CN203380238U - 一种多段折弯半径数控无模折弯成形设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多段折弯半径数控无模折弯成形设备，所述设备包括：装有夹持装置的平动夹头和转动夹头，所述平动夹头实现工件的两个正交方向的水平运动，所述转动夹头实现工件的转角运动；驱动装置，用于驱动装有夹持装置的平动夹头和转动夹头进行相应的运动；折弯平台，用于固定平动夹头和转动夹头，也是折弯工件的工作平台；数控系统，根据所要折弯工件确定平动夹头和转动夹头的运动轨迹程序，并根据该程序控制所述驱动装置，由所述驱动装置控制所述夹持装置按照设定的轨迹移动。本实用新型在折弯换热器时无需折弯模，而是通过控制夹持工件的夹具的运动轨迹实现工件的柔性折弯。该折弯设备也可以实现多折弯半径的无模折弯。

Description

一种多段折弯半径数控无模折弯成形设备

技术领域

本实用新型涉及一种无模折弯成形设备，特别涉及的是适用于换热器的多段折弯半径数控无模折弯成形设备。 

背景技术

材料的折弯成形工艺在社会生活生产过程中应用十分广泛，特别是换热器的折弯成形在交通、建筑、电力、空调、石油、化工、航空、航天、等工业部门都有十分广泛的应用。 

换热器的折弯工艺，目前大都采用有模折弯的方式实现，折弯模半径即为所弯材料的半径。为实现此工艺，需要制造精度很高的折弯模，而折弯模经历长时间的使用后，会有较为严重的磨损，致使所弯材料的成形精度降低。有模折弯因折弯模一定，所以只能折弯出一种半径，而要实现各种不同半径的折弯，则需要很多个不同半径的折弯模，从而导致生产成本的增加和效率的降低。 

近年来出现了许多无模折弯工艺，这在一定程度上给材料折弯工艺提供了新的思路与设计方法。无模折弯成形是指管材折弯变形区不直接受到模具的作用，最终的形状由工具和工件的相对运动决定。这种加工手段较之有模折弯灵活性更强，通过不同的工艺设计，适合于多尺寸精度工件的加工使用，故有助于提高生产效率，降低生产成本。 

经检索，发现中国专利：一种无模弯圆弧的加工方法，公开号：101862773，申请号：201010163770.X。该发明提供了一个无模折弯的工艺方法，通过平移机构或滑块导轨组合实现材料的折弯工艺。该方法能够实现一段单一圆弧半径的折弯操作，无法进行多段圆弧下折弯半径的加工。同时此法仅为无模折弯提供了一种工艺手段，未提出适合自动化快速生产实际装置，因此亟需一种能够易于满足和实现数控无模折弯工艺的新设备。 

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种数控无模折弯工艺的设备。本实用新型对不同工件不同折弯参数加工没有局限性，加工柔性较大。同时相比于有模折弯过程，不需要精密的模具，提升了折弯工艺的质量。同时独有的多段不同折弯半径圆弧加工在有模折弯中难以实现，本实用新型的折弯路径设计则很好解决了这一问题。 

为实现上述目的，本实用新型提供一种多段折弯半径数控无模折弯成形设备，包括： 

装有夹持装置的平动夹头和转动夹头：用于加持工件，所述平动夹头实现工件的两个正交方向的水平运动，所述转动夹头实现工件的转角运动； 

驱动装置：用于驱动装有夹持装置的平动夹头和转动夹头进行运动； 

折弯平台：用于固定平动夹头和转动夹头，所述折弯平台包括底板和滑动平台，底板和滑动平台呈正交分布，所述平台由底板和底板上的导轨实现滑动平台Y向运动，由滑动平台和滑动平台上的导轨实现平动夹头的X向运动，进而实现平动夹头的正交运动； 

数控系统：根据所要折弯工件确定平动夹头和转动夹头的单段或多段折弯半径的运动轨迹控制程序，并根据该程序控制所述驱动装置，由所述驱动装置控制所述平动夹头和转动夹头按照设定的轨迹移动。 

优选地，所述驱动装置，包括滚珠丝杠，该滚珠丝杠旋转带动平动夹头做正交水平运动。 

优选地，所述驱动装置进一步包括伺服电机以及与之连接的减速机，所述伺服电机经减速机直接带动转动夹头做转角运动。 

优选地，所述平动夹头上与工件接触的地方涂有聚四氟乙烯，平动夹头与工件的接触面是光滑的。 

优选地，所述数控系统，包括数控面板和PC，实现不同折弯参数和路径的设计，并实现可视化及现场调试工作，同时满足PC与可编程逻辑控制器的数据编辑传输。 

本实用新型上述设备，通过滚珠丝杠旋转来带动平动夹头的正交水平运动，具有精确定位的优点；所述转动夹头的转角运动通过伺服电机经减速机直接带动转动夹头实现，伺服电机连减速器后实现了减速增扭的效果；通过数控系统控制后，XY正交平运和Z轴转角运动能有效协调起来。 

