CN110802142A - 一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，包括底座、左机架、右机架、翻倒装置、刚性辊、包覆有聚氨酯橡胶的柔性辊、两侧辊、上辊支撑装置、侧辊支撑装置、驱动装置、升降装置及专用数控系统。刚性辊、柔性辊及两侧辊安装在左右机架上，本发明以柔性辊位于刚性辊正下方；柔性辊连接有升降装置，刚性上辊连接驱动装置，升降装置驱动柔性辊升降，驱动装置驱动刚性上辊转动，上辊支撑装置及下辊支撑装置分别对刚性上辊和两下辊起反支撑作用，消除卷板过程中各个辊轴因受反作用力发生挠曲变形的现象，通过控制刚性上辊压入柔性辊的压入量及两侧辊的进给位置来双变曲率滚弯件。

Description

一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机

技术领域

本发明涉及卷板机设备制造技术领域，特别是涉及一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机。

背景技术

在飞机结构件中有许多筒形和锥形的蒙皮零件，主要构成了飞机机身或者机翼的气动外形，这部分零件多是在滚弯的基础上再辅助铣销等机加工艺制造而成。传统滚弯工艺参数的确定方法，是依据经验或者试错的方法，在实际零件过程中，通过逐渐调整改变工艺参数，进行滚弯，用检验样板测量后零件曲率是否满足要求，直到获得与样板外形吻合的零件形状为止。由于三维变曲率零件是零件在横向、纵向方向上都发生曲率变化的零件，因此要利用传统滚弯机滚弯三维变曲率钣金零件难度极大，且尺寸精度极难保证。随着航空航天技术的发展，以经验及反复试验为基础的传统生产方式已成为制约钣金零件制造水平提高和零件质量改善的关键性技术问题，同时数控技术、计算机技术和自动化技术的进步与成熟,使得各种机械加工设备正在向高效率、高精度、自动化、智能化的柔性加工单元方向发展,滚弯机的总体发展趋势也正向高度智能化的柔性加工单元发展。新型的加工方法则需要卷板机以数控技术为核心,向快速、成套的自动化、智能化的柔性加工单元发展,以适应人们不同的加工需求。滚弯机主要有动力装置主要为电动机、传动装置各种轴系、减速器、蜗轮蜗杆、导轨等机架、底座及相关的控制系统所组成。按照分类标准的不同,出现了各式各样的卷板机。目前现有的两辊柔性卷板机由一个刚性辊和一个聚氨酯橡胶柔性辊构成，由于聚氨酯橡胶为弹性介质，对工件产生较大的摩擦力，因此可得到精度更高、边缘度更高的零件，且可根据板料在柔性辊中的压入量调节零件的曲率，同时具有在卷制板材可保证外表面质量、一次和效率高等优点，但是卷制一些比强度较高的零件时，由于回弹较大的原因，不易精确控制零件尺寸的精度以及操作难度高。另外，四轴滚弯机可以通过侧辊的位置更好的控制零件尺寸的精度，且四辊滚弯机自动化程度较高，但是在滚弯时易出现打滑、错边现象等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，以解决上述现有技术存在的问题，使三维变曲率钣金零件的柔性滚弯机提高板材的精度，辅以自动化控制，有效地提高板材卷制质量和自动化水平。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，包括数控操作台、底座、液压系统、右机架、侧辊支撑装置、左机架，压梁、刚性上辊、柔性下辊、后侧辊、升降装置、上辊支撑装置、卸料装置和驱动装置，所述数控操作台电性连接有数控系统，所述液压系统、右机架、左机架、侧辊支撑装置分别固定在底座上，所述压梁、刚性上辊、柔性下辊及后侧辊分别安装在右机架和左机架上，所述升降装置通过第一轴承固定在后侧辊和柔性下辊上，所述上辊支撑装置固定在刚性上辊和压梁之间，所述上辊支撑装置包括第一辊轴，所述第一辊轴与刚性上辊接触连接，所述驱动装置轴接在刚性上辊上，所述驱动装置安装在液压系统上。

