專利名稱：一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鋼板曲面成形的設(shè)備，特別是一種通過對鋼板表面 加熱和冷卻而使其產(chǎn)生所需要變形的數(shù)控設(shè)備，尤其涉及曲面成形機(jī) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用這種設(shè)備可以自動(dòng)地完成鋼板曲面成形加工。
背景技術(shù)：
船舶制造的關(guān)鍵及重要環(huán)節(jié)之一是船體外板曲面的成形加工。船 體的曲面十分復(fù)雜，尤其是艏部和艉部，外板的大小、形狀多變，加 工難度較大。國內(nèi)外大多數(shù)造船廠，目前在船板曲面成形加工時(shí)，主 要還是采用氧一乙炔火焰在鋼板表面局部移動(dòng)加熱和跟蹤水冷，俗稱 水火彎板。現(xiàn)階段，外板成形加工都是由有多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的熟練工人 進(jìn)行手工操作，并反復(fù)使用型面模板檢査核對成形效果，直至達(dá)到質(zhì) 量要求。這種依賴于經(jīng)驗(yàn)的加工工藝方法，生產(chǎn)效率低、加工時(shí)間長， 質(zhì)量波動(dòng)大，精度難以控制，也難以滿足船東對船舶建造質(zhì)量和建造 周期的要求。為了從根本上改變這一落后狀況，國外船廠已開發(fā)了數(shù) 控曲板成形設(shè)備，將高頻感應(yīng)加熱、激光加熱等工藝方法應(yīng)用于船 舶板材的曲面成形加工，由于數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形設(shè)備設(shè)計(jì)制造 難度大、自動(dòng)化曲板成形加工工藝復(fù)雜，所以到目前為止，國內(nèi)還處 在試驗(yàn)研究階段，還沒有成熟的、能滿足生產(chǎn)實(shí)際需求的加工設(shè)備。目前，此類設(shè)備具有以下特點(diǎn)1) 采用氧乙炔火焰加熱，可控性和再現(xiàn)性差，工作效率低，對工 作環(huán)境的污染較大；2) 在鋼板曲面變形的過程中，國內(nèi)正在試驗(yàn)研究的設(shè)備未考慮對 鋼板自動(dòng)支撐定位，采用人工方法用木楔調(diào)整支撐。實(shí)施起來 費(fèi)事、麻煩，如不能及時(shí)墊實(shí)鋼板，容易造成鋼板位置變化， 會(huì)對數(shù)控自動(dòng)化加工和測量帶來誤差，最終降低了機(jī)器的實(shí)用 性和鋼板曲面成形精度；3) 不具備鋼板加熱區(qū)溫度實(shí)時(shí)檢測功能，如溫度波動(dòng)大太，會(huì)影 響鋼板曲面成形精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鋼材的機(jī)械性能；4) 不具備劃線功能，對鋼板加工后余料的切割帶來不便；發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，與相 關(guān)曲面成形應(yīng)用軟件相結(jié)合，將多年來依靠熟練技術(shù)工人憑經(jīng)驗(yàn)手工 操作的落后生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的、可控制的全自動(dòng)的生產(chǎn)方式。 提高工作效率和曲面成形的精度，減少環(huán)境污染。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形 機(jī)，它主要由端架、橫梁和小車組成了X、 Y行走機(jī)構(gòu)，橫梁上裝有 高頻感應(yīng)加熱器的電源、導(dǎo)軌和小車，小車上裝有加熱裝置、檢測裝 置、劃線裝置，以及控制系統(tǒng)，橫梁的下方設(shè)有供被加熱的鋼板置放 的支撐機(jī)構(gòu)，加熱裝置，由高頻感應(yīng)電源、與升降機(jī)構(gòu)相連接的加熱 頭、冷卻水循環(huán)裝置組成，其特征在于呈多邊形或圓環(huán)狀的感應(yīng)線 圈安裝在加熱頭中，高頻感應(yīng)加熱頭設(shè)有電磁閥和噴水口，在高頻感 應(yīng)加熱頭底部裝有萬向滾輪；檢測裝置，由激光距離傳感器、高度檢 測桿、紅外測溫傳感器構(gòu)成，與升降桿連接的測量座裝有激光距離傳 感器和高度檢測桿，加熱頭上帶有紅外測溫傳感器；支撐機(jī)構(gòu)，由至 少六個(gè)主動(dòng)支撐和至少八個(gè)從動(dòng)支撐組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)由于采用高頻感應(yīng)電源作為熱應(yīng)力成形的熱源，利用高頻電磁波 在工件中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，同傳統(tǒng)的火焰加熱相比，高頻感應(yīng)加熱的 優(yōu)越之處在于有良好的再現(xiàn)性，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，具有加熱效率高、 環(huán)境污染小、能量輸入可控、加熱范圍可控等優(yōu)點(diǎn)，可以使數(shù)控板材 熱應(yīng)力曲面成形機(jī)工作穩(wěn)定，成形精度高；考慮到在鋼板曲面成形的過程中，被加熱的鋼板初始狀態(tài)并不一 定是平整的，有些已經(jīng)機(jī)械輥壓成一定的形狀，在加熱的過程中，曲 率也在不斷地變化，如果鋼板因重心變化而產(chǎn)生位置偏移，會(huì)造成后 續(xù)加熱軌跡的誤差和型面測量誤差，因此對鋼板的支撐定位也成為非 常重要而復(fù)雜的問題。