本实用新型中，由于没有折弯模，折弯加工工件不会受到来自折弯模的压力，可避免工件翻倒。而且，即使改变折弯半径的设计时，只需通过往程序输入数值可改变折弯半径，不需要制作高价且交货期长的折弯模。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果： 

本实用新型依据材料折弯成形的相关工艺，设计并开发了一种可实现多折弯半径的多段折弯半径数控无模折弯成形设备。本实用新型折弯成形装置在折弯换热器时无需折弯模，而是通过控制夹持工件的夹具的运动轨迹实现工件的柔性折弯。该折弯设备也可以实现多折弯半径的无模折弯。相比于有模折弯，折弯过程中无需折弯模，通过调整数控折弯程序，可灵活实现换热器的多规格折弯成形，同时可以避免折弯过程中模具与换热器的磨损。 

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显： 

图1为本实用新型无模折弯的原理图； 

图2-图3为本实用新型实施例1结构示意图； 

图4为本实用新型实施例2的结构示意图； 

图5为本实用新型实施例2的工作流程图； 

图6为本实用新型实施例3的结构示意图； 

图7为本实用新型实施例3的工作流程图； 

图8为本实用新型实施例4的结构示意图； 

图9为本实用新型实施例4的工作流程图； 

图中，1：底座、2：滑动平台、3：平动夹头、4：转动夹头、7：导轨、8：丝杠连接块、9：丝杠、10：丝杠支撑座、11：联轴器、12：减速机、13：伺服电机。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。 

如图1所示，本实用新型设备的工作原理图，图中：将工件分成三部分：加持部分W1，折弯部分L，加持部分W2。其中加持部分W1用固定夹头夹好，加持部分W2用运动夹头夹好，折弯部分L是从固定夹头末尾B0到运动夹头首端A0。C点为折弯结束 后运动夹头的中点。运动夹头中心从C0运动到Ci，再运动到C点。曲率半径Ri是折弯角度为θi时的曲率半径。图1中O1、O2、O3分别是曲率半径为R1、R2、R3时的圆心。图1中O1、O2、O3分别是曲率半径为R1、R2、R3时的圆心。所以只要知道工件折弯的起始、结束位置，及曲率半径，就可以实现多折弯半径的无模折弯。运动夹头中心的移动轨迹坐标设定如下： 

设C0为夹持部分W2的中心，θi为夹持部分与X轴构成的角θi（定义为θi=ωt），Ci为进行折弯加工时的夹持部中心，Ri为仅进行折弯加工θi时的曲率半径，ω为角速度，t为时间，W为夹持部夹头的宽度（即被加持的工件宽度）。P为折弯角度为θi时运动夹头中心与X轴交点，Ao为折弯部与夹持部的邻接点，Ai为进行折弯加工时折弯部与夹持部的邻接点。 

移动轨迹的坐标推导过程如下： 

$\stackrel{\→}{{\mathrm{PC}}_0}=\stackrel{\→}{{\mathrm{PA}}_0}+\stackrel{\→}{A_0{C}_0}$

$=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ri\θi}-\mathrm{Ri}\tan \frac{\mathrm{\ωt}}{2}\\ 0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\frac{W}{2}\\ 0\end{array}\right)\·\·\·\left(1\right)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{PCi}}=\stackrel{\→}{\mathrm{PAi}}+\stackrel{\→}{\mathrm{AiCi}}$

$=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ri}\tan \frac{\mathrm{\ωt}}{2}\cos \mathrm{\ωt}\\ \mathrm{Ri}\tan \frac{\mathrm{\ωt}}{2}\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\frac{W}{2}\cos \mathrm{\ωt}\\ \frac{W}{2}\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right)\·\·\·\left(2\right)$

$\stackrel{\→}{C_0\mathrm{Ci}}=-\stackrel{\→}{P{C}_0}+\stackrel{\→}{\mathrm{PCi}}$

$=\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Ri\θi}(1-\frac{\sin \mathrm{\ωt}}{\mathrm{\θi}})-\frac{W}{2}(1-\cos \mathrm{\ωt})\\ \frac{\mathrm{Ri\θi}}{\mathrm{\ωt}}(1-\cos \mathrm{\ωt})+\frac{W}{2}\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right)\·\·\·\left(3\right)$

根据折弯过程的理论推断，确定运动夹头中心相对位置变化的轨迹函数。 

上述原理中固定夹头和运动夹头，其中运动夹头有3个自由度：X、Y平动和Z轴转动，在实际中，为了便于机构的实现，采用等效自由度的方法，将自由度X、Y平动转到另一个夹头上，形成了平动夹头，只有Z轴转动这一个自由度的运动夹头就变成了转动夹头。工件折弯时只需要2端加持，因此在具体设备设计的时候固定夹头就不需要 了。 

