CN111069361B - 变角度数控精密薄板揻弯剪切装置 - Google Patents

变角度数控精密薄板揻弯剪切装置 Download PDF

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Abstract

变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，该装置包括底座、剪切机构和揻弯机构；剪切机构和揻弯机构均设置在底座上；本发明可实现板材的精确送料、变角度揻弯和快速准确的切断。

Description

变角度数控精密薄板揻弯剪切装置
技术领域：本发明专利涉及一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，应用于金属薄板加工成型领域，可完成精准送料、变角度揻弯和精确切断动作。
背景技术：传统的薄板揻弯加工，大部分由组合模具和冲压机床相配合来完成，这种方式存在刚性差、寿命短、精度差、效率低、工作环境差和劳动强度大等缺点，而且每个零件都需要设计专用模具来揻弯加工，通用性差。
在以往涉及的板材送料和剪切机构，只针对单一的板材进行揻弯成型加工。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种通用型的变角度数控精密薄板揻弯剪切的设备，其目的在于解决传统薄板成型加工存在的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：
一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该装置包括底座、剪切机构和揻弯机构；剪切机构和揻弯机构均设置在底座上；
剪切机构包括上切刀(4)和下切刀(5)，上切刀(4)设置在下切刀(5) 上方，上切刀(4)为能够相对于下切刀(5)做上下移动的结构，上切刀(4) 和下切刀(5)之间为待加工的料经过的出料口；
揻弯机构设置在剪切机构的前方，揻弯机构包括揻弯冲模(2)和揻弯底座 (8)，揻弯冲模(2)设置在揻弯底座(8)上方且揻弯冲模(2)相对于揻弯底座(8)向前错开一个供待加工的料揻弯的距离(L)；揻弯冲模(2)为能相对于揻弯底座(8)做上下移动的结构。
揻弯冲模(2)包括揻弯冲头(7)、螺母(7-1)、螺杆(7-2)和轴承座 (7-3)；螺杆(7-2)的下部穿过螺母(7-1)并与螺母(7-1)螺纹配合，螺母 (7-1)固定连接揻弯冲头(7)，螺杆(7-2)的上部穿过轴承座(7-3),螺杆 (7-2)通过轴承(7-5)与轴承座(7-3)活动连接，形成轴向位置固定的自转结构；轴承座(7-3)固定在横梁(9-1)上，通过螺杆(7-2)的自转带动揻弯冲头(7)相对于横梁(9-1)做上下运动。
该装置还包括自动同步导向装置，自动同步导向机构设置在底座上；
自动同步导向装置设置在剪切机构的来料方向的上游，即使用时，待加工的料依次经过该自动同步导向装置、上切刀(4)和下切刀(5)之间以及揻弯冲模 (2)和揻弯底座(8)之间；
所述自动同步导向装置包括滚轮(22)、底板(25)、直线导轨(26)和直线导轨滑块(27)；滚轮(22)以及直线导轨滑块(27)均为两个，每个滚轮(22) 均对应设置在其中一个直线导轨滑块(27)上；两个滚轮(22)之间为供待加工的料穿过的限位通道；
直线导轨(26)设置在底板(25)上，两个直线导轨滑块(27)设置在直线导轨(26)上且能沿着直线导轨(26)移动，使得两个直线导轨滑块(27)能做相靠近或相分离的移动；
两个导向滚轮(22)通过滚轮座(28)装在直线导轨滑块(27)上，滚轮(22) 与滚轮座(28)连接；
两个直线导轨滑块(27)之间设置有齿轮(21)，两个滚轮座(28)均各自连接一个齿条(20)，两个齿条(20)从左右两侧均与齿轮(21)啮合，两个齿条(20)平行；
其中一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)连接气缸(31)的缸筒后端，气缸(31)的缸筒前端伸出的活塞杆(31-1)连接另一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)，气缸的活塞杆的伸缩方向与直线导轨(26)的长度方向一致，通过活塞杆(31-1)相对于气缸(31)的缸筒的伸缩控制两个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)做相向或相分离移动；
齿条(20)的一侧与齿轮(21)啮合，另一侧接触用于为齿条(20)限位移动方向的导向轴承(23)，即齿条(20)穿过齿轮(21)与导向轴承(23)之间。
该剪切装置还包括送料机构，送料机构包括送料伺服电机(10)、转动钢制滚轮(14)和橡胶滚轮(15)，送料伺服电机(10)通过齿形带(11)连接转动钢制滚轮(14)的一端，并带动转动钢制滚轮(14)转动，橡胶滚轮(15)设置在转动钢制滚轮(14)上方，橡胶滚轮(15)的轴向与转动钢制滚轮(14)的轴向平行，橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14)之间形成供代加工的料经过的区域。
该装置还包括用于更换揻弯冲头(7)的更换装置，该装置安装在底座的一侧；
该装置包括夹取部分和存取部分；
夹取部分包括移动小车(33)；移动小车(33)上安装有支柱(34)，支柱 (34)的顶部限位在支柱上梁(31-1)的滑道内，支柱(34)侧面安装夹刀架；
夹刀架包括立杠(31-2)和转动电机(36)，转动电机(36)设置在电机架 (36-1)上，电机架(36-1)与支柱(34)连接，转动电机(36)的下端连接立杠(31-2)并能带动连接立杠(31-2)转动；
连接立杠(31-2)上设置有横向的上压杆(37-1)和横向的下压杆(37-2)；横向的下压杆(37-2)与连接立杠(31-2)固定，上压杆(37-1)的后端通过转轴活动设置在连接立杠(31-2)上，上压杆(37-1)的前端形成能够上扬和下落的结构，上压杆(37-1)与下压杆(37-2)形成能够开合的结构；
上压杆(37-1)与下压杆(37-2)之间设置有气缸(38)，气缸(38)的一端与上压杆(37-1)连接，另一端与下压杆(37-2)连接。
上压杆(37-1)与下压杆(37-2)的前部设置有用于压紧揻弯冲头(7)的压紧装置；
所述压紧装置包括上压块(37-1-1)、下支杆(37-2-1)和下移动杆(37-2-2)；
上压块(37-1-1)设置在上压杆(37-1)前部的底端，下支杆(37-2-1)设置在下压杆(37-2)的前部的上端；
下支杆(37-2-1)的前侧壁的上方设置有定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2) 的上端穿过定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2)能相对于定位套(37-2-3) 上下移动，下移动杆(37-2-2)的下端设置有使用时用于压住紧揻弯冲头(7) 内侧横面(A)的压紧头(37-2-5)，下移动杆(37-2-2)的下部套有牵拉弹簧 (37-2-6)，牵拉弹簧(37-2-6)的上端连接定位套(37-2-3)的底部，牵拉弹簧(37-2-6)的底端连接下移动杆(37-2-2)的侧壁；
