CN113714362B - 多道次滚压式板材柔性翻边成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种多道次滚压式板材柔性翻边成形方法，通过翻边成形控制系统将滚轮移动至与原始板料的翻边线相切位置后以规划得到的滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离进行翻边件快速精确成形。本发明显著提高了带翻边钣金结构件的成形质量及成形效率，简单可行，生产效率高。

Description

多道次滚压式板材柔性翻边成形方法
技术领域
本发明涉及的是一种钣金件制造领域的技术，具体是一种多道次滚压式板材柔性翻边成形方法。
背景技术
钣金翻边构件在航空航天领域有着广泛的应用。然而由于品种多，批量少，目前这类钣金翻边件大都采用人工锤击的方式翻边成形，生产效率以及制造质量难以满足不断变化的产品需求和不断加快的生产节拍。因此，亟待开发新的钣金翻边工艺，解决目前钣金翻边结构件制造难题。
发明内容
本发明针对现有技术镶块安装精度要求高，每组模具仅适用于单一翻边线半径翻边件成形以及难以成形圆弧开角较大的翻边件的不足，提出一种多道次滚压式板材柔性翻边成形方法，显著提高了带翻边钣金结构件的成形质量及成形效率，简单可行，生产效率高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种多道次滚压式柔性翻边成形方法，通过翻边成形控制系统将滚轮移动至与原始板料的翻边线相切位置后以规划得到的滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离进行翻边件快速精确成形。
所述的规划是指：以原始板料的下平面为基准面、原始板料的圆心为原点，建立三维直角坐标系，根据测量得到的原始板材内径R0、目标翻边件的平面部分长度L1、过渡圆角半径r、目标翻边件的翻边开角α、原始板料厚度d计算得到翻边线半径
Figure GDA0003593828410000011
Figure GDA0003593828410000012
再根据切点至旋轮所在轴线的切线长度l计算得到旋轮从初始位置运动至翻边线半径处的位移
Figure GDA0003593828410000013
最后根据目标翻边件的翻边开角α，设置n道次翻边成形，计算得到每道次成形时，滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离w。
所述的翻边成形控制系统包括：翻边工作台、压紧旋轮机构、翻边滚轮机构、信息接收模块、信息对比计算模块和运动控制模块，其中：目标翻边件位于翻边工作台上，压紧旋轮机构和翻边滚轮机构分别位于目标翻边件的内外侧，信息接收模块传递压紧旋轮机构和翻边滚轮机构理论位置信息，信息对比计算模块根据位置信息，得到局部调整位移，运动控制模块根据局部调整位移信息，分别控制压紧旋轮机构压紧板材和翻边滚轮机构位姿，实现待成形件的多道次翻边成形，通过循环进行翻边工步直至成形出合格翻边零件。
技术效果
本发明整体解决了现有翻边成形技术模具利用率低，每组模具仅适用于单一翻边线半径翻边件成形以及难以成形圆弧开角较大的翻边件的问题；
与现有技术相比，本发明通过控制滚轮与原始板料的翻边线相切位置，即可实现多种翻边线半径翻边件的成形；同时，通过调整滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离，即可快速实现回弹补偿。本发明方法简单可行，相对于传统人工翻边成形一件合格零件需要数个小时，本发明在完成工艺规划后，完成单一零件所需时间仅需几分钟，极大提高了成形效率。
附图说明
图1为实施例应用示意图；
图2为目标翻边件图；
图3为原始板料图；
图中：1翻边工作台、2压紧旋轮机构、3翻边滚轮机构、41平面部分、42翻边部分、21第一机器关节机构、22旋轮、31第二机器关节结构、32第三机器关节结构、33滚轮、34滚轮、211位移控制传感器、212减速器、213联轴器、214连杆、311位移控制传感器、312减速器、313联轴器、314连杆、321位移控制传感器、322减速器、323联轴器、324连杆、4目标翻边件、41目标翻边件平面部分、42目标翻边件翻边部分。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种多道次滚压式柔性翻边成形系统，包括：翻边工作台1、压紧旋轮机构2、翻边滚轮机构3、信息接收模块、信息对比计算模块、运动控制模块，其中：如图2所示的目标翻边件4位于翻边工作台1上，压紧旋轮机构2和翻边滚轮机构3分别位于目标翻边件4的内外侧，信息接收模块传递压紧旋轮机构和翻边滚轮机构理论位置信息，信息对比计算模块根据位置信息，得到局部调整位移，运动控制模块根据局部调整位移信息，一方面控制压紧旋轮机构压紧板材，另一方面控制翻边滚轮机构位姿，实现待成形件的多道次翻边成形。上述过程可循环进行，直到成形出合格翻边零件。
