CN116944298A - 一种渐进式型材空间自由弯曲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渐进式型材空间自由弯曲装置，涉及弯管机技术领域。所述渐进式型材空间自由弯曲装置，包括机架、推进机构、压紧机构、弯头机构以及弯头运动控制机构，其中：所述推进机构包括型材夹具和夹具运动的传动机构等，所述压紧机构包括压紧模具、旋转轴承和轴承座，所述弯头机构包括弯曲模具和传动齿轮等，所述弯头运动控制机构包括实现弯头机构轴向运动的控制机构和弯头机构整体的横向平动、转动的控制机构，加工原理为三轴空间弯曲加工。本发明应用于型材空间变曲率弯曲，对比传统方式的型材空间弯曲过程中成本高和通用性差的痛点问题，为型材的弯曲加工提供了一种连续变形、精度可控的空间弯管机，弥补了目前市场上该类型设备的空缺。
Description
技术领域
本发明涉及弯管机技术领域，更具体地说，涉及一种型材空间弯曲成型方法。
背景技术
目前，型材弯曲成型技术是制造行业不可或缺的加工方法之一，被广泛应用于航空航天、高铁动车、汽车、船舶等领域。弯曲后的型材具有质量轻、韧性好和强度高等优点，适用于需要轻量化和高载荷条件的设备，如轨道交通车辆、航空航天器材、汽车轮船骨架和家居装饰等领域。
传统型材弯曲成型方式难以应对连续复杂弯曲，无法满足空间上的复杂要求。传统拉压弯式加工存在效率低下、造型依赖模具等不足，难以满足空间弯曲的要求。目前，在型材加工领域中，空间自由弯曲技术尚未成熟。与管材不同，型材弯曲加工需要高精度、高通用性的模具来适配空间弯曲。
综上所述，市场迫切需要一种渐进式型材空间自由弯曲装置来满足需求。该装置可以通过多组运动机构的相互配合对型材弯曲过程进行拆分和整合，结合了传统型材弯曲的优点并提出了一种全新的型材弯曲方式。这一成型过程简单而高效，可以在可控范围内修正加工型材的误差和损伤，同时根据型材尺寸的不同调整模具尺寸以降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种型材空间弯曲成型方法，该弯曲成型方法通用性强，可降低设备对于传统弯曲模具的依赖性，不仅可提高型材弯曲加工的效率，而且可大大降低型材弯曲加工的成本，有利于在型材弯曲行业使用和推广。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：
一种渐进式型材空间自由弯曲装置，包括机架、型材固定架、推进机构、压紧机构、弯头机构以及弯头运动控制机构，其特征在于：
所述机架固定于地面，保证弯管机整体加工环境平稳，受力均匀；所述型材固定架与所述机架和所述弯头运动控制机构连接并帮助设备提升整体的稳定性和安全性；所述线性导轨通过螺栓与机架直接连接，保证推进机构和弯头机构整体在运动过程中的稳定性和准确性；所述推进机构下设有滑块，通过与固定在机架表面上的导轨连接，保证低速推进送料过程中机构和整体设备的稳定性；所述压紧机构直接固定在机架之上，在加工过程中确保被加工型材不产生位移或振动，又不致压伤工件表面或引起变形；所述弯头机构通过连接轴和滑块滑轨机构与所述弯头运动控制机构直接连接；所述弯头运动控制机构通过电机作为动力输出源，对弯头结构整体实现横向的平动和转动。
所述推进机构包括可旋转的型材夹具、用于夹具运动的传动机构和配套的减速机、机构底盘。所述可旋转的型材夹具可根据型材尺寸的不同更换不同的夹模，保证在加工过程中与被加工型材件紧密贴合；所述夹具运动的传动机构和配套的减速机包括旋转机构和平动机构，所述旋转机构的传动方式为带传动，输入端与减速机相连，输出端与型材夹具相连，所述型材夹具和旋转机构整体固定在机构底盘之上，所述平动机构的传动方式为滚珠丝杠传动，在保证精度的同时提高了机构整体的性价比；所述机构底盘设置有滑块和螺母，分别与机架上的线性导轨和丝杠配合连接。
