CN110918790B - 一种可重构模具及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构模具及其组件，属于制造领域，本发明包括支撑组合、柔性界面和三维扫描仪；其中，所述支撑组合包括丝杆、滑动组件、球形铰组件和平头螺栓；所述滑动组件包括滑轨、滑块和滑块轴承；所述球形铰组件包括铰下部件和铰上部件；所述丝杆的上端安装有旋转组件或所述球形铰组件；所述柔性界面通过所述平头螺栓与所述铰上部件或所述滑块固定连接；所述三维扫描仪安装在所述柔性界面的正上方。本发明在满足成型曲面的控制精度的基础上，可大幅减少支撑组合数量，降低支撑组合的控制难度，减少装置投入成本。

Description

一种可重构模具及其组件

技术领域

本发明涉及一种制造领域的技术，尤其涉及一种可重构模具及其组件领域。

背景技术

可重构模具成型方法是通过控制丝杆阵列各个丝杆的定位来形成三维表面，作为成型表面。采用这个方法对产品进行造型，可以快速的形成各种曲面轮廓。为了消除或减轻产品表面的凹痕/凸痕或者褶皱，实现更加光滑且厚度均匀的产品，目前的专利技术一般采用可转动的丝杆头以及柔性界面等方法。

美国专利US4212188，公告日：1980年7月15日，公开了一种用于片状金属成型的装置，包括：一系列按照矩阵方式排列的上下两组丝杆，两两相对。每个丝杆可独立的运动，丝杆阵列表面可形成一个三维曲面。上下两组丝杆形成的曲面可作为成型曲面，像上下模一样，用于工件成型。丝杆顶部采用枢轴方式设置可转动的光滑圆弧形头，以改善工件表面质量。该专利提出，可以在丝杆和工件之间设置柔性界面，柔性界面与丝杆之间可分离设置也可固定设置，对丝杆与工件之间的接触力进行分布，以实现更加光滑的工件表面。然而，该专利没有指出柔性界面与丝杆之间具体的连接方式及对应设计。

中国专利CN200910014794.6，公告日：2009年10月7日，公开了一种方形压头可调活络模具板材曲面成形装置,主要由上下两组带有可摆动的方形压头、高度能够调节的可调模和加载机构组成，上、下两组可调模安装在加载机构中，上、下两组可调模中至少有一组在加载机构驱动下可上下移动；上、下两组可调模中分别设置有M×N个和(M-1)×(N-1)个可摆动的方形压头，上、下方形压头在纵横两个方向均相互错位排列，且方形压头的施压面为平面或曲面；目的是为船舶大型尺度板材改水火加工为冷弯加工，消除板材在冲压过程中产生的皱折变形和减少压痕,提高加工质量，为船体外板曲面构件的加工，提供一种新型的模具，实现用冷冲压方法进行船体外板构件的成形加工。该专利中，方形压头上表面采用直线或者圆弧形设计，以增大与工件的接触面积，下部设置球形表面，并采用弹簧与可调模连接，实现方形压头的自由转动，以改善工件表面质量。

对于柔性界面与丝杆之间的连接方式，如果丝杆顶端与柔性界面对应位置各点采用固定连接，那么在形成三维曲面时，由于柔性界面各点之间的变形不同，必然导致柔性界面各固定点之间出现不均匀的内应力，由此给丝杆带来横向外力，不利于丝杆竖向定位，此外，当柔性界面不同点之间的不均匀力过大时，甚至可能导致丝杆损坏。如果丝杆顶端与柔性界面对于位置各点之间只是接触而不连接，柔性界面可在丝杆顶端表面滑移，这在一定程度上可减小柔性界面不均匀变形引起的不均匀内力，但是存在如下问题：当某个丝杆需要将柔性界面顶起，在顶起之后，由于两者之间压力的存在，丝杆与柔性界面之间存在摩擦力，当摩擦力不足以克服柔性界面各点之间的不均匀力时，丝杆与柔性界面之间产生相互滑移，会引起柔性界面的划痕及磨损；当摩擦力大于柔性界面各点之间的不均匀力时，摩擦力会阻碍两者之间的滑移，从而将丝杆和柔性界面对应位置固定，进而产生柔性界面不均匀内力。不管上述哪种情况，摩擦力的存在，都会阻碍柔性界面与丝杆之间的自由滑移，从而引起柔性界面不同点之间的不均匀内力，以及丝杆的横向外力。另一方面，由于柔性界面与丝杆两者之间没有连接，那么丝杆就不能将柔性界面某个点向下拉住，以形成设计的曲面，这不利于三维曲面的准确成型。因此，需要在柔性界面与丝杆之间设计一种连接方式，一方面能将丝杆的竖向定位准确的传达至柔性界面相应位置；另一方面允许两者之间在横向方向自由滑移，减小或避免横向力(如摩擦力)等，进一步减小或避免柔性界面不均匀内力及丝杆的横向外力，提高柔性界面及丝杆的使用寿命。

