CN113126565A - 一种折弯中心换边轨迹规划算法 - Google Patents

一种折弯中心换边轨迹规划算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种折弯中心换边轨迹规划算法。该算法包括先求得旋转到临界区域的角度，再反求出后续的距离，再规划旋转换边的运动方式，而旋转换边的运动方式为将使用送料轴V轴和旋转轴C轴进行的换边动作分为动作类型一、动作类型二、动作类型三和动作类型四一共四种动作类型；并且根据C轴能否原地旋转，D1、D2与L之间的关系以及V轴的位移量T的情况选择执行合适的动作类型。本发明中的一种折弯中心换边轨迹规划算法提出一种折弯中心路径优化算法，能够根据加工板材的尺寸等因素自动规划折弯中心换边加工的路径，不仅节省了折弯的加工时间，提高折弯加工的效率，并且还保证了加工的精度。

Description

一种折弯中心换边轨迹规划算法
技术领域
本发明涉及钣金加工领域，特别涉及一种折弯中心换边轨迹规划算法。
背景技术
随着科学技术的发展、国内人口红利的减少、国内基础工人日益缺失等因素，人力成本日益增加，很多加工行业，比如钣金加工行业，其中对设备的智能化、减少人为介入提出了越来越高的要求。而折弯中心在钣金加工行业相比于传统折弯机具有省人工、加工效率高、可进行多边折弯、折弯效果稳定等多种优势，其投资和使用频率也得到极大提高，尤其是在金属柜门、金属外框等钣金加工领域应用广泛。
在折弯中心加工钣金件时，一般是将其单边折弯完成后再旋转到另外一个未加工边进行折弯加工，而因为折弯中心的折弯刀具结构紧凑、折弯区域空间小，因此加工中的金属板材无法在加工区域进行旋转。目前，折弯中心换边加工的技术方案为：先将板材后退的安全可旋转的区域，然后旋转到指定边，再进行折弯加工。这样一来，则会大幅度增加折弯的加工时间，降低折弯加工的效率，并且加工的动作也会显得生硬和不够流畅，进而影响加工的精度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种折弯中心换边轨迹规划算法。
根据本发明的一个方面，提供了一种折弯中心换边轨迹规划算法，包括先求得旋转到临界区域的角度，再反求出后续的距离，再规划旋转换边的运动方式，而旋转换边的运动方式为将使用送料轴V轴和旋转轴C轴进行的换边动作分为动作类型一、动作类型二、动作类型三和动作类型四一共四种动作类型；
当C轴能够原地旋转时，D1>L，在T≤0时执行动作类型一；而在T>0时，如果旋转后D2≥L则执行动作类型一，如果旋转后D2<L则执行动作类型二；
当C轴不能够原地旋转时，D1≤L，在T≤0时，执行动作类型三，而在T>0时执行动作类型四；
其中，C轴加持位置为定中心，L为定中心到板坯边缘的最大距离，D1为折弯前定中心到折弯刀内侧的距离，D2为折弯后定中心到折弯刀内侧的距离，T为V轴的位移量。
本发明中的一种折弯中心换边轨迹规划算法提出一种折弯中心路径优化算法，能够根据加工板材的尺寸等因素自动规划折弯中心换边加工的路径，不仅节省了折弯的加工时间，提高折弯加工的效率，并且还保证了加工的精度。
在一些实施方式中，动作类型一为V轴和C轴进行插补运动，并称为VC插补。由此，设置了动作类型一的具体方式。
在一些实施方式中，动作类型二为先进行VC插补前进，再进行V轴单轴前进。由此，设置了动作类型二的具体方式。
在一些实施方式中，动作类型三为先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补到位。由此，设置了动作类型三的具体方式。
在一些实施方式中，动作类型四为先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补前进，再进行V轴单轴移动到位。由此，设置了动作类型四的具体方式。
在一些实施方式中，定中心为C轴的加持位置。由此，描述了定中心的概念。
在一些实施方式中，T为V轴在旋转前的机械坐标和旋转后的机械坐标之差。由此，描述了T的具体含义。
