CN111283081B - 一种圆弧模切刀弯刀成形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，以刀模底板装刀缝给定安装压力下的最大变形量为依据，对圆弧线性化处理中的线段长度进行了理论分析及计算，确定理想安装条件下最大进给长度及极限安装条件下最大进给长度，为弯刀加工中进给长度的取值提供了选择依据；同时考虑弯刀机进刀系统和弯刀系统圆整误差影响的条件下，针对大弧长圆弧提出圆整长度计算角度的线性化处理方式，针对小弧长圆弧提出圆整角度计算长度的线性化处理方式，该方法可以减少进刀圆整误差或弯角圆整误差，提高产品精度。

Description

一种圆弧模切刀弯刀成形的方法

技术领域

本发明涉及的技术领域，特别是一种圆弧模切刀弯刀成形的方法。

背景技术

模压加工技术是包装、印刷产品后期加工的重要工艺手段，可大幅度提高加工后制品的档次，提高产品包装附加值。模压工艺所使用的模切压痕版由模切刀或压痕刀及刀模底板组合而成。模切刀或压痕刀由数控弯刀机根据刀线图折弯成型，刀模底板由激光烧割好相应的装刀缝，模切刀镶嵌到刀模底板对应的装刀缝中，即组成模切压痕版。

在目前印刷领域中，刀模底板绝大部分采用木质或PVC为基材，激光所切割的装刀缝一般根据经验，结合印刷产品质量要求，取0.96～0.98刀片刀脊厚度。模切刀或压痕刀安装时，借助外力将刀片刀脊压入底板装刀缝内，刀模底板将刀片夹紧，即组装成为模切压痕版。

如图1所示为弯刀机弯刀模折弯加工原理图，条状刀片坯料位于弯刀模定模缝隙中，弯刀机送料机构进给指定长度后，弯刀模旋转模(顺时针或者逆时针)旋转一定角度，将刀片折弯到所需角度。如此往复，即可获得所需模切刀轮廓形状。

对于圆弧类曲线模切刀刀线图，在实际加工中，需先进行线性化工艺处理，将圆弧进行N段等分，然后转换为N段长度为L的线段，以多段线段拟合圆弧，如图2所示。其中，双点划线为原产品对应刀线图圆弧，实线为线性化工艺处理后的模切刀刀线图。图2所示包角α的圆弧刀线图在弯刀机加工过程中，进给机构每次进给长度(即线段长度)L，弯刀模旋转折弯角度β＝α/N，循环N次完成加工。

圆弧等分的段数N、等分线段长度L以及折弯角β对模切刀的加工精度、安装精度存在直接影响。目前生产实际中的通常做法是将圆弧半径值划分为若干区域范围，根据圆弧折弯及安装测试试验，同一半径区域的圆弧采用统一的等分段数N，再依据等分段数N及圆弧的包角α计算出折弯角β、进给长度L。

现有工艺方法存在如下不足：

1、需要进行大量的圆弧折弯及安装测试试验确定合适的进给长度L，耗材耗时；

2、等分段数N取太大，影响圆弧拟合精度及产品质量；等分段数N取太小，影响加工效率。目前由测试试验所确定的等分段数N缺乏理论依据，不一定是最佳取值；

3、同一半径区域的圆弧采用统一的等分段数N，则不同半径的圆弧线性化处理后，在大半径圆弧对应的加工精度满足要求的条件下，则小半径圆弧对应的加工精度偏高，造成小半径圆弧的加工精度浪费；

4、L及β理论计算值通常含有多位小数，在数控弯刀机中根据脉冲当量进行数据处理时引入圆整误差，整段圆弧的折弯则存在圆整误差的N次累计，必将对产品精度产生较大影响。

有鉴于此，本发明人专门设计了一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，本案由此产生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，以刀模底板装刀缝给定安装压力下的最大变形量为依据，对圆弧线性化处理中的线段长度进行了理论分析及计算，确定理想安装条件下最大进给长度及极限安装条件下最大进给长度，为弯刀加工中进给长度的取值提供了选择依据；控制逼近误差以达到安装精度要求，同时考虑弯刀机进刀系统和弯刀系统圆整误差影响的条件下，针对大弧长圆弧提出圆整长度计算角度的线性化处理方式，针对小弧长圆弧提出圆整角度计算长度的线性化处理方式。