此外，为了提高形成的三维曲面的精确度，目前采用的普遍方法是增加单位面积丝杆数量，从而导致控制难度提升及控制成本大幅增加。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的装置，设计新的三维曲面的成型及控制方法，在不增加丝杆数量的基础上，提高成型准确度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是重构模具顶压时光滑圆顺，解决的问题是重构模具顶压点的合理布置的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可重构模具及其组件，包括支撑组合、柔性界面和三维扫描仪；其中，所述支撑组合包括丝杆、滑动组件、球形铰组件和平头螺栓；所述滑动组件包括滑轨、滑块和滑块轴承；所述球形铰组件包括铰下部件和铰上部件；所述丝杆的上端安装有旋转组件或所述球形铰组件；所述柔性界面通过所述平头螺栓与所述铰上部件或所述滑块固定连接；所述三维扫描仪安装在所述柔性界面的正上方。

进一步地，所述丝杆通过其配对螺母转动可做升降运动，带动所述丝杆上面的所述滑动组件和所述球形铰组件做升降运动。

进一步地，所述滑动组件的所述滑轨固设在所述旋转组件或所述球形铰组件上。

进一步地，所述滑块通过所述滑块轴承安装在所述滑轨上，所述滑块可在所述滑轨上滑动。

进一步地，所述球形铰组件的所述铰下部件固设在所述滑块或所述丝杆上面。

进一步地，所述球形铰组件的所述铰上部件套设在所述铰下部件上。

进一步地，所述铰上部件或滑块有螺栓孔，与所述平头螺栓相配。

进一步地，所述铰上部件的上表面是平面或者凸球面。

进一步地，所述支撑组合有多个。

进一步地，所述三维扫描仪对所述柔性界面形成的三维曲面进行扫描，并将图像数据传送到控制中心，与目标曲面数据进行比较。

与现有技术相比，本发明一方面使得柔性界面与支撑组合在竖向保持固定，支撑组合能够在竖向带动柔性界面上、下移动；另一方面允许柔性界面连接点和支撑组合之间自由滑动及转动，大幅减小/消除两者之间的摩擦力，进一步减小/消除柔性界面的内力以及丝杆的横向外力，提高柔性界面及丝杆的使用寿命；此外，采用丝杆定位—三维扫描反馈—调节定位的方式，在满足成型曲面的控制精度的基础上，可大幅减少支撑组合数量，降低支撑组合的控制难度和控制成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个最佳实施例的可重构模具及其组件示意图；

图2是本发明第一种实施方式的可重构模具及其组件的支撑组合示意图；

图3是本发明第二种实施方式的可重构模具及其组件的支撑组合示意图；

其中，1-支撑组合，11-丝杆，2-柔性界面，3-三维扫描仪，12-旋转组件，121-旋转主体，122-轴承，13-滑动组件，131-滑轨，132-滑块，133-滑块轴承，14-球形铰组件，141-铰下部件，142-铰上部件，15-平头螺栓。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

图2示出了本发明可重构模具及其组件的支撑组合的第一种实施方式。如图1和图2所示，本发明包括支撑组合1、柔性界面2和三维扫描仪3；其中，支撑组合1包括丝杆11、旋转组件12、滑动组件13、球形铰组件14和平头螺栓15。旋转组件12的旋转主体121通过轴承122安装在丝杆11的上端，旋转主体121相对丝杆11可转动。滑轨131固设在旋转组件12的旋转主体121上，滑轨131和旋转主体121一起转动。滑块132通过滑块轴承133安装在滑轨131上，可以沿着滑轨131滑动。球形铰组件14的铰下部件141固设在滑块132上面，跟随滑块132滑动。铰上部件142套设在铰下部件141上，铰上部件142相对铰下部件141可做水平方向的旋转运动和上下的倾斜运动。铰上部件142有螺栓孔，与平头螺栓15相配，通过平头螺栓15球形铰组件14的铰上部件142与柔性界面2固定。丝杆11通过其配对螺母转动可做升降运动，带动丝杆11上面的旋转组件12、滑动组件13和球形铰组件14做升降运动。铰上部件142的上表面是平面或者凸球面。三维扫描仪3安装在柔性界面2的正上方，三维扫描仪3对柔性界面2形成的三维曲面进行扫描，并将图像数据传送到控制中心，与目标曲面数据进行比较。如果形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求，则以已经形成的曲面作为成型的模子；如果形成的曲面与目标曲面的误差大于精度要求，继续调整丝杆11，直至支撑组合1带动柔性界面2所形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求。

本发明相当于重构模具的下模，包括1个三维扫描仪3、1个柔性界面2和多个支撑组合1。多个支撑组合1固定在基座上，一般安装好后，其水平距离不能再调整，根据被加工板的三维曲面要求，升降各丝杆11，柔性界面2与铰上部件142连接点随着丝杆11上下动作，由于两两相邻的连接点高低差不一样，柔性界面2的张力会促使各连接点作水平方向的调整，即旋转主体12转动，滑块132在滑轨131上滑动，使连接点调整到合适位置。球形铰组件14的作用，铰上部件142转动一定的角度使柔性界面2连接点处不扭，且可倾斜顺圆柔性界面2。调整好后，丝杆11没有横向力作用，柔性界面2的内部应力得到释放，这样，柔性界面2及支撑组合1的使用寿命得到提高。

