專利名稱：用于制造一體式角接的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制造由第一管件和第二管件組成的一體式彎管部件的方法，其中，管件的管軸之間以角度α布置，在該角度上將第一管件與第二管件設計為多件式管結構，并且使該多件式管結構拉伸為拉直的管結構。本發明還涉及ー種用于實施上述用于制造彎管部件方法的軟件模塊。
背景技術：
型材為長形體，其長度通常基本大于其截面并且是由ー種基本非柔性的材料制成。型材可具有任意的打開的或閉合的橫截面。管件是具有閉合橫截面的型材。最常用的管件類型是具有圓形管橫截面的管件(圓形管)以及具有矩形管橫截面的管件(矩形管)。公知的具有打開橫截面的型材包括I型型材、T型型材、U型型材以及Z型型材。彎曲部件 在本發明的范疇中指的是具有一體式角接的型件，所述型件由型材通過激光切割和后續的翻邊制成。在現有技術中，已知通過熔焊將型件連接成多件式結構，其中，事先激光切割單個管件的輪廓形狀。這種結構的制造必然要求多個繁復的加工步驟。首先，為待熔焊型件構建合適的保持系統就會導致高昂的成本。為了降低制造成本，要在現有技術中使用由型材通過激光切割和翻邊制成的彎曲部件。彎曲部件的幾何結構，也就是說單個型材區段的軸的定向，應與多件式結構一致，僅以不同的方式構建型件之間的連接。圖Ia示出了由具有矩形截面的第一型件2、即矩形管件與第二矩形管件3組成的一體式彎曲部件1，所述兩個管件2、3圍繞彎曲邊緣4翻邊并且相互之間以角度α布置。在此，角度α在兩個矩形管件2、3的管軸5、6之間定義。兩個矩形管件2、3在彎曲邊緣4的區域中構成一體式角接7。兩個管件2、3分別具有兩個側矩形邊8、9、10、11和一個內矩形邊12、13，其在翻邊狀態下互相接合并且被看作側對接棱邊8-11或看作內對接棱邊12、13。側對接棱邊8-11垂直于彎曲邊緣4，內對接棱邊12、13則平行于彎曲邊緣4。圖Ib示出了圖Ia中的一體式彎曲部件I的拉直結構。在此，這樣將第二矩形管件3圍繞彎曲邊緣4翻邊，使得第二矩形管件3的管軸6與第一矩形管件2的管軸5共線對齊。在第一矩形管件2的對接棱邊8、9、12與第二矩形管件3的對接棱邊10、11、13之間構成不屬于一體式彎曲部件的廢料部分14。圖2a示出了由具有圓形管橫截面的第一型件22和第二型件23組成的一體式彎曲部件21，所述型件22、23也被稱為圓管件。圓管件22、23圍繞彎曲邊緣24翻邊并且以角度β布置，在兩個圓管件22、23的管軸25、26之間形成角度β。兩個圓管件22、23就在彎曲邊緣24的區域中構成一體式角接27。兩個圓管件22、23分別具有對接棱邊28、29，其在圖2a中的彎曲實施方式的情況下互相接合。圖2b示出了圖2a中具有圓形管橫截面的一體式彎曲部件21的拉直結構。這樣使第二圓管件23圍繞彎曲邊緣24翻邊，直到兩個圓管件22、23的管軸25、26之間共線對齊。在圓管件22、23的對接棱邊28、29之間構成不屬于一體式彎曲部件21的廢料部分30。在實踐應用中可以看到，若型件的對接棱邊設有用于確保型件準確對齊的定位元件，則十分有利。首先可將槽和鍵元件、三角形元件、半圓形元件或拼接元件用作定位元件。在具有一體式角接的彎曲部件的制造中存在兩個主要的問題在激光切割裝置中制成的拉直的彎曲部件會經過后續的加工步驟而在角接區域中圍繞彎曲邊緣翻邊。型件之間的角接一方面必須足夠穩固，使材料可承受翻邊時的載荷而不會斷裂。另ー方面，角接也須足夠輕薄，因而無須復雜的技術輔助工具就能手動地使型件圍繞彎曲邊緣翻邊。制造拉直的彎曲部件時的另ー個問題在于，型件在激光切割后僅通過連接片連接并且可能已經在激光切割裝置中在彎曲邊緣上彎折。這種彎折可能導致激光切割過程的中斷。這就需要設計員和程序員具有豐富的經驗，以便在管件之間這樣地構建連接，使得其足夠穩固，然而仍然可以手動實現翻邊