所述压紧机构包括压紧模具、旋转轴承和轴承座，压紧模具为圆柱形结构，内设有与型材截面尺寸匹配的对应尺寸开口，圆柱结构的压紧模具外套设轴承，所述轴承座与机床固定连接，用于提高压紧机构整体强度。
所述弯头机构包括弯曲模具、传动齿轮、主动齿轮、法兰盘、连接轴、支撑钢板和减速机。所述弯曲模具为圆柱形结构，内设有与型材截面尺寸匹配的对应尺寸开口；所述弯曲模具外圈套有所述传动齿轮并于轴承配合且与之啮合的所述主动齿轮与减速机直接连接架设于所述支撑钢板侧面；所述法兰盘通过螺栓连接固定于所述支撑钢板之上，在弯头机构的横向运动过程中与电机轴直接连接，避免出现设备故障。所述减速机固定于所述支撑钢板侧面并通过电机轴直接与所述主动齿轮连接，以此为弯曲模具轴向运动提供动力输入。
所述弯头运动控制机构包括滑块横向平动控制机构、横向转动控制机构滑轨机构、支撑板和滚动轴承。所述横向平动控制包括减速机、滚珠丝杠机构、横向移动模滑块，所述减速机与所述滚珠丝杠直接连接，固定在机架前端；所述横向移动模滑块与所述支撑板连接并在与滚珠丝杠的相对运动过程中控制整个所述弯头运动控制机构的横向运动；所述横向转动控制机构滑轨机构包括减速机、联轴器，所述减速机和所述联轴器直接相连固定于所述支撑板上方并通过连接轴与所述弯头机构连接；所述滚动轴承位于所述支撑板下侧，帮助所述弯头机构在轴向运动过程中改善受力状况并增加强度。
所述推进机构的进给传动方式为滚珠丝杠传动，动力输入端为所述减速机搭配联轴器与滚珠丝杠连接，相应的位置根据所述机架尺寸自主选择；推进机构的进给运动保证丝杠传动过程中的稳定运转，减小故障几率。
进一步的，所述空间弯曲过程分解，空间弯曲过程分解多个阶段，由于弯头机构仅实质为三轴运动，单次弯曲过程只能完成特定角度的加工，因此必须同时控制弯曲模具和型材夹具以完成轴向旋转，将加工平面旋转至所需角度。在加工前需要对待加工型材进行弯曲路径分析并设计相应的加工流程。采用分步思想将空间弯曲过程分解成多个单一的弯曲过程，从而实现型材的空间弯曲。
进一步的，所述被加工型材截面、推进机构的夹具截面、压紧机构的压紧模具截面和弯头机构的弯曲模截面应保持在同一水平线上。所述型材夹具与待加工型材配合，沿进给方向依次与所述压紧模具和所述弯曲模具配合贴紧并在加工过程中保证始终紧密配合。
进一步的，所述空间弯曲的工序流程包括：事先设计弯曲造型；选择与待加工型材紧密贴合的配套模具；根据需求设计路径，将空间弯曲过程分解为多次二维弯曲，单次弯曲的曲率由弯曲模具的横向旋转和移动机构控制，并通过与压紧模具之间相对位置的控制实现参数控制；每次二维弯曲过程中，弯曲模具轴向旋转机构和型材夹具旋转机构实现加工平面的旋转，以旋转角度和方向来控制空间弯曲过程的参数。
在上述方案中，本发明的方法采用引导式型材加工方法，将滑动摩擦变为滚动摩擦，以降低型材加工过程中的损耗和起皱等问题。同时，本设备成型原理清晰明了，设备的搭建和调试过程简单，成型结果精确，弯曲过程高效精准。这些优点使得本发明的技术更具有实用性和现实应用价值。
本发明采用的型材空间弯曲成型方法具有较强的通用性，不仅可以适用于不同尺寸和矩形截面的型材，还能够提高型材弯曲加工的效率，并大幅降低生产成本。由于其优越性能，该技术可在型材弯曲行业中得到广泛应用和推广，具有良好的市场前景和经济效益。
附图说明
图1是本发明渐进式型材空间自由弯曲装置的整体组成示意图；
图2是推进机构的组成示意图；
图3是压紧机构的组成示意图；
图4是弯头机构的组成示意图；
图5是弯头运动控制机构的组成示意图；
图中:机架1；推进机构2；可旋转的型材夹具2-1；减速机2-2；带传动机构2-3；滚珠丝杠2-4；线性导轨2-5；压紧机构3；压紧模具3-1；轴承座3-2；弯头机构4；弯曲模具4-1；传动齿轮4-2；主动齿轮4-3；支撑钢板4-4；减速机4-5；弯头运动控制机构5；减速机5-1；滚珠丝杠5-2；滑块滑轨机构5-3；支撑板5-4；横向移动模滑块5-5；滚动轴承5-6；型材固定架6。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细、完整的描述。
