一種復(fù)雜曲面板材柔性加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種復(fù)雜曲面板材柔性加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]大型復(fù)雜曲面板材的加工制造是制造業(yè)領(lǐng)域，諸如船舶制造、飛機(jī)外殼加工等的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。尤其是外表面形狀復(fù)雜、不可展的空間曲面板材工件，這種板材工件從外觀看是流線型的，加工制造困難，目前主要有機(jī)械沖壓法、輥彎加工法和水火彎板法等幾種工藝，但這些工藝對(duì)大型復(fù)雜曲面板材的加工還存在各種各樣的缺點(diǎn)。
[0003]目前，大型船舶鋼板以及飛機(jī)蒙皮的高端裝備研發(fā)和制造方面，仍然存在著嚴(yán)重的欠缺。特別是大型板材高端裝備新產(chǎn)品研宄開發(fā)能力、快速制造能力、企業(yè)的柔性應(yīng)對(duì)能力、生產(chǎn)效率和成本控制等方面技術(shù)還不夠成熟，嚴(yán)重制約著大型板材復(fù)雜曲面工件的加工制造。通過本發(fā)明所設(shè)計(jì)的裝備，可以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜板材工件的柔性加工，特別適用于船舶鋼板以及飛機(jī)蒙皮這類小批量、形狀復(fù)雜的板材工件的加工制備。
[0004]目前，專利《一種板材多點(diǎn)成形裝置》(申請(qǐng)?zhí)?201010604400.5)提出了一種板材多點(diǎn)成形裝置，同樣可以加工復(fù)雜曲率板材工件。該發(fā)明提出一種多點(diǎn)沖壓的方式，通過安裝在莫加上平板的若干上壓頭加壓單元，以及安裝在模架下平板的若干個(gè)丫頭支撐單元，來模擬類似模具沖壓的效果與本發(fā)明的漸進(jìn)彎曲成形有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)主要有機(jī)械沖壓法、輥彎加工法、水火彎板法以及板材多點(diǎn)成形等幾種加工工藝。
[0006]機(jī)械沖壓法是最傳統(tǒng)的加工方法，沖壓機(jī)床通常是大形液壓機(jī)床，其工作原理與沖壓的彎曲工藝相同。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是較準(zhǔn)確、效率高。缺點(diǎn)是受到?jīng)_頭形狀及板材厚度的限制，無法制作大曲率的雙向彎板；而且能耗較大。此外，目前機(jī)械沖壓法主要靠經(jīng)驗(yàn)完成。
[0007]輥彎加工法通常只能加工單曲率彎板，這種方法加工工藝簡單，效率較高。但受加工工藝的制約，只能加工簡單的單曲率板材工件，對(duì)于雙曲率板的加工無能為力。
[0008]水火彎板法是船廠加工雙曲率板材工件的常用方法，這一技術(shù)是利用金屬板材局部受高溫冷卻后產(chǎn)生塑性收縮變形的原理，形成所需要的曲面。水火彎板加工過程中，熱源(如氣體火焰或激光)在金屬板表面沿加熱線移動(dòng)對(duì)金屬板材局部加熱，使在金屬板表面和板厚方向產(chǎn)生一定的溫度分布，加熱區(qū)間的局部金屬受熱膨脹；受到四周冷金屬的阻礙，產(chǎn)生塑性變形。熱源后面一定距離處為水跟蹤冷卻；受熱膨脹的金屬冷卻后開始收縮受拉，便產(chǎn)生了金屬板的變形。但這種加工工藝效率低下，主要依靠有經(jīng)驗(yàn)的工人師傅手工完成，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且加工環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。
[0009]板材多點(diǎn)成形的加工方法可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲率板材工件的成形加工，這種技術(shù)也是近幾年才受到重視，該技術(shù)目前還主要在實(shí)驗(yàn)研宄階段，實(shí)際應(yīng)用比較少。但該工藝所需裝備復(fù)雜，工具頭和底部支撐需要模擬出傳統(tǒng)的模具上下模的形狀，工藝復(fù)雜，裝備成本高。而且該種工藝目前只能實(shí)現(xiàn)小型板材工件的加工，對(duì)于大型板材工件加工能力不足，適用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種大型復(fù)雜曲面板材加工設(shè)備。利用板材漸進(jìn)彎曲的工藝方法，加工各種不同形狀的板材工件，既可以加工普通的單曲率板材，又可以加工復(fù)雜的雙曲率工件?？捎糜诖w外殼板、飛機(jī)蒙皮以及大型壓力容器板材的加工制備。
[0011]利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的設(shè)備，可以加工復(fù)雜曲面形狀板材工件，尤其是船體外板等中厚板工件。板材工件形狀可任意多樣，既可以是單曲率，也可以是雙曲率工件。
[0012]本發(fā)明是這樣解決技術(shù)問題的:一種上下調(diào)動(dòng)的支撐柱，包括上下兩層的底座，其特征在于:液壓缸固定在底座下層，液壓缸上部穿過底座上層與推桿相連，推桿頂端固定萬向球關(guān)節(jié)座，萬向球關(guān)節(jié)置于萬向球關(guān)節(jié)座上，電磁吸盤固定在萬向球關(guān)節(jié)上部。