上压块(37-1-1)为使用时后部能够压住下移动杆(37-2-2)，前部压住揻弯冲头(7)上端面(B)的装置；
存取部分包括旋转电机(41)和刀库盘(43)，旋转电机(41)连接刀库盘 (43)的轴心，连接刀库盘(43)上设置有多个用于存放揻弯冲头(7)的存放槽(43-1)，存放槽(43-1)的一侧为斜面(C)，存放槽(43-1)的另一侧为凹陷(D)，存放槽(43-1)的开口(E)位于刀库盘(43)的边缘；
凹陷(D)内设置有压杆(43-2)和压紧弹簧(43-3)，压杆(43-2)后端通过摆动轴(0)活动设置在凹陷(D)内，压杆(43-2)形成能够以摆动轴(0) 为轴摆动的结构；
压紧弹簧(43-3)的一端连接凹陷(D)内壁，压紧弹簧(43-3)的另一端连接压杆(43-2)。
一种变角度数控精密薄板揻弯控制方法，其特征在于:在揻弯过程中，通过控制揻弯冲头(7)与板材的距离Y，实现板材内角α的变化，并利用机器视觉测量实现闭环反馈。基于冲头与板材间距离与板材内角α之间的关系，变角度揻弯冲头的下移量Y的计算公式：
Y＝Y1+h＝Htan(π-α)+h
揻弯的角度偏差为，
Figure BDA0002318303010000031
式中，Y为揻弯冲头的移动距离，H为板材的揻弯长度，Y1为板材的揻弯的垂直距离，h为板材的厚度，R为板材的编程角，α为板材揻弯的角度，r为揻弯后的板材形变量。
板材揻弯时，在数控系统中输入板材揻弯的参数，实现板材精准的变角度揻弯。根据不同板材的弹性系数以及屈服应力的不同，首先建立揻弯冲力与形变量之间的函数关系，关系式为：
Figure BDA0002318303010000041
式中，
Figure BDA0002318303010000042
E为杨氏模量(1.95×105Mpa)，r为揻弯后的板材形变量，h为板材的厚度。σ为屈服应力，C为经验系数(1～1.3)，b为弹性系数。
对不同板材的揻弯角度以及变形量进行分析，引入一个调节参数，对不同材质的板材进行揻弯角度的矫正，建立揻弯内角与形变量之间的修正关系，函数关系式为线性关系：α＝Ar+B。
式中，A为线性系数，范围为(100.32～170.65)；B为调节系数，范围为 (0～90.68)。
上述揻弯下移量、板材变形量的计算公式中，揻弯内角是计算的关键，构建 BP神经网络,使用大量来源于生产现场的样本对网络进行训练,拟合出揻弯内角、揻弯冲头、下挡板及板材厚度间的关系曲线；
提出一种动量-自适应学习算法。其公式为：
ΔWm(k+1)＝γΔWm(k)-(1-γ)βSm(Am-1)T，
ΔBm(k+1)＝γΔBm(k)-(1-γ)βSm，
Am-1＝β(Wm+1Am+Bm)，m＝0，1…m-1，
Sm＝β(Wm+1)TSm-1，m＝0，1…m-1，
式中，β为学习速率，γ为动量因子，Am为权值调整函数，Bm为误差调整函数，Sm为偏置值调整函数，k为参数因子，ΔWm为参数调整函数。
给出一种自适应学习速率调整公式：
Figure BDA0002318303010000043
式中，β为学习速率，0.75、1.05为速率调整系数。
优点效果：
本发明一种变角度的数控精密薄板揻弯装置及其控制方法，发明一种变角度精确调整装置，可对不同板材进行多种角度的揻弯，针对这种装置提出一种变角度揻弯的几何模型，建立一种变角度调整动量——自适应学习控制算法，在不同板材揻弯塑变下，能够准确的进行板材的揻弯角度修正，精确的进行不同板材的变角度揻弯。提高薄板成型剪切加工的精度及效率，并实现不同形状产品的揻弯。
所述剪切梁通过横梁带动上切刀和下切刀，揻弯梁通过横梁与揻弯冲头连接，揻弯冲模固定在揻弯机构上，揻弯冲模相对于揻弯底座上下移动，螺母固定在揻弯冲模上，螺杆通过轴承座固定在揻弯梁上；齿形带轮和主齿形带连接；送料伺服电机带动齿形带转动钢制滚轮和橡胶滚轮完成加工薄板的送料，胶质环形带状编码器安装在钢制滚轮一侧与读数头连接。
剪切机构为伺服电机通过减速器驱动凸轮，剪切梁通过横梁带动上切刀和下切刀，来控制板材的精确剪切。揻弯机构由揻弯梁揻弯冲模和揻弯角度调整装置组成。揻弯角度调整机构由一对精密的螺杆和螺母组成，螺母固定在揻弯冲模上，螺杆通过轴承座固定在揻弯梁上，调整盘固定在螺杆上，转动调整盘，揻弯冲模就会相对于揻弯底座上下移动。变角度揻弯装置调整原理(图3)由揻弯冲头上下运动，将位于揻弯冲头和揻弯底座之间的板材揻成一个需要的角度。变角度揻弯装置自动调整为伺服电机通过齿形带轮和主齿形带驱动螺杆带动揻弯冲头上下移动到合适的位置，由夹紧缸夹紧，自动调整完成。
送料机构工作过程(图2)由送料伺服电机带动齿形带传动，在钢制滚轮一侧安装有胶质环形带状编码器及读数头，通过读数头将实际的送料长度反馈到控制系统，系统对反馈的数据和程序输入的数据进行比较形成全闭环系统。其送料机构中的自动同步导向装置由底板安装有直线导轨和两个直线导轨滑块，两个导向滚轮通过滚轮座装在滑块上，滚轮用铰链与滚轮座连接，在调试状态时，滚轮可通过铰链摆放到水平位置，气缸的活塞杆与滚轮座连接，两个滚轮座上装有齿条，齿轮装在齿轮座上，齿轮座两侧装有导向轴承，在底板的一侧，装有手动调整装置，调整装置拉杆，在滚轮座上，固定有拉杆的钥匙座，组成导向装置。
本发明与其它揻弯、剪切等简单的板材加工机械不同之处在于，它是一台数控化和高精度、高效率及揻弯角度可调整的通用型剪切机。其剪切机机头由整体铸件，两侧加滚柱直线导轨构成，滚柱直线导轨是高科技产品，刚性比一般滚珠直线导轨高1.5-2倍。本剪切机机头具有高刚性、高精度和高寿命的特点。
送料机构由送料伺服电机、齿形带传动、钢制滚轮和胶质环形带状编码器及读数头钢制滚轮及橡胶滚轮等组成；其送料机构通过自主开发的控制算法嵌入到控制系统中，由控制算法发出指令驱动伺服电机执行送料动作，将高精度环形带状编码器和读数头组成全闭环控制反馈系统，从而实现精准送料，送料精度可达到0.005mm。这是当前各种揻弯、剪切机械所不具备的。
揻弯机构揻弯装置由伺服电机通过减速器驱动凸轮，带动揻弯梁，揻弯梁通过横梁带动揻弯冲头，通过控制揻弯冲头的上下行程和速度，来控制板材搣弯时角度的变化。
本发明的变角度调整装置设计了一个手动和编程自动调整装置，调整装置由一对滚珠螺杆副、调整刻度盘和伺服电机和通过齿形带的传动链组成。如果加工零件几个揻弯角度相同，可手动调整刻度盘达到揻弯角度要求，如果加工零件几个揻弯角度不同，可用代码编程，输入控制系统的加工程序，加工程序在运行中自动改变冲头向下运动的点位置，即可自动改变揻弯角度，完成有几个不同角度要求揻弯的加工，这在现有的板材加工机械或机床上是无法实现的。
剪切机构由伺服电机通过减速器驱动凸轮，带动切断梁，切断梁通过横梁带动上切刀，控制上下切刀切断刀口的速度，提高板材切断的精度。
所述剪切机送料、揻弯、切断三个动作都是伺服电机驱动的，这三个动作又是三轴联动的，通过三个动作的编排和配合，可完成各种形状零件的加工，节省了专用模具的费用。
本发明可实现板材的精确送料、变角度揻弯和快速准确的切断。
另外，现有的揻弯冲头更换时，都是将揻弯冲头简单罗列在刀具库中，然后人工选择并人工搬运至更换地点，不是十分方便。