基于上述的工作原理，以下提供本实用新型设备具体实现的实施例。 

实施例1 

本实施例中提供一种无模折弯成形设备，包括平动夹头和转动夹头，驱动装置、折弯平台、数控系统。如图2-3所示，图中：1：底座，2：滑动平台，3：平动夹头，4：转动夹头，7：导轨，8：丝杠连接块，9：丝杠，10：丝杠支撑座，11：联轴器，12：减速机，13：伺服电机。其中：底座1、滑动平台2、导轨7构成折弯平台；丝杠连接块8、丝杠9、丝杠支撑座10、联轴器11、减速机12、伺服电机13构成驱动装置。 

导轨7设置在底座1上和滑动平台2上，底板1上的导轨和滑动平台上的导轨是相互垂直的，平动夹头3通过丝杠连接块8与滑动平台2上的丝杠9连接，滑动平台2通过丝杠连接块8与底座1上的丝杠9连接，丝杠连接块8、丝杠9、丝杠支撑座10构成滚珠丝杠，底座1上的滚珠丝杠旋转带动滑动平台2，底座1上和滑动平台2上的导轨7使得滑动平台2和平动夹头3只能垂直运动，滑动平台2上的滚珠丝杠旋转带动平动夹头，平动夹头由于底座1和滑动平台2上的导轨7做正交水平运动；伺服电机13以及与之连接的减速机12，并通过联轴器11与滚珠丝杠9连接，由滚珠丝杠9旋转带动平动夹头3做正交水平运动，另一方面伺服电机13经减速机12后通过联轴器11带动转动夹头4做转角运动。 

本实施例中，平动夹头3实现工件的两个正交方向的水平运动，所述转动夹头4实现工件的转角运动，通过同步工件夹持段两端和上述两种夹头处的运动实现折弯过程；驱动装置用于驱动夹持装置的平动夹头3和转动夹头4进行相应的运动；折弯平台用于固定平动夹头3和转动夹头4，也是折弯工件的工作平台。 

在上述部件的运动过程均由数控系统控制，数控系统中的程序控制伺服电机13的转速，进而控制丝杠9和转动夹头4的转动速度，使平动夹头3的正交水平运动和转动夹头4的转角运动有效的协调起来，可以实现单段或多段折弯半径的运动轨迹。 

实施例2 

在本实用新型的另一实施例中，采用的无模折弯成形设备如图4所示，与实施例1不同在于：底座1上安装了2根平行于Y向的导轨，用来支撑并引导滑动平台2的Y向直线运动，滑动平台2上安装了2根平行于正面的导轨用来支撑并引导平动夹头X向的直线运动，减速箱6里面有个小链轮，通过链条带动转动夹头4下面的大链轮，从而 带动转动夹头4。 

如图5所示，该设备的工作步骤是：将工件穿过平动夹头3后将工件夹紧，再穿过转动夹头4后，根据数控程序控制伺服电机的转速，进而控制滚珠丝杠和转动夹头的精确转动，滚珠丝杠具有精确传动的特点，因此平动夹头精确地到达程序中的每一个位置，直到进行一次L型自动折弯后，取出工件，夹头复位，再手动装夹L型工件，进行第二次折弯，形成U型。 

实施例3 

在本实用新型的另一实施例中，采用的无模折弯成形设备如图6所示，与实施例1不同在于：底座1上安装了4根均匀排布的Y向导轨。用来支撑并引导滑动平台2的Y向直线运动，滑动平台2上安装了2根平行于X轴的导轨用来支撑并引导平动夹头X向的直线运动。转动夹头4包括机架5和回转臂14。机架5用来固定和支撑回转臂14，回转臂14用来夹紧并折弯工件。平动夹头3包括立板15和夹紧臂16。立板15用来支撑夹紧臂16，夹紧臂16用来夹紧工件。 

如图7所示，该设备的工作步骤是：手动上料，将工件穿过2个平动夹头来固定。平动夹头带动工件，穿过转动夹头移动到第一次折弯位置，2个平动夹头根据程序平动，转动夹头转动，完成一次折弯。然后2个平动夹头带动工件来到第二次折弯位置，穿过转动夹头，再进行一次折弯，形成U型。 

实施例4 

在本实用新型的另一实施例中，采用的无模折弯成形设备如图8所示，与实施例1不同在于：底座1、滑动平台2、平动夹头3、转动夹头4和机架5。其中底座1上装有4根导轨，滑动平台2上装有2根导轨，转动夹头4中装有芯轴18。机架5用来固定或支撑转动夹头。转动夹头4由伺服电机与减速器驱动，伺服电机、减速器安装在底座1的下方。 