本發(fā)明設(shè)計(jì)了機(jī)電傳動(dòng)的自適應(yīng)支撐定位裝 置，通過數(shù)字控制和各支撐點(diǎn)均載控制的方法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對鋼板的有 效支撐，能夠保持已經(jīng)加熱變形的鋼板姿態(tài)不變；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對鋼板加熱區(qū)溫度實(shí)時(shí)檢測，對加熱溫度進(jìn)行反 饋控制，使溫度的波動(dòng)控制在一定范圍，提高成形質(zhì)量和成形精度。 為了提高自動(dòng)化程度，增加數(shù)控設(shè)備的功能，本發(fā)明引入噴粉劃線裝 置，為鋼板加工后余料的切割，加工和安裝過程的定位等需求，劃出 所需的線條。本發(fā)明所提供的數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)主要由X、 Y行走機(jī)構(gòu)、加熱裝置、劃線裝置、檢測裝置、支撐機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)部份構(gòu)成。1) X、 Y行走機(jī)構(gòu)主要由橫梁、端架、小車、導(dǎo)軌構(gòu)成的整個(gè)機(jī)架和驅(qū)動(dòng)部分組成。 工作時(shí)帶著加熱裝置、劃線裝置及檢測裝置在工件上以設(shè)定的速度沿 指定的軌跡運(yùn)動(dòng)；2) 加熱裝置由高頻感應(yīng)電源、高頻感應(yīng)加熱頭、高頻電纜、冷卻水循環(huán)裝置 組成，特別是冷卻水循環(huán)裝置為現(xiàn)有技術(shù)，加熱裝置在加熱工件時(shí)提 供可控制的能量，感應(yīng)線圈安裝在加熱頭中，升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加熱頭作 升降運(yùn)動(dòng)，加熱頭具有自適應(yīng)功能，在沿鋼板曲面移動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)多 自由度的位置調(diào)整，以保證感應(yīng)線圈與鋼板之間的固定位置。高頻感 應(yīng)加熱頭上帶有水噴頭，可對鋼板噴水冷卻。冷卻水循環(huán)裝置對感應(yīng) 線圈進(jìn)行水冷卻，使高頻感應(yīng)電源可以穩(wěn)定、可靠地工作；3) 劃線裝置由噴粉劃線割炬和氣路系統(tǒng)構(gòu)成。可根據(jù)需要在工件表面上劃出 邊界線，以供加工結(jié)束后，割除余料用。如需要時(shí)，還可作為定位標(biāo) 志線；4) 檢測裝置由激光距離傳感器、高度檢測桿、紅外測溫傳感器構(gòu)成，升降桿 上裝有激光距離傳感器和高度檢測桿，檢測曲面成形后各目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo) 值，測量數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)顯示和處理。高頻感應(yīng)加熱頭上帶有紅外 測溫傳感器，可實(shí)時(shí)測量鋼板加熱溫度，使加熱溫度處于可控狀態(tài)；5) 支撐機(jī)構(gòu)支撐機(jī)構(gòu)由主動(dòng)支撐點(diǎn)和從動(dòng)支撐點(diǎn)組成，以機(jī)電形式傳動(dòng)。 主動(dòng)支撐包括支撐帽(其內(nèi)部裝有稱重傳感器)、升降軸、防 轉(zhuǎn)塊、外套、絲杠、傳動(dòng)輪、傳動(dòng)帶、減速器、伺服電機(jī)、行程開關(guān)、 零位開關(guān)。伺服電機(jī)通過減速器減速后驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪通過^ 傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使裝有螺母的升々 降軸及其上的支撐帽作上下升降運(yùn)動(dòng)，防轉(zhuǎn)塊防止升降軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外套 作為軸向?qū)蚝凸潭ò惭b架，行程開關(guān)分別作為下限位和上限位，零 位開關(guān)可使升降行程位于整個(gè)行程的一半時(shí)發(fā)出電訊號。在支撐頭上 設(shè)有稱重傳感器，以感知其承受的載荷，供均載控制用，其升降高度 根據(jù)主控制系統(tǒng)命令。從動(dòng)支撐包括支撐帽(其內(nèi)部裝有稱重傳感器)、升降軸、防轉(zhuǎn)塊、外套、絲杠、傳動(dòng)輪、傳動(dòng)帶、減速器、交流電機(jī)、行程開關(guān)、 零位開關(guān)。