本发明采用自动切刀更换装置中(图13)，该装置安装在变角度调整的一侧，支座上设有移动小车，移动小车带动切刀更换装置，在切刀更换装置右侧设置切刀具库，实现不同材料的变角度揻弯冲头切断。该装置可以完成切刀的夹取、更换动作，无需人工选取、搬动。
附图说明：
图1为本发明一种变角度数控精密薄板揻弯装置的总体布置图；
图2为本发明的主要部件结构立体图；
图3为图2的侧视图；
图4为送料机构的结构示意图；
图5为揻弯机构结构图；
图6为揻弯机构侧视图；
图7为揻弯冲头与揻弯底座配合调整的原理图；
图8为揻弯冲头与揻弯底座配合工作时的状态图；
图9为揻弯冲头与揻弯底座配合工作时另一工作状态图；
图10为变角度揻弯精确调整整装置；
图11为变角度揻弯剪切装置图；
图12为自动同步导向装置图；
图13为自动切刀更换装置图；
图14为变角度揻弯几何模型图；
图15为变角度揻弯流程图；
图16为刀库盘示意图；
图17为夹取过程的状态示意图；
图18为上压杆和下压杆的分开状态示意图；
图19为上压杆和下压杆夹紧揻弯冲头的示意图；
图20为更换装置的局部构件俯视示意图；
图21为两种算法的误差函数的收敛性比较示意图；
图中：1.揻弯梁 2.揻弯冲模 3.剪切梁 4.上切刀 5.下切刀 6.伺服电机 7. 揻弯冲头 8.揻弯底座 9.变角度揻弯调整装置 10.送料伺服电机 11.齿形带 12. 胶质环形带状编码器 13.读数头 14.钢制滚轮 15.橡胶滚轮 7-1.螺母 7-2.螺杆 7-3.轴承座 7-4.转动调整盘。16.加工的薄板；17.主齿形带 18.齿形带轮 19. 夹紧缸；20.齿条,21.齿轮,22.滚轮,23.导向轴承,24.齿轮座,25.底板,26. 直线导轨,27.滑块,28.滚轮座,29.拉杆钥匙座,30.调整拉杆。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该装置包括底座、剪切机构和揻弯机构；剪切机构和揻弯机构均设置在底座上；揻弯机构设置在剪切机构前方。
剪切机构包括上切刀(4)和下切刀(5)，上切刀(4)设置在下切刀(5) 上方，上切刀(4)为能够相对于下切刀(5)做上下移动的结构，上切刀(4) 和下切刀(5)之间为待加工的料经过的出料口；
揻弯机构设置在剪切机构的前方，揻弯机构包括揻弯冲模(2)和揻弯底座 (8)，揻弯冲模(2)设置在揻弯底座(8)上方且揻弯冲模(2)相对于揻弯底座(8)向前错开一个供待加工的料揻弯的距离(L)；揻弯冲模(2)为能相对于揻弯底座(8)做上下移动的结构。
揻弯冲模(2)包括揻弯冲头(7)、螺母(7-1)、螺杆(7-2)和轴承座 (7-3)；螺杆(7-2)的下部穿过螺母(7-1)并与螺母(7-1)螺纹配合，螺母 (7-1)固定连接揻弯冲头(7)，螺杆(7-2)的上部穿过轴承座(7-3),螺杆 (7-2)通过轴承(7-5)与轴承座(7-3)活动连接，形成轴向位置固定的自转结构；轴承座(7-3)固定在横梁(9-1)上，通过螺杆(7-2)的自转带动揻弯冲头(7)相对于横梁(9-1)做上下运动。
该装置还包括自动同步导向装置，自动同步导向机构设置在底座上；
自动同步导向装置设置在剪切机构的来料方向的上游，即使用时，待加工的料依次经过该自动同步导向装置、上切刀(4)和下切刀(5)之间以及揻弯冲模 (2)和揻弯底座(8)之间；
所述自动同步导向装置包括滚轮(22)、底板(25)、直线导轨(26)和直线导轨滑块(27)；滚轮(22)以及直线导轨滑块(27)均为两个，每个滚轮(22) 均对应设置在其中一个直线导轨滑块(27)上；两个滚轮(22)之间为供待加工的料穿过的限位通道；
直线导轨(26)设置在底板(25)上，两个直线导轨滑块(27)设置在直线导轨(26)上且能沿着直线导轨(26)移动，使得两个直线导轨滑块(27)能做相靠近或相分离的移动；
两个导向滚轮(22)通过滚轮座(28)装在直线导轨滑块(27)上，滚轮(22) 用铰链(22-1)与滚轮座(28)连接；
两个直线导轨滑块(27)之间设置有齿轮(21)，两个滚轮座(28)均各自连接一个齿条(20)，两个齿条(20)从左右两侧均与齿轮(21)啮合(如图 12所示)，两个齿条(20)平行；
其中一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)连接气缸(31)的缸筒后端，气缸(31)的缸筒前端伸出的活塞杆(31-1)连接另一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)，气缸的活塞杆的伸缩方向与直线导轨(26)的长度方向一致，通过活塞杆(31-1)相对于气缸(31)的缸筒的伸缩控制两个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)做相向或相分离移动；通过齿条(20)与齿轮(21)的啮合使得两个直线导轨滑块(27)沿直线导轨(26)的动作同步；
齿条(20)的一侧与齿轮(21)啮合，另一侧接触用于为齿条(20)限位移动方向的导向轴承(23)，即齿条(20)穿过齿轮(21)与导向轴承(23)之间。
在底板(25)的一侧，装有手动调整装置，该手动调整装置包括钥匙座(29) 和调整装置拉杆(30)，调整装置拉杆(30)与活塞杆(31-1)连接且平行，通过拉动调整装置拉杆(30)来控制活塞杆(31-1)的伸缩动作。
调整装置拉杆(30)穿过拉杆支座(30-1)，拉杆支座(30-1)固定在底板 (25)上，调整装置拉杆(30)能相对于拉杆支座(30-1)做轴向的移动。
该剪切装置还包括送料机构，送料机构包括送料伺服电机(10)、转动钢制滚轮(14)和橡胶滚轮(15)，送料伺服电机(10)通过齿形带(11)连接转动钢制滚轮(14)的一端，并带动转动钢制滚轮(14)转动，橡胶滚轮(15)设置在转动钢制滚轮(14)上方，橡胶滚轮(15)的轴向与转动钢制滚轮(14)的轴向平行，橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14)之间形成供代加工的料经过的区域。
揻弯冲模(2)连接变角度手动揻弯调整装置或者变角度揻弯微调整装置，手动调整为设置在螺杆(7-2)顶端的调整盘(7-4)；
变角度揻弯微调整装置包括伺服电机(6-1)和齿形带轮(18)；伺服电机 (6-1)的输出端通过主齿形带(17)与螺杆(7-2)顶端的齿形带轮(18)连接，通过伺服电机(6-1)及主齿形带(17)带动螺杆(7-2)转动，实现揻弯冲头(7) 的升降。
该装置还包括用于更换揻弯冲头(7)的更换装置，该装置安装在底座的一侧；
该装置包括夹取部分和存取部分；
夹取部分包括移动小车(33)(移动小车(33)通过驱动电机32驱动)；移动小车(33)上安装有支柱(34)，支柱(34)的顶部限位在支柱上梁(31-1) 的滑道内，支柱(34)侧面安装夹刀架；
夹刀架包括立杠(31-2)和转动电机(36)，转动电机(36)设置在电机架 (36-1)上，电机架(36-1)与支柱(34)连接，转动电机(36)的下端(输出端)连接立杠(31-2)并能带动连接立杠(31-2)转动(连接立杠(31-2)的底部通过轴承设置在移动小车(33)上，也就是说移动小车(33)上设置一个与连接立杠(31-2)连接的轴承，以使得连接立杠(31-2)顺畅旋转)。
