CN111530996B - 基于偏心结构设计的管材自由弯曲装置及其工艺解析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于偏心结构设计的管材自由弯曲装置及其工艺解析方法。采用偏心结构设计，即弯曲模（2）中心位置和弯曲模转动中心(3)偏离一定距离B，且弯曲模转动中心(3)与导向机构(4)前端位置相重合。本发明基于偏心结构的设计，将弯曲模中心与旋转轴错开一定距离，实现设备运转的偏心运动，在偏心运动解析中，仅设置弯曲模绕旋转轴的转动，进而实现弯曲模实际意义的平动和转动双重运动效果，极大简化了五轴和六轴设备的成形工艺解析程序，降低了弯曲模运动设置的复杂性。

Description

基于偏心结构设计的管材自由弯曲装置及其工艺解析方法
技术领域
本发明是一种基于偏心结构设计的自由弯曲装置及其工艺解析方法，属于管材弯曲成形技术领域。
背景技术
管材在五轴和六轴设备上进行的自由弯曲成形过程，涉及到弯曲模具的转动和平动，两种运动相互联系且实现管材的自由弯曲过程。但是，在弯曲模的运动解析过程中，涉及参数繁多，且过程复杂，对于管材参数解析和运动程序编辑形成巨大挑战。所以，在管材五轴和六轴设备的自由弯曲成形过程中，简化工艺解析方法是首先要解决的问题。
发明内容
针对管材在五轴和六轴自由弯曲设备成形过程中容易出现的运动解析复杂化问题，本发明提出了基于偏心结构设计的自由弯曲装置及其工艺解析方法。
基于偏心结构设计的自由弯曲装置，包括弯曲模，转动中心，导向机构；其采用偏心结构设计，即弯曲模中心位置和弯曲模转动中心偏离一定距离B，且弯曲模转动中心与导向机构前端位置相重合。通过弯曲模偏心结构设计，弯曲模绕转动中心旋转一定角度θ，则会带动弯曲模中心产生旋转角度θ和偏心距U，简化了弯曲模的运动形式。
所述的基于偏心结构设计的自由弯曲工艺解析方法，具体解析步骤分为三步，即过渡段D、圆弧段E以及过渡段F。
步骤1，弯曲模摆动到成形位置的过渡段D计算，其中弯曲模的转动角度θ、弯曲模的偏心距U、弯曲角度
Figure GDA0003116201390000016
以及弯曲模的偏转角速度ω1和偏转时间t1分别为：
Figure GDA0003116201390000011
Figure GDA0003116201390000012
Figure GDA0003116201390000013
步骤2，弯曲模摆动到成形位置的圆弧段E计算，其中弯曲模的圆弧段弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和停留时间依次分别为：
Figure GDA0003116201390000014
ω圆＝0
Figure GDA0003116201390000015
步骤3，弯曲模从成形位置摆动到原点位置的过渡段F计算，其中弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和偏转时间分别为：
Figure GDA0003116201390000021
Figure GDA0003116201390000022
Figure GDA0003116201390000023
其中，R为弯曲管材弯曲半径，v为轴向推进速度，偏转角速度计算公式中的π为弧度制中的180°，偏转时间和停留时间计算公式中的π为3.14，
Figure GDA0003116201390000024
为弯曲管材弯曲角度，θ为弯曲模的转动角度、U为弯曲模的偏心距。
本发明的主要机构是调整弯曲模旋转轴的位置，进而同步实现平动和转动为一体。对于整体装置而言，技术人员可以轻松拆卸和重装，降低更换的成本。对工艺解析方法，极大降低解析难度，提高了技术人员的工作效率。此发明在实际生产中应用，提高了管材自由弯曲的解析效率，提高了生产效率，降低了企业生产成本。
附图说明
图1为自由弯曲偏心结构示意图；
1管材，2弯曲模，3转动中心，4导向机构。
图2为实施例一弯曲管材示意图；
图3为实施例二弯曲管材示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1，三维自由弯曲装备的成形系统，设计为偏心结构，包括弯曲模2，转动中心3，导向机构4，弯曲模2的中心位置和弯曲模2的转动中心3即旋转轴偏离一定距离B，且弯曲模转动中心与导向机构前端位置相重合。
通过弯曲模偏心结构设计，弯曲模绕转动中心旋转一定角度θ，则会带动弯曲模中心产生旋转角度θ和偏心距U，简化了弯曲模的运动形式。
实施例1
本实施例使用的是直径为15mm，壁厚2mm的管材，装置偏移距离为30mm，轴向推进速度为100mm/s，如图2所示。此弯曲管材弯曲半径为130mm，弯曲角度为60°。参考图1，弯曲模中心位置和弯曲模转动中心位置偏离一定距离B＝30mm，且弯曲模转动中心与导向机构前端位置相重合。现有技术需要通过同时控制弯曲模的平面移动和转动才能实现自由弯曲成形，而通过弯曲模偏心结构设计，弯曲模绕转动中心旋转一定角度θ，则会带动弯曲模中心产生旋转角度θ和偏心距U，简化了弯曲模的运动形式。
第一步，弯曲模从原点位置(摆动角度为0)转动到成形位置的过渡段D计算，其中弯曲模的转动角度θ、弯曲模的偏心距U、弯曲角度
