一種復雜曲面板材柔性加工設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工設備領域，具體為一種復雜曲面板材柔性加工設備。
【背景技術】
[0002]大型復雜曲面板材的加工制造是制造業領域，諸如船舶制造、飛機外殼加工等的關鍵環節之一。尤其是外表面形狀復雜、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，但這些工藝對大型復雜曲面板材的加工還存在各種各樣的缺點。
[0003]目前，大型船舶鋼板以及飛機蒙皮的高端裝備研發和制造方面，仍然存在著嚴重的欠缺。特別是大型板材高端裝備新產品研宄開發能力、快速制造能力、企業的柔性應對能力、生產效率和成本控制等方面技術還不夠成熟，嚴重制約著大型板材復雜曲面工件的加工制造。通過本發明所設計的裝備，可以實現大型復雜板材工件的柔性加工，特別適用于船舶鋼板以及飛機蒙皮這類小批量、形狀復雜的板材工件的加工制備。
[0004]目前，專利《一種板材多點成形裝置》(申請號:201010604400.5)提出了一種板材多點成形裝置，同樣可以加工復雜曲率板材工件。該發明提出一種多點沖壓的方式，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丫頭支撐單元，來模擬類似模具沖壓的效果與本發明的漸進彎曲成形有實質性的區別。
[0005]現有技術主要有機械沖壓法、輥彎加工法、水火彎板法以及板材多點成形等幾種加工工藝。
[0006]機械沖壓法是最傳統的加工方法，沖壓機床通常是大形液壓機床，其工作原理與沖壓的彎曲工藝相同。這種方法的優點是較準確、效率高。缺點是受到沖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，目前機械沖壓法主要靠經驗完成。
[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，這一技術是利用金屬板材局部受高溫冷卻后產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對金屬板材局部加熱，使在金屬板表面和板厚方向產生一定的溫度分布，加熱區間的局部金屬受熱膨脹；受到四周冷金屬的阻礙，產生塑性變形。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，主要依靠有經驗的工人師傅手工完成，不能實現自動化生產，且加工環境惡劣，勞動強度大。
[0009]板材多點成形的加工方法可以實現復雜曲率板材工件的成形加工，這種技術也是近幾年才受到重視，該技術目前還主要在實驗研宄階段，實際應用比較少。但該工藝所需裝備復雜，工具頭和底部支撐需要模擬出傳統的模具上下模的形狀，工藝復雜，裝備成本高。而且該種工藝目前只能實現小型板材工件的加工，對于大型板材工件加工能力不足，適用性差。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是設計一種大型復雜曲面板材加工設備。利用板材漸進彎曲的工藝方法，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，又可以加工復雜的雙曲率工件。可用于船體外殼板、飛機蒙皮以及大型壓力容器板材的加工制備。
[0011]利用本發明所設計的設備，可以加工復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]本發明是這樣解決技術問題的:一種上下調動的支撐柱，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節座，萬向球關節置于萬向球關節座上，電磁吸盤固定在萬向球關節上部。
[0013]本發明還可以這樣解決技術問題: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:固定架下固定側柱，側柱下端固定平行軌，移動塊置于平行軌上，移動塊下部固定沖壓工具頭。
[0015]沖壓工具頭為3個。
[0016]一種復雜曲面板材加工設備，包括機床、彎板壓頭和支撐柱，其特征在于:機床底部為機床導軌，機床導軌上上安放有移動板，移動板上有倒“T”形內置軌道，支撐柱的底座下部設有外凸倒“T”形軌，支撐柱的底座下層下部的外凸倒“T”形軌與移動板上的倒“T”形內置軌道相對應，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節座，萬向球關節置于萬向球關節座上，電磁吸盤固定在萬向球關節上部；機床上部橫梁側邊設有水平側軌，移動控制件置于機床上部的水平側軌上，移動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柱，側柱下端固定平行軌，移動塊置于平行軌上，移動塊下部固定沖壓工具頭。
[0017]底座上的支撐柱為2個及以上。
[0018]板材支撐模塊主要負責板材工件在加工過程中的裝夾定位。彎板壓頭模塊是整個裝備的成形工具頭部分，提供板材彎曲的成形力。機床模塊為運動執行機構。