连接立杠(31-2)上设置有横向的上压杆(37-1)和横向的下压杆(37-2)；横向的下压杆(37-2)与连接立杠(31-2)固定，上压杆(37-1)的后端通过转轴活动设置在连接立杠(31-2)上，上压杆(37-1)的前端形成能够上扬和下落的结构，上压杆(37-1)与下压杆(37-2)形成能够开合的结构；
上压杆(37-1)与下压杆(37-2)之间设置有气缸(38)，气缸(38)的一端与上压杆(37-1)连接(通过一个活动轴连接)，另一端与下压杆(37-2)连接(也是通过一个活动轴连接)。
上压杆(37-1)与下压杆(37-2)的前部设置有用于压紧揻弯冲头(7)的压紧装置；
所述压紧装置包括上压块(37-1-1)、下支杆(37-2-1)和下移动杆(37-2-2)；
上压块(37-1-1)设置在上压杆(37-1)前部的底端，下支杆(37-2-1)设置在下压杆(37-2)的前部的上端(下支杆(37-2-1)垂直设置在下压杆(37-2) 上)；
下支杆(37-2-1)的前侧壁的上方设置有定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2) 的上端穿过定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2)能相对于定位套(37-2-3) 上下移动，下移动杆(37-2-2)的下端设置有使用时用于压住紧揻弯冲头(7) 内侧横面(A)的压紧头(37-2-5)(压紧头(37-2-5)可以采用例如橡胶之类的弹性构件)，下移动杆(37-2-2)的下部套有牵拉弹簧(37-2-6)，牵拉弹簧 (37-2-6)的上端连接定位套(37-2-3)的底部，牵拉弹簧(37-2-6)的底端连接下移动杆(37-2-2)的侧壁；
上压块(37-1-1)为使用时后部能够压住下移动杆(37-2-2)，前部压住揻弯冲头(7)上端面(B)的装置；
存取部分包括旋转电机(41)和刀库盘(43)，旋转电机(41)连接刀库盘 (43)的轴心(驱动刀库盘(43)转动)，连接刀库盘(43)上设置有多个用于存放揻弯冲头(7)的存放槽(43-1)，存放槽(43-1)的一侧为斜面(C)，存放槽(43-1)的另一侧为凹陷(D)，存放槽(43-1)的开口(E)位于刀库盘(43) 的边缘；
凹陷(D)内设置有压杆(43-2)和压紧弹簧(43-3)，压杆(43-2)后端通过摆动轴(0)活动设置在凹陷(D)内，压杆(43-2)形成能够以摆动轴(0) 为轴摆动的结构；
压紧弹簧(43-3)的一端连接凹陷(D)内壁，压紧弹簧(43-3)的另一端连接压杆(43-2)。(压杆(43-2)的前端位于远离开口(E)的一侧，如图16 所示)
刀库盘(43)旋转之后能将揻弯冲头(7)露出的部分位于移动小车(33) 行走的路径内，以便实现如图17所示的，下支杆(37-2-1)能够顶住揻弯冲头 (7)露出的部分。
使用时,如图18所示，通过气缸(38)控制上压杆(37-1)上扬，与下压杆 (37-2)分开，然后，如图17所示，移动小车(33)向前(向图13中右侧)行驶至刀库盘(43)旁边，下支杆(37-2-1)向前顶动揻弯冲头(7)的下部(如图19所示)，直至将揻弯冲头(7)顶至如图17所示的状态，然后控制上压杆 (37-1)下压，直至如图19所示，上压块(37-1-1)(一般使用橡胶块比较好) 先压住下移动杆(37-2-2)下移，使得压紧头(37-2-5)压住紧揻弯冲头(7) 内侧横面(A)，然后上压块(37-1-1)一并压住揻弯冲头(7)上端面(B)的并压紧，此时，如果上压块(37-1-1)和压紧头(37-2-5)对揻弯冲头(7)进行双重压紧夹持；
然后控制立杠(31-2)旋转，使得立杠(31-2)带动上压杆(37-1)和下压杆(37-2)以立杠(31-2)为轴逆时针旋转(就是如图17所示的逆时针)，并将揻弯冲头(7)从存放槽(43-1)内拉出，然后控制移动小车(33)向后(向图13中左侧)移动，并通过旋转立杠(31-2)以便将上压杆(37-1)和下压杆 (37-2)夹紧的揻弯冲头(7)递给更换揻弯冲头(7)的施工人员。
一种变角度数控精密薄板揻弯控制方法，在揻弯过程中，提出的一种变角度揻弯几何模型，利用板材与冲头是逐渐压紧的过程，在变角度揻弯几何模型中，通过控制揻弯冲头(7)与板材的距离Y，实现板材内角α的变化，并利用机器视觉测量实现闭环反馈。因此基于冲头与板材间距离与板材内角α之间的关系，变角度揻弯冲头的下移量Y的计算公式：
Y＝Y1+h＝Htan(π-α)+h
揻弯的角度偏差为，
Figure BDA0002318303010000101
式中，Y为揻弯冲头的移动距离，H为板材的揻弯长度，Y1为板材的揻弯的垂直距离，h为板材的厚度，R为板材的编程角，α为板材揻弯的角度，r为揻弯后的板材形变量。
板材揻弯时，在数控系统中输入板材揻弯的参数，实现板材精准的变角度揻弯。由于不同板材的弹性塑变不一样，就会造成板材的揻弯冲力的不一致，为了避免不同板材的弹性塑变，消除角度误差，根据不同板材的弹性系数以及屈服应力的不同，首先建立揻弯冲力与形变量之间的函数关系，关系式为：
Figure BDA0002318303010000102
式中，
Figure BDA0002318303010000103
E为杨氏模量(1.95×105Mpa)，r为揻弯后的板材形变量，h为板材的厚度。σ为屈服应力，C为经验系数(1～1.3)，b为弹性系数。
对不同板材的揻弯角度以及变形量进行分析，需要引入一个调节参数，对不同材质的板材进行揻弯角度的矫正，建立揻弯内角与形变量之间的修正关系，函数关系式为线性关系：α＝Ar+B。
式中，A为线性系数，范围为(100.32～170.65)；B为调节系数，范围为 (0～90.68)。
上述研究的揻弯下移量、板材变形量的计算公式中，揻弯内角是计算的关键，构建BP神经网络,使用大量来源于生产现场的样本对网络进行训练,拟合出揻弯内角、揻弯冲头、下挡板及板材厚度间的关系曲线；
为了调整网络的训练速度，避免梯度陷入局部最小化，提高算法的收敛性，提出一种动量-自适应学习算法。其公式为：
ΔWm(k+1)＝γΔWm(k)-(1-γ)βSm(Am-1)T，
ΔBm(k+1)＝γΔBm(k)-(1-γ)βSm，
Am-1＝β(Wm+1Am+Bm)，m＝0，1…m-1，
Sm＝β(Wm+1)TSm-1，m＝0，1…m-1，
式中，β为学习速率，γ为动量因子，Am为权值调整函数，Bm为误差调整函数，Sm为偏置值调整函数，k为参数因子，ΔWm为参数调整函数。
在BP网络中，学习速率β的选择是系统训练快慢的关键。对于板材的揻弯来说，通常数控揻弯机需要长时间的连续运行且工作环境干扰较多，BP神经网络可以较好的提高揻弯机的稳定性，但对于不同的环境干扰，同一学习速率很难消除干扰，容易造成收敛速度缓慢，控制器的精度下降。所以，给出一种自适应学习速率调整公式：
Figure BDA0002318303010000111
式中，β为学习速率，0.75、1.05为速率调整系数。
下面结合附图再进行详细的说明：
一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该装置包括底座、剪切机构和揻弯机构；剪切机构和揻弯机构均设置在底座上；