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于改進用于制造一體式角接的方法以及用于制造一體式角接的軟件模塊，以提高制造一體式角接的エ藝可靠性，因而也能夠由不熟練的程序員和/或機器操作人員實施一體式角接的制造エ藝。上述目的在本發明中是通過一種用于制造一體式彎管部件的方法得以解決，其中，由包含了用于根據管件的材料、材料厚度以及管橫截面來構造第一管件與第二管件之間的連接的幾何形狀的數據存儲器建議第一管件與第二管件之間的至少ー個連接片的幾何結構和位置。為了穩固具有圓形管橫截面的管件，有利地根據權利要求2建議單個的連接片；對于其寬度則有利地根據權利要求3建議材料厚度與管周長的1/18之間的值。所建議的寬度復雜地取決于不同的管參數，但是通常約等于材料厚度的兩倍。為了穩固具有矩形管橫截面的管件，有利地根據權利要求4建議單個的小于材料的極限厚度的連接片，其寬度有利地根據權利要求5處于材料厚度與連接片所在的矩形邊的總寬度之間的值。有利的是，根據權利要求6在具有矩形管橫截面且材料厚度大于權利要求4所述的極限厚度的管件中建議兩個連接片；對于其厚度有利地根據權利要求7建議材料厚度與連接片所在的矩形邊的總寬度的一半之間的值。所建議的寬度復雜地取決于不同的管參數，但是通常約等于材料厚度的兩倍。若第一管件與第二管件設有至少ー個定位元件，則根據權利要求9有利地在拉直的管結構中定義至少三個廢料部分以簡單地移除廢料部分，其中，有利地根據權利要求10至少使居中的廢料部分設有微型接頭，所述微型接頭將居中的廢料部分與第一管件和第二管件連接起來。本發明還涉及ー種用于制造一體式彎管部件的軟件模塊，根據本發明在所述軟件模塊中設置數據存儲器，所述數據存儲器包含用于構造第一管件與第二管件之間的連接的幾何形狀。為了能夠從數據存儲器中提取完整的設計任意ー種一體式彎管部件的建議，所述數據存儲器根據權利要求12所述，優選包含第一管件與第二管件之間的至少ー個連接片的幾何結構和位置；根據權利要求13所述，所述數據存儲器優選包含第一管件與第二管件的對接棱邊上的至少一個定位元件的幾何結構和位置；根據權利要求14所述，所述數據存儲器優選還包含第一管件與第二管件之間的至少一個廢料部分的形狀。
本發明主題的其他優點和優選構型可由說明書、附圖以及權利要求書中得出。同樣可以分別單個地或者以多個任意組合地應用上述的以及下面會進一步說明的根據本發明的特征。所示及所述的實施例并非限于所列舉的內容，而僅用于說明本發明的實施例示例。其中圖la，b為一種公知的由兩個矩形管件組成的彎曲部件的彎曲結構(圖Ia)和拉直結構(圖Ib); 圖2a，b為一種公知的由兩個圓形管件組成的彎曲部件的彎曲結構(圖2a)和拉直結構(圖2b);圖3為一種公知的用于控制激光切割裝置的設備；圖4為一種公知的用于制造一體式角接的方法的流程階段；圖5a，b為圖4所示的用于制造一體式角接的方法根據本發明的第一流程部分(圖5a)和第二流程部分(圖5b);以及圖6a，b為圖la、Ib中具有廢料部分的彎曲部件的展開結構(圖6a)及其三維圖示(圖6b)。
具體實施例方式圖3示出了一種公知的激光切割裝置41，借助數控設備42控制該激光切割裝置。為了實現激光切割裝置41的自動化，設置自動化設備43，同樣通過數控設備42實現其控制。控制設備42在硬件方面包括一個具有構造為工業PC的控制計算機45與操作裝置46的MMC操作系統44 (人機控制),所述操作裝置46包括一個作為顯示單元的屏幕47以及一個例如構造為鍵盤、鼠標和/或觸摸屏的輸入單元48。此外，控制設備42還包括一個用于手動操作激光切割裝置41與自動化設備43的機器控制面板49，其中，主要完成安全相關的操作；以及包括一個具有用于控制激光切割裝置41與自動化設備43的集成NC(數控)單元51與SPS (存儲器編程控制)單元52的NCU (數控單元)組件50。