优选的，所述柔性下辊包括锥形聚氨酯橡胶筒体和套接在锥形聚氨酯橡胶筒体内的锥形刚性辊。

优选的，所述升降装置包括第一升降液压缸、第一位移传感器、第一轴承座和第一轴承，所述第一升降液压缸分别安装在右机架和左机架内部滑槽中，所述第一轴承座固定在第一升降液压缸的顶端，所述第一轴承安装在第一轴承座上，所述柔性下辊、后侧辊分别与第一轴承过盈配合安装，所述第一位移传感器安装在第一升降液压缸和第一轴承座上。

优选的，所述侧辊支撑装置包括侧辊支撑装置机架、第二升降液压缸、第二位移传感器、第一销轴座、安装在第一销轴座上的第一销轴、第二辊轴，所述第二升降液压缸安装在侧辊支撑装置机架的滑槽内，所述第一销轴座固定在第二升降液压缸的顶端，所述第一销轴与第二辊轴轴接，所述第二位移传感器安装在第二升降液压缸和第一销轴座上。

优选的，所述上辊支撑装置还包括固定支架、第二销轴，所述固定支架固定在压梁上，所述第二销轴轴接第一辊轴，所述第一辊轴固定在固定支架上，所述第一辊轴为两个，所述刚性上辊在两个所述第一辊轴之间，所述第一辊轴与刚性上辊接触连接。

优选的，所述卸料装置包括翻倒架、卸料液压缸、第二轴承和第三销轴，所述翻倒架安装在卸料液压缸上，所述卸料液压缸固定在底座上，所述刚性上辊通过第二轴承轴接在翻倒架上。

优选的，所述数控系统包括工业控制计算机、可编程控制器、显示器、继电器、传感器、激光对射仪、外围电路硬件部分、PLC和控制软件，所述可编程控制器分别与第一位移传感器、第二位移传感器的信号输出端电性连接。

优选的，一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机的使用方法，包括步骤一：获取其位移及压力状况,计算机专用控制程序通过PLC获取位移、压力数据和输入输出状态计算机和综合以上信息；

步骤二：步骤一中得到的信息通过智能处理,控制输出,通过继电器控制外围电器、液压系统运转,同时将压力、位移、报警各种数据信息以图文结合方式显示在数控操作台的计算机屏幕上，

步骤三：采用控制软件根据输入的板材的材质、板厚、板宽及卷制筒径参数自动生成卷制工艺步骤,控制软件中的微控系统根据生成的工艺步骤,将工艺参数值由界面传到PLC再通过继电器控制电机和电磁阀,同时反馈位移和压力值,从而逐步执行工艺步骤。

本发明公开了以下技术效果：

1、当进行薄板弯曲时，主要辊轴为上下辊轴，由于侧辊的作用，对板材起到反向再加载从而有效地抑制零件的回弹。

2、通过伺服电机控制侧辊移动液压缸的运动，改变侧辊的位置，可间接的在一定范围内调节零件的曲率，进一步提高设备的灵活性、实用性。

3、当进行厚板弯曲时，主要辊轴为侧辊，由于柔性下辊的作用，板材被压入聚氨酯橡胶中，增大了板材与上下辊轴的接触面积，因此增大了给板材进给的摩擦力，较好的解决了四辊滚弯机进行厚板弯曲时出现的打滑现象。

4、当进行厚板弯曲时，主要辊轴为侧辊，由于柔性下辊的作用，柔性下辊也为弯曲提供了力，因此可以降低侧辊的力，进而降低了对侧辊的尺寸和刚度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明三维变曲率钣金零件的柔性滚弯机的结构示意图；