[0013]本發(fā)明還可以這樣解決技術(shù)問題:液壓缸上部穿越底座上層的位置置有無油襯套。
[0014]一種彎板壓頭，包括固定架，其特征在于:固定架下固定側(cè)柱，側(cè)柱下端固定平行軌，移動(dòng)塊置于平行軌上，移動(dòng)塊下部固定沖壓工具頭。
[0015]沖壓工具頭為3個(gè)。
[0016]一種復(fù)雜曲面板材加工設(shè)備，包括機(jī)床、彎板壓頭和支撐柱，其特征在于:機(jī)床底部為機(jī)床導(dǎo)軌，機(jī)床導(dǎo)軌上上安放有移動(dòng)板，移動(dòng)板上有倒“T”形內(nèi)置軌道，支撐柱的底座下部設(shè)有外凸倒“T”形軌，支撐柱的底座下層下部的外凸倒“T”形軌與移動(dòng)板上的倒“T”形內(nèi)置軌道相對(duì)應(yīng)，液壓缸固定在底座下層，液壓缸上部穿過底座上層與推桿相連，推桿頂端固定萬向球關(guān)節(jié)座，萬向球關(guān)節(jié)置于萬向球關(guān)節(jié)座上，電磁吸盤固定在萬向球關(guān)節(jié)上部；機(jī)床上部橫梁側(cè)邊設(shè)有水平側(cè)軌，移動(dòng)控制件置于機(jī)床上部的水平側(cè)軌上，移動(dòng)控制件的下端安裝有彎板壓頭，彎板壓頭的固定架下固定側(cè)柱，側(cè)柱下端固定平行軌，移動(dòng)塊置于平行軌上，移動(dòng)塊下部固定沖壓工具頭。
[0017]底座上的支撐柱為2個(gè)及以上。
[0018]板材支撐模塊主要負(fù)責(zé)板材工件在加工過程中的裝夾定位。彎板壓頭模塊是整個(gè)裝備的成形工具頭部分，提供板材彎曲的成形力。機(jī)床模塊為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明可以達(dá)到的有益效果是:可以制備復(fù)雜曲面的大型板材工件；整個(gè)加工過程中不用模具，加工柔性度高，特別適用于小批量、雙曲率的板材工件；與傳統(tǒng)機(jī)械沖壓發(fā)相比，本發(fā)明的裝備成本低，并不需要設(shè)計(jì)專門的模具。并且本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)板材柔性加工，適應(yīng)于不同形狀的板材工件；與輥彎法相比，本發(fā)明的適應(yīng)性更強(qiáng)。輥彎法只能加工單一曲率板材工件，而本發(fā)明所描述的加工工藝可以加工復(fù)雜曲率板材，包括單曲率、雙曲率、以及其它復(fù)雜曲率工件；與水火彎板相比，本發(fā)明的加工效率更高，而且本發(fā)明比水火彎板環(huán)保性更好。水火彎板需要火和水的雙重作用，加工環(huán)境差，而且極度依賴熟練的技術(shù)工人。本發(fā)明所描述的加工工藝為普通的冷加工過程，加工環(huán)境較好，而且主要由計(jì)算機(jī)控制，技術(shù)工人容易操作；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的底部支撐模塊，是支撐柱可隨意調(diào)節(jié)的柔性支撐系統(tǒng)，適用于不同形狀的板材工件?？梢詫?shí)現(xiàn)多種動(dòng)作方式，可以固定保持不動(dòng)，可以按位移控制其位移量，還可以以壓力控制其運(yùn)動(dòng)。支撐柱頂端設(shè)計(jì)有球餃和電磁吸盤，可以使支撐柱與板材始終保持面接觸，對(duì)板材的支撐固定更可靠；本發(fā)明的加工工藝為漸進(jìn)彎曲成形，可通過局部曲率的加工成形而獲得完整的板材工件。板材在加工過程中厚度方向幾乎不會(huì)發(fā)生減薄效應(yīng)，可以加工出復(fù)雜形狀的板材工件，適應(yīng)性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明一種復(fù)雜曲面板材加工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；
圖2本發(fā)明一種上下調(diào)動(dòng)的支撐柱結(jié)構(gòu)圖；
圖3本發(fā)明一種彎板壓頭結(jié)構(gòu)圖；
圖4本發(fā)明機(jī)床結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]附圖中各標(biāo)號(hào)所代表的零部件名稱如下:
支撐柱1(底座1.1、液壓缸1.2、推桿1.3、萬向球關(guān)節(jié)座1.4、萬向球關(guān)節(jié)1.5、電磁吸盤1.6、無油襯套1.7)、彎板壓頭2(、固定架2.1、側(cè)柱2.2、平行軌2.3、移動(dòng)塊2.4、沖壓工具頭2.5)、機(jī)床3 (機(jī)床導(dǎo)軌3.1、移動(dòng)板3.2、移動(dòng)控制件3.3)。
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明:
本發(fā)明的一種復(fù)雜曲面板材加工裝備，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝備采用分模塊的設(shè)計(jì)方案，不同模塊可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)并更換。該裝備主要有三大模塊:板材支撐柱1、彎板壓頭2以及機(jī)床3。