所述NC單元51和SPS單元52也可構造為獨立的組件。控制設備42在軟件方面包括一個用于控制激光切割裝置41的操作軟件53 ;—個用于控制自動化設備43的操作軟件54 ;用于任務管理、工具管理和/或選項板管理的軟件模塊55 ;—個用于管理加工程序的程序管理56以及一個數據存儲器57，在所述數據存儲器中存儲用于所述加工程序的加工參數。“加工程序”除NC程序外，還包括所有由NC程序轉移到外部數據存儲器中的技術數據。此外，還可在例如控制計算機45上安裝另外的應用，例如設計系統、編程系統或組合式設計和編程系統。彎曲部件的制造需要設計員、程序員和機器操作員的參與，可由I個或兩個人員身兼多職地執行部分制造過程。借助設計系統58 (CAD系統)或組合式設計和編程系統59 (CAD/CAM系統)實現彎曲部件的設計工作，其中，CAD和CAM分別是計算機輔助設計系統和編程系統的縮寫。完成的設計圖可寄存到同一個設于網絡60中的CAD數據庫61中，程序員可根據需要訪問該數據庫。通過加工程序控制激光切割裝置41，借助編程系統或者手動地在MMC操作系統44的操作裝置46上創建加工程序。編程系統識別基本的和特殊的NC功能并且知道需要哪些技術數據以及適用哪些處理規則。因此，所述編程系統可以自動定義處理并且生成加工程序。在圖3所不的實施例中，在網絡60中的控制計算機45和編程系統63 (CAM系統)上除組合式設計和編程系統59外還安裝有另外的組合式設計和編程系統62。編程系統59、62、63與程序員和機器操作員可訪問的CAM數據庫連接。程序員把完成的加工程序存放在CAM數據庫64中。機器操作員可訪問CAM數據庫64，并且將CAM數據庫64中的加工程序導入控制計算機45的程序管理56中。圖4以流程表的形式示出了公知的用于制造具有一體式角接的彎曲部件的方法。所述公知的方法包括六個相互銜接的流程階段。 在第一個流程階段Vl中，設計員借助設計系統58或組合式設計和編程系統59、62的設計模塊創建彎曲部件的設計圖。設計圖既包括彎曲部件的三維圖，也包括型件的展開結構和拉直結構的二維圖。在第二個流程階段V2中，程序員借助編程系統63或組合式設計和編程系統59、62的編程模塊創建加工程序，以便在激光切割裝置41上通過激光切割把型材制成拉直的型材結構。在第三個流程階段V3中，在激光切割裝置41上通過激光切割把型材制成拉直的型材結構。在此，首先例如借助自動化設備43將型材輸送至激光切割裝置41，所述激光切割設備切割拉直的型材結構并且接著例如借助自動化設備43把拉直的型材結構送出激光切割裝置41。在第四個流程階段V4中，在拉直的型材結構的情況下手動移除位于第一管件與第二管件之間的廢料部分。移除廢料部分后，在第五個流程階段V5中通過彎曲制造具有一體式角接的彎曲部件。在第六個也是最后一個流程階段V6中，借助例如構造為激光切割裝置的焊接設備將第一管件與第二管件相互焊接。所述的用于制造具有一體式角接的彎曲部件的方法即在流程階段V6后結束。圖5a示出了圖4所示的用于制造一體式角接的本發明方法的第一個流程階段VI。借助圖la、lb中的彎曲部件I示出其構型。例如將如圖3所示的設計系統58或組合式設計和編程系統59、62、63用于設計彎曲部件I。設計員在步驟S I中選擇矩形管件2、3的材料、材料厚度及管橫截面并且確定矩形管件2、3的管軸5、6的幾何布置。設計員會在步驟S2中決定是否應通過一體式角接來連接矩形管件2、3。若在矩形管件2、3之間不構造任何一體式角接7 (步驟S2中的N)，該流程即在步驟S2后結束。如需通過一體式角接7連接矩形管件2、3 (步驟S2中的J)，設計員就會在步驟S3中確定，需要在什么位置上構造一體式角接7。設計系統在步驟S4中驗證材料、材料厚度、管橫截面以及管軸5、6之間的角度的設定值是否允許以符合加工要求和工藝可靠的方式制造彎曲部件I。