进一步的，该方法包括以下步骤：

步骤1，确定理想安装条件下最大进给长度L_opt与极限安装条件下最大进给长度L_max；

步骤2，根据进刀脉冲当量δ_fm，对L_opt或L_max进行取整处理，得参考进刀长度L_ref；

步骤3，取单次进刀最大圆整误差为δ_fm/2，根据圆弧包角α及参考进给长度L_ref，计算该圆弧弯刀的进刀长度圆整误差δ_lr；

步骤4，根据产品尺寸精度要求，设置长度允许最大误差δ_lmax，长度加工误差δ_l主要由进刀长度圆整误差δ_lr和进刀系统误差δ_fs组成，即δ_l＝δ_lr+δ_fs；假设δ_lr＝δ_fs，当δ_l≥δ_lmax，即δ_lr≥δ_lmax/2时，则计算所得长度加工误差大于长度允许最大误差，该圆弧定义为大弧长圆弧；当δ_lr<δ_lmax/2时，该圆弧定义为小弧长圆弧；

步骤5，对于大弧长圆弧，取进刀长度L＝L_ref，即先设置进刀长度为取整后的参考长度，再计算折弯角

步骤6，对于小弧长圆弧，先计算折弯角

再根据弯角脉冲当量δ_bm，取整折弯角

再由取整折弯角β计算进刀长度

进一步的，所述步骤1，根据圆弧半径R、刀片厚度t、试验所测装刀缝最大变形量后的宽度值Δ，计算理想安装条件下最大进刀长度

极限安装条件下最大进刀长度

根据产品形状精度要求，选用L_opt或L_max值作为进刀长度最大参考值。

进一步的，所述步骤2，对L_opt或L_max进行分别取整处理，得参考进刀长度

或

其中floor表示取不大于该值的最大整数，n、m为不小于1的整数，且

进一步的，通过调整n、m值大小来改变进给长度大小。

进一步的，所述步骤3，进刀长度圆整误差

进一步的，还包括步骤7，计算段数N＝α/β。

本发明的圆弧模切刀弯刀成形的方法首先通过理论计算的最大进给长度为约束上限，控制逼近误差以达到安装精度要求；然后针对不同弧长大小圆弧，分别提出圆整长度计算角度、圆整角度计算长度两种线性化的工艺处理方法，该方法可以减少进刀圆整误差或弯角圆整误差，提高产品精度。

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，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

其中：

图1是本发明弯刀模及折弯原理示意；

图2是本发明圆弧线性化工艺；

图3是本发明理想安装条件下最大进给长度计算图；

图4是本发明极限安装条件下最大进给长度计算图；

图5是本发明具体工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至5，是作为本发明的最佳实施例的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，以刀模底板装刀缝给定安装压力下的最大变形量为依据，对圆弧线性化处理中的线段长度进行了理论分析及计算，确定理想安装条件下最大进给长度及极限安装条件下最大进给长度，为弯刀加工中进给长度的取值提供了选择依据；同时考虑弯刀机进刀系统和弯刀系统圆整误差影响的条件下，针对大弧长圆弧提出圆整长度计算角度的线性化处理方式，针对小弧长圆弧提出圆整角度计算长度的线性化处理方式。

其中，第一，进给长度的理论分析及计算如下：

1)理想安装条件下最大进给长度分析及计算

本实施例所指理想安装，指模切刀安装于底板装刀缝之中时，原刀线图中圆弧模切刀中心线与原装刀缝的圆弧中心线重合的安装。

如图3所示为理想安装条件下允许的最大进给长度的示意，ab对应理想安装条件下最大进给长度L_opt。ab所在的点划线为线性化处理后的模切刀中心线，剖面线区域表示厚度为t的模切刀；点划线圆弧表示线性化处理前原刀线图中半径为R圆弧模切刀的中心，也对应圆弧装刀缝加工时的中心；两实线圆弧表示通过压力将模切刀装入底板装刀缝后装刀缝的实际内外轮廓线；双点划线圆弧表示在给定安装压力下装刀缝外轮廓线产生最大变形量时对应的极限位置。在理想安装条件下取最大进给长度时，装刀缝的内轮廓线应该对应给定安装压力下内轮廓最大变形量的极限位置，则Δ值对应给定安装压力下装刀缝产生最大变形后的宽度值，其中该Δ值，通过试验即可获取，为预先获得的已知值；

由图3可计算出理想安装条件下最大进给长度：

2)极限安装条件下最大进给长度分析及计算

本实施例所指极限安装，指模切刀安装于底板刀缝之中时，在给定安装压力条件下装刀缝产生最大变形量的安装；

如图4所示，ab对应进给长度L_max，其余各符号及图线意义与图3相同，与图3不同之处在于，图4模切刀安装入装刀缝之中后，装刀缝达到最大变形量。

由图4可计算出极限安装条件下最大进给长度：

第二，圆弧模切刀的工艺处理

模切刀的数控加工误差由编程误差、进刀及弯刀系统误差、刀片及旋转弯刀模的对零误差等误差综合而成。其中，后两者由弯刀机中各机械零部件加工、装配产生，模切刀的加工工艺方法与这两者无直接关系。编程误差由逼近误差、圆整误差组成，其中，逼近误差是指圆弧线性化处理后的线性长度与原圆弧长度之间的误差；圆整误差是指数控系统在对进刀长度L和折弯角β的理论计算值进行数据处理时，将其四舍五入圆整为整数倍的脉冲当量值而产生的误差。圆弧模切刀的不同工艺处理方法，所产生的逼近误差和圆整误差也不相同。