本发明提供了一种渐进式型材空间自由弯曲装置，包括机架1、推进机构2、压紧机构3、弯头机构4、弯头运动控制机构5和型材固定架6，其中：
机架1固定于地面，保持整个加工过程稳定进行，线性导轨2-5固定于机架1之上，通过螺栓直接固定连接，推进机构2下设螺母和滑块，分别于线性导轨2-5和滚珠丝杠2-4连接，减速机2-2作为动力输入源与滚珠丝杠2-4连接，可旋转的型材夹具2-1的旋转运动由带传动机构2-3实现，动力输入源同样为为减速机2-2。
轴承座3-2固定于机架1之上，将弯曲模具3-1置于中央，轴承座3-2与机架1之间应通过长孔进行螺栓连接，以此来对压紧机构3和弯头机构4的相对位置进行调节。
弯头机构4在保证加工过程不干涉的情况下设置在机架1的前侧面之上，弯曲模具4-1外置轴承，保证弯曲模具4-1可以实现轴向的自由转动，弯曲模具4-1外设置传动齿轮4-2，与之配合的另一个主动齿轮4-3直接连接在减速机4-5的输出轴上，架设于支撑钢板4-4侧面，支撑钢板4-4上端穿过弯头运动控制机构5的支撑板5-4同减速机5-1电机轴直接连接，用来实现弯头机构4的整体横向转动，另一组减速机5-1与滚珠丝杠5-2一起固定在机架1之上，通过横向移动模滑块5-5来实现支撑板5-4的横向移动，进而实现弯头机构4整体的横向平动，同时滑块滑轨机构5-3在设备中起到平稳运行和维持稳定的作用，滑轨与机架1通过螺栓固定连接，滑轨与支撑板5-4通过螺栓固定连接，滚动轴承5-6通过连接轴与弯头机构4下端连接。
综上，在设备的装配过程中，保证型材夹具2-1、压紧模具3-1和弯曲模具4-1三个加工平面处于同一水平面为加工过程起始的第一步，可以很大程度上减少了所述型材空间三维弯管机在加工过程中产生的加工误差。
根据被加工矩形截面型材的截面尺寸大小，计算得出所需夹具、模具的尺寸；设备置于起始位置，将被加工型材置于型材夹具2-1之中，确保过程中稳定推进送料，将型材前断面穿过压紧模具3-1中心口，保证型材的各个表面与模具紧密相连，保证加工过程截面不产生畸变，待型材穿过弯曲模具4-1中心口时，通过运动控制弯头机构4整体运动，单次弯曲过程中，弯曲模具4-1仅需完成横向的移动与转动配合，通过更改弯曲模具4-1的位置来更改型材的受力位置，利用支反力完成引导式的加工；多次连续弯曲过程中，弯曲模具4-1既要保证单次弯曲过程中的稳定实现，在加工平面旋转的过程中也要保证弯曲模具4-1的轴向旋转运动与型材夹具2-1的同步进行，避免因时序问题产生的加工误差。
以上步骤完成，将加工后的型材取下，将推进机构2和弯头机构4复位，准备下一次的加工。
具体地说，为了保证设备具有受力均衡和较高的抗扭能力，本发明所提供的设备在多处机构中都采用了成对或更多的承力工件，并互相参考定位尺寸。多个独立的机构必须通过精密控制来实现同步运转，以确保工序问题不会影响加工精度。同时，设备的受力，在经过模拟后，被保证其加工部分的变形量远小于设备的制造精度。这些措施共同保证了设备的可靠性、稳定性和加工精度。
本发明的型材三维弯曲成型方法具有较强的通用性，可适用于不同尺寸和矩形截面的型材，能够提高型材弯曲加工的效率，并大幅降低生产成本。这个技术的成功实现将对型材弯曲行业的发展产生重要意义，有助于推动该行业的进一步发展和应用。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施并不限于上述实施例。在未背离本发明精神实质和原理的情况下，对本发明进行改变、修饰、替代、组合或简化等操作，都被视为等效的置换方式，这些操作均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种渐进式型材空间自由弯曲装置，包括机架、型材固定架、推进机构、压紧机构、弯头机构以及弯头运动控制机构，其特征在于：