Figure GDA0003116201390000025
以及弯曲模的偏转角速度ω1和偏转时间t1分别为：
Figure GDA0003116201390000031
Figure GDA0003116201390000032
Figure GDA0003116201390000033
第二步，弯曲模转动到成形位置的圆弧段E(弯曲模在成形点位置停留过程中的稳定弯曲管材长度)计算，其中弯曲模的圆弧段弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和停留时间分别为：
Figure GDA0003116201390000034
Figure GDA0003116201390000035
第三步，弯曲模从成形位置转动到原点位置的过渡段F(弯曲模从稳定成形状态回到初始原点的过程中成形的管材长度)计算，其中弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和偏转时间分别为：
Figure GDA0003116201390000036
Figure GDA0003116201390000037
实施例2
本实施例使用的是直径为15mm，壁厚2mm的管材，装置偏移距离为30mm,轴向推进速度为100mm/s，如图3所示。此弯曲管材弯曲半径为80mm，弯曲角度为180°。本发明将三维自由弯曲装备的成形系统设计为偏心结构，即弯曲模中心位置和弯曲模转动中心位置偏离一定距离B＝30mm，且弯曲模转动中心与导向机构前端位置相重合。原来结构通过同时控制弯曲模的平面移动和转动才能实现自由弯曲成形，而通过弯曲模偏心结构设计，弯曲模绕转动中心旋转一定角度θ，则会带动弯曲模中心产生旋转角度θ和偏心距U，简化了弯曲模的运动形式。
第一步，弯曲模转动到成形位置的过渡段D计算，其中弯曲模的转动角度、弯曲模的偏心距、弯曲角度以及弯曲模的偏转角速度和偏转时间分别为：
Figure GDA0003116201390000038
Figure GDA0003116201390000039
Figure GDA00031162013900000310
第二步，弯曲模转动到成形位置的圆弧段E计算，其中弯曲模的圆弧段弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和停留时间分别为：
Figure GDA0003116201390000041
Figure GDA0003116201390000042
第三步，弯曲模从成形位置转动到原点位置的过渡段F计算，其中弯曲角度、弯曲模的偏转角速度和偏转时间分别为：
Figure GDA0003116201390000043
Figure GDA0003116201390000044
在两个实施例中，本发明的优势很明显。解析过程简单，转动位置的改变实现了由单一转动代替了转动加平动的运动过程。本发明很好的保证了弯曲管成形的质量和精度，极大简化了工艺解析过程，为三维自由弯曲成形技术的算法更新提供了很好的保障，应用前景相当广阔。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.基于偏心结构设计的自由弯曲工艺解析方法，其特征在于，采用基于偏心结构设计的管材自由弯曲装置进行自由弯曲，所述的基于偏心结构设计的管材自由弯曲装置包括弯曲模(2)，转动中心(3)，导向机构(4)；弯曲模(2)中心位置和弯曲模(2)的转动中心(3)偏离一定距离B，且弯曲模(2)的转动中心(3)与导向机构(4)前端位置相重合；具体解析步骤包括：
步骤1，弯曲模(2)从原点位置摆动到成形位置的过渡段D计算，其中弯曲模(2)的弯曲角度
Figure FDA0003116201380000011
偏转角速度ω1和偏转时间t1分别为：
Figure FDA0003116201380000012
Figure FDA0003116201380000013
Figure FDA0003116201380000014
步骤2，弯曲模(2)摆动到成形位置的圆弧段E计算，其中弯曲模(2)的弯曲角度、偏转角速度和停留时间分别为：
Figure FDA0003116201380000015
ω圆＝0
Figure FDA0003116201380000016
步骤3，弯曲模(2)从成形位置摆动到原点位置的过渡段F计算，其中弯曲模(2)的弯曲角度、偏转角速度和偏转时间分别为：
Figure FDA0003116201380000017
Figure FDA0003116201380000018
Figure FDA0003116201380000019
其中，R为弯曲管材弯曲半径，v为轴向推进速度，偏转角速度计算公式中的π为弧度制中的180°，偏转时间和停留时间计算公式中的π为3.14，
Figure FDA00031162013800000110
为弯曲管材弯曲角度，θ为弯曲模(2)的转动角度、U为弯曲模(2)的偏心距。
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