交流電機(jī)通過減速器減速后驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪通過傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使裝有螺母的升 降軸及其上的支撐帽作上下升降運(yùn)動(dòng)，防轉(zhuǎn)塊防止升降軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外套 作為軸向?qū)蚝凸潭ò惭b架，行程開關(guān)分別作為下限位和上限位，零 位開關(guān)可使升降行程位于整個(gè)行程的一半時(shí)發(fā)出電訊號。在支撐頭上 設(shè)有稱重傳感器，與主動(dòng)支撐不同的是，其升降高度是由從控制系統(tǒng)根據(jù)受載情況進(jìn)行均載控制的； 6)控制系統(tǒng)視為現(xiàn)有技術(shù)，它包括主控制系統(tǒng)和從控制系統(tǒng)兩部分。主控制 系統(tǒng)硬件由工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、多功能數(shù)據(jù)采集卡、通用數(shù)字I/0 卡、伺服模塊及各種傳感器構(gòu)成。主控制系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)監(jiān)測模塊、 按鍵接收模塊、主控程序模塊、故障處理模塊、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊、伺服 模塊及專家系統(tǒng)交互模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測 和故障檢測。按鍵接收模塊負(fù)責(zé)接收來自控制臺(tái)的按鍵信號。主控模 塊將根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和來自外界的控制命令進(jìn)行相應(yīng)的控制, 如故障處理、界面顯示、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等。故障處理模塊具有故障提示和 故障清除的功M"。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)機(jī)器各種運(yùn)動(dòng)路徑的計(jì)算生成。 主控程序根據(jù)控制命令調(diào)用運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊，生成的路徑規(guī)劃結(jié)果存 放在運(yùn)動(dòng)隊(duì)列中，由伺服模塊完成動(dòng)作執(zhí)行。與專家系統(tǒng)交互模塊負(fù) 責(zé)同參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)通信，將測量所得的數(shù)據(jù)傳給參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并接 收從參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)傳來的加工工藝參數(shù)。各個(gè)模塊按照功能劃分，每 個(gè)模塊負(fù)責(zé)完成一組緊密相關(guān)的任務(wù)。模塊之間的通信量小，獨(dú)立性 強(qiáng)。主控制系統(tǒng)執(zhí)行來自軟盤或U盤輸入的符合ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼格式 的加工程序指令。從控制系統(tǒng)硬件由工業(yè)級嵌入式控制機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換 卡、I/O卡和各種傳感器等構(gòu)成，有關(guān)信號通過主控制系統(tǒng)顯示。從 控制系統(tǒng)軟件由通訊模塊、傳感器信號處理模塊及控制模塊等構(gòu)成。 通訊模塊負(fù)責(zé)接收來自主控制系統(tǒng)的命令，傳遞從控制系統(tǒng)的工作狀 態(tài)信號給主控制系統(tǒng)。傳感器信號處理模塊負(fù)責(zé)接收傳感器的信號進(jìn) 行排列、比較等處理。控制模塊根據(jù)主控制系統(tǒng)的命令進(jìn)行均載控制 和系統(tǒng)監(jiān)測。主、從控制系統(tǒng)之間可以進(jìn)行通訊，主控制系統(tǒng)傳遞給 從控制系統(tǒng)的參數(shù)是從動(dòng)支撐的編號、開始信號及結(jié)束從動(dòng)支撐的命 令，從控制系統(tǒng)傳遞給主控制系統(tǒng)的參數(shù)是支撐已平衡信號和報(bào)警信 號。