在一些实施方式中，旋转到临界区域的角度α0满足D1-L*sin(α0+θ)＝-L*cos(α0+θ)*α0，其中，θ为板坯对角线与板坯子对称轴的夹角。由此，描述了旋转角度的算法。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种折弯中心换边轨迹规划算法在换边时的旋转前的示意图；
图2为图1所示一种折弯中心换边轨迹规划算法在换边时的旋转后的示意图；
图3为图1所示一种折弯中心换边轨迹规划算法在换边旋转时的折弯刀内侧线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种折弯中心换边轨迹规划算法在换边时的旋转前的情况，图2显示了图1中的折弯中心换边轨迹规划算法在换边时的旋转后的情况，图3显示了图1中的折弯中心换边轨迹规划算法在换边旋转时的折弯刀内侧线的示意结构。如图1-3所示，该算法包括用于在折弯中心对钣金件进行折弯加工，能够根据加工板材的尺寸等因素自动规划折弯中心换边加工的路径，而不需要将钣金件的板坯先后退的安全可旋转的区域再进行旋转和折弯。
如图1所示为在将钣金件进行换边时的旋转前的情况。其中，设旋转轴为C轴，送料轴为V轴，长方形为待折弯加工的板坯，图中心的小圆区域为C轴加持位置，也称为定中心，而大圆区域为C轴带动板坯旋转所划过的最大区域。在旋转换边过程中，应该保证大圆区域不超过折弯刀内侧线，即满足定中心到板坯边缘的最大距离L小于折弯前定中心到折弯刀内侧的距离D1。
设定中心到折弯边缘的距离为△d，而折弯边缘到折弯刀内侧的距离为d1，则有：
D1＝△d+d1。
其中，d1与机构本身的结构相关，一般为定值。
此外，设板坯长度的一半为Hl，宽度的一半为Hw，而板坯中心相对于定中心在长度上存在的偏移量(图中为在宽度上)为r，则有：
△d＝Hw+r。
进一步地，则定中心到板坯边缘的最大距离为：
L＝Sqrt(Hl2+△d2)。
其中，上述公式可以根据实际情况进行一定的修改，比如在求△d时将加号替换为减号，又比如用Hw替换Hl等。
如图2所示为在将钣金件进行换边时的旋转后的情况。其中，设折弯后定中心到折弯刀内侧的距离D2，板坯尺寸(根据情况选择长或宽)的一半为H，折弯侧边长度为t，则有：
D2＝H-t+d1。
其中，相比图1和图2，可得送料轴V轴的位移量T(图中未标示出)则为V轴在旋转前的机械坐标和旋转后的机械坐标之差。
如图3所示为在换边旋转时的折弯刀内侧线的情况。其中，设定中心为板坯中心，则板坯对角线长的一半为L，在板坯中心作水平方向的辅线，对角线与水平方向夹角为α，对角线与板坯子对称轴的夹角为θ，插补时后退的总长度为V1，而板坯后退的距离系数为K，其中，K＝2α/π。
则在边退边旋转的插补情况下，板坯的一个角因旋转超出为移动前板坯边线的距离S(图中未标示出)为：
S＝L*sin(α+θ)-△d-KV1。
若要在插补时不发生干涉情况，则需要：S<d1。
而又因为d1＝D1-△d，则有：
L*sin(α+θ)-(2V1α/π+D1)<0。
可令f(α)＝L*sin(α+θ)，g(α)＝2V1α/π+D1，则有：
f(α)<g(α)。
而若要求f(α)在(0，π/2-θ)区间内恒成立，则g(α)的斜率应该大于f(α)过点(0，D1)的切线斜率，即：
2V1/π>L*cos(α0+θ)。
其中，α0为f(α)过点(0，D1)的切线与f(α)相切点的横坐标，则其切线方程为：
y-L*sin(α0+θ)＝L*cos(α0+θ)*(α-α0)。
而又由于该切线过(0，D1)，则有：
D1-L*sin(α0+θ)＝-L*cos(α0+θ)*α0。
上式中仅有α0为未知数，对上式求解，即可得到α0的值。
在进行换边时，根据上述算法所提供的数学模型，可基于其他优化算法(比如牛顿欧拉法等)可求得应该旋转到临界区域的角度即为α0，再反求出后续的距离，即可根据运动条件规划旋转换边的运动方式。
在进行规划时，可以将换边动作分为以下四种动作类型：
动作类型一：V轴和C轴进行插补运动(简称VC插补)；
