CN201744547U - 用于渐进成形工件的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于渐进成形工件的系统。第一操作器被构造成使第一工具沿着工件的第一表面在多个方向上运动。第二操作器被构造成使第二工具沿着工件的第二表面在多个方向上运动。第一工具和第二工具沿着第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并施加力以成形工件。

Description

用于渐进成形工件的系统 

技术领域

本实用新型涉及一种用于渐进成形工件的系统。 

背景技术

在第6,971,256号美国专利中公开了一种用于渐进成形的设备和方法。 

实用新型内容

本实用新型提供一种能够提高工件的表面光洁度的用于渐进成形工件的系统。 

本实用新型还提供一种不使用模具的用于渐进成形工件的系统。 

在至少一个实施例中，提供一种用于渐进成形工具的系统。该系统包括容纳工件的固定器组件(fixture assembly)。第一操作器被构造成使第一工具沿着工件的第一表面在多个方向上运动。第二操作器被构造成使第二工具沿着工件的与第一表面相对的第二表面在多个方向上运动。第一工具和第二工具分别沿着第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并施加力以形成工件。 

所述系统还可包括支撑结构，该支撑结构可具有分别支撑第一操作器和第二操作器的第一平台和第二平台，其中，该支撑结构可包括施加拉力的拉力构件，所述拉力使得第一平台和第二平台朝着彼此偏移。 

所述第一预定运动路径可不同于所述第二预定运动路径。 

所述固定器组件可形成开口并可包括夹具，该夹具可相对于固定器组件将工件的一部分固定在固定位置，从而工件覆盖所述开口。 

所述系统还可包括分别接收第一工具和第二工具的第一工具固定器和第二工具固定器，在第一操作器和第二操作器上可分别设置第一心轴和第二心轴，其中，当工件的至少一部分被成形时，第一工具固定器被构造成使第一工具绕着第一旋转轴旋转，第二工具固定器被构造成使第二工具绕着第二旋转轴旋转。 

第一工具和第二工具可同时运动以形成工件。 

所述系统还可包括被设置为分别与第一操作器和第二操作器相邻的第一加热元件和第二加热元件，其中，第一加热元件和第二加热元件可提供能量来加热工件。 

由第一加热元件提供的能量的量可与由第二加热元件提供的能量的量不同。 

在至少一个其它实施例中，提供一种用于渐进成形具有第一表面和第二表面的工件的系统。该系统包括固定器组件、第一操作器和第二操作器。固定器组件具有固定工件的夹具。第一操作器被构造成使第一工具沿着第一表面运动。第二操作器被构造成使第二工具沿着第二表面运动。第一工具沿着第一表面运动，第二工具沿着第二表面运动，以形成工件。 

在至少一个其它实施例中，提供一种渐进成形工件的方法。该方法包括提供具有彼此相对布置的第一表面和第二表面的工件。第一工具用第一操作器定位，第二工具用第二操作器定位，使得第一工具接触第一表面，第二工具接触第二表面。第一工具沿着第一粗成形路径运动，第二工具沿着第二粗成形路径运动，以粗成形工件。第一工具沿着第一精成形路径运动，第二工具沿着第二精成形路径运动，以精成形工件。 

根据本实用新型，所述用于渐进成形工件的系统不仅可提高产品的表面光洁度，而且可成形具有复杂几何形状的工件，而不产生与模具的设计、结构和运输相关联的花费和交付周期。 

附图说明

图1是用于渐进成形工件的示例性系统的侧视图； 

图2和图3是通过系统成形的工件的示例性侧视图； 

图4是通过系统成形的工件的放大侧视图； 

图5是渐进成形工件的方法的流程图。 

具体实施方式

在此公开了本实用新型的详细实施例；然而，应当理解公开的实施例仅是本实用新型的范例，本实用新型可按照各种形式和替换的形式实现。图不一定按比例，一些图可被夸大或缩小以显示具体组件的细节。因此，在此公 开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为权利要求的代表性基础和/或教导本领域技术人员的代表性基础，以多样化地应用本实用新型。 

参照图1，显示了用于渐进成形工件12的示例性系统10。工件12可由任何合适的材料或者具有期望的成形特性的材料制成，例如金属、金属合金、聚合材料或其混合物。在至少一个实施例中，工件12可被设置为片状金属。在本实用新型的一个或多个实施例中，工件12可总体上是平面的，或者可被至少部分地预成形或是非平面的。 

系统10可包括支撑结构20、固定器组件22、第一操作器24、第二操作器26和控制器28。 

可设置支撑结构20来支撑各种系统组件。支撑结构20可具有任何合适的构造。在图1中示出的实施例中，支撑结构20具有总体上类似于盒的形状。当然，本实用新型认为支撑结构20可按照具有更多或更少数量的侧部的不同的构造来设置。在至少一个实施例中，支撑结构20可被构造为具有第一平台30和第二平台32的框架，第一平台30和第二平台32可彼此相对地设置。 