本实施例的圆弧模切刀弯刀成形的方法，首先以上述理论计算的最大进给长度为约束上限，控制逼近误差以达到安装精度要求；然后针对不同弧长大小圆弧，分别提出圆整长度计算角度、圆整角度计算长度两种线性化的工艺处理方法，该方法可以减少进刀圆整误差或弯角圆整误差，提高产品精度。

目前的圆弧模切刀线性化工艺处理方法中，先根据圆弧半径R的大小确定等分段数N，再根据等分段数确定进刀长度L，再由β＝α/N计算出折弯角β。这样所获得的L及β理论计算值一般含多位小数，甚至会为无理数。在圆整数据处理过程中，两者都因四舍五入产生误差，影响产品质量。设进刀脉冲当量为δ_fm，弯角脉冲当量为δ_bm，取单次进刀的最大圆整误差为δ_fm/2，单次弯角的最大圆整误差为δ_bm/2，则该圆弧模切刀通过N次弯刀成形后总的进刀圆整误差和弯角圆整误差分别为Nδ_fm/2、Nδ_bm/2。可见，当段数N值较大时，进刀圆整误差及弯角圆整误差也较大，势必对模切刀的加工质量及其安装产生影响。

本实施例根据不同弧长的圆弧模切刀的加工及安装入刀模底板装刀缝的不同特点，对圆弧模切刀设计为不同的线性化工艺处理方法。不同弧长的圆弧模切刀的安装及加工特点分析如下：

(1)对于大弧长(即大半径大包角)的圆弧模切刀，由于其角度的弹性变形量大，容易变形，所以压入装刀缝时，允许存在较大的弯角误差。

(2)对于小弧长(即小半径或大半径小包角)的圆弧模切刀，由于其角度的弹性变形量小，变形困难，所以压入装刀缝时，允许的弯角误差很小。

(3)无论大弧长、小弧长的圆弧模切刀，允许的长度误差均是一定的，只与产品精度、刀模底板刀缝端部的变形量等有关。圆弧模切刀弯刀所产生的长度误差与单次进刀误差及进刀次数直接相关，属于单次进刀误差的累积。小弧长圆弧模切刀进刀次数少，长度误差小；大弧长圆弧模切刀进刀次数多，长度误差则大。

根据上述分析特点，本发明对于大弧长圆弧模切刀，采用取整长度圆整角度的工艺处理方法；对于小弧长圆弧模切刀，采用取整角度圆整长度的工艺处理方法。改方法的具体步骤如下：

步骤1，根据圆弧半径R、刀片厚度t、试验所测装刀缝最大变形量后的宽度值Δ，计算理想安装条件下最大进刀长度

极限安装条件下最大进刀长度

根据产品的圆弧逼近误差(主要是逼近形状误差)要求，选用L_opt或L_max值作为进刀长度最大参考值，当逼近形状精度要求高时，选用L_opt值作为进刀长度最大参考值，当逼近形状精度要求不高时，选用L_max值作为进刀最大参考值。

步骤2，根据进刀脉冲当量δ_fm，对L_opt或L_max进行取整处理，得参考进刀长度

或

其中floor表示取不大于该值的最大整数，n，m为不小于1的整数，且

用户可以通过调整n，m值大小来改变进给长度大小，从而在相应的圆弧形状精度等级范围内调整圆弧的逼近误差(主要是逼近形状误差)。

步骤3，取单次进刀最大圆整误差为δ_fm/2，根据圆弧包角α及参考进给长度L_ref，计算该圆弧弯刀的进刀长度圆整误差

步骤4，根据产品尺寸精度要求，设置长度允许最大误差δ_lmax。考虑到模切刀的长度加工误差由进刀长度圆整误差、进刀系统误差、刀片对零误差等误差综合而成，其中对零误差无累积效应，且相对为小量值而不考虑，故长度加工误差δ_l主要由进刀长度圆整误差δ_lr和进刀系统误差δ_fs组成，即δ_l＝δ_lr+δ_fs。假设δ_lr＝δ_fs，当δ_l≥δ_lmax，即δ_lr≥δ_lmax/2时，则计算所得长度加工误差大于长度允许最大误差，该圆弧定义为大弧长圆弧；当δ_lr<δ_lmax/2时，该圆弧定义为小弧长圆弧。