动作类型二：先进行VC插补前进，再进行V轴单轴前进；
动作类型三：先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补到位；
动作类型四：先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补前进，再进行V轴单轴移动到位。
而在具体进行换边时，可以根据不同的情况，比如C轴在能够进行原地旋转时D1、D2与L之间的关系以及V轴的位移量T的情况，选择执行合适的动作类型。其中主要包括下述几种情况：
当C轴能够原地旋转，D1>L，并且T＝0时，执行动作类型一；
当C轴能够原地旋转，D1>L，并且T<0时，执行动作类型一；
当C轴能够原地旋转，D1>L，并且T>0时，如果旋转后D2≥L，则执行动作类型一；如果旋转后D2<L，则执行动作类型二。
此外，还考虑了C轴不能够进行原地旋转时的情况，具体如下所述：
当C轴不能够原地旋转，D1≤L，并且T＝0时，执行动作类型三；
当C轴不能够原地旋转，D1≤L，并且T<0时，执行动作类型三；
当C轴不能够原地旋转，D1≤L，并且T>0时，执行动作类型四。
总的具体说，当C轴能够原地旋转时，可以保证D1>L，则在T≤0时执行动作类型一，而在T>0时，如果旋转后D2≥L则执行动作类型一，如果旋转后D2<L则执行动作类型二；而当C轴不能够原地旋转，则会有D1≤L，则在T≤0时，执行动作类型三，而在T>0时执行动作类型四。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：先求得旋转到临界区域的角度，再反求出后续的距离，再规划旋转换边的运动方式，而旋转换边的运动方式为将使用送料轴V轴和旋转轴C轴进行的换边动作分为动作类型一、动作类型二、动作类型三和动作类型四一共四种动作类型；
当C轴能够原地旋转时，D1>L，在T≤0时执行动作类型一；而在T>0时，如果旋转后D2≥L则执行动作类型一，如果旋转后D2<L则执行动作类型二；
当C轴不能够原地旋转时，D1≤L，在T≤0时，执行动作类型三，而在T>0时执行动作类型四；
其中，C轴加持位置为定中心，L为定中心到板坯边缘的最大距离，D1为折弯前定中心到折弯刀内侧的距离，D2为折弯后定中心到折弯刀内侧的距离，T为V轴的位移量。
2.根据权利要求1所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：动作类型一为V轴和C轴进行插补运动，并称为VC插补。
3.根据权利要求2所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：动作类型二为先进行VC插补前进，再进行V轴单轴前进。
4.根据权利要求3所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：动作类型三为先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补到位。
5.根据权利要求4所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：动作类型四为先进行VC插补后退，再进行C轴旋转，再进行VC插补前进，再进行V轴单轴移动到位。
6.根据权利要求1所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：定中心为C轴的加持位置。
7.根据权利要求1所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：T为V轴在旋转前的机械坐标和旋转后的机械坐标之差。
8.根据权利要求1所述的一种折弯中心换边轨迹规划算法，其特征在于：旋转到临界区域的角度α0满足D1-L*sin(α0+θ)＝-L*cos(α0+θ)*α0，其中，θ为板坯对角线与板坯子对称轴的夹角。
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