所述的压紧旋轮机构2包括：第一机器关节机构21以及与之相连的旋轮22，其中：
旋轮22与目标翻边件4的内侧相接触。
所述的旋轮22半径与目标翻边件4的过渡圆角半径相同。
所述的翻边滚轮机构3包括：第二机器关节结构31、第三机器关节结构32、滚轮33以及滚轮34，其中：第二机器关节结构31与滚轮33螺接固定，第三机器关节结构32与滚轮34螺接固定，滚轮33与滚轮34对称分布于压紧旋轮机构2两侧。
所述的第一至第三机器关节机构21、31、32均包括：位移控制传感器211、311、321、减速器212、312、322、联轴器213、313、323以及连杆214、314、324。
所述的滚轮33与滚轮34的参考点为底部圆心。
本实施例在使用过程中，根据板材尺寸及实际成形需要，解析得到压紧旋轮机构2和翻边滚轮机构3位置关系，不断调整压紧旋轮机构2和翻边滚轮机构3位姿，对板料待翻边部分施加成形力以实现柔性翻边成形；本发明操作简单，各机构之间协同控制，装置结构灵活，自由度高，能够实现不同半径原始板料的柔性翻边成形。
根据不同的成形要求，可以更换不同尺寸的旋轮22，机构灵活性好；
本发明根据测量得到的原始板材内径R0、目标翻边件的平面部分长度L1、过渡圆角半径r、目标翻边件的翻边开角α、原始板料厚度d计算得到翻边线半径R1，再根据切点至旋轮所在轴线的切线长度计算得到旋轮从初始位置运动至翻边线半径处的位移，从而得到压紧旋轮机构2和翻边滚轮机构3位置关系，不断调整压紧旋轮机构2和翻边滚轮机构3位姿，即可针对不同目标翻边件进行多道次角度分配以及不同位置的切入，实现不同半径原始板料的柔性翻边成形。
如图1所示，本实施例涉及上述装置的多道次滚压式柔性翻边成形方法，包括：
第一步，根据目标翻边件的零件特征，将目标翻边件4分为平面部分41以及翻边部分42；测量得到原始板料内径R0为1200mm、厚度d为2mm、滚轮33与滚轮34的半径rw为24mm、目标翻边件的翻边开角α为120°、过渡圆角半径r为10mm、平面部分41长度L1为100mm及翻边部分42长度L2为32mm；以原始板料下平面为基准面、原始板料圆心为原点，建立三维直角坐标系，计算得到翻边线半径
Figure GDA0003593828410000031
Figure GDA0003593828410000032
第二步，将滚轮34与滚轮33移动至任意与如图3所示的原始板料翻边线相切位置，测量得到切点至旋轮22所在轴线的切线长度l为240mm，计算得到旋轮22从初始位置运动至翻边线半径处的位移
Figure GDA0003593828410000033
根据目标翻边件的翻边开角α为120°，设置6道次翻边成形；每道次成形时，滚轮34与滚轮33绕切线旋转10°，计算得到每道次成形时，滚轮34与滚轮33径向运动距离w1～w6，然后通过翻边成形控制系统将滚轮移动至与原始板料的翻边线相切位置后以规划得到的滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离进行翻边件快速精确成形。
所述的每道次成形时，滚轮34与滚轮33径向运动距离w1～w6，具体包括：
第一道次：
Figure GDA0003593828410000034
第二道次：
Figure GDA0003593828410000041
第三道次：
Figure GDA0003593828410000042
第四道次：
Figure GDA0003593828410000043
第五道次：
Figure GDA0003593828410000044
第六道次：
Figure GDA0003593828410000045
经过具体实验，利用本方法得到的翻边件最大过渡圆角半径r为10.6mm、翻边部分长度L2为33.2mm；远低于现有翻边成形技术得到的翻边件最大过渡圆角半径r为13.6mm、翻边部分长度L2为34.9mm，具体比较如下表所示：
Figure GDA0003593828410000046
相比于现有翻边技术一次修模需要10小时工时，并且需要多次修模，且针对不同零件需要更换不同模具，更加费时费力，本发明成形所需时间仅为0.3小时，并且根据成形不同零件时，无需更换模具，通过调整滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离，即可实现不同零件的快速成形，极大地提高了成形效率；与现有技术得到翻边件最大翘曲高度6.2mm，最大贴模间隙2.85mm相比，本发明可以使得翻边件最大过渡圆角半径r为10.6mm、翻边部分长度L2为33.2mm，显著提高了成形质量。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征在于，通过翻边成形控制系统将滚轮移动至与原始板料的翻边线相切位置后以规划得到的滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离进行翻边件快速精确成形；