图2为上辊支撑装置的结构示意图；

图3为侧辊支撑装置的结构示意图；

图4为卸料装置的结构示意图；

图5为升降装置的结构示意图；

图6为柔性下辊的结构示意图；

其中，1为数控操作台，2为数控系统，3为底座，4为液压系统，5为驱动装置，6为右机架，7为压梁，8为上辊支撑装置，8-1为固定支架，8-2为第二销轴，8-3为第一辊轴，9为刚性上辊，10为柔性下辊，10-1为锥形刚性辊，10-2为锥形聚氨酯橡胶筒体，11为左机架，12为升降装置，12-1为第一升降液压缸，12-2为第一位移传感器，12-3为第一轴承座，12-4为第一轴承，13为卸料装置，13-1为翻倒架，13-2为卸料液压缸，13-3为第二轴承，13-4为第三销轴，14为后侧辊，15为侧辊支撑装置，15-1为侧辊支撑装置机架，15-2为第二升降液压缸，15-3为第二位移传感器，15-4为第一销轴座，15-5为第一销轴，15-6为第二辊轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-6，本发明提供一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，包括数控操作台1、底座3、液压系统4、右机架6、侧辊支撑装置15、左机架11，压梁7、刚性上辊9、柔性下辊10、后侧辊14、升降装置12、上辊支撑装置8、卸料装置13和驱动装置5，所述数控操作台1电性连接有数控系统2，通过数控操作台1控制本发明三维变曲率的柔性滚弯机的所有动作，所述液压系统4、右机架6、左机架11、侧辊支撑装置15分别固定在底座3上，所述压梁7、刚性上辊9、柔性下辊10及后侧辊14分别安装在右机架6和左机架11上，所述升降装置12通过第一轴承12-4固定在后侧辊14和柔性下辊10上，所述上辊支撑装置8固定在刚性上辊9和压梁7之间，所述上辊支撑装置8包括第一辊轴8-3，所述第一辊轴8-3与刚性上辊9接触连接，所述驱动装置5轴接在刚性上辊9上，所述驱动装置5安装在液压系统4上，由液压系统4提供能量驱动刚性上辊9转动。

进一步优化方案，所述柔性下辊10包括锥形聚氨酯橡胶筒体10-2和套接在锥形聚氨酯橡胶筒体10-2内的锥形刚性辊10-1。

进一步优化方案，所述升降装置12包括第一升降液压缸12-1、第一位移传感器12-2、第一轴承座12-3和第一轴承12-4，所述第一升降液压缸12-1分别安装在右机架6和左机架11内部滑槽(图中未标注)中，所述第一轴承座12-3固定在第一升降液压缸12-1的顶端，所述第一轴承12-4安装在第一轴承座12-3上，所述柔性下辊10、后侧辊14分别与第一轴承12-4过盈配合安装，所述第一位移传感器12-2安装在第一升降液压缸12-1和第一轴承座12-3上，第一位移传感器12-2用于间接测量辊轴的移动距离。

进一步优化方案，所述侧辊支撑装置15包括侧辊支撑装置机架15-1、第二升降液压缸15-2、第二位移传感器15-3、第一销轴座15-4、安装在第一销轴座15-4上的第一销轴15-5、第二辊轴15-6，所述第二升降液压缸15-2安装在侧辊支撑装置机架15-1的滑槽内，所述第一销轴座15-4固定在第二升降液压缸15-2的顶端，所述第一销轴15-5与第二辊轴15-6轴接，所述第二位移传感器15-3安装在第二升降液压缸15-2和第一销轴座15-4上，用于间接测量侧辊的移动距离。

进一步优化方案，所述上辊支撑装置8还包括固定支架8-1、第二销轴8-2，所述固定支架8-1固定在压梁7上，所述第二销轴8-2轴接第一辊轴8-3，所述第一辊轴8-3固定在固定支架8-1上，所述第一辊轴8-3为两个，所述刚性上辊9在两个所述第一辊轴8-3之间，所述第一辊轴8-3与刚性上辊9接触连接。

进一步优化方案，所述卸料装置13包括翻倒架13-1、卸料液压缸13-2、第二轴承13-3和第三销轴13-4，所述翻倒架13-1安装在卸料液压缸13-2上，所述卸料液压缸13-2固定在底座3上，所述刚性上辊9通过第二轴承13-3轴接在翻倒架13-1上。

进一步优化方案，所述数控系统2包括工业控制计算机、可编程控制器、显示器、继电器、传感器、激光对射仪、外围电路硬件部分、PLC和控制软件，所述可编程控制器分别与第一位移传感器12-2、第二位移传感器15-3的信号输出端电性连接。

进一步优化方案，一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机的使用方法，包括步骤一：获取其位移及压力状况,计算机专用控制程序通过PLC获取位移、压力数据和输入输出状态计算机和综合以上信息；

