專利名稱：板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置及其板料成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種板料加工技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置及其板料成形方法。
背景技術(shù)：
金屬板材在航空、航天、汽車、船舶等制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的板材沖壓成形方法適用于大批量的生產(chǎn)加工，而針對(duì)小批量、多品種以及樣品的試制加工，近年來(lái)興起了一種板材的漸進(jìn)成形方法。該方法不需要針對(duì)產(chǎn)品制作專門的沖壓模具，具有加工方式靈活、成形極限高、加工成本低的特點(diǎn)，特別適合小批量金屬板材的加工生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有漸進(jìn)成形技術(shù)及裝置的檢索發(fā)現(xiàn)，華中科技大學(xué)莫建華提出了一種多功能數(shù)控成形加工機(jī)，可對(duì)特征較為簡(jiǎn)單的曲面進(jìn)行單面的漸進(jìn)成形。德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)金屬塑性成形研究所(IBF，RffTH Aachen)開發(fā)了一種漸進(jìn)成形裝置，該裝置在板料上部安裝了成形頭，在板料下部墊了成形模具，綜合了拉伸成形與漸進(jìn)成形工藝，可對(duì)細(xì)微特征進(jìn)行加工，該裝置成形曲面形狀主要受下模控制，自由度有限，且下模需獨(dú)立進(jìn)行加工。德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)(Riihr-Universi^tBochum)等通過(guò)在板料兩邊放置兩個(gè)6軸串聯(lián)機(jī)器人，可同時(shí)加工具有凸起與凹陷特征的曲面，但由于串聯(lián)機(jī)器人能產(chǎn)生的成形力較低(一般為幾十公斤)、精度較差，難以對(duì)較厚的板材進(jìn)行精密成形。以上所述裝置及對(duì)應(yīng)的漸進(jìn)成形方法都分別針對(duì)具有某種固定幾何特征的曲面開發(fā)，難以加工同時(shí)具有凹凸特征、細(xì)微特征以及包含孔洞特征的復(fù)雜板料產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置及其板料成形方法，能夠?qū)崿F(xiàn)板材的精密漸進(jìn)成形。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置，包括五軸加工成形單元、上壓頭、壓邊圈、板料夾持工作臺(tái)、液壓缸、底座、六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)，其中五軸加工成形單元安裝于機(jī)床的主體床身，上壓頭安裝于五軸加工成形單元主軸末端，壓邊圈安裝于板料夾持工作臺(tái)之上并與板料夾持工作臺(tái)共同夾持板料，四個(gè)液壓缸的兩端分別與板料夾持工作臺(tái)的下表面以及底座相連，底座和六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)分別設(shè)置于機(jī)床工作臺(tái)面上且六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部設(shè)有下壓頭或支撐模并正對(duì)板料。所述的五軸加工成形單元采用加高立柱的擺動(dòng)主軸式立式五軸成形數(shù)控機(jī)床。所述的上壓頭為不同形狀的成形壓頭，該上壓頭通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)由六軸并聯(lián)機(jī)器人、安裝于其末端的輔助成形壓頭、下支撐模以及輔助加熱裝置組成。本發(fā)明涉及上述裝置的雙壓頭復(fù)合漸進(jìn)成形方法，包括以下步驟步驟一、將六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部加裝直徑為IOmm無(wú)刀刃的壓頭，根據(jù)三維造型軟件生成加工軌跡；步驟二、用壓邊圈夾住板料四周10mm，調(diào)整板料裝夾工作臺(tái)位置，使之處于上、下壓頭之間；步驟三、將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人并對(duì)準(zhǔn)上、下壓頭的加工坐標(biāo)相一致，其中下數(shù)控加工軌跡代碼中的加工軌跡向上方向增加板料厚度20%的偏移量；啟動(dòng)所述裝置并即時(shí)調(diào)整上、下壓頭的同步運(yùn)動(dòng)，完成成形。本發(fā)明涉及上述裝置的上壓頭與支撐模復(fù)合漸進(jìn)成形方法，包括以下步驟第一步、將六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部加裝模具坯料，根據(jù)三維造型軟件生成加工軌跡；第二步、將五軸加工成形單元中的上壓頭替換直徑為5mm銑刀，將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人并啟動(dòng)所述裝置進(jìn)行加工，得到支撐模；第三步、用壓邊圈夾住板料四周10mm，通過(guò)液壓缸將板料裝夾工作臺(tái)向下移動(dòng)，完成對(duì)支撐模的凸起部分的拉伸成形第四步、將五軸加工成形單元中的銑刀替換直徑為IOmm無(wú)刀刃的上壓頭，并執(zhí)行第一步和第二部對(duì)支撐模上凹陷特征進(jìn)行漸進(jìn)成形；第五步、將五軸加工成形單元的上壓頭替換為銑刀，六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)向下移動(dòng)，使支撐模脫離板材，將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人，啟動(dòng)所述裝置進(jìn)行銑削加工。