圖1為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的X方向傳動(dòng)示意圖。 圖3為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的Y方向傳動(dòng)示意圖。圖4為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的加熱裝置示意圖。圖5為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的檢測裝置示意圖。 圖6為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的劃線裝置示意圖。 圖7為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)示意圖。 圖8為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的布置傳動(dòng)示意圖。 圖9為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。圖11主控制系統(tǒng)的控制流程圖。 圖12從控制系統(tǒng)的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明詳細(xì)說明如下本發(fā)明為一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，主要由X、 Y行走機(jī) 構(gòu)2、加熱裝置4、檢測裝置5、劃線裝置6、支撐機(jī)構(gòu)8、冷卻裝置 l及控制系統(tǒng)7構(gòu)成。具體地說一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，它主要由橫梁21、 端架9、小車15、導(dǎo)軌13部件組成了 X、 Y行走機(jī)構(gòu)2，橫梁上裝 有高頻感應(yīng)加熱器的電源3、導(dǎo)軌20，小車15上裝有加熱裝置4、 檢測裝置5、劃線裝置6，以及控制系統(tǒng)7，橫梁21的下方設(shè)有供被 加熱的鋼板置放的支撐機(jī)構(gòu)8，它區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)在于加熱裝置4， 由高頻感應(yīng)電源3、與升降機(jī)構(gòu)相連接的加熱頭38、冷卻水循環(huán)裝置 1組成，呈多邊形或圓環(huán)狀的感應(yīng)線圈安裝在加熱頭38中，高頻感 應(yīng)加熱頭38設(shè)有電磁閥34和噴水口 35，在高頻感應(yīng)加熱頭38底部 裝有萬向滾輪37;檢測裝置5，由激光距離傳感器49、高度檢測桿 54、紅外測溫傳感器40構(gòu)成，與升降桿47連接的測量座48裝有激 光距離傳感器49和高度檢測桿54，加熱頭上帶有紅外測溫傳感器40; 支撐機(jī)構(gòu)8，由至少六個(gè)主動(dòng)支撐和至少八個(gè)從動(dòng)支撐組成。其中的 X、 Y行走機(jī)構(gòu)1為現(xiàn)有技術(shù)，如圖1、 2、 3，它包括橫梁21和端架 9，導(dǎo)軌13上裝有齒條14，伺服電機(jī)10通過減速器11帶動(dòng)齒輪12 和齒條14嚙合，實(shí)現(xiàn)沿X向移動(dòng)；橫梁21上裝有導(dǎo)軌20、齒條19 和小車15，伺服電機(jī)16通過減速器17帶動(dòng)齒輪18和齒條19嚙合， 實(shí)現(xiàn)沿Y向移動(dòng)。小車15上裝有加熱裝置4、檢測裝置5及劃線裝 置6;被加熱的鋼板放在支撐機(jī)構(gòu)8上，控制系統(tǒng)7給出控制指令， 完成全自動(dòng)的鋼板曲面成形加工。實(shí)施時(shí)檢測裝置5的升降桿47端部處設(shè)有測量座48，激光距離 傳感器49和壓簧51置于測量座48內(nèi)，激光距離傳感器49位于高度檢測桿54的上方，測量桿54上裝有壓簧51。本實(shí)施例的加熱裝置4中與加熱頭38具體相連接的升降機(jī)構(gòu)為， 交流電機(jī)22通過減速器23與絲杠25的一端連接，絲杠25的另一端 與螺母26的上端連接，螺母26下端安裝有升降桿28，螺母26與滑 塊27連接；加熱頭38安裝在滑板33上，加熱頭座31設(shè)有上位傳感 器29、下位傳感器30和小導(dǎo)軌32，滑板33與小導(dǎo)軌32為滑動(dòng)連接， 加熱頭38和滑板33之間有一擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的中間環(huán)39，由轉(zhuǎn)軸36連接， 加熱頭38的上部裝有紅外測溫傳感器40。本曲面成形機(jī)的加熱裝置4，如圖4的動(dòng)態(tài)過程為，交流電機(jī)22 通過減速器23帶動(dòng)絲杠25轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠25上的螺母26通過滑塊27 沿著導(dǎo)軌24進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)，螺母26下安裝有升降桿28;加熱 頭38安裝在滑板33上，滑板33可沿著加熱頭座31上的小導(dǎo)軌32 作上下滑動(dòng)。當(dāng)加熱頭38未接觸工件時(shí)，加熱頭38和滑板33伸出 加熱頭座31下一定的長度；當(dāng)交流電機(jī)22驅(qū)動(dòng)升降桿28下降，加 熱頭29接觸工件后，升降桿28仍繼續(xù)下降，直到滑板33觸發(fā)下位 傳感器30產(chǎn)生下位信號后，升降桿28停止下降，此時(shí)在重力作用下， 加熱頭38可以在一定的范圍內(nèi)上、下浮動(dòng)，并且始終與工件接觸。 當(dāng)加熱頭38在工件上移動(dòng)時(shí)，由于工件表面高度的變化，使滑板33 沿加熱頭座31的小導(dǎo)軌32上、下移動(dòng)。