一组支撑柱34可在第一平台30和第二平台32之间延伸。在一个或更多的实施例中，支撑柱34可被设置为实心的或空心的管构件。可设置一个或更多的拉力构件36以在支撑构件20上施加力来提供期望量的稳定性和刚度。在至少一个实施例中，拉力构件36可设置在支撑柱34的内部并可施加使第一平台30和第二平台32朝着彼此偏移的拉力。拉力构件36可以是任何合适的类型，例如压缩汽缸、弹簧、预拉杆等。在至少一个实施例中，由拉力构件36施加的力可以是可调节的，以提供不同的性能参数。 

在平台30和32与支撑柱34之间可设置多个开口，所述多个开口便于接触系统组件以及安装工件12和取出工件12。一个或多个开口可被盖材料(例如，金属或树脂玻璃)至少部分地覆盖，盖材料帮助限定在其中进行工件成形的封套(envelope)。各种安全特征可与开口或盖材料相关联，以使得系统操作按照本领域技术人员公知的方式进行，或者使系统操作不按照本领域技术人员公知的方式进行。 

可设置固定器组件22来支撑工件12。固定器组件22可包括至少部分地限定开口40的框架。当工件12由固定器组件22容纳时，开口40可被工件12至少部分地覆盖。固定器组件22可设置有多个夹具42，以与工件12结合并将力施加到工件12上。夹具42可沿着开口40的多个侧部设置并且可具有 任何合适的构造。例如，夹具42可被手动地、气动地、液动地或电动地驱动。此外，夹具42可被构造成在工件12上提供固定的或可调节的量的力。例如，一个或更多的夹具42可被构造成提供恒定量的力以将工件12固定在固定的位置。可选地，一个或更多的夹具42可被构造成提供可调节量的力以允许期望量的材料相对于开口40被拉出。 

固定器组件22可被构造为相对于支撑结构20运动。例如，固定器组件22可被构造为朝着或远离第一平台30、第二平台32和/或支撑柱34运动。在图1中，固定器组件22可沿着竖直轴或Z轴运动。在至少一个实施例中，固定器组件22可被安装在一个或多个支撑构件44上，所述支撑构件44可被构造为延伸、缩回和/或旋转以使固定器组件22和工件12相对于至少一个成形工具运动，以帮助提供额外的运动范围并提高工件12的可成形性。固定器组件22可运动，使得其保持与第一平台30或第二平台32平行，或使得固定器组件22倾斜，以获得非平行的关系。当工件12形成时，可发生固定器组件22的运动。 

可设置第一定位装置和第二定位装置或者操作器24，26以定位成形工具。第一操作器24和第二操作器26可分别被安装在第一平台24上和第二平台26上。或者，在本实用新型的一个或多个实施例中，第一操作器24和第二操作器26可被直接安装在支撑结构22上。第一操作器24和第二操作器26可具有相同或不同的结构。例如，第一操作器24和第二操作器26可具有多个自由度，例如可具有至少六个自由度的六头操作器，例如，发那科机器人(Fanuc Robotics)公司生产的型号为F-200i的六头机器人。这种操作器一般可具有将基座结合到平台的多个棱柱连接件或支杆。连接件或支杆可以是线性致动器，例如液压汽缸，液压汽缸可被致动以使得基座相对于平台运动。具有六个自由度的操作器可沿着三个线性方向和三个角方向单独运动或沿任何组合的方向运动。例如，操作器可被构造为使相关联的工具沿着多个轴(例如，如X、Y和Z轴的不同正交方向延伸的轴)运动。 

第一操作器24和第二操作器26可接收便于工件12的成形的多个组件。这些组件可包括装载单元50、加热元件52、心轴54、工具固定器56，56′和成形工具58，58′。 

可设置一个或多个装载单元50以检测施加在工件12上的力。如将在下面更加详细地描述的，由装载单元50提供的数据可与控制器28通信，并且 可用于监视和控制系统10的操作。装载单元50可被设置在支持精确的数据收集的任何合适的位置，例如邻近加热元件52、心轴54、工具固定器56，56′或成形工具58，58′的位置。 

加热元件52可以是任何合适的类型并且可基于电的或非基于电的。加热元件52可提供能量，该能量能够被传递到工件12，以帮助提供期望的成形和/或表面光洁度品质。加热元件52可直接或间接加热工件12。例如，加热元件52可被设置在成形工具58，58′中或者与成形工具58，58′邻近，以直接或间接加热成形工具58，58′，而成形工具58，58′接着加热工件12。在至少一个其它实施例中，激光或加热元件可直接加热工件12的至少一部分。或者，一个或更多的加热元件52可被设置在另一系统组件(例如，固定器组件22)上。与第一操作器24和第二操作器26相关联的加热元件52可同时操作或单独操作。在至少一个实施例中，一个加热元件52的操作可主要加热工件12的一侧，并且可便于减小工件12的不同侧或区域之间的应力差或表面光洁度特性的差异。 