剪切机构包括上切刀(4)和下切刀(5)，上切刀(4)设置在下切刀(5) 上方，上切刀(4)为能够相对于下切刀(5)做上下移动的结构，上切刀(4) 和下切刀(5)之间为待加工的料经过的出料口；
揻弯机构设置在剪切机构的前方，揻弯机构包括揻弯冲模(2)和揻弯底座 (8)，揻弯冲模(2)设置在揻弯底座(8)上方且揻弯冲模(2)相对于揻弯底座(8)向前错开一个供待加工的料揻弯的距离(L)；揻弯冲模(2)为能相对于揻弯底座(8)做上下移动的结构。
揻弯冲模(2)包括揻弯冲头(7)、螺母(7-1)、螺杆(7-2)和轴承座 (7-3)；螺杆(7-2)的下部穿过螺母(7-1)并与螺母(7-1)螺纹配合，螺母 (7-1)固定连接揻弯冲头(7)，螺杆(7-2)的上部穿过轴承座(7-3),螺杆 (7-2)通过轴承(7-5)与轴承座(7-3)活动连接，形成轴向位置固定的自转结构；轴承座(7-3)固定在横梁(9-1)上，通过螺杆(7-2)的自转带动揻弯冲头(7)相对于横梁(9-1)做上下运动。
该装置还包括自动同步导向装置，自动同步导向机构设置在底座上；
自动同步导向装置设置在剪切机构的来料方向的上游，即使用时，待加工的料依次经过该自动同步导向装置、上切刀(4)和下切刀(5)之间以及揻弯冲模 (2)和揻弯底座(8)之间；
所述自动同步导向装置包括滚轮(22)、底板(25)、直线导轨(26)和直线导轨滑块(27)；滚轮(22)以及直线导轨滑块(27)均为两个，每个滚轮(22) 均对应设置在其中一个直线导轨滑块(27)上；两个滚轮(22)之间为供待加工的料穿过的限位通道；
直线导轨(26)设置在底板(25)上，两个直线导轨滑块(27)设置在直线导轨滑块(27)上且能沿着直线导轨滑块(27)移动，使得两个直线导轨滑块(27) 能做相靠近或相分离的移动；
两个直线导轨滑块(27)之间设置有齿轮(21)，两个直线导轨滑块(27) 均各自连接一个齿条(20)，两个齿条(20)从左右两侧均与齿条(20)啮合，两个齿条(20)平行，通过齿条(20)与齿轮(21)的啮合控制两个直线导轨滑块(27)沿直线导轨(26)的动作。
两个导向滚轮(22)通过滚轮座(28)装在直线导轨滑块(27)上，滚轮 (22)用铰链(22-1)与滚轮座(28)连接，在调试状态时，滚轮(22)可通过铰链摆放到水平位置，通过铰链旋转，固定是通过滚轮的压紧。
其中一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)连接气缸(31)的缸筒后端，气缸(31)的缸筒前端伸出的活塞杆(31-1)连接另一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)，气缸的活塞杆的伸缩方向与直线导轨(26)的长度方向一致，通过活塞杆(31-1)相对于气缸(31)的缸筒的伸缩控制两个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)做相向或相分离移动。
齿条(20)的一侧与齿轮(21)啮合，另一侧接触用于为齿条(20)限位移动方向的导向轴承(23)，即齿条(20)穿过齿轮(21)与导向轴承(23)之间。
在底板(25)的一侧，装有手动调整装置，该手动调整装置包括钥匙座(29) 和调整装置拉杆(30)，调整装置拉杆(30)与活塞杆(31-1)连接且平行，通过拉动调整装置拉杆(30)来控制活塞杆(31-1)的伸缩动作。拉动手动拉杆可使两个导向滚轮22同步向内、向外移动，当导向装置正常工作时，可将拉杆30 从钥匙座29中脱开。钥匙座(29)为连接活塞杆(31-1)和调整装置拉杆(30) 的机构，可以采用目前公知的现有的能连接的结构，任何能将其连接在一起的结构都可以，例如可以采用锁舌和锁口的结构，钥匙座(29)内设置有供调整装置拉杆(30)和活塞杆(31-1)插入的锁孔，钥匙座(29)内设置有能插入锁孔内的锁舌，而调整装置拉杆(30)和活塞杆(31-1)插入锁孔的部分设置有供锁舌插入的锁口，当调整装置拉杆(30)和活塞杆(31-1)插入锁孔后，控制锁舌插入调整装置拉杆(30)和活塞杆(31-1)锁口内实现对调整装置拉杆(30)和活塞杆(31-1)的锁紧和固定连接，解锁时，控制锁舌拉出锁口，从锁孔内抽出调整装置拉杆(30)完成分离，这些都属于现有技术，很好实现。
调整装置拉杆(30)穿过拉杆支座(30-1)，拉杆支座(30-1)固定在底板 (25)上，调整装置拉杆(30)能相对于拉杆支座(30-1)做轴向的移动。
该剪切装置还包括送料机构，送料机构包括送料伺服电机(10)、转动钢制滚轮(14)和橡胶滚轮(15)，送料伺服电机(10)通过齿形带(11)连接转动钢制滚轮(14)的一端，并带动转动钢制滚轮(14)转动，橡胶滚轮(15)设置在转动钢制滚轮(14)上方，橡胶滚轮(15)的轴向与转动钢制滚轮(14)的轴向平行，橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14)之间形成供代加工的料经过的区域。送料机构设置在自动同步导向装置的前方或者后方，就是说代加工的料经过橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14)之间后进入两个滚轮(22)之间，或者代加工的料经过两个滚轮(22)之间后再进入橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14) 之间，均可。
揻弯冲模(2)连接变角度手动揻弯调整装置或者变角度揻弯微调整装置，手动调整为设置在螺杆(7-2)顶端的调整盘(7-4)；(通过调整盘(7-4)的旋转带动螺杆(7-2)旋转。)
变角度揻弯微调整装置包括伺服电机(6-1)和齿形带轮(18)；伺服电机 (6-1)的输出端通过主齿形带(17)与螺杆(7-2)顶端的齿形带轮(18)连接，通过伺服电机(6-1)及主齿形带(17)带动螺杆(7-2)转动，实现揻弯冲头(7) 的升降。
另外，该装置还设置有一个临时夹紧装置，该临时夹紧装置包括一个轴向与揻弯冲头(7)的升降方向垂直(即如图10垂直于图面的方向)的夹紧缸(19)；夹紧缸(19)为带有外螺纹的螺杆，夹紧缸(19)的顶端设置有一个与夹紧缸(19) 垂直的夹紧卡，该夹紧卡可以搭在揻弯冲头(7)外表面(即图6和7中的揻弯冲头(7)右侧表面)夹紧缸(19)的底端设置有一个带轮，带轮为一个中心带有内螺纹孔的装置，带轮只能以轴为轴旋转，轴向上不动，这样夹紧缸(19)的底端伸进带轮的内螺纹孔内与内螺纹孔螺纹配合，而带轮通过主齿形带连接一个夹紧伺服电机，通过夹紧伺服电机带动带轮旋转，进而控制夹紧缸(19)沿自身的轴向移动(即做垂直于图10图面的运动)，实现对揻弯冲头(7)的夹紧和松开。实现揻弯冲头(7)的升降。即通过齿形带轮(18)和主齿形带(17)驱动螺杆(7-2)带动揻弯冲头(7)上下移动到合适的位置，由夹紧缸(19)夹紧，自动调整完成。夹紧缸(19)为用于临时夹紧揻弯冲头(7)的装置。
底座为L形底座，L形底座包括横座(01)和竖板(02)，竖板(02)垂直的立于横座(01)的一端与横座(01)形成L形结构；自动同步导向装置、送料机构设置在横座(01)上，伺服电机(6)、揻弯冲模(2)和上切刀(4)等设置在竖板(02)上。