如果滑板33向上移動(dòng)(工 件表面上升)至上位傳感器29處，觸發(fā)上升信號，交流電機(jī)22將驅(qū) 動(dòng)升降桿28上升(滑板33相對加熱頭座31向下移動(dòng))，直到上位傳 感器29停止輸出；如果滑板33向下移動(dòng)(工件表面下降)至下位傳 感器30處，觸發(fā)下降信號，交流電機(jī)22將驅(qū)動(dòng)升降桿28下降，直 到下位傳感器30停止輸出。本實(shí)施例在加熱頭38底部裝有萬向滾輪 37，加熱頭38和滑板33之間有一擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中間環(huán)39，由轉(zhuǎn)軸36連 接，由重力使加熱頭38自行與加工曲面保持平行，并控制在一定的 距離；加熱頭38的上部裝有紅外測溫傳感器40，在加熱的過程中實(shí) 時(shí)檢測鋼板加熱溫度，并將信號反饋至高頻感應(yīng)電源和控制系統(tǒng)，將 加熱溫度控制在設(shè)定范圍之內(nèi)。本曲面成形機(jī)檢測裝置5如圖5中的動(dòng)態(tài)過程為，伺服電機(jī)41 通過減速器42帶動(dòng)絲杠44轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠44上的螺母45通過滑塊46 沿著導(dǎo)軌43進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)，螺母45下安裝有升降桿47;測量 座48與升降桿47相聯(lián)接，測量桿54可沿著測量座48上的小導(dǎo)軌 52作上下滑動(dòng)。測量桿54上套有彈簧51，測量桿54在未接觸工件 時(shí)，在彈簧51的作用下，向下頂在限位擋塊53的位置，檢測時(shí)，伺 服電機(jī)41通過減速器42帶動(dòng)絲杠44轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠44上的螺母45通過滑塊46沿著導(dǎo)軌43向下運(yùn)動(dòng)，測量桿54頂住工件后，升降桿47 仍繼續(xù)下降，直到測量桿54觸發(fā)下位傳感器50產(chǎn)生下位信號后，升 降桿47停止下降。激光距離傳感器49測量其到測量桿54尾部的距 離，從而得出變形高度。由于測量桿54以一定的壓力頂住工件，可 保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本曲面成形機(jī)的劃線裝置6的動(dòng)態(tài)過程如圖6，交流電機(jī)55通 過減速器56帶動(dòng)絲杠58轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠58上的螺母59通過滑塊60沿 著導(dǎo)軌57進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)，螺母59下安裝有升降桿61;升降桿 61上安裝有噴粉劃線割炬62和高度定位傳感器63;開始劃線時(shí)，交 流電機(jī)55通過減速器56帶動(dòng)絲杠58轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠58上的螺母59通 過滑塊60沿著導(dǎo)軌57向下運(yùn)動(dòng)，直到高度定位傳感器63被觸發(fā)時(shí) 停止，從而進(jìn)行噴粉劃線操作。實(shí)施中的支撐機(jī)構(gòu)8，包括主動(dòng)支撐69、 72、 73、 74、 78、 79、80、 82和從動(dòng)支撐64、 65、 66、 68、 70、 75、 76、 77、 81、 83、 84、 85、 86,每個(gè)主、從支撐包括支撐帽100、升降軸99、防轉(zhuǎn)塊98、外 套97、絲杠96、'傳動(dòng)輪95和傳動(dòng)輪106、傳動(dòng)帶107、減速器105、 電機(jī)104、下限位行程開關(guān)103和上限位行程開關(guān)101、零位開關(guān)102; 具體的連接關(guān)系為，電機(jī)104的輸出端與減速器105的輸入端連接， 減速器105的輸出端與傳動(dòng)輪106連接，傳動(dòng)輪106通過傳動(dòng)帶107 與傳動(dòng)輪95連接，.傳動(dòng)輪95與絲杠96的一端連接，絲杠96的另一 端裝有螺母的升降軸99連接，升降軸99的外圍設(shè)有外套97,升降 軸99的端部設(shè)有支撐帽100，在升降軸99與外套97的連接處設(shè)有 防止升降軸99轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)塊98，具有軸向?qū)蚝凸潭ò惭b架作用的 外套97從上到下依次設(shè)有上限位行程開關(guān)101、零位開關(guān)102和下 限位行程開關(guān)103;本實(shí)施例的主動(dòng)支撐是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)支撐 是交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，支撐帽100內(nèi)部裝有稱重傳感器，支撐帽的形狀呈 傘形，頂部為球面，且具有電磁性。