所述机架固定于地面，保证弯管机整体加工环境平稳，受力均匀；所述型材固定架与所述机架和所述弯头运动控制机构连接并帮助设备提升整体的稳定性和安全性；所述推进机构下设有滑块，通过与固定在所述机架的表面上的导轨连接，保证低速进给过程中的稳定性；所述压紧机构固定在机架之上，在加工过程中始终与被加工型材表面贴合，保证成型质量；所述弯头机构通过连接轴和滑块滑轨机构与所述弯头运动控制机构直接连接；所述弯头运动控制机构通过电机作为动力输出源，对弯头结构整体实现横向的平动和转动。
所述空间弯管，通过对将空间弯曲过程分解为多个阶段，提前设计制定弯曲流程与工艺方案，同时对所述弯头机构、弯头运动控制机构和型材夹具的运动控制配合，以此来完成型材的空间弯曲。
2.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：所述推进机构包括可旋转的型材夹具、夹具运动的传动机构、机构底盘。所述可旋转的型材夹具可根据型材尺寸的不同更换不同的夹模；所述夹具运动的传动机构和配套的减速机包括旋转机构和平动机构，所述旋转机构的传动方式为带传动，输入端与减速机相连，输出端与型材夹具相连，所述型材夹具和旋转机构整体固定在机构底盘之上，所述平动机构的传动方式为滚珠丝杠传动；所述机构底盘设置有滑块和螺母，分别与所述线性导轨和滚珠丝杠配合连接。
3.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：所述压紧机构包括压紧模具、旋转轴承和轴承座，压紧模具为圆柱形结构，内设有与型材截面尺寸匹配的对应尺寸开口，圆柱结构的压紧模具外套设轴承，所述轴承座与机床固定连接，用于提高压紧机构整体强度。
4.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：所述弯头机构包括弯曲模具、传动齿轮、主动齿轮、法兰盘、连接轴、支撑钢板和减速机。所述弯曲模具为圆柱形结构，内设有与型材截面尺寸匹配的对应尺寸开口；所述弯曲模具外圈套有所述传动齿轮并于轴承配合且与之啮合的所述主动齿轮与减速机直接连接架设于所述支撑钢板侧面；所述法兰盘通过螺栓连接固定于所述支撑钢板之上，在弯头机构的横向运动过程中与电机轴直接连接，避免出现设备故障。所述减速机固定于所述支撑钢板侧面并通过电机轴直接与所述主动齿轮连接，以此为弯曲模具轴向运动提供动力输入。
5.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：所述弯头运动控制机构包括滑块横向平动控制机构、横向转动控制机构滑轨机构、支撑板和滚动轴承。所述横向平动控制包括减速机、滚珠丝杠机构、横向移动模滑块，所述减速机与所述滚珠丝杠直接连接，固定在机架前端；所述横向移动模滑块与所述支撑板连接并在与滚珠丝杠的相对运动过程中控制整个所述弯头运动控制机构的横向运动；所述横向转动控制机构滑轨机构包括减速机、联轴器，所述减速机和所述联轴器直接相连固定于所述支撑板上方并通过连接轴与所述弯头机构连接；所述滚动轴承位于所述支撑板下侧，帮助所述弯头机构在轴向运动过程中改善受力状况并增加强度。
6.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：被加工型材截面、所述推进机构的夹具截面、所述压紧机构的压紧模具截面和所述弯头机构的弯曲模具模截面应保持在同一水平线上。
7.根据权利要求1所述的渐进式型材空间自由弯曲装置，其特征在于：所述待加工型材应先与所述型材夹具配合，沿进给方向依次与所述压紧模具和所述弯曲模具配合贴紧并在加工过程中保证始终紧密配合，避免型材在弯曲过程产生负面问题。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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