剪切梁(3)通过横梁带动上切刀(4)与下切刀(5)配合，揻弯梁(1)通过横梁与揻弯冲头(7)连接，揻弯冲模(2)固定在揻弯机构上，揻弯冲模(2) 相对于揻弯底座(8)上下移动。
所述剪切机构由伺服电机(6)通过减速器驱动剪切梁(3)上下移动，(驱动上下升降的方式可以是多种，都属于现有技术此处不赘述，例如：伺服电机(6) 通过减速器带动一个横向丝杠转动，该横向丝杠与竖向丝杠啮合，竖向丝杠连接剪切梁(3)，通过丝杠啮合带动剪切梁(3)上下移动，或者剪切梁(3)上部有拉簧，伺服电机(6)通过减速器带动凸轮转动，通过凸轮的凸出部位转动压动剪切梁(3)下移，当凸轮凸出部位转过剪切梁(3)后，在拉簧的作用下，剪切梁(3)上移复位。)，剪切梁(3)通过横梁带动上切刀(4)和下切刀(5) 动作，来控制板材的精确剪切。
所述揻弯机构由揻弯梁(1)、揻弯冲模(2)和揻弯角度调整装置(9)组成。
所述揻弯角度调整机构由一对精密的螺杆和螺母组成，螺母(7-1)固定在揻弯冲模(2)上，螺杆(7-2)通过轴承座(7-3)固定在横梁9-1上，进而设置在揻弯梁(1)上，调整盘(7-4)固定在螺杆上，转动调整盘(7-4)，揻弯冲模(2)就会相对于揻弯底座(8)上下移动。
所述变角度揻弯装置调整原理(图7)由揻弯冲头(7)上下运动，将位于揻弯冲头(7)和揻弯底座(8)之间的板材揻成一个需要的角度。
所述送料机构工作过程(图4)由送料伺服电机(10)带动齿形带传动(11)，在钢制滚轮(14)一侧安装有胶质环形带状编码器(12)及读数头(13)，通过读数头(13)将实际的送料长度反馈到控制系统，系统对反馈的数据和程序输入的数据进行比较形成全闭环系统。
另外,底座设置在机架(003)上,机架(003)内设置有电气控制系统(004)；电气控制系统(004)连接胶质环形带状编码器(12)、伺服电机(6)、伺服电机 (6-1)和送料伺服电机(10)等，电气控制系统(004)通过控制面板(001)控制；机架(003)底部为地角螺丝(005)。
本发明与其它板材揻弯加工不同之处在于，它是一台数控化的高精度、高效率及可以加工不同板材且揻弯角度可调整的通用型揻弯装置。
本发明的变角度调整装置设计了一个手动和编程自动调整装置，调整装置由一对滚珠螺杆副、调整刻度盘和伺服电机和通过齿形带的传动链组成。如果加工零件几个揻弯角度相同，可手动调整刻度盘达到揻弯角度要求，如果加工零件几个揻弯角度不同，可用代码编程，输入控制系统的加工程序，加工程序在运行中自动改变冲头向下运动的点位置，即可自动改变揻弯角度，完成有几个不同角度要求揻弯的加工，这在现有的板材加工机械或机床上是无法实现的。
揻弯机构揻弯装置由伺服电机通过减速器驱动凸轮，带动揻弯梁，揻弯梁通过横梁带动揻弯冲头，通过控制揻弯冲头的上下行程和速度，来控制板材揻弯时角度的变化。
本发明根据板材的揻弯调整，建立了一种变角度揻弯控制模型，对不同板材揻弯时，揻弯冲头的下移量与揻弯角度变化的关系进行计算，可精确控制板材揻弯角度。
根据建立的板材揻弯控制模型，建立一种变角度揻弯调整控制算法，对不同板材的形变量进行修正，然后针对揻弯角度，利用形变量与揻弯角度的关系，进行揻弯角度的修正，达到精确的角度揻弯。
综上，如图1所示为发明一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置的外观设计图。
剪切机是在一个整体铸件机头上(图1)，布置有揻弯机构、送料机构、剪切机构。
揻弯机构工作过程(图2)由揻弯梁1、揻弯冲模2和变角度揻弯调整装置9 组成。揻弯角度凋整装置可以实现不同零件揻弯，加工成不同的角度。揻弯角度的控制是通过调整揻弯冲头7相对于揻弯底座8的相对距离来实现的。
变角度揻弯装置调整原理(图7)由揻弯冲头7上下运动，将位于揻弯冲头 7和揻弯底座8之间的板材揻成一个需要的角度。在一般情况下，板材被揻成90 度特定的角度，如果改变揻弯角度，揻弯冲头7和揻弯底座8都要更换。
本发明的调整装置(图5),调整揻弯角度的方法，将揻弯冲头7向下运动的终点位置变成可调。当揻弯冲头7向下运动的点位置超过揻弯底座(8)较多时 (图8),可揻成90度角，当揻弯冲头7向下运动的点位置超过底座较少时(图 9),可揻成大于90度的角度，比如120度。要揻不同的角度，只要将揻弯冲头7 向下运动的终点位置在AB之间(图8、9)调整即可。
变角度揻弯调整机构由一对精密的螺杆7-2和螺母7-1组成揻弯角度调整装置9，螺母7-1固定在揻弯冲模上，螺杆7-2通过轴承座7-3固定在揻弯梁上，转动调整盘7-4固定在螺杆上，只要转动调整盘7-4，揻弯冲头就会相对于揻弯底座上下移动。
其揻弯冲头7上下移动可有手动和编程自动调整两种方式，手动调整时，两个夹紧缸19松开，手动转动调整盘7-4，调整盘7-4带动螺杆7-2使揻弯冲头7 上下移动，揻弯冲头7移动到合适的位置，两夹紧缸19夹紧，手动调整完成。
自动编程调整时，用代码编程，将将揻弯冲头7运动终点位置编入加工程序，当加工程序运行到调整揻弯角度程序段时，程序指令两夹紧缸19松开，伺服电机6通过齿形带轮18主齿形带17驱动螺杆7-2带动揻弯冲头7上下移动到合适的位置，由夹紧缸19夹紧，自动调整完成，加工程序运进行下一步，直至零件加工完成。
送料机构工作过程(图4)由送料伺服电机10、齿形带传动11、钢制滚轮8 和胶质环形带状编码器12及读数头13、钢制滚轮14及橡胶滚轮15等组成。送料时钢制滚轮14将金属板材托住，橡胶滚轮15由气缸拉动压向滚轮，防止板材打滑；送料伺服电机通过齿形带11驱动钢制滚轮，以碾压方式将板材送向成形和切断处，完成送料动作。钢制滚轮轴端装有胶质环形带状编码器12和读数头 13，胶质环形带状编码器检测滚轮的角位移(即送料长度)，然后反馈到控制系统对送料进行修正，提高板材送料精度。
在钢制滚轮14的一端装有胶质环形带状编码器12和读数头13，胶质环形带状编码器随钢制滚轮转动，通过读数头将实际的送料长度反馈到控制系统，系统对反馈的数据和程序输入的数据进行比较形成全闭环系统，修正由送料传动链带来的误差，使送料精度可达到0.01mm。
自动同步导向装置的动作过程：自动导向装置在板材送进时，由气缸推动，经齿条20，齿轮21带动两滚轮22同步向心运动，从两侧靠紧板材，保证送料对中精度，在材料为异形板材(板材为斜边或腰鼓形等)时，也可以完成导向。压缩空气推动气缸的活塞杆拉动右侧的滚轮座28，在右侧的导向滚轮22向左运动的同时，滚轮座28上面的齿条20，带动左侧滚轮座28上的齿条使左侧的导向滚轮向右运动，这样就完成了两个导向滚轮同步向心运动，当两个导向滚轮 22用合适压力挤住板材的两侧时，就完成了板材成型机上料的导向动作。在上料或送料出现故障时，可将手动拉杆30在钥匙座29中锁住，拉动手动拉杆可使两个导向滚轮同步向内、向外移动，当导向装置正常工作时，可将拉杆30从钥匙座29中脱开。
剪切机构(图2)在机头上还装有剪切梁3和上切刀4、下切刀5，薄板完成送料、揻弯后，在伺服电机6的驱动下，剪切梁向下运动，带动上切刀向下将完成零件的剪切。伺服电机6带动凸轮，通过连杆带动剪切梁，使得剪切梁在滑轨上上下移动。