[0019]本發明可以達到的有益效果是:可以制備復雜曲面的大型板材工件；整個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；與傳統機械沖壓發相比，本發明的裝備成本低，并不需要設計專門的模具。并且本發明可以實現板材柔性加工，適應于不同形狀的板材工件；與輥彎法相比，本發明的適應性更強。輥彎法只能加工單一曲率板材工件，而本發明所描述的加工工藝可以加工復雜曲率板材，包括單曲率、雙曲率、以及其它復雜曲率工件；與水火彎板相比，本發明的加工效率更高，而且本發明比水火彎板環保性更好。水火彎板需要火和水的雙重作用，加工環境差，而且極度依賴熟練的技術工人。本發明所描述的加工工藝為普通的冷加工過程，加工環境較好，而且主要由計算機控制，技術工人容易操作；本發明所設計的底部支撐模塊，是支撐柱可隨意調節的柔性支撐系統，適用于不同形狀的板材工件。可以實現多種動作方式，可以固定保持不動，可以按位移控制其位移量，還可以以壓力控制其運動。支撐柱頂端設計有球餃和電磁吸盤，可以使支撐柱與板材始終保持面接觸，對板材的支撐固定更可靠；本發明的加工工藝為漸進彎曲成形，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發生減薄效應，可以加工出復雜形狀的板材工件，適應性強。
【附圖說明】
[0020]圖1本發明一種復雜曲面板材加工設備結構圖；
圖2本發明一種上下調動的支撐柱結構圖；
圖3本發明一種彎板壓頭結構圖；
圖4本發明機床結構圖。
【具體實施方式】
[0021]附圖中各標號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、萬向球關節座1.4、萬向球關節1.5、電磁吸盤1.6、無油襯套1.7)、彎板壓頭2(、固定架2.1、側柱2.2、平行軌2.3、移動塊2.4、沖壓工具頭2.5)、機床3 (機床導軌3.1、移動板3.2、移動控制件3.3)。
[0022]下面結合附圖對發明進行進一步說明:
本發明的一種復雜曲面板材加工裝備，整體結構如圖1所示。該裝備采用分模塊的設計方案，不同模塊可根據實際需要進行單獨設計并更換。該裝備主要有三大模塊:板材支撐柱1、彎板壓頭2以及機床3。
[0023]本發明的板材支撐柱如圖2所示，可實現板材的柔性支撐功能。該模塊主要包含以下幾個機構:底板1.1、液壓缸1.2、推桿1.3、萬向球關節座1.4、萬向球關節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，實現板材的彎曲變形。圖3所示的是由三個沖壓工具頭構成，但此結構并不僅僅局限在圖示的三個沖壓工具頭，也可以設計成單個或者五個等不同數量的沖壓工具頭模塊。每個工具頭由液壓缸驅動，實現上向運動。壓頭模塊整體可由電機驅動，實現旋轉運動，以適應不同角度的板材彎曲變形。
[0025]圖4為本發明機床結構圖，機床可設計成普通機床或龍門機床，根據機床設計規格來定。對于普通機床，其X、Y軸運動由工作臺的運動來實現，工具頭部分只沿Z軸運動。而對于龍門機床，其三軸運動主要由龍門部分決定，工作臺只是起支撐作用。
[0026]實施例1:一種上下調動的支撐柱，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頂端固定萬向球關節座1.4，萬向球關節1.5置于萬向球關節座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關節1.5上部。
[0027]實施例2:—種上下調動的支撐柱，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頂端固定萬向球關節座1.4，萬向球關節1.5置于萬向球關節座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關節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下固定側柱2.2，側柱2.2下端固定平行軌2.3，移動塊2.4置于平行軌2.3上，移動塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。
[0030]實施例4:一種彎板壓頭，包括固定架2.1，其特征在于:固定架2.1下固定側柱
2.2，側柱2.2下端固定平行軌2.3，移動塊2.4置于平行軌2.3上，移動塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。
[0031]沖壓工具頭2.5為3個。
[0032]實施例5:—種復雜曲面板材加工設備，包括機床3、彎板壓頭2和支撐柱1，其特征在于:機床底部為機床導軌3.1，機床導軌上3.1安放有移動板3.2，移動板3.2上有倒“T”形內置軌道，支撐柱I的底座下部設有外凸倒“T”形軌，支撐柱I的底座1.1下層下部的外凸倒“T”形軌與移動板3.2上的倒“T”形內置軌道相對應，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頂端固定萬向球關節座1.4，萬向球關節1.5置于萬向球關節座1.4上，電磁吸盤1.6固定在萬向球關節1.5上部；機床3上部橫梁側邊設有水平側軌，移動控制件3.3置于機床上部的水平側軌上，移動控制件3.3的下端安裝有彎板壓頭2，彎板壓頭的固定架2.1下固定側柱2.2，側柱2.2下端固定平彳丁軌2.3，移動塊2.4置于平彳丁軌2.3上，移動塊2.4下部固定沖壓工具頭2.5。<