CN1111465C - 板材数控无模成型加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种板材数控无模成型加工机。由框架式机身、工作平台、板材夹持支撑机构、双丝杠驱动的X轴传动系统、动梁上的单丝杠Y轴传动系统、溜板上单丝杠Z轴传动系统等组成。X、Y、Z三轴在计算机控制下实现三轴联动，滑块端头安置有快速工具夹头，可更换工具头。该工具夹头可装上一外置式动力头即可进行三维铣削加工；装上激光器及光路系统即可进行板材激光切割。本机具有结构简单、刚性好、精度高、工作可靠、制造成本低等优点。

Description

板材数控无模成型加工机
技术领域
本发明涉及一种具有可进行板材的数控无模塑性成型、非金属材料模型的数控三维铣削和板材的激光切割加工的多功能成型加工机。
背景技术
到目前为止，汽车覆盖件等壳体类工件的加工大多是用压力机压延成形的。这种方法能够拉伸的深度、成型的复杂程度都是有限的。而且模具的制造成本高、制造周期长。这些问题对于企业在开发新产品，争夺市场时都是一个大障碍。
日本的松原茂夫提出了板材数控渐进成型的方法。其研究成果的代表作发表在日本的“塑性と加工”杂志的Vol.35，No.398，1994年3月，256-261和Vol.35，No.406，1994年11月，1311-1316；日本的“プレス技術”杂志，1998年，第36卷，第10号，109-115。其工作原理是：将破加工板材架在一个模芯上，在板材四周用压板夹紧材料，该压板可沿导柱上下滑动。加工时，将该装置固定在三轴联动的立铣加工机床上，用事先编制的加工程序控制一个工具头走等高线的方式，将板材逐步压靠在模芯上，最终成形为一个零件。
但是该方法有如下缺点：(1)实施板材的加工时，用的是一般通用的立铣加工机床。其工具在加工过程中速度慢而且不可变，不适合板材分层加工需要的高速度和变速加。(2)立铣机床是为切削加工而设计的，其承载能力受到限制，不适于板材的塑性加工。(3)工作台面的尺寸只用于切削加工，不适合安装板材成形时需要的夹持机构。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，专门为板材分层成形而设计的加工机。同时，本发明可具备进行三维数控铣削加工和板材激光切割加工的功能。
本发明所说的板材数控无模成型加工机的构成如下：
它包括框架式机身、动梁、溜板、滑块、工作平台、板材夹持支撑机构、计算机控制系统等主要部分。在机身上端设置有由电机驱动的两根滚珠丝杠组成的X轴传动机构，由两根滚珠丝杠传动的动梁通过直线导轨与床身相结合，两根滚珠丝杠可带动动梁沿X轴运动；设置在动梁上的Y轴驱动机构，由动梁上的Y轴驱动丝杠传动的溜板通过直线导轨与动梁相结合，Y轴驱动丝杠与溜板相结合，并可带动一个溜板沿Y轴运动；设置在溜极上的Z轴驱动机构，由Z轴驱动丝杠传动的滑块通过直线导轨与溜板相结合，Z轴驱动丝杠与滑块相结合，并可带动滑块沿Z轴作上下运动；在滑块的下端设置有工具夹持装置；
所说的板材夹持支撑机构由夹板、托板、支撑缸体、导柱、导套构成，板材夹持支撑机构设置在工作平台上，工作平台上设置有的四个导向用的导套，在托板的底部安置有四根导柱，其导柱安置在导套中，在托板的上面设置有夹板；在工作台面下床身底部，设置有可支撑托板并可带动托板作上下运动的所述缸体。