其剪切机的送料、揻弯、剪断都可由数控系统控制、伺服电机驱动，可通过自主开发的控制算法嵌入到控制系统中，由控制算法发出指令驱动伺服电机执行送料动作；其揻弯机构中的变角度揻弯调整装置，利用揻弯冲头与揻弯底座之间的距离来进行多角度的揻弯，揻弯后的产品在剪切机构中进行快速准确的切断，即可完成薄板成形加工过程,这三个动作又是三轴联动的，通过三个动作的编排和配合，实现高精度、高效率加工，每个工作循环少于1秒钟可完成各种形状零件的加工，节省了专用模具的费用,实现了产品的自动加工。
一种变角度数控精密薄板揻弯控制方法及其装置，该装置包括底座和揻弯机构。本专利发明的一种变角度揻弯控制方法，可对不同板材进行变角度揻弯控制。
另外，具体的说：在揻弯过程中，提出的一种变角度揻弯几何模型，是板材与冲头在逐渐压紧的过程，随着揻弯过程的进行，板材的揻弯内角度呈现一个逐渐减小的趋势，直至冲模圆角被板材压紧，大致分成冲头接触板材、冲头下移压紧板材侧棱、揻弯结束3个阶段。
在变角度揻弯几何模型中，通过控制揻弯冲头(7)与板材的距离Y，实现板材内角α的变化，并利用机器视觉测量实现闭环反馈。因此基于冲头与板材间距离与板材内角α之间的关系，建立一种变角度揻弯几何模型，如图14所示：
变角度揻弯冲头的下移量Y与揻弯角度之间的计算公式：
Y＝Y1+h＝Htan(π-α)+h (1)
揻弯的角度偏差为，
Figure BDA0002318303010000171
式中，Y为揻弯冲头的移动距离，H为板材的揻弯长度，Y1为板材的揻弯的垂直距离，h为板材的厚度，α为板材揻弯的角度，r为揻弯后的板材形变量。
板材揻弯时，在数控系统中输入板材揻弯的参数，实现不同板材精准的变角度揻弯。由于不同板材的弹性塑变不一样，就会造成板材的揻弯冲力的不一致，为了避免不同板材的弹性塑变，消除角度误差，根据不同板材的弹性系数以及屈服应力的不同，首先建立揻弯冲力与形变量之间的函数关系，关系式为：
Figure BDA0002318303010000172
式中，
Figure BDA0002318303010000173
E为杨氏模量(1.95×105Mpa)，r为揻弯后的板材形变量，h 为板材的厚度。σ为屈服应力，C为经验系数(1～1.3)，b为弹性系数。
为进一步突出角度的变化，将不同板材进行角度的揻弯试验，得到在不同板材在冲力作用下不同角度与变形量的数据，对其进行分析如下表所示：
表1不同板材角度揻弯与变形量之间的关系
Figure BDA0002318303010000174
Figure BDA0002318303010000181
根据表1，对不同板材的揻弯角度以及变形量进行分析，需要引入一个调节参数B，对不同材质的板材进行揻弯角度的矫正，建立揻弯角度与形变量之间的修正关系，函数关系式为线性关系：α＝Ar+B。 (4)
式中，r为揻弯后的板材形变量；A为线性系数，范围为(100.32～170.65)；B 为调节系数，范围为(0～90.68)。
根据变角度揻弯几何模型，揻弯冲头下移量的计算方法，当冲头首次到达编程位置(即目标揻弯角度)时，由机器视觉测量系统进行角度的测量，将测量的参数传入数控系统，其内部进行目标值与测量值的比对，若角度正确则进入下一项，如角度出现偏差则利用公式(4)进行角度修正，再次揻弯进行比对，直至符合要求。不同板材揻弯流程图如15所示。
上述研究的揻弯下移量、板材变形量的计算公式中，揻弯内角是计算的关键，构建BP神经网络,使用大量来源于生产现场的样本对网络进行训练,拟合出揻弯内角、揻弯冲头、下挡板及板材厚度间的关系曲线。
为了调整网络的训练速度，避免梯度陷入局部最小化，提高算法的收敛性，提出一种动量-自适应学习算法。动量法使BP神经网络在调整隐藏层的阀值时，不仅考虑均方误差梯度下降方向收敛，而且关注梯度曲线局部和全局最小化的影响，引入动量法有利于BP网络从误差梯度曲线中的局部最小化中跳出。具体动量法调整公式为：
ΔWm(k+1)＝γΔWm(k)-(1-γ)βSm(Am-1)T， (5)
ΔBm(k+1)＝γΔBm(k)-(1-γ)βSm， (6)
Am-1＝β(Wm+1Am+Bm)，m＝0，1…m-1， (7)
Sm＝β(Wm+1)TSm-1，m＝0，1…m-1， (8)
式中，β为学习速率，γ为动量因子，Am为权值调整函数，Bm为误差调整函数，Sm为偏置值调整函数。
在BP网络中，学习速率β的选择是系统训练快慢的关键。对于板材的揻弯来说，通常数控揻弯机需要长时间的连续运行且工作环境干扰较多，BP神经网络可以较好的提高揻弯机的稳定性，但对于不同的环境干扰，同一学习速率很难消除干扰，容易造成收敛速度缓慢，控制器的精度下降。所以，给出一种自适应学习速率调整公式：
Figure BDA0002318303010000182
式中，β为学习速率，0.75、1.05为速率调整系数。
把动量法与自适应学习速率结合起来，修正梯度误差的波动，调整网络的收敛性，使揻弯的精度达到最优化。在BP神经网络中，分别使用传统学习算法和本算法进行网络训练处理，传统学习算法中β＝0.5，迭代80次后，两种算法的误差函数的收敛性如下图21所示。
由上图得知，传统算法下的误差函数在收敛时波动幅度明显，收敛速度过慢。当函数变化趋于稳定时，动量-自适应算法迭代次数为52，收敛幅度平缓，而传统学习算法迭代次数为65，因此本文提出的学习算法具有较好的收敛性和稳定性，对板材揻弯角度的控制起到了稳定性的作用。
表2揻弯角度测试结果
Figure BDA0002318303010000191
由表2可知，使用动量—自学习算法计算出的角度值和实际测量值比较,误差不超过45'，此误差在板材揻弯加工的允许范围之内，因此BP神经网络下的动量—自适应学习算法角度计算可行。

Claims (8)

1.一种变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该装置包括底座、剪切机构和揻弯机构；剪切机构和揻弯机构均设置在底座上；
剪切机构包括上切刀(4)和下切刀(5)，上切刀(4)设置在下切刀(5)上方，上切刀(4)为能够相对于下切刀(5)做上下移动的结构，上切刀(4)和下切刀(5)之间为待加工的料经过的出料口；
揻弯机构设置在剪切机构的前方，揻弯机构包括揻弯冲模(2)和揻弯底座(8)，揻弯冲模(2)设置在揻弯底座(8)上方且揻弯冲模(2)相对于揻弯底座(8)向前错开一个供待加工的料揻弯的距离L；揻弯冲模(2)为能相对于揻弯底座(8)做上下移动的结构；
该装置还包括用于更换揻弯冲头(7)的更换装置，该装置安装在底座的一侧；
该装置包括夹取部分和存取部分；
夹取部分包括移动小车(33)；移动小车(33)上安装有支柱(34)，支柱(34)的顶部限位在支柱上梁(31-1)的滑道内，支柱(34)侧面安装夹刀架；
夹刀架包括立杠(31-2)和转动电机(36)，转动电机(36)设置在电机架(36-1)上，电机架(36-1)与支柱(34)连接，转动电机(36)的下端连接立杠(31-2)并能带动连接立杠(31-2)转动；
连接立杠(31-2)上设置有横向的上压杆(37-1)和横向的下压杆(37-2)；横向的下压杆(37-2)与连接立杠(31-2)固定，上压杆(37-1)的后端通过转轴活动设置在连接立杠(31-2)上，上压杆(37-1)的前端形成能够上扬和下落的结构，上压杆(37-1)与下压杆(37-2)形成能够开合的结构；
上压杆(37-1)与下压杆(37-2)之间设置有气缸(38)，气缸(38)的一端与上压杆(37-1)连接，另一端与下压杆(37-2)连接。