本曲面成形機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)8，有8個(gè)主動(dòng)支撐69、 72、 73、 74、78、 79、 80、 82和13個(gè)從動(dòng)支撐64、 65、 66、 68、 70、 75、 76、 77、81、 83、 84、 85、 86，排列成3排7列；分布如圖7，支撐與布置的 位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下從動(dòng)支撐68、 70和主動(dòng)支撐69安裝在布置橫 梁67上、主動(dòng)支撐72、 73、 74安裝布置橫梁71上、主動(dòng)支撐78、79、 80安裝布置橫梁88上、從動(dòng)支撐81、 83和主動(dòng)支撐82安裝在 布置橫梁87上，主控制系統(tǒng)可根據(jù)鋼板大小的需要在X方向進(jìn)行布 置控制，其他支撐的位置不可移動(dòng)。如圖8，當(dāng)布置運(yùn)動(dòng)時(shí)，伺服電 機(jī)91通過減速器92帶動(dòng)齒輪93和齒條94嚙合，實(shí)現(xiàn)布置橫梁67、71、 87、 88沿底座90上的導(dǎo)軌89作X方向移動(dòng)；如圖9，電機(jī)104 通過減速器105減速后驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪106轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪106通過傳動(dòng)帶 107驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪95轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪95帶動(dòng)絲杠96轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使裝有 螺母的升降軸99及其上的支撐帽100作上下升降運(yùn)動(dòng)，防轉(zhuǎn)塊98防 止升降軸99轉(zhuǎn)動(dòng)，外套96作為軸向?qū)蚝凸潭ò惭b架，行程開關(guān) 103和101分別作為下限位和上限位，零位開關(guān)102可使升降行程位 于整個(gè)行程的一半時(shí)發(fā)出電訊號。本升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)絲杠螺母具有機(jī)械 自鎖性能，不會(huì)由于重力或受到壓力而自行滑落；由于支撐帽100內(nèi) 部裝有傳感器，可根據(jù)傳感器的信號通過控制指令實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)升降； 支撐帽的形狀呈傘形，頂部為球面，且具有電磁性。從動(dòng)支撐與主動(dòng) 支撐不同的是，主動(dòng)支撐升降高度是根據(jù)主控制系統(tǒng)命令，從動(dòng)支撐 升降高度是由從控制系統(tǒng)根據(jù)受載情況進(jìn)行均載控制。本曲面成形機(jī)的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖11，為現(xiàn)有技術(shù)，為 了便于理解，作簡單說明，控制系統(tǒng)由兩個(gè)相對獨(dú)立的主、從控制系 統(tǒng)組成。主控制系統(tǒng)硬件由PCbase工控機(jī)、四軸交流伺服運(yùn)動(dòng)控制 器(四軸交流伺服運(yùn)動(dòng)控制器(GE-400-SV)除可以實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、 圓弧插補(bǔ)外，還通過開辟軌跡運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，小線段前瞻處理實(shí)現(xiàn) 連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)；提供帶光隔離的16路通用數(shù)字量輸入和16路通用數(shù) 字量輸出接口，提供4路專用數(shù)字I/O)、 64路通用數(shù)字I/O卡和操 作面板等構(gòu)成。主控制系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)監(jiān)測模塊、按鍵接收模塊、主 控制模塊、故障處理模塊、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊、伺服模塊及專家系統(tǒng)交互 模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測和故障檢測，并將狀 態(tài)信息傳給主控制模塊。按鍵接收模塊負(fù)責(zé)接收來自操作面板的按鍵 信號。主控制模塊根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和來自外界的控制命令調(diào)用相 應(yīng)的模塊，如故障處理、界面顯示、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等。故障處理模塊具有 故障提示和故障清除的功能。