[0023]本發(fā)明的板材支撐柱如圖2所示，可實(shí)現(xiàn)板材的柔性支撐功能。該模塊主要包含以下幾個(gè)機(jī)構(gòu):底板1.1、液壓缸1.2、推桿1.3、萬向球關(guān)節(jié)座1.4、萬向球關(guān)節(jié)1.5、電磁吸盤1.6、無油襯套1.7。
[0024]彎板壓頭模塊如圖3所示，該模塊通過成形工具頭的壓力，實(shí)現(xiàn)板材的彎曲變形。圖3所示的是由三個(gè)沖壓工具頭構(gòu)成，但此結(jié)構(gòu)并不僅僅局限在圖示的三個(gè)沖壓工具頭，也可以設(shè)計(jì)成單個(gè)或者五個(gè)等不同數(shù)量的沖壓工具頭模塊。每個(gè)工具頭由液壓缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上向運(yùn)動(dòng)。壓頭模塊整體可由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同角度的板材彎曲變形。
[0025]圖4為本發(fā)明機(jī)床結(jié)構(gòu)圖，機(jī)床可設(shè)計(jì)成普通機(jī)床或龍門機(jī)床，根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)規(guī)格來定。對(duì)于普通機(jī)床，其X、Y軸運(yùn)動(dòng)由工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，工具頭部分只沿Z軸運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于龍門機(jī)床，其三軸運(yùn)動(dòng)主要由龍門部分決定，工作臺(tái)只是起支撐作用。
[0026]實(shí)施例1:一種上下調(diào)動(dòng)的支撐柱，包括上下兩層的底座1.1，其特征在于:液壓缸
1.2固定在底座1.1下層，液壓缸上部穿過底座1.1上層與推桿1.3相連，推桿1.3頂端固定萬向球關(guān)節(jié)座1.4，萬向球關(guān)節(jié)1.5置于萬向球關(guān)節(jié)座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關(guān)節(jié)1.5上部。
[0027]實(shí)施例2:—種上下調(diào)動(dòng)的支撐柱，包括上下兩層的底座1.1，其特征在于:液壓缸
1.2固定在底座1.1下層，液壓缸上部穿過底座1.1上層與推桿1.3相連，推桿1.3頂端固定萬向球關(guān)節(jié)座1.4，萬向球關(guān)節(jié)1.5置于萬向球關(guān)節(jié)座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關(guān)節(jié)1.5上部。
[0028]液壓缸1.2上部穿越底座1.1上層的位置置有無油襯套1.7。
[0029]實(shí)施例3:—種彎板壓頭，包括固定架2.1，其特征在于:固定架2.1下固定側(cè)柱2.2，側(cè)柱2.2下端固定平行軌2.3，移動(dòng)塊2.4置于平行軌2.3上，移動(dòng)塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。
[0030]實(shí)施例4:一種彎板壓頭，包括固定架2.1，其特征在于:固定架2.1下固定側(cè)柱
2.2，側(cè)柱2.2下端固定平行軌2.3，移動(dòng)塊2.4置于平行軌2.3上，移動(dòng)塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。
[0031]沖壓工具頭2.5為3個(gè)。
[0032]實(shí)施例5:—種復(fù)雜曲面板材加工設(shè)備，包括機(jī)床3、彎板壓頭2和支撐柱1，其特征在于:機(jī)床底部為機(jī)床導(dǎo)軌3.1，機(jī)床導(dǎo)軌上3.1安放有移動(dòng)板3.2，移動(dòng)板3.2上有倒“T”形內(nèi)置軌道，支撐柱I的底座下部設(shè)有外凸倒“T”形軌，支撐柱I的底座1.1下層下部的外凸倒“T”形軌與移動(dòng)板3.2上的倒“T”形內(nèi)置軌道相對(duì)應(yīng)，液壓缸1.2固定在底座1.1下層，液壓缸1.2上部穿過底座1.1上層與推桿1.3相連，推桿1.3頂端固定萬向球關(guān)節(jié)座1.4，萬向球關(guān)節(jié)1.5置于萬向球關(guān)節(jié)座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關(guān)節(jié)1.5上部；機(jī)床3上部橫梁側(cè)邊設(shè)有水平側(cè)軌，移動(dòng)控制件3.3置于機(jī)床上部的水平側(cè)軌上，移動(dòng)控制件3.3的下端安裝有彎板壓頭2，彎板壓頭的固定架2.1下固定側(cè)柱2.2，側(cè)柱2.2下端固定平彳丁軌2.3，移動(dòng)塊2.4置于平彳丁軌2.3上，移動(dòng)塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。<