步骤二：步骤一中得到的信息通过智能处理,控制输出,通过继电器控制外围电器、液压系统运转,同时将压力、位移、报警各种数据信息以图文结合方式显示在数控操作台1的计算机屏幕上，

步骤三：采用控制软件根据输入的板材的材质、板厚、板宽及卷制筒径参数自动生成卷制工艺步骤,控制软件中的微控系统根据生成的工艺步骤,将工艺参数值由界面传到PLC再通过继电器控制电机和电磁阀,同时反馈位移和压力值,从而逐步执行工艺步骤，达到自动卷制成型的目的。

工作原理：一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，首先将板料放入刚性上辊(9)与柔性下辊(10)之间，驱动柔性下辊(10)上升，夹紧板料；驱动刚性上辊(9)正转，带动板料前进，同时，上升后侧辊14，使其最顶端水平高度超过柔性下辊(10)，该过程实现对板料的对中；然后驱动刚性上辊(9)反转，带动板料后退，使板料最前端与刚性上辊(9)和柔性下辊(10)中心线对齐，驱动后侧辊14下降；接着，驱动柔性下辊(10)上升一定距离，将板料挤压入聚氨酯橡胶层中，同时驱动后侧辊14上升到某一位置；然后驱动刚性上辊9正转，对板料进行连续滚弯，可根据调节后侧辊14及板料压入聚氨酯橡胶层中的压入量得到所需滚弯零件的几何尺寸；打开卸料装置13，取出滚弯零件。

对三维变曲率钣金零件零件的具体实施方式如下：依次打开数控操作台1中的控制柜、操作屏和液压控制系统的电源。当进行薄板双曲率弯曲时，输入板材的材料特性，数控系统2将会自动计算板料压入聚氨酯橡胶层的压入量或者选择已有程序进行卷制，此时将板材送入刚性上辊9和柔性下辊10之间，柔性下辊10由升降装置12驱动上升，使板料与刚性上辊9最低点接触，使板料被刚性上辊9和柔性下辊10夹紧；驱动装置5驱动刚性上辊9正转，带动板料前进，同时后侧辊由升降装置12驱动上升，并使后侧辊14最高点的水平高度高于柔性下辊10的最高点，当板料最前端与后侧辊14接触对齐，停止刚性上辊9转动，完成板料的对中过程。

驱动装置5驱动刚性上辊9反转，带动板料后退，使板料最前端位于刚性上辊9和柔性下辊10中心线上，停止刚性上辊9转动，升降装置12驱动后侧辊14回到初始位置，完成板料双曲率滚弯准备工作。

根据滚弯零件的尺寸要求，通过数控操作台1和数控系统2发出指令，升降装置12驱动柔性下辊10上升，将板料挤压入聚氨酯橡胶层中一定压入量，升降装置12驱动后侧辊14上升一定距离，同时侧辊支撑装置15跟随后侧辊14上升相同距离；然后驱动装置5驱动刚性上辊9正转，带动板料前进，进行连续滚弯。

滚弯过程完成后，升降装置12驱动柔性下辊10退回原位，卸料液压缸13-2驱动翻倒架13-1打开，翻倒架13-1完全打开后，取出滚弯零件，最后，卸料液压缸13-2驱动翻倒架13-1，此刻板料双曲率滚弯整个过程完成。

本发明提出的一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机结合二轴柔性滚弯机与四轴滚弯机的特点，充分发挥出两种滚弯机的优点，并且相互弥补两种滚弯机的缺点，有效克服了板材滚弯时板材回弹的问题、二轴滚弯机厚板较困难及四轴滚弯机在厚板时对各个辊轴的尺寸、强度要求较高，且时易出现打滑现象等问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：包括数控操作台(1)、底座(3)、液压系统(4)、右机架(6)、侧辊支撑装置(15)、左机架(11)，压梁(7)、刚性上辊(9)、柔性下辊(10)、后侧辊(14)、升降装置(12)、上辊支撑装置(8)、卸料装置(13)和驱动装置(5)，所述数控操作台(1)电性连接有数控系统(2)，所述液压系统(4)、右机架(6)、左机架(11)、侧辊支撑装置(15)分别固定在底座(3)上，所述压梁(7)、刚性上辊(9)、柔性下辊(10)及后侧辊(14)分别安装在右机架(6)和左机架(11)上，所述升降装置(12)通过第一轴承(12-4)固定在后侧辊(14)和柔性下辊(10)上，所述上辊支撑装置(8)固定在刚性上辊(9)和压梁(7)之间，所述上辊支撑装置(8)包括第一辊轴(8-3)，所述第一辊轴(8-3)与刚性上辊(9)接触连接，所述驱动装置(5)轴接在刚性上辊(9)上，所述驱动装置(5)安装在液压系统(4)上。