所述的规划是指：以原始板料的下平面为基准面、原始板料的圆心为原点，建立三维直角坐标系，根据测量得到的原始板材内径R0、目标翻边件的平面部分长度L1、过渡圆角半径r、目标翻边件的翻边开角α、原始板料厚度d计算得到翻边线半径
Figure FDA0003593828400000011
Figure FDA0003593828400000012
再根据切点至旋轮所在轴线的切线长度l计算得到旋轮从初始位置运动至翻边线半径处的位移
Figure FDA0003593828400000013
最后根据目标翻边件的翻边开角α，设置n道次翻边成形，计算得到每道次成形时，滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离w。
2.根据权利要求1所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的翻边成形控制系统包括：翻边工作台、压紧旋轮机构、翻边滚轮机构、信息接收模块、信息对比计算模块和运动控制模块，其中：目标翻边件位于翻边工作台上，压紧旋轮机构和翻边滚轮机构分别位于目标翻边件的内外侧，信息接收模块传递压紧旋轮机构和翻边滚轮机构理论位置信息，信息对比计算模块根据位置信息，得到局部调整位移，运动控制模块根据局部调整位移信息，分别控制压紧旋轮机构压紧板材和翻边滚轮机构位姿，实现待成形件的多道次翻边成形，通过循环进行翻边工步直至成形出合格翻边零件。
3.根据权利要求2所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的压紧旋轮机构包括：第一机器关节机构以及与之相连的旋轮，其中：旋轮与目标翻边件的内侧相接触。
4.根据权利要求3所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的旋轮半径与目标翻边件的过渡圆角半径相同。
5.根据权利要求2所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的翻边滚轮机构包括：第二机器关节结构、第三机器关节结构、滚轮以及滚轮，其中：第二机器关节结构与滚轮螺接固定，第三机器关节结构与滚轮螺接固定，滚轮与滚轮对称分布于压紧旋轮机构两侧。
6.根据权利要求5所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的第二和第三机器关节机构均包括：位移控制传感器减速器联轴器以及连杆。
7.根据权利要求3所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，所述的第一机器关节机构包括：位移控制传感器减速器联轴器以及连杆。
8.根据权利要求1～5中任一所述的多道次滚压式柔性翻边成形方法，其特征是，具体包括：
第一步，根据目标翻边件的零件特征，将目标翻边件分为平面部分以及翻边部分；测量得到原始板料内径R0为1200mm、厚度d为2mm、滚轮与滚轮的半径rw为24mm、目标翻边件的翻边开角α为120°、过渡圆角半径r为10mm、平面部分长度L1为100mm及翻边部分长度L2为32mm；以原始板料下平面为基准面、原始板料圆心为原点，建立三维直角坐标系，计算得到翻边线半径
Figure FDA0003593828400000021
第二步，将滚轮与滚轮移动至任意与原始板料翻边线相切位置，测量得到切点至旋轮所在轴线的切线长度l为240mm，计算得到旋轮从初始位置运动至翻边线半径处的位移
Figure FDA0003593828400000022
Figure FDA0003593828400000023
根据目标翻边件的翻边开角α为120°，设置6道次翻边成形；每道次成形时，滚轮绕切线旋转10°，计算得到每道次成形时，滚轮与滚轮径向运动距离w1～w6，然后通过翻边成形控制系统将滚轮移动至与原始板料的翻边线相切位置后以规划得到的滚轮绕切线旋转角度以及滚轮径向运动距离进行翻边件快速精确成形；
所述的每道次成形时，滚轮与滚轮径向运动距离w1～w6，具体包括：
第一道次：
Figure FDA0003593828400000024
第二道次：
Figure FDA0003593828400000025
第三道次：
Figure FDA0003593828400000026
第四道次：
Figure FDA0003593828400000027
第五道次：
Figure FDA0003593828400000028
第六道次：
Figure FDA0003593828400000029
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