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以在五軸加工成形單元與六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)成形工具的任意組合，完成單成形頭成形、雙成形頭成形、成形頭與支撐模組合成形、 以及帶其它激光、電熱裝置的輔助成形，并可在成形前期及后期對(duì)板材及模具進(jìn)行切削加工，實(shí)現(xiàn)帶各種特征的復(fù)雜曲面金屬板料的復(fù)合成形，加工柔度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有設(shè)計(jì)。此外， 由于該裝置上成形機(jī)構(gòu)五軸加工單元的精確度可達(dá)10微米，并可提供1噸左右的加工力， 下成形機(jī)構(gòu)六軸并聯(lián)機(jī)器人單元的重復(fù)定位精度達(dá)40微米，可提供1噸以上的加工力，因此在加工力及加工精度方面都高于現(xiàn)有漸進(jìn)成形裝置。


圖1是單壓頭板料數(shù)控漸進(jìn)復(fù)合成形示意圖。圖2是雙壓頭板料數(shù)控漸進(jìn)復(fù)合成形示意圖。圖3是壓頭與支撐模組合板料數(shù)控漸進(jìn)復(fù)合成形示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括五軸加工成形單元1、上壓頭2、壓邊圈3、板料夾持工作臺(tái)4、液壓缸5、底座6、六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)7，其中五軸加工成形單元1安裝于機(jī)床的主體床身，上壓頭2安裝于五軸加工成形單元1主軸末端，壓邊圈3安裝于板料夾持工作臺(tái)4之上并與板料夾持工作臺(tái)4共同夾持板料，四個(gè)液壓缸5的兩端分別與板料夾持工作臺(tái)4的下表面以及底座6相連，底座6和六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)7分別設(shè)置于機(jī)床工作臺(tái)面上且六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部設(shè)有下壓頭8或支撐模9并正對(duì)板料。所述的五軸加工成形單元1采用加高立柱的擺動(dòng)主軸式立式五軸成形數(shù)控機(jī)床。所述的上壓頭2為不同形狀的成形壓頭8，該上壓頭2通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)7由六軸并聯(lián)機(jī)器人、安裝于其末端的輔助成形壓頭8、下支撐模9以及輔助加熱裝置組成。如圖3所示，為雙壓頭復(fù)合漸進(jìn)成形過(guò)程1)產(chǎn)品尺寸為300_X300mm，采用厚度為Imm鋁板；2)使用三維造型軟件(如NX，DELCAM)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化建模，并使用數(shù)控軟件對(duì)板料上下表面分別生成加工軌跡，其中將下數(shù)控加工軌跡向上移動(dòng)一定距離，距離為板厚的20%，這樣在成形時(shí)兩壓頭之間的距離小于板厚，成形時(shí)能形成對(duì)板材的一定擠壓；3)使用數(shù)控軟件對(duì)板料的孔，邊等需銑削的特征生成銑削加工軌跡；4)五軸加工成形單元及六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)均安裝直徑為IOmm無(wú)刀刃的壓頭；5)板料下料成320mmX 320mm見(jiàn)方，用壓邊圈夾住板料四周10mm，調(diào)整板料裝夾工作臺(tái)位置，使之處于上下壓頭之間。6)將上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元，下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人，對(duì)準(zhǔn)上、下壓頭的加工坐標(biāo)相一致；，7)開動(dòng)機(jī)床與機(jī)器人，調(diào)整兩個(gè)壓頭的運(yùn)動(dòng)速度使之在加工中同步，運(yùn)行機(jī)床與機(jī)器人，完成成形。8)五軸加工成形單元換裝直徑為5mm銑刀，將銑削軌跡輸入機(jī)床，對(duì)好加工坐標(biāo)， 開動(dòng)機(jī)床，完成銑削加工，復(fù)合成形完成，將板料取下。如圖3所示，為壓頭與支撐模組合的復(fù)合漸進(jìn)成形過(guò)程1、產(chǎn)品尺寸為300_X300mm，采用厚度為Imm鋁板；2、使用三維造型軟件(如NX，DELCAM)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化建模，并使用數(shù)控軟件對(duì)板料上表面生成加工軌跡；3、使用數(shù)控軟件對(duì)板料的孔，邊等需銑削的特征生成銑削加工軌跡；4、五軸加工成形單元安裝相應(yīng)銑刀，六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)根據(jù)成形件安裝相應(yīng)大小的模具坯料；5、將數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元，對(duì)好加工坐標(biāo)，開動(dòng)機(jī)床，完成支撐模具加工；6、板料下料成320mmX 320mm見(jiàn)方，用壓邊圈夾住板料四周IOmm ；7、通過(guò)液壓缸將板料裝夾工作臺(tái)向下移動(dòng)，完成對(duì)模具凸起部分的拉伸成形；8、五軸加工成形單元換裝直徑為IOmm無(wú)刀刃的壓頭，再次運(yùn)行加工軌跡，對(duì)模具上凹陷特征進(jìn)行漸進(jìn)成形；