若材料、材料厚度、管橫截面與管軸5、6之間的角度的設定值不允許以符合加工要求和工藝可靠的方式制造彎曲部件I (步驟S4中的N)，即在步驟S5中要求設計員變更數值或角度。若設計員決定不進行調整(步驟S5中的N)，所述流程即在步驟S5后結束。若設計員同意進行調整(步驟S5中的J)，就在步驟S6中改變材料、材料厚度、管橫截面和/或管軸5、6之間的角度。該流程在步驟S6后以步驟S4繼續。若能實現彎曲部件I的符合加工要求和工藝可靠的制造(步驟S4中的J)，設計員即可在步驟S7中決定是否應通過定位元件將矩形管件2、3定位在其位置上。如需安置定位元件(步驟S7中的J)，設計員就在步驟S8中確定定位元件的數量、幾何結構和位置。設計系統會在步驟S9中通過彎曲部件的拉直構建“拉直的管結構”，在管結構拉直的情況下，管件2、3的管軸5、6位于同一個平面內，所述設計系統由數據存儲器向設計員建議，可如何在彎曲邊緣4的區域中構造矩形管件2、3的角接7以及位于拉直的第一矩形管件2與拉直的第二矩形管件3之間的廢料部分。所述數據存儲器包括了關于連接第一矩形管件2與第二矩形管件3的連接片的數量和幾何結構的相關數據以及位于兩個矩形管件 2、3之間的廢料部分的構型。設計員在步驟SlO中決定是否從數據存儲器中提取建議值。若不提取建議值(步驟SlO中的N)，設計員就要在步驟Sll中替換建議值。設計系統會在步驟S12中驗證經過變更的值是否在適于符合加工要求和工藝可靠地制造彎曲部件I的預設限值內。若設定值超出適于符合加工要求和工藝可靠地制造彎曲部件I的預設限值(步驟S12中的N)，則在步驟S13中用例如“無法實現工藝可靠的制造！請修改數值”的形式的報告來警告設計員，并要求修改數值。設計員若同意改動(步驟S13中的J)，就在步驟S14中變更數值。所述流程即在步驟S14后以步驟S12繼續。然而，若設計員不改動所述值(步驟S13中的N)，該流程在步驟S13后中斷，因為無法實現彎曲部件I的符合加工要求和工藝可靠的制造。若設計員提取了由設計系統從數據存儲器中建議的值(步驟SlO中的J)，或者是，若設計員改動的值處于符合加工要求和工藝可靠的限值內(步驟S12中的J)，即在步驟S15中將拉直的彎曲部件的三維數據模型展開，在步驟S16中存儲兩個數據模型作為彎曲部件I的設計圖，并且例如將其寄存在例如CAD數據庫61中，由此，所有程序員可訪問設計圖。根據本發明的用于制造一體式角接的方法的第一個流程階段Vl在步驟S16后結束。在設計彎曲部件時存在各種不同的數據模型。出發點是具有角接的彎曲部件的三維數據模型，其中，管軸之間以角度a布置。接著通過拉伸由該數據模型得到拉直的彎曲部件的三維數據模型，其中，管軸共線對齊。最后通過展開形成展開的和拉直的彎曲部件的二維數據模型。一旦按下按鍵，功能“拉伸”和“展開”即自動執行現代設計系統。圖5b示出了圖4所示的根據本發明的用于制造一體式角接的方法的第二個流程階段V2。第二個流程階段V2涉及彎曲部件的編程以及借助編程系統63或借助組合式設計和編程系統59、62的編程模塊來創建用于控制激光切割裝置41的加工程序。程序員在步驟S21中將在第一個流程階段Vl生成的展開的和拉直的彎管部件I的設計圖導入編程系統63或導入組合式設計和編程系統59、62的編程模塊。程序員在編程時確定如何加工組件。所述程序員確定以何種順序進行加工以及適用哪些加工參數如激光功率和給進速度。在此，編程系統會輔助程序員找到適于其加工任務的加工參數與加工方法。合適的加工參數和加工方法的相關信息包含在數據存儲器57(圖3)所謂的的技術表和規則手冊中。在技術表中，按照材料類型、材料厚度與加工流程將適當的加工參數寄存為所有能夠實現可制造性與工藝可靠性的重要數值。在需要時可根據其他參數定義技術表。程序員在步驟S22中確定如何加工管件，以便通過激光切割形成拉直的一體式管結構。