本发明所说的板材数控无模成型加工机，通过计算机控制驱动X、Y、Z轴的电机，使得实现X、Y、Z轴的三轴联动，控制安装在滑块下端工具夹持装置中的工具头实现任意三维曲线运动。配合安置在工作平台面上的板材夹持支撑机构对板材进行三维曲面成形加工。如果，在滑块下端安装一个外置式动力头，则可进行三维曲面的切削加工；若在滑块下端安装一个聚焦镜，配合另设置的激光器及光路系统，即可进行板材的激光切割加工。
本发明所说的板材数控无模成型加工机，进行板材成型加工过程如下：
根据CAD三维模型切片分层所获得的数据转换成NC数据，通过计算机控制三轴联动，控制安置在滑块端头的工具头，对被固定在夹持支撑机构上的板材进行有选择地分层成型加工。如设定的层间距为Δh，则以工件最顶端为零点控制工具头，使工具头的下端从零点下降Δh，碾压板材，再根据该层的轮廓线得到的轨迹施行运动，加工出该层的形状。接着再下降Δh高度并重复上述过程，以此类推，直到完成全部层的成形，即可加工出所需形状的工件。
本发明所说的板材数控无模成型加工机，具有以下优点：
(1)机身采用钢板折弯焊接的整体框架式结构，刚性好，有利提高工件的尺寸精度。制造成本低，安装维护简便。
(2)动梁采用板材折弯焊接结构，质量小、刚性好，有利于提高加工速度从而提高生产效率。
(3)X轴上动粱的运动采用双丝杠驱动，有助于增加传动刚度，提高加工精度。
(4)板材托架采用四根导柱及导套作导向结构，刚性好，结构简单，工作可靠，导向精度高，制造成本低。
(5)板材托架用两个气缸作支撑。控制气缸中的一定压力即可在加工板材时获得一定背压力，以改善板材成形控制性能。也可用两个油压缸代替这两个气缸。
(6)本发明可实现一机多用，通过调换不同的工具，既可进行板材成型加工、非金属材料模型的三维铣削加工，还可进行板材的激光切割加工。
附图说明
附图1：板材数控无模成型加工机原理正面图；
附图2：板材数控无模成型加工机原理剖面图；
附图3：板材数控无模成型加工机原理俯视图(x轴双电机驱动)；
附图4：板材数控无模成型加工机原理俯视图(x轴单电机加同步皮带驱动)；
附图5：板材数控无模成型加工机工作原理图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明所说的板材数控无模成型加工机作进一步的说明。
一、所说的多功能数控成型加工机包括框架式机身1、动梁4、溜板6、滑块9、工作平台15、板材夹持支撑机构、计算机控制系统等。在机身1顶端设置有在X轴向运动的动梁4的双滚珠丝杠3同步驱动装置，所说的动梁4的双滚珠丝杠3同步驱动装置既可用两台伺服电机2同步驱动两根滚珠丝杠3的传动机构实现，也可用一台伺服电机18带动两条同步带19同步驱动两根滚珠丝杠3的传动机构实现；
在动梁4上设置有Y轴向运动的溜板6的驱动装置，所说的溜板6的驱动装置用Y轴驱动丝杠5传动机构实现，其驱动力可以采用伺服电机17，伺服电机17可安置在Y轴驱动丝杠5的端部。
在溜板6上设置有Z轴向运动的滑块9的驱动装置，所说的滑块9的驱动装置用Z轴驱动丝杠8传动机构实现，其驱动力可以采用伺服电机7，伺服电机7可安置在Z轴驱动丝杠8的端部。
在滑块9的底部设置有工具夹持装置10，可夹持成型工具，也可夹持外挂式动力头以实现三维曲面的铣削加工。
板材夹持机构设置在工作平台15上，在托板12的底部安置有四根导柱14，可通过安置在工作平台15上的四个导套16导向。支撑托板12的上下运动由两个设置在工作台面下的气缸13实现。当板材成型工艺要求施加背压力时，可通过给气缸13注入所需的压力来实现。当气压系统不能满足背压力要求时，用液压系统替代气压系统。
二、本发明所说的板材数控无模成型加工机，在进行板材成型加工时其过程如下：