9、五軸加工成形單元再次換裝直徑為5mm銑刀，六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)向下移動(dòng)，使支撐模脫離板材；10、將銑削軌跡輸入機(jī)床，對(duì)好加工坐標(biāo)，開動(dòng)機(jī)床，完成銑削加工，復(fù)合成形完成，將板料取下。
權(quán)利要求
1.一種板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，包括五軸加工成形單元、上壓頭、壓邊圈、板料夾持工作臺(tái)、液壓缸、底座、六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)，其中五軸加工成形單元安裝于機(jī)床的主體床身，上壓頭安裝于五軸加工成形單元主軸末端，壓邊圈安裝于板料夾持工作臺(tái)之上并與板料夾持工作臺(tái)共同夾持板料，四個(gè)液壓缸的兩端分別與板料夾持工作臺(tái)的下表面以及底座相連，底座和六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)分別設(shè)置于機(jī)床工作臺(tái)面上且六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部設(shè)有下壓頭或支撐模并正對(duì)板料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置，其特征是，所述的五軸加工成形單元采用加高立柱的擺動(dòng)主軸式立式五軸成形數(shù)控機(jī)床。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置，其特征是，所述的上壓頭為不同形狀的成形壓頭，該上壓頭通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置，其特征是，所述的六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)由六軸并聯(lián)機(jī)器人、安裝于其末端的輔助成形壓頭、下支撐模以及輔助加熱裝置組成。
5.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述裝置的雙壓頭復(fù)合漸進(jìn)成形方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、將六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部加裝直徑為IOmm無(wú)刀刃的壓頭，根據(jù)三維造型軟件生成加工軌跡；步驟二、用壓邊圈夾住板料四周10mm，調(diào)整板料裝夾工作臺(tái)位置，使之處于上、下壓頭之間；步驟三、將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人并對(duì)準(zhǔn)上、下壓頭的加工坐標(biāo)相一致，其中下數(shù)控加工軌跡代碼中的加工軌跡向上方向增加板料厚度20%的偏移量；啟動(dòng)所述裝置并即時(shí)調(diào)整上、下壓頭的同步運(yùn)動(dòng)，完成成形。
6.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述裝置的上壓頭與支撐模復(fù)合漸進(jìn)成形方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、將六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)的頂部加裝模具坯料，根據(jù)三維造型軟件生成加工軌跡；第二步、將五軸加工成形單元中的上壓頭替換直徑為5mm銑刀，將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人并啟動(dòng)所述裝置進(jìn)行加工，得到支撐模；第三步、用壓邊圈夾住板料四周10mm，通過(guò)液壓缸將板料裝夾工作臺(tái)向下移動(dòng)，完成對(duì)支撐模的凸起部分的拉伸成形第四步、將五軸加工成形單元中的銑刀替換直徑為IOmm無(wú)刀刃的上壓頭，并執(zhí)行第一步和第二部對(duì)支撐模上凹陷特征進(jìn)行漸進(jìn)成形；第五步、將五軸加工成形單元的上壓頭替換為銑刀，六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)向下移動(dòng)，使支撐模脫離板材，將加工軌跡中的上數(shù)控加工軌跡代碼輸入五軸加工成形單元、 下數(shù)控加工軌跡代碼輸入六軸機(jī)器人，啟動(dòng)所述裝置進(jìn)行銑削加工。
全文摘要
一種板料加工技術(shù)領(lǐng)域的板材復(fù)合漸進(jìn)成形裝置及其板料成形方法，該裝置包括五軸加工成形單元、板料夾持工作臺(tái)、液壓缸、六軸并聯(lián)機(jī)器人輔助加工平臺(tái)以及其它部件，五軸加工成形單元安裝于機(jī)床的主體床身，板料夾持工作臺(tái)通過(guò)液壓缸安裝于機(jī)床工作臺(tái)，六軸機(jī)器人輔助加工平臺(tái)設(shè)置于板料夾持工作臺(tái)之下并安裝于機(jī)床工作臺(tái)面。本發(fā)明可以在五軸加工成形單元與六軸機(jī)器人輔助加工平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)成形工具的任意組合，完成單成形頭成形、雙成形頭成形、成形頭與支撐模組合成形，并可在成形前期及后期對(duì)板材及模具進(jìn)行切削加工，實(shí)現(xiàn)帶各種特征的復(fù)雜曲面金屬板料的復(fù)合成形，是一種高柔度的板料漸進(jìn)成形裝置。
文檔編號(hào)B21D22/04GK102172698SQ20111004119
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者曹簡(jiǎn), 陸彬, 陳軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)