步骤5，对于大弧长圆弧，取进刀长度L＝L_ref，即先设置进刀长度为取整后的参考长度，再计算折弯角

L为设置的取整值，不存在进刀长度圆整误差，δ_l＝δ_fs<δ_lmax，满足长度加工误差要求；β由数控程序进行圆整，单次折弯角产生δ_bm/2的最大圆整误差，整段圆弧产生α×δ_bm/2β的弯角圆整误差。虽然该误差较大(因α/β表示的折弯次数值较大)，但可以利用大弧长圆弧模切刀安装时的大弹性变形来弥补。

步骤6，对于小弧长圆弧，先计算折弯角

再根据弯角脉冲当量δ_bm，取整折弯角

再由取整折弯角β计算进刀长度

β为计算后的取整值，不存在弯角圆整误差；L由数控程序进行圆整，单次进刀产生δ_bm/2的最大圆整误差，整段圆弧产生

的圆整误差。虽然小弧长圆弧模切刀弹性变形小，变形困难，但取整折弯角β后无圆整误差，能满足安装；虽然进刀长度产生

的圆整误差，但

满足长度加工误差要求。

步骤7，计算段数N＝α/β

综上所述，本发明的圆弧模切刀弯刀成形的方法首先通过理论计算的最大进给长度为约束上限，控制逼近误差以达到安装精度要求；然后针对不同弧长大小圆弧，分别提出圆整长度计算角度、圆整角度计算长度两种线性化的工艺处理方法，该方法可以减少进刀圆整误差或弯角圆整误差，提高产品精度。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，以刀模底板装刀缝给定安装压力下的最大变形量为依据，对圆弧线性化处理中的线段长度进行了理论分析及计算，确定理想安装条件下最大进给长度及极限安装条件下最大进给长度，为弯刀加工中进给长度的取值提供了选择依据；同时考虑弯刀机进刀系统和弯刀系统圆整误差影响的条件下，针对大弧长圆弧提出圆整长度计算角度的线性化处理方式，针对小弧长圆弧提出圆整角度计算长度的线性化处理方式；

其中理想安装条件为模切刀安装于刀模底板装刀缝之中时，原刀线图中圆弧模切刀中心线与原刀模底板装刀缝的圆弧中心线重合的安装；

极限安装条件为模切刀安装于刀模底板装刀缝之中时，在给定安装压力条件下刀模底板装刀缝产生最大变形量的安装；

该方法包括以下步骤：

步骤1，确定理想安装条件下最大进给长度L_opt与极限安装条件下最大进给长度L_max；

步骤2，根据进刀脉冲当量δ_fm，对L_opt或L_max进行取整处理，得参考进刀长度L_ref；

步骤3，取单次进刀最大圆整误差为δ_fm/2，根据圆弧包角α及参考进刀长度L_ref，计算该圆弧模切刀弯刀的进刀长度圆整误差δ_lr；

步骤4，根据产品尺寸精度要求，设置长度允许最大误差δ_lmax，长度加工误差δ_l由进刀长度圆整误差δ_lr和进刀系统误差δ_fs组成，即δ_l＝δ_lr+δ_fs；假设δ_lr＝δ_fs，当δ_l≥δ_lmax，即δ_lr≥δ_lmax/2时，则计算所得长度加工误差大于长度允许最大误差，该圆弧定义为大弧长圆弧；当δ_lr＜δ_lmax/2时，该圆弧定义为小弧长圆弧；

步骤5，对于大弧长圆弧，取进刀长度L＝L_ref，即先设置进刀长度为取整后的参考进刀长度，再计算折弯角

步骤6，对于小弧长圆弧，先计算折弯角

再根据弯角脉冲当量δ_bm，取整折弯角

再由取整折弯角β计算进刀长度

其中R表示圆弧半径，floor表示取不大于该值的最大整数。

2.根据权利要求1所述的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，所述步骤1，根据圆弧半径R、刀片厚度t、试验所测刀模底板装刀缝最大变形量后的宽度值Δ，计算理想安装条件下最大进给长度

极限安装条件下最大进给长度

根据产品形状精度要求，选用L_opt或L_max值作为进刀长度最大参考值。

3.根据权利要求2所述的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，所述步骤2，对L_opt或L_max进行分别取整处理，得参考进刀长度

或

其中floor表示取不大于该值的最大整数，n、m为不小于1的整数，且

4.根据权利要求3所述的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，通过调整n，m值大小来改变进给长度大小。

5.根据权利要求3所述的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，所述步骤3，进刀长度圆整误差

6.根据权利要求3所述的一种圆弧模切刀弯刀成形的方法，其特征在于，还包括步骤7，计算段数N＝α/β。

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