2.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述柔性下辊(10)包括锥形聚氨酯橡胶筒体(10-2)和套接在锥形聚氨酯橡胶筒体(10-2)内的锥形刚性辊(10-1)。

3.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述升降装置(12)包括第一升降液压缸(12-1)、第一位移传感器(12-2)、第一轴承座(12-3)和第一轴承(12-4)，所述第一升降液压缸(12-1)分别安装在右机架(6)和左机架(11)内部滑槽中，所述第一轴承座(12-3)固定在第一升降液压缸(12-1)的顶端，所述第一轴承(12-4)安装在第一轴承座(12-3)上，所述柔性下辊(10)、后侧辊(14)分别与第一轴承(12-4)过盈配合安装，所述第一位移传感器(12-2)安装在第一升降液压缸(12-1)和第一轴承座(12-3)上。

4.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述侧辊支撑装置(15)包括侧辊支撑装置机架(15-1)、第二升降液压缸(15-2)、第二位移传感器(15-3)、第一销轴座(15-4)、安装在第一销轴座(15-4)上的第一销轴(15-5)、第二辊轴(15-6)，所述第二升降液压缸(15-2)安装在侧辊支撑装置机架(15-1)的滑槽内，所述第一销轴座(15-4)固定在第二升降液压缸(15-2)的顶端，所述第一销轴(15-5)与第二辊轴(15-6)轴接，所述第二位移传感器(15-3)安装在第二升降液压缸(15-2)和第一销轴座(15-4)上。

5.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述上辊支撑装置(8)还包括固定支架(8-1)、第二销轴(8-2)，所述固定支架(8-1)固定在压梁(7)上，所述第二销轴(8-2)轴接第一辊轴(8-3)，所述第一辊轴(8-3)固定在固定支架(8-1)上，所述第一辊轴(8-3)为两个，所述刚性上辊(9)在两个所述第一辊轴(8-3)之间，所述第一辊轴(8-3)与刚性上辊(9)接触连接。

6.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述卸料装置(13)包括翻倒架(13-1)、卸料液压缸(13-2)、第二轴承(13-3)和第三销轴(13-4)，所述翻倒架(13-1)安装在卸料液压缸(13-2)上，所述卸料液压缸(13-2)固定在底座(3)上，所述刚性上辊(9)通过第二轴承(13-3)轴接在翻倒架(13-1)上。

7.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机，其特征在于：所述数控系统(2)包括工业控制计算机、可编程控制器、显示器、继电器、传感器、激光对射仪、外围电路硬件部分、PLC和控制软件，所述可编程控制器分别与第一位移传感器(12-2)、第二位移传感器(15-3)的信号输出端电性连接。

8.根据权利要求1所述的三维变曲率钣金件数控柔性滚弯机的使用方法，其特征在于：包括步骤一：获取其位移及压力状况,计算机专用控制程序通过PLC获取位移、压力数据和输入输出状态计算机和综合以上信息；

步骤二：步骤一中得到的信息通过智能处理,控制输出,通过继电器控制外围电器、液压系统运转,同时将压力、位移、报警各种数据信息以图文结合方式显示在数控操作台(1)的计算机屏幕上，

步骤三：采用控制软件根据输入的板材的材质、板厚、板宽及卷制筒径参数自动生成卷制工艺步骤,控制软件中的微控系统根据生成的工艺步骤,将工艺参数值由界面传到PLC再通过继电器控制电机和电磁阀,同时反馈位移和压力值,从而逐步执行工艺步骤。

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