根據(jù)故障原因的不同，故障處理模塊將 做不同的處理。如果是一般性錯(cuò)誤，就向用戶給出錯(cuò)誤顯示,并向用 戶提示可能的排除錯(cuò)誤的方法以指導(dǎo)用戶操作。如果是嚴(yán)重的系統(tǒng)錯(cuò) 誤，則首先進(jìn)行電機(jī)保護(hù)，然后發(fā)出警告，顯示錯(cuò)誤信息。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 模塊負(fù)責(zé)機(jī)器各種運(yùn)動(dòng)路徑的計(jì)算生成。如圖11，主控程序根據(jù)控 制命令調(diào)用運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊，生成的路徑規(guī)劃結(jié)果存放在運(yùn)動(dòng)隊(duì)列中, 由伺服模塊完成動(dòng)作執(zhí)行。與專家系統(tǒng)交互模塊負(fù)責(zé)同參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 通信，將測量所得的數(shù)據(jù)傳給參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并接收從參數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 傳來的加工工藝參數(shù)。各個(gè)模塊按照功能劃分，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)完成一 組緊密相關(guān)的任務(wù)。模塊之間的通信量小，獨(dú)立性強(qiáng)。從控制系統(tǒng)硬件由工業(yè)級嵌入式控制機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換卡、1/0卡和各種傳感器等構(gòu)成，有關(guān)信號通過主控制系統(tǒng)顯示。如圖12，從控 制系統(tǒng)軟件由通訊模塊、傳感器信號處理模塊及控制模塊等構(gòu)成。通 訊模塊負(fù)責(zé)接收來自主控系統(tǒng)的命令，傳遞從控系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號 給主控系統(tǒng)。傳感器信號處理模塊負(fù)責(zé)接收傳感器的信號進(jìn)行排列、 比較等處理?？刂颇K根據(jù)主控系統(tǒng)的命令進(jìn)行均載控制和系統(tǒng)監(jiān) 測。主、從控制系統(tǒng)之間可以進(jìn)行通訊，主控制系統(tǒng)傳遞給從控制系 統(tǒng)的參數(shù)是從動(dòng)支撐的編號、開始信號及結(jié)束從動(dòng)支撐的命令，從控 制系統(tǒng)傳遞給主控制系統(tǒng)的參數(shù)是支撐已平衡信號和報(bào)警信號。 本數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)實(shí)施例加工操作步驟1) 運(yùn)動(dòng)曲面成形機(jī)至零位，輸入加工文件，選擇加工對象，啟 動(dòng)加工程序；2) 自動(dòng)調(diào)整支撐機(jī)構(gòu)8布置支撐點(diǎn)；3) 將工件吊放到支撐機(jī)構(gòu)8上合適的位置；4) 主動(dòng)支撐69、 72、 73、 74、 78、 79、 80、 82自動(dòng)調(diào)整到起始 高度，從動(dòng)支撐64、 65、 66、 68、 70、 75、 76、 77、 81、 83、 84、 85、' 86隨動(dòng)調(diào)整到各支撐受載地衡的高度；5) 運(yùn)動(dòng)曲面成形機(jī)至文件指令的起始位置；6) 劃線裝置5的噴粉劃線割炬62下降，畫加工鋼板的邊界線；7) 加熱頭38沿文件指令指定的軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加熱；8) 在加熱過程中，主動(dòng)支撐69、 72、 73、 74、 78、 79、 80、 82 根據(jù)指令升降，從動(dòng)支撐64、 65、 66、 68、 70、 75、 76、 77、 81、 83、 84、 85、 86根據(jù)稱重傳感器產(chǎn)生的信號，進(jìn)行升降 均載；9) 檢測加工后各目標(biāo)點(diǎn)的變形高度，，時(shí)顯示結(jié)果，并將各個(gè) 測量點(diǎn)的X、 Y位置和變形高度存^在文件內(nèi)；10) 曲面成形機(jī)退回到零位，卸下工件。