸缩机构18、模具头体基座14及水平调形电机20均在同一垂直方向。

所述步进电机9和滚珠丝杠10在同一水平方向，垂直调形电机17及模具头体7在同一水平方向。

本发明实施附图详见图1，图中所示为本发明系统。该系统由工作台2、控制计算机3和十六个相同模具单元组成，但是每个模具单元的模具头体7不尽相同，模具头体7的设计应依据多段曲率型材1截面形状、弯曲半径和弯曲角度而定。本系统将多段曲率型材1的三维变形分为两部分，分别是：水平弯曲成形、垂直弯曲成形。在水平弯曲成形前需要将模具头体7调形，模具单元由水平调形电机20和滚珠丝杠10的控制，以满足水平弯曲成形时模具头体7所需移动的位移和扭转角度。水平弯曲成形贴模结束后进行垂直弯曲成形，在垂直弯曲成形过程中液压伸缩机构18与垂直调形电机17同时运动控制模具头体7的运动。液压伸缩机构18控制垂直弯曲成形时所需的位移，垂直调形电机17转动带动模具头体基座14上的模具头体7扭转，以满足理论上垂直弯曲成形过程中与多段曲率型材1贴合的角度，直至垂直弯曲成形结束。具体步骤为：

1、根据实际需求，确定多段曲率型材1的长度、弯曲半径、水平弯曲角度、垂直弯曲角度等参数；

2、在控制计算机3中利用制图软件Auto CAD画出水平弯曲前后多段曲率型材1的形状以中性层为基准，根据多段曲率型材1长度确定模具单元的间距以及模具单元的个数。然后，以弯曲后的多段曲率型材1为基准计算出模具单元所需移动的位移和模具头体7所需旋转的角度，输入到控制计算机3中，一键装配完成水平弯曲调形；

3、确定模具头体7的成形沟槽是否处于同一水平面内；

4、设置水平弯曲成形所需的成形时间、成形速度、加载力等参数，进行水平弯曲成形型材贴模；

5、型材水平弯曲成形结束后，利用制图软件Auto CAD画出型材垂直弯曲成形前后的形状，计算出液压伸缩机构18所需控制的垂直位移和垂直调形电机17所需控制的角度，将该数据输入到控制计算机3中；

6、设置垂直弯曲成形所需的成形时间、成形速度、加载力等，进行垂直弯曲成形；

7、型材垂直弯曲成形结束后，将型材取下。

通过重复步骤1至步骤7，进行批量生产。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，该系统包括：工作台（2）和若干个模具单元，所述模具单元沿工作台（2）纵向平行设置在工作台（2）上，模具单元通过滚珠丝杠（10）控制其水平移动，模具单元内部设置有液压伸缩机构（18），且液压伸缩机构（18）下端与水平调形电机（20）连接；所述水平调形电机（20）的中心轴上安装有转角检测装置（19）；所述转角检测装置（19）用于检测水平调形时模具头体（7）的旋转角度；所述液压伸缩机构（18）的上端具有矩形槽，液压伸缩机构（18）上端的矩形槽中部设置有模具头体基座（14），且模具头体基座（14）随着水平调形电机（20）的转动进行旋转；所述模具头体基座（14）内部装有垂直调形电机（17），垂直调形电机（17）的输出端与模具头体（7）连接，垂直调形电机（17）驱动模具头体（7）转动实现垂直弯曲成形贴模时所需的扭转；

其中，液压伸缩机构（18）、转角检测装置（19）、水平调形电机（20）及垂直调形电机（17）分别与控制计算机（3）通信连接。

2.根据权利要求1所述型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，所述模具单元通过底座紧固件（8）固定在模具单元底座（15）上，并且模具单元通过前护卫板（12）和后护卫板（13）在竖直方向上进行固定，前护卫板（12）和后护卫板（13）之间通过护卫板固定紧固件（6）固定连接，模具单元上方设置有限位块（11），在垂直弯曲过程中，限位块（11）用来限制液压伸缩机构（18）的位移。

3.根据权利要求2所述型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，还包括：限位螺杆（5），限位螺杆（5）与限位块（11）通过螺栓连接，同时限位螺杆（5）套接在水平调形电机（20）的中心轴上。

4.根据权利要求3所述的型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，所述限位螺杆（5）远离水平调形电机（20）的一端端部设置有转动控制器（4）。

5.根据权利要求2所述的型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，所述模具单元底座（15）与滚珠丝杠（10）连接；所述滚珠丝杠（10）安装在滚珠丝杠底座（16）上；所述滚珠丝杠底座（16）上设置有步进电机（9），步进电机（9）的输入端与控制计算机（3）通信连接，步进电机（9）的输出端与滚珠丝杠（10）同轴连接，步进电机（9）的转动驱动滚珠丝杠（10）运动，进而带动模具单元移动。

6.根据权利要求1所述的型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，所述液压伸缩机构（18）、模具头体基座（14）及水平调形电机（20）均在同一垂直方向。

7.根据权利要求5所述型材多点拉弯模具头体自动化调形系统，其特征在于，所述步进电机（9）和滚珠丝杠（10）在同一水平方向，垂直调形电机（17）及模具头体（7）在同一水平方向。

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