如图9所示，该设备的工作步骤是：手动上料，将工件穿过平动夹头3和转动夹头4固定后，根据数控程序控制伺服电机的转速，进而控制滚珠丝杠和转动夹头的精确转动，滚珠丝杠具有精确传动的特点，因此平动夹头精确地到达程序中的每一个位置，直到完成一次L型自动折弯。然后抽出转动夹头4里面的芯轴18，平动夹头3带动工件向前移动。来到指定位置后，转动夹头4复位，放入芯轴18，重新固定工件，进行第二 次折弯，形成U型。 

本实用新型中上述各个设备具体折弯过程如下： 

选取工件，核对尺寸规格，调整（选择）转动夹头和平动夹头，对所述夹头及折弯平台定位尺寸等进行核对和调整； 

根据折弯参数，利用G代码实现折弯程序的设计； 

开启数控面板，通过PC将程序输入数控面板； 

在未夹持工件状态下先空运行数控程序，确定折弯过程的准确性，在完成后再次对平台定位尺寸进行核对； 

利用夹头夹紧折弯工件，同时保持夹持的平行度等重要因素； 

运行数控折弯程序，实现折弯操作； 

卸载夹持工件，折弯平台恢复初始状态后关闭无模折弯成形设备。 

具体的坐标和程序在面板中输入，进行空运行确定无误后，可装夹工件进行加工。 

应该指出的是，本实用新型所针对的折弯对象为换热器及适合折弯的其他工件，一律用工件指代。本实用新型加工过程中，圆弧段既可以是单一半径也可是多半径，具体的只要更改数控折弯程序即可。 

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。 

Claims (7)

1.一种多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于包括： 

装有夹持装置的平动夹头和转动夹头：用于加持工件，所述平动夹头实现工件的两个正交方向的水平运动，所述转动夹头实现工件的转角运动； 

驱动装置：用于驱动装有夹持装置的平动夹头和转动夹头进行运动； 

折弯平台：用于固定平动夹头和转动夹头，所述折弯平台包括底板和滑动平台，底板和滑动平台呈正交分布，所述平台由底板和底板上的导轨实现滑动平台Y向运动，由滑动平台和滑动平台上的导轨实现平动夹头的X向运动，进而实现平动夹头的正交运动； 

数控系统：根据所要折弯工件确定平动夹头和转动夹头的单段或多段折弯半径的运动轨迹控制程序，并根据该程序控制所述驱动装置，由所述驱动装置控制所述平动夹头和转动夹头按照设定的轨迹移动。 

2.根据权利要求1所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述驱动装置，包括滚珠丝杠、伺服电机以及与伺服电机连接的减速机，所述滚珠丝杠旋转带动平动夹头做正交水平运动；所述伺服电机经减速机直接带动转动夹头做转角运动。 

3.根据权利要求2所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述折弯平台由底座、滑动平台、导轨构成；所述驱动装置由丝杠连接块、丝杠、丝杠支撑座、联轴器、减速机、伺服电机构成；其中：导轨设置在底座上和滑动平台上，底板上的导轨和滑动平台上的导轨是相互垂直的，平动夹头通过丝杠连接块与滑动平台上的丝杠连接，滑动平台通过丝杠连接块与底座上的丝杠连接，丝杠连接块、丝杠、丝杠支撑座构成滚珠丝杠，底座上的滚珠丝杠旋转带动滑动平台；底座上和滑动平台上的导轨使得滑动平台和平动夹头只能垂直运动，滑动平台上的滚珠丝杠旋转带动平动夹头做正交水平运动；伺服电机经减速机后通过所述联轴器与所述滚珠丝杠连接，由滚珠丝杠旋转带动平动夹头做正交水平运动，另一方面所述伺服电机经减速机通过所述联轴器直接带动转动夹头做转角运动。 

4.根据权利要求3所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述底座上安装了2根平行于Y向的导轨，用来支撑并引导滑动平台的Y向直线运动，滑动平台上安装了2根平行于X轴的导轨用来支撑并引导平动夹头X向的直线运动； 减速机箱里面有个小链轮，通过链条带动转动夹头下面的大链轮，从而带动转动夹头；或者直接由电机经减速机带动转动夹头。 

5.根据权利要求1-4任一项所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述转动夹头包括机架和回转臂，机架用来固定和支撑回转臂，回转臂用来夹紧并折弯工件；或者所述转动夹头包括机架和可从机架上抽出和插入的芯轴。 

6.根据权利要求1-4任一项所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述平动夹头包括立板和夹紧臂，立板用来支撑夹紧臂，夹紧臂用来夹紧工件。 

7.根据权利要求1-4任一项所述的多段折弯半径数控无模折弯成形设备，其特征在于，所述平动夹头上与工件接触的地方涂有聚四氟乙烯，平动夹头与工件的接触面是光滑的。 

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