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，它主要由端架(9)、橫梁(21)和小車(15)、導(dǎo)軌(13)組成了X、Y行走機(jī)構(gòu)(2)，橫梁上裝有高頻感應(yīng)加熱電源(3)、導(dǎo)軌(20)，小車(15)上裝有加熱裝置(4)、檢測裝置(5)、劃線裝置(6)，以及控制系統(tǒng)(7)，橫梁(21)的下方設(shè)有供被加熱的鋼板置放的支撐機(jī)構(gòu)(8)，加熱裝置(4)，由高頻感應(yīng)電源(3)、與升降機(jī)構(gòu)相連接的加熱頭(38)、冷卻水循環(huán)裝置(1)組成，其特征在于呈多邊形或圓環(huán)狀的感應(yīng)線圈安裝在加熱頭(38)中，高頻感應(yīng)加熱頭(38)設(shè)有電磁閥(34)和噴水口(35)，在高頻感應(yīng)加熱頭(38)底部裝有萬向滾輪(37)；檢測裝置(5)，由激光距離傳感器(49)、高度檢測桿(54)、紅外測溫傳感器(40)構(gòu)成，與升降桿(47)連接的測量座(48)裝有激光距離傳感器(49)和高度檢測桿(54)，加熱頭上帶有紅外測溫傳感器(40)；支撐機(jī)構(gòu)(8)，由至少六個(gè)主動(dòng)支撐和至少八個(gè)從動(dòng)支撐組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，其特 征在于所述檢測裝置(5)的升降桿(47)端部處設(shè)有測量座(48)， 激光距離傳感器(49)和一壓簧(51)置于測量座(48)內(nèi)，激光距 離傳感器(49)位于高度檢測桿(54)的上方，測量桿(54)上裝有 壓簧(51)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，其特 征在于所述加熱裝置(4)中與加熱頭(38)具體相連接的升降機(jī) 構(gòu)為，交流電機(jī)(22)通過減速器(23)與絲杠(25)的一端連接， 絲杠(25)的另一端與螺母(26)的上端連接，螺母(26)下端安裝 有升降桿(28)，螺母(26)與滑塊(27)連接；加熱頭(38)安裝 在滑板(33)上，加熱頭座(31)設(shè)有上位傳感器(29)、下位傳感器(30)和小導(dǎo)軌(32)，滑板(33)與小導(dǎo)軌(32)為滑動(dòng)連接，加 熱頭(38)和滑板(33)之間有一擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的中間環(huán)(39)，由轉(zhuǎn)軸(36) 連接，加熱頭(38)的上部裝有紅外測溫傳感器(40)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，其特 征在于所述支撐機(jī)構(gòu)(8)，包括主動(dòng)支撐(69、 72、 73、 74、 78、 79、 80、 82)和從動(dòng)支撐(64、 65、 66、 68、 70、 75、 76、 77、 81、 83、 84、 85、 86),每個(gè)主、從支撐包括支撐帽(100)、升降軸(99)、 防轉(zhuǎn)塊(98)、外套(97)、絲杠(96)、傳動(dòng)輪(95)和傳動(dòng)輪(106)、 傳動(dòng)帶(107)、減速器(105)、電機(jī)(104)、行程開關(guān)(103)和(101)、 零位開關(guān)(102);具體的連接關(guān)系為，電機(jī)(104)的輸出端與減速器(105)的輸入端連接，減速器(105)的輸出端與傳動(dòng)輪(106) 連接，傳動(dòng)輪(106)通過傳動(dòng)帶(107)與傳動(dòng)輪(95)連接，傳動(dòng) 輪(95)與絲杠(96)的一端連接，絲杠(96)的另一端與有螺母的 升降軸(99)連接，升降軸(99)的外圍設(shè)有外套(97)，升降軸(99) 的端部設(shè)有支fe帽(100)，在升降軸(99)與外套(97)的連接處設(shè) 有防止升降軸(99)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)塊(98)，具有軸向?qū)蚝凸潭ò惭b 架作用的外套(97)從上到下依次設(shè)有上限位行程開關(guān)(101)、零位 開關(guān)(102)和下限位開關(guān)(103)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，其 特征在于主動(dòng)支撐是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)支撐是交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，支 撐帽(100)內(nèi)部裝有稱重傳感器，支撐帽的形狀呈傘形，頂部為球 面，且具有電磁性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控板材熱應(yīng)力曲面成形機(jī)，其特征在于加熱裝置，由高頻感應(yīng)電源、與升降機(jī)構(gòu)相連接的加熱頭、冷卻水循環(huán)裝置組成，呈多邊形或圓環(huán)狀的感應(yīng)線圈安裝在加熱頭中，高頻感應(yīng)加熱頭設(shè)有電磁閥和噴水口，在高頻感應(yīng)加熱頭底部裝有萬向滾輪；檢測裝置，由激光距離傳感器、高度檢測桿、紅外測溫傳感器構(gòu)成，與升降桿連接的測量座上裝有激光距離傳感器和高度檢測桿，加熱頭上帶有紅外測溫傳感器；支撐機(jī)構(gòu)，由至少六個(gè)主動(dòng)支撐和至少八個(gè)從動(dòng)支撐組成。本發(fā)明可以大大提高生產(chǎn)效率、縮短造船周期、提高測量精度、提高造船質(zhì)量、降低造船成本。
文檔編號B21D11/22GK101332478SQ20071004303
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者吳春平, 姚建春, 方立國, 川 時(shí), 汪遠(yuǎn)方, 錢正龍 申請人:上海船舶工藝研究所