在此，程序員還要確定以何種順序來加工不同的輪廓形狀以及將激光束的焦點定位在什么位置。在激光切割裝置中進行的切割過程期間，須確保管件尚未在彎曲邊緣上彎折。若已經發生了這種情況，就可能導致切割過程中斷并且損壞材料和/或激光切割裝置。為了避免過早彎折，將至少一個廢料部分通過微型接頭與管件連接。此外，程序員還須從由管 件切割下來并成為廢料部分的輪廓形狀中識別出扭曲風險并且必要時通過小型接片即所謂的微型接頭使廢料部分維持在管件中。這樣來選定所述微型接頭的幾何結構和位置，以便能夠例如用手或者通過用錘子輕輕敲擊而順利地移除廢料部分。經過激光處理后，在一個獨立的流程階段中移除帶微型接頭的廢料部分。若程序員結束其設計的處理過程，編程系統就在步驟S23中在使用根據本發明的軟件模塊的情況下來檢驗在考慮到管參數以及尤其是所使用的連接片和位于第一管件與第二管件之間的對接棱邊或廢料部分上的定位元件的幾何結構和位置的前提條件下，是否能夠實現工藝可靠的加工。因此，例如在具有定位元件101、102的彎管部件中——所述定位元件使兩個管件2、3的對接棱邊9、10相互校準并固定，將兩個管件2、3之間的廢料部分14在任何情況下分為三段。只有這樣才可確保能夠可靠地移除廢料部分。否則就存在這種風險，即廢料部分14可能扭曲并且無法被移除。如需微型接頭以確保加工的工藝可靠性，則還會檢測操作員是否已設置微型接頭。若根據本發明的軟件模塊得出的結論是無法實現經編程的管結構的可靠加工(N)，程序員會在步驟S24中獲得相應的提示并且將軟件模塊的建議加入設計中。在步驟S24后或者說如果軟件模塊在步驟S23中確定能夠進行可靠地加工(J)，再進入步驟S25。在步驟S25中，程序員對于第一管件的起始分割、第二管件的末端分割以及如果存在的話對于第一管件與第二管件的輪廓切割確定加工流程和加工參數。為了構造彎角/彎曲接頭，第一管件的末端分割與第二管件的起始分割以及在具有矩形管橫截面的管件中必須定義額外的兩個沉割。此外，在通過兩個連接片連接的矩形管件中，在所述兩個連接片之間還需要一個另外的激光切割。在輪廓組內部按照其處理順序來確定輪廓元件的優先級。對于處理順序，編程系統或編程模塊會建議首先切割敞開的輪廓，然后切割其他內部輪廓，最后再切割外部輪廓。在步驟S30中驗證加工步驟的順序。若在所述順序中發現錯誤(步驟S30中的N)，則程序員就會在步驟S31中改變加工步驟的順序。經過步驟S31的錯誤修正或者一旦順序沒有報錯(步驟S30中的J)，程序員就在步驟S32中借助編程系統或編程模塊生成用于在激光切割裝置41中加工管件的加工程序。程序員在步驟S33中保存完成的加工程序，并且在步驟S34中將其寄存在CAM數據庫64中。接著，程序員在步驟S35中將完成的加工程序提交給數控設備42的控制計算機45的程序管理56。圖6a示出了圖la、Ib中的彎曲部件I在角接區域中展開的結構，其中，在兩個管件2、3上在第一管件2上以鍵元件101的形式設置定位元件，在第二管件3上以相應的槽元件102的形式設置定位元件。圖6b示出了與圖6a所示相似的彎曲部件。圖6a與6b中的彎曲部件的不同之處在于，圖6b中的彎曲部件在廢料部分沒有任何孔口。第一管件2與第二管件3通過兩個布置在彎曲邊緣4上的連接片103、104相連接。通過三個激光切割105-107形成管件2、3之間的連接片103、104。由于通過槽元件和鍵元件101、102定位管件2、3，因此必須將廢料部分14分為多個段。廢料部分14被分成三個段第一廢料段108、第二廢料段109以及第三廢料段 110。為了便于用手移除廢料段108-110，每個廢料段均設有孔口 111、112、113，用激光束切割出所述孔口并且將該孔口作為用于使廢料段108-110脫落的工具例如螺絲起子的作用點。
權利要求