先在工作平台15面上安装固定一个事先制作完成的板材支架21，将板材搁在该支架上，并用夹板11将板材夹持在托板12上。然后根据CAD三维模型切片分层所获得的轮廓线得到的轨迹数据转换成NC数据，通过计算机控制X、Y、Z三轴联动，控制安置在滑块9下端的工具头施行运动，对被固定在支架21和支撑机构上的板材20进行有选择地分层成型加工，设定分层层间距为Δh，控制工具头在X-Y平面对板材进行等高线碾压加工，该层的加工完成后，控制Z轴传动系统使工具头在Z轴向下降Δh高度，再如上所述施行加工，加工出该层的形状。接着再使工具头下降Δh高度并重复上述加工过程，以此类推，直到完成全部层的成形，即可加工出所需形状的工件。
三、本发明所说的板材数控无模成型加工机，在进行三维铣削加工时其过程如下：
卸去固定在工作平台15上的板材支架21，将板材托板12降下搁在工作平台面板上，利用面板上的丁字槽将被加工材料固定在工作面板上。卸去滑块9下端的工具头，在滑块9下端装上一个外购的动力头，并装上铣刀，采用一般的数控加工程序，用本实用新型的计算机控制系统，即可对材料施行三维曲面加工。
四、本发明所说的板材数控无模成型加工机，在进行板材激光切割加工时其过程如下：
卸去固定在工作平台15上的板材支架21，用夹板11将板材夹持在托板12上。卸去滑块9下端的工具头10，在滑块9下端装上一个激光聚焦镜，利用附加设计的外光路系统及激光器、本发明的计算机控制系统，通过聚焦镜即可实施板材切割。

Claims (6)

1、一种板材数控无模成型加工机，包括框架式机身(1)、动梁(4)、溜板(6)、滑块(9)、工作平台(15)、板材夹持支撑机构、计算机控制系统，其特征在于，在机身(1)上端设置有由电机驱动的两根滚珠丝杠(3)组成的X轴传动机构，由两根滚珠丝杠(3)传动的动梁(4)通过直线导轨与床身(1)相结合，两根滚珠丝杠(3)可带动动梁(4)沿X轴运动；设置在动梁(4)上的Y轴驱动机构，由动梁(4)上的Y轴驱动丝杠(5)传动的溜板(6)通过直线导轨与动梁(4)相结合，Y轴驱动丝杠(5)与溜板(6)相结合，并可带动一个溜板(6)沿Y轴运动；设置在溜板(6)上的Z轴驱动机构，由Z轴驱动丝杠(8)传动的滑块(9)通过直线导轨与溜板(6)相结合，Z轴驱动丝杠(8)与滑块(9)相结合，并可带动滑块(9)沿Z轴作上下运动；在滑块(9)的下端设置有工具夹持装置(10)；
所说的板材夹持支撑机构由夹板(11)、托板(12)、支撑缸体、导柱(14)、导套(16)构成，板材夹持支撑机构设置在工作平台(15)上，工作平台(15)上设置有四个导向用的导套(16)，在托板(12)的底部安置有四根导柱(14)，其导柱(14)安置在导套(16)中，在托板(12)的上面设置有夹板(11)；在工作台下设置有可支撑托板(12)并可带动托板(12)作上下运动的所述缸体。
2、按照权利要求1所说的加工机，其特征在于，所说的X轴的两根滚珠丝杠(3)与两台驱动伺服电机(2)相结合。
3、按照权利要求1所说的加工机，其特征在于，所说的X轴的两根滚珠丝杠(3)通过同步带与一台伺服电机(18)相结合。
4、按照权利要求1所说的加工机，其特征在于，所说的支撑缸体是气缸。
5、按照权利要求1所说的加工机，其特征在于，所说的支撑缸体是液压缸。
6、按照权利要求1所说的加工机，其特征在于，所说的工具夹持装置是可换装工具的夹具。
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