可设置心轴54以使工具固定器56，56′和相关的成形工具58，58′绕着旋转轴旋转。如果设置了心轴54，则心轴54可被安装在操作器24，26上，并且与不旋转的成形工具相比可提供额外的材料成形能力。此外，心轴54可被主动或被动地控制。通过编程或者控制心轴54的旋转可进行主动控制，这可在心轴运动与操作器24，26的运动同步或不同步的情况下进行。通过允许心轴54响应于施加到工件12上的力(例如，通过成形工具传递到心轴54上的力)自由地旋转可进行被动的控制。 

工具固定器56，56′可接收并固定成形工具58，58′。工具固定器56，56′可具有相同或不同的构造。工具固定器56，56′可包括孔，该孔可容纳成形工具58，58′的一部分。此外，工具固定器56，56′用夹具、定位螺钉或如本领域技术人员所公知的其它机构可将成形工具58，58′固定在固定位置。工具固定器56，56′和/或成形工具58，58′还可与如本领域技术人员所公知的自动工具转换装置60相关联，自动工具转换装置60可便于工具的快速互换或更换。 

成形工具58，58′可施加力以成形工件12。成形工具58，58′可具有任何合适的几何形状，包括但不限于平的形状、弯曲的形状、球形或圆锥形或其上述形状的组合形状。此外，成形工具58，58′可被构造成具有一个或多个运动特征或表面，例如辊子。具有相同或不同几何形状的成形工具可用第一操 作器24和第二操作器26装备。成形工具的几何形状、硬度和表面光洁度属性的选择可基于与工件材料和成形的工件12中期望的形状、光洁度、厚度或其它设计属性的兼容性。 

可设置用于控制系统10的操作的一个或更多的控制器28或控制模块。例如，控制器28可以是监视器并控制固定器组件22、操作器24，26、装载单元50、加热元件52、心轴54和工具转换装置60的操作。控制器28可适于接收CAD数据并提供计算机数字控制(CNC)来根据设计规范成形工件12。此外，控制器28可监视并控制测量系统62的操作，测量系统62可被设置以在成形工艺过程中监视工件12的尺寸特性。测量系统62可以是任何合适的类型。例如，测量可基于与工件12的物理接触，或者可在无物理接触的条件下进行，例如使用激光或光学测量系统。 

如前面所描述的，可使用系统10来渐进成形工件。在渐进成形中，通过一系列小的渐进变形将工件成形为期望的构造。通过使一个或多个工具沿着或抵着一个或更多个工件表面运动可提供小的渐进变形。工具的运动可沿着预定的路径或编程的路径进行。此外，工具运动路径还可基于例如从装载单元测量到的反馈被实时地适应性地编程。因此，随着至少一个工具运动，可在渐进中进行成形，而不从工件上去除材料。 

参照图5，显示了渐进成形工件的示例性方法。 

在步骤100，将要被渐进成形的材料被装载到系统内。可被至少部分地预成形的材料可被手动或自动地固定和布置于在开口40的至少一部分之上的固定器组件22中。然后如前面所讨论的，可夹住工件以将材料固定在期望的位置。此外，可在将要成形的材料的一个或多个表面上设置摩擦降低材料，例如蜡或润滑油，以帮组降低摩擦和/或提高光洁度。 

在步骤102，材料可被粗成形(rough formed)或者大致成形为过渡形状(intermediate shape)。粗成形可导致材料的形状改变，从而工件的至少一部分不成形为最终形状或目标形状。粗成形可通过第一操作器24和第二操作器26的操作实现。例如，控制器28可执行程序，以使操作器24，26运动，使得他们各自的工具接触材料并将力施加到材料上来改变材料的形状。可使用一个或多个工具来进行材料的粗成形。与使用一个以上的工具相比，一个工具的使用会导致工件的局部变形控制能力降低。使用多个工具可使得尺寸精度提高，因为施加在工件的一侧上的力可被在工件的相反侧上的工具施加的 力至少部分地偏移或影响。这样，一个工具可提高降低材料的局部运动的局部支撑。 

在粗成形过程中，操作器可使工具定位或运动，使得他们不是紧密地相对地相邻(即，在位于工件的相对侧或不同侧的同时但不紧密地相邻或者对齐)，如图2中所示。在图2中，第一工具58和第二工具58′显示为将力施加到工件上，从而产生弯曲的表面。在粗成形过程中，第一工具和第二工具可沿着相同的路径或不同的路径运动，并且这种运动可彼此同步或不同步。 