2.根据权利要求1所述的变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:
揻弯冲模(2)包括揻弯冲头(7)、螺母(7-1)、螺杆(7-2)和轴承座(7-3)；螺杆(7-2)的下部穿过螺母(7-1)并与螺母(7-1)螺纹配合，螺母(7-1)固定连接揻弯冲头(7)，螺杆(7-2)的上部穿过轴承座(7-3),螺杆(7-2)通过轴承(7-5)与轴承座(7-3)活动连接，形成轴向位置固定的自转结构；轴承座(7-3)固定在横梁(9-1)上，通过螺杆(7-2)的自转带动揻弯冲头(7)相对于横梁(9-1)做上下运动。
3.根据权利要求1所述的变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该装置还包括自动同步导向装置，自动同步导向机构设置在底座上；
自动同步导向装置设置在剪切机构的来料方向的上游，即使用时，待加工的料依次经过该自动同步导向装置、上切刀(4)和下切刀(5)之间以及揻弯冲模(2)和揻弯底座(8)之间；
所述自动同步导向装置包括滚轮(22)、底板(25)、直线导轨(26)和直线导轨滑块(27)；滚轮(22)以及直线导轨滑块(27)均为两个，每个滚轮(22)均对应设置在其中一个直线导轨滑块(27)上；两个滚轮(22)之间为供待加工的料穿过的限位通道；
直线导轨(26)设置在底板(25)上，两个直线导轨滑块(27)设置在直线导轨(26)上且能沿着直线导轨(26)移动，使得两个直线导轨滑块(27)能做相靠近或相分离的移动；
两个导向滚轮(22)通过滚轮座(28)装在直线导轨滑块(27)上，滚轮(22)与滚轮座(28)连接；
两个直线导轨滑块(27)之间设置有齿轮(21)，两个滚轮座(28)均各自连接一个齿条(20)，两个齿条(20)从左右两侧均与齿轮(21)啮合，两个齿条(20)平行；
其中一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)连接气缸(31)的缸筒后端，气缸(31)的缸筒前端伸出的活塞杆(31-1)连接另一个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)，气缸的活塞杆的伸缩方向与直线导轨(26)的长度方向一致，通过活塞杆(31-1)相对于气缸(31)的缸筒的伸缩控制两个滚轮座(28)或直线导轨滑块(27)做相向或相分离移动；
齿条(20)的一侧与齿轮(21)啮合，另一侧接触用于为齿条(20)限位移动方向的导向轴承(23)，即齿条(20)穿过齿轮(21)与导向轴承(23)之间。
4.根据权利要求1所述的变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于:该剪切装置还包括送料机构，送料机构包括送料伺服电机(10)、转动钢制滚轮(14)和橡胶滚轮(15)，送料伺服电机(10)通过齿形带(11)连接转动钢制滚轮(14)的一端，并带动转动钢制滚轮(14)转动，橡胶滚轮(15)设置在转动钢制滚轮(14)上方，橡胶滚轮(15)的轴向与转动钢制滚轮(14)的轴向平行，橡胶滚轮(15)与转动钢制滚轮(14)之间形成供代加工的料经过的区域。
5.根据权利要求1所述的变角度数控精密薄板揻弯剪切装置，其特征在于：上压杆(37-1)与下压杆(37-2)的前部设置有用于压紧揻弯冲头(7)的压紧装置；
所述压紧装置包括上压块(37-1-1)、下支杆(37-2-1)和下移动杆(37-2-2)；
上压块(37-1-1)设置在上压杆(37-1)前部的底端，下支杆(37-2-1)设置在下压杆(37-2)的前部的上端；
下支杆(37-2-1)的前侧壁的上方设置有定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2)的上端穿过定位套(37-2-3)，下移动杆(37-2-2)能相对于定位套(37-2-3)上下移动，下移动杆(37-2-2)的下端设置有使用时用于压住紧揻弯冲头(7)内侧横面(A)的压紧头(37-2-5)，下移动杆(37-2-2)的下部套有牵拉弹簧(37-2-6)，牵拉弹簧(37-2-6)的上端连接定位套(37-2-3)的底部，牵拉弹簧(37-2-6)的底端连接下移动杆(37-2-2)的侧壁；
上压块(37-1-1)为使用时后部能够压住下移动杆(37-2-2)，前部压住揻弯冲头(7)上端面(B)的装置；
存取部分包括旋转电机(41)和刀库盘(43)，旋转电机(41)连接刀库盘(43)的轴心，连接刀库盘(43)上设置有多个用于存放揻弯冲头(7)的存放槽(43-1)，存放槽(43-1)的一侧为斜面(C)，存放槽(43-1)的另一侧为凹陷(D)，存放槽(43-1)的开口(E)位于刀库盘(43)的边缘；
凹陷(D)内设置有压杆(43-2)和压紧弹簧(43-3)，压杆(43-2)后端通过摆动轴(0)活动设置在凹陷(D)内，压杆(43-2)形成能够以摆动轴(0)为轴摆动的结构；
压紧弹簧(43-3)的一端连接凹陷(D)内壁，压紧弹簧(43-3)的另一端连接压杆(43-2)。
6.利用权利要求1所述的变角度数控精密薄板揻弯剪切装置所实施的揻弯控制方法，其特征在于:在揻弯过程中，通过控制揻弯冲头(7)与板材的距离y，实现板材内角α的变化，并利用机器视觉测量实现闭环反馈；基于冲头与板材间距离与板材内角α之间的关系，变角度揻弯冲头的下移量Y的计算公式：
Y＝Y1+h＝Htan(π-α)+h
揻弯的角度偏差为：
Figure FDA0003466316220000051
式中，Y为揻弯冲头的移动距离，H为板材的揻弯长度，Y1为板材的揻弯的垂直距离，h为板材的厚度，R为板材的编程角，α为板材揻弯的角度，r为揻弯后的板材形变量。
7.根据权利要求6所述的变角度数控精密薄板揻弯控制方法，其特征在于:对不同板材的揻弯角度以及变形量进行分析，引入一个调节参数，对不同材质的板材进行揻弯角度的矫正，建立揻弯内角与形变量之间的修正关系，函数关系式为线性关系：α＝Ar+B；
式中，A为线性系数，范围为(100.32～170.65)；B为调节系数，范围为(0～90.68)。
8.根据权利要求6或7所述的变角度数控精密薄板揻弯控制方法，其特征在于:上述揻弯下移量、板材变形量的计算公式中，揻弯内角是计算的关键，构建BP神经网络,使用大量来源于生产现场的样本对网络进行训练,拟合出揻弯内角、揻弯冲头、下挡板及板材厚度间的关系曲线；
提出一种动量-自适应学习算法；其公式为：
ΔWm(k+1)＝γΔWm(k)-(1-γ)βSm(Am-1)T，
ΔBm(k+1)＝γΔBm(k)-(1-γ)βSm，
Am-1＝β(Wm+1Am+Bm)，m＝0，1…m-1，
Sm＝β(Wm+1)TSm-1，m＝0，1…m-1，
式中，β为学习速率，γ为动量因子，Am为权值调整函数，Bm为误差调整函数，Sm为偏置值调整函数，k为参数因子，ΔWm为参数调整函数；
给出一种自适应学习速率调整公式：
Figure FDA0003466316220000061
式中，β为学习速率，0.75、1.05为速率调整系数。
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