1.用于制造由第一管件與第二管件組成的一體式彎管部件的方法，其中，管件的管軸之間以角度(a)布置，第一管件與第二管件可構造為多件式管結構，該多件式管結構可拉伸為拉直的管結構，其特征在于，由數據存儲器建議第一管件與第二管件之間的至少一個連接片的幾何結構和位置，所述數據存儲器包含用于根據管件的材料、材料厚度以及幾何形狀來構造第一管件與第二管件之間的連接的幾何形狀。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在具有圓形管橫截面的管件的情況下建議單個的連接片。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，將所述連接片的寬度設定為在材料寬度與管周長的1/18之間的值。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在具有矩形管橫截面且材料厚度小于“極限厚度”的管件的情況下建議單個的連接片。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，將所述連接片的寬度設定為在材料厚度與連接片所在的矩形的邊總寬度之間的值。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在具有矩形管橫截面且材料厚度大于“極限厚度”的管件的情況下建議兩個連接片。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，建議材料厚度與連接片所在的矩形的邊總寬度的一半之間的值作為所述連接片的寬度。
8.根據權利要求6至7所述的方法，其特征在于，將連接片的位置設定為在Omm與連接片所在的矩形的邊總寬度減去連接片寬度的和之間的值。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，若第一管件和第二管件設有至少一個定位元件，則在拉直的管結構中的第一管件與第二管件之間定義至少三個廢料部分。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，至少使居中的廢料部分設有微型接頭，所述微型接頭將居中的廢料部分與第一管件和第二管件連接起來。
11.用于制造一體式彎管部件、特別是用于實施根據權利要求I至10中任一項所述的方法的軟件模塊，其特征在于，設置一個數據存儲器，所述數據存儲器包含用于構造第一管件與第二管件之間的連接的幾何形狀。
12.根據權利要求11所述的軟件模塊，其特征在于，所述數據存儲器包含第一管件與第二管件之間的至少一個連接片的幾何結構和位置。
13.根據權利要求11至12中任一項所述的軟件模塊，其特征在于，所述數據存儲器包含第一管件與第二管件的對接棱邊上的至少一個定位元件的幾何結構和位置。
14.根據權利要求11至13中任一項所述的軟件模塊，其特征在于，所述數據存儲器包含第一管件與第二管件之間的至少一個廢料部分的幾何結構。
全文摘要
本發明涉及一種用于制造由第一管件(2)與第二管件(3)組成的一體式彎管部件(1)的方法，其中，管件(2，3)的管軸之間以角度(α)布置，第一管件(2)與第二管件(3)設計為多件式管結構，并且將所述多件式管結構拉伸為拉直的管結構，由數據存儲器建議第一管件(2)與第二管件(3)之間的至少一個連接片的幾何結構和位置，所述數據存儲器包含用于根據材料、材料厚度以及管件(2，3)的幾何形狀來構造第一管件(2)與第二管件(3)之間的連接的幾何形狀。
文檔編號B21D53/74GK102712062SQ201080050718
公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月6日 優先權日2009年11月11日
發明者A·門德爾, U·齊肖維奇 申請人:通快機床兩合公司