在步骤104，材料可被精成形(finish formed)，从而获得工件的最终的期望形状。精成形可补偿与设计初衷的偏差，该偏差可能是由与设计初衷不同的粗成形和/或工具定位或工具接触位置导致的工件的整体变形和金属张弛所导致的。精成形可通过驱动操作器使得多个工具被定位成彼此紧密地相对地相邻(即，在位于工件的相对侧或不同侧的同时但不紧密地相邻或者对齐)。在图3中显示了精成形的示例性描绘。在精成形过程中，与期望的或目标形状的偏差可通过将力施加到工件的不同侧上来调整或校对，从而由一个工具施加的力被由另一工具施加的力至少部分地补偿或抵消。更具体地，工具可被定位成充分紧密地相邻以帮助更加精确地控制工件的成形。在精成形过程中，操作器可总体上使工具沿着类似的路径运动到类似的位置，从而获得和/或保持充分紧密地相邻的状态。 

参照图4，更加详细地显示精成形的示例性表示。在图4中，第一工具58和第二工具58′接触工件12的相对侧并将力施加到所述相对侧上。第一工具58和第二工具58′显示为紧密地相邻但在工件12的相对侧上。法线或法平面可与每个工具相关联。更具体地将，第一法线70与第一工具58相关联，第二法线72与第二工具58′相关联。每个法线或法平面基本上垂直于与工件的表面接触的相关联的区域延伸。法线/法平面70、72可与延伸通过工具的中心的轴和/或工具可绕着其旋转的旋转轴不同。在精成形过程中，当工件充分地紧密地相邻时，一个工具的法线或法平面可穿过另一个工具。此外，沿着运动路径的至少一部分，一个工具的法线或法平面可与另一个工具的法线或法平面相交。当工具被放置在充分紧密的相对的相邻区域内时，交点或交线可出现在工具中的一个内。例如，第一法线/法面70和第二法线/法面72可穿过第二工具58′或在第二工具58′内交叉，如图4所示。此外，第一法线和第二法线在粗成形过程中或当第一工具和第二工具未处于充分紧密相邻的区 域内时可不交叉。 

在步骤106，可评估成形的工件的尺寸。可使用先前所讨论的测量系统实现尺寸评估。如果一个或多个尺寸特性不在预定的公差内，则可进行其他的成形操作和/或可进行编程调整。 

在步骤108，完成的工具可从系统移除。更具体地将，可从工件上松开和释放夹具，从而可从固定器组件上移除材料。 

可采用本实用新型来成形具有复杂几何形状的工件，而不产生与模具的设计、结构和运输相关联的花费和交付周期，而一般都采用模具来成形类似于板状金属的工件。此外，可降低或避免在相关装备(例如，压力机)中的资本投资。这样，可充分地减少每个工件的成本和生产时间。此外，本实用新型可生产与其它技术(例如，单点渐进成形)相比表面质量和尺寸精度改善的部件。此外，可减少能源消耗。这种优点可在样机研究、小批量生产和/或更高批量的生产操作中实现。 

虽然已经详细描述了实现本实用新型的最佳方式，但是熟悉本实用新型涉及的领域的技术人员应当认识到实施权利要求所限定的本实用新型的各种替代设计和实施例。 

Claims (7)

1.一种用于渐进成形工件的系统，其特征在于该系统包括：

固定器组件，接收工件，该工件具有第一表面和被设置为与第一表面相对的第二表面；

第一操作器，被构造成使第一工具沿着第一表面在多个方向上运动；

第二操作器，被构造成使第二工具沿着第二表面在多个方向上运动，

其中，第一工具和第二工具分别沿着第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并施加力以形成工件。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于该系统还包括支撑结构，该支撑结构具有分别支撑第一操作器和第二操作器的第一平台和第二平台，其中，该支撑结构包括施加拉力的拉力构件，所述拉力使得第一平台和第二平台朝着彼此偏移。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一预定运动路径不同于所述第二预定运动路径。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述固定器组件形成开口并包括夹具，该夹具相对于固定器组件将工件的一部分固定在固定位置，从而工件覆盖所述开口。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统还包括分别接收第一工具和第二工具的第一工具固定器和第二工具固定器，在第一操作器和第二操作器上分别设置第一心轴和第二心轴，其中，当工件的至少一部分被成形时，第一工具固定器被构造成使第一工具绕着第一旋转轴旋转，第二工具固定器被构造成使第二工具绕着第二旋转轴旋转。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统还包括被设置为分别与第一操作器和第二操作器相邻的第一加热元件和第二加热元件，其中，第一加热元件和第二加热元件提供能量来加热工件。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于由第一加热元件提供的能量的量与由第二加热元件提供的能量的量不同。 

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