应用举例，如船舶制造厂要加工三维曲面板，工艺是将一块平钢板通过冷弯制成曲面。弯制过程是，将三维曲面的图像数据导入本发明的控制中心(电脑)，本发明装置接到指令开始工作，配对螺母旋转，丝杆11升降，柔性界面2各连接点升降，因为张力作用，旋转主体121转动，滑块132在滑轨131上滑动，使连接点调整到合适位置，球形铰组件14的作用，铰上部件142转动一定的角度使柔性界面2连接点处不扭，且可倾斜顺圆柔性界面2。柔性界面2的三维曲面成型了，用其正上方的三维扫描仪3对柔性界面2进行扫描，并将图像数据传送到控制中心，与目标曲面数据进行比较。如果形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求，则以已经形成的曲面作为成型的模子；如果形成的曲面与目标曲面的误差大于精度要求，继续调整丝杆11，直至支撑组合1带动柔性界面2所形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求。以这个符合要求的曲面作为成型的模子，将钢板吊上去，配相应的上模，对钢板进行冷压弯制，直至钢板成目标曲面。

图3示出了本发明可重构模具及其组件的支撑组合的第二种实施方式。如图3所示，本发明包括支撑组合1、柔性界面2和三维扫描仪3；其中，支撑组合1包括丝杆11、滑动组件13、球形铰组件14和平头螺栓15。在丝杆11的上端设置球形铰组件14，球形铰组件14包括铰下部件141和套设其上面的铰上部件142。滑动组件13包括滑轨131、滑块132和滑块轴承133，滑轨131固设在铰上部件142上，和铰上部件142一起转动。滑块132通过滑块轴承133安装在滑轨131上，可以沿着滑轨131滑动。铰上部件142相对铰下部件141可做水平方向的旋转运动和上下的倾斜运动。滑块132有螺栓孔，与平头螺栓15相配，通过平头螺栓15滑块132与柔性界面2固定。丝杆11通过其配对螺母转动可做升降运动，带动丝杆11上面的球形铰组件14和滑动组件13做升降运动。滑块132上表面优选地设置成光滑的弧面，避免/减小对柔性界面造成额外的局部凸起，利于柔性界面的表面平滑度。三维扫描仪3安装在柔性界面2的正上方，三维扫描仪3对柔性界面2形成的三维曲面进行扫描，并将图像数据传送到控制中心，与目标曲面数据进行比较。如果形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求，则以已经形成的曲面作为成型的模子；如果形成的曲面与目标曲面的误差大于精度要求，继续调整丝杆11，直至支撑组合1带动柔性界面2所形成的曲面与目标曲面的误差满足精度要求。

丝杆11工作时，作竖直上下运动，带动柔性界面2对应位置的平头螺栓15运动到指定位置。当相邻两个丝杆11高度不一样时，相邻两个丝杆11之间的柔性界面2内部出现张力，同时带动铰上部件142转动、带动滑块132滑移，直至柔性界面2内部的张力取得平衡。

本发明装置的支撑组合1不需要布置太密，即相对来说减少了支撑组合1组件的投入，也就降低了支撑组合1的控制难度，从而降低了整体装置的成本。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可重构模具及其组件，其特征在于，包括支撑组合、柔性界面和三维扫描仪；其中，所述支撑组合包括丝杆、滑动组件、球形铰组件和平头螺栓；所述滑动组件包括滑轨、滑块和滑块轴承；所述球形铰组件包括铰下部件和铰上部件；所述丝杆的上端安装有旋转组件或所述球形铰组件；所述柔性界面通过所述平头螺栓与所述铰上部件或所述滑块固定连接；所述三维扫描仪安装在所述柔性界面的正上方；所述丝杆通过其配对螺母转动可做升降运动，带动所述丝杆上面的所述滑动组件和所述球形铰组件做升降运动；所述滑动组件的所述滑轨固设在所述旋转组件或所述球形铰组件上。

2.如权利要求1所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述滑块通过所述滑块轴承安装在所述滑轨上，所述滑块可在所述滑轨上滑动。

3.如权利要求1所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述球形铰组件的所述铰下部件固设在所述滑块或所述丝杆上面。

4.如权利要求3所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述球形铰组件的所述铰上部件套设在所述铰下部件上。

5.如权利要求4所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述铰上部件或滑块有螺栓孔，与所述平头螺栓相配。

6.如权利要求5所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述铰上部件的上表面是平面或凸球面。

7.如权利要求1所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述支撑组合有多个。

8.如权利要求1所述的可重构模具及其组件，其特征在于，所述三维扫描仪对所述柔性界面形成的三维曲面进行扫描，并将图像数据传送到控制中心，与目标曲面数据进行比较。

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