采用五轴自由弯曲设备的矩形管自由弯曲成形方法技术

本发明专利技术涉及采用五轴自由弯曲设备的矩形管自由弯曲成形方法，采用五轴或六轴自由弯曲设备进行弯曲，其导向机构或管材轴向运动导向模块与台面之间可升降设置，用于调节矩形管的中心轴线高度，以使矩形管与弯曲模同轴心设置；将R分解为R

【技术实现步骤摘要】
采用五轴自由弯曲设备的矩形管自由弯曲成形方法
本专利技术涉及金属空心构件先进制造
，特别是一种采用五轴自由弯曲设备的矩形管自由弯曲成形方法。
技术介绍
矩形截面空心构件主要作为承力构件航空航天、核电、汽车、舰船、石化、建筑以及其它民用工业等诸多领域具有广泛的应用，如汽车的排气系统异形管件、汽车副车架、仪表盘支架、车身框架和空心轴类件、复杂管件等，对于降低产品的生产成本以及减重方面发挥着重要的作用。目前，传统的金属构件弯曲技术主要包括：内高压成形、拉弯、压弯、滚弯等。在采用内高压成形的方法成形上述零件时，由于需要开模，反复的试模，修模等过程，因此造成生产效率较低，且费用高昂。而在应用拉弯、压弯、滚弯等方法成形上述零件时，另一方面，成形出的零件容易产生截面扁平化的缺陷，成形质量难以控制；另一方面所能成形出的零件空间几何构型较简单，难以满足复杂三维轴线空间零件的成形要求，因此，目前在成形异形截面空心构件时，大多基于人工试错法，耗费了极大的人力物力。现有技术中，授权公告号为CN106475445B、专利名称为一种金属管材3D自由弯曲成形方法及五轴自由弯曲设备的专利文献中，公开了一种弯曲管材的五轴设备，包括管材推进模块、管材轴向运动导向模块、机械手弯曲模块、感应线圈加热模块、润滑模块、逆向扫描与测量模块，可驱动弯曲模/弯曲模座在5个维度上移动，实现管材的弯曲；授权公告号为CN106862330B、专利名称为异形截面金属空心构件六轴自由弯曲成形装备及工艺解析方法的专利文献中，记载了一种异形截面金属空心构件六轴自由弯曲成形装备，包括：X轴运动系统、Y轴运动系统、Z轴送料系统、弯曲模绕Y轴转动系统、弯曲模绕Z轴转动系统、弯曲模绕自身轴线俯仰摆动系统，实现六维驱动；上述设备可用于矩形截面空心构件的弯曲。
技术实现思路
矩形管在沿着不同弯曲方向进行弯曲时，与弯曲模接触的面受力不同，最终影响成形质量。传统的金属构件弯曲技术在弯曲复杂轴线形状管材时存在较大的局限性。本专利技术针对传统的金属构件弯曲技术存在的不足，提出了一种在不同弯曲方向时，提高矩形管自由弯曲成形精度方法。一种在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法，使用的五轴自由弯曲设备包括置于台面上的管材推进模块、管材轴向运动导向模块、机械手弯曲模块、逆向扫描与测量模块，所述机械手弯曲模块包括：X向伺服电机、Y向伺服电机、弯曲模驱动伺服电机、弯曲模座驱动伺服电机、弯曲模和弯曲模座，所述管材轴向运动导向模块的底端设置升降机构，以使所述管材轴向运动导向模块可升降设置在所述台面上；测量时包括如下步骤：A、待弯曲的矩形管包括顶壁、左侧壁、右侧壁、底壁，测量矩形管截面的高度b和宽度a，将矩形管放入管材轴向运动导向模块，测量弯曲模中心轴线到台面的垂直距离h，调整管材轴向运动导向模块的高度f，使得管材轴向运动导向模块内的矩形管的中心轴线至台面的垂直距离g与弯曲模中心轴线到台面的垂直距离h相等，以使矩形管中心轴线与弯曲模中心轴线重合；B、弯曲后的矩形管包括多个弯曲段，各弯曲段包括弯曲段内侧壁和弯曲段外侧壁，各弯曲段的弯曲半径为R，弯曲角为θ，偏心距为U，将各弯曲段的弯曲半径R分为R1和R2，R1为沿着弯曲半径方向矩形管中心轴线到弯曲段内侧壁的最短距离，R2为沿着弯曲半径方向弯曲半径中心点到弯曲段内侧壁的最短距离；测量弯曲模到弯曲模座中心的距离A，建立偏心距U和弯曲半径R2之间的精确数量关系，具体公式如下：U＝R2-R2cosθ+tan(A-R2sinθ)；C、建立有限元弯曲模型，并在理论解析公式中引入修正系数k：U＝R2-R2cosθ+tan(kA-R2sinθ)；根据采用引入修正系数k后得到的理论公式，解析得出关键工艺参数作为弯曲工艺参数，在有限元模拟中反复迭代计算，将计算结果导入几何软件中进行处理，并对比计算结果与所需要的尺寸进行对比；当计算结果与实际尺寸误差在误差许可范围内时，迭代结束，将最终的工艺参数传送给自由弯曲设备，执行实际弯曲成形。一种在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法，使用的六轴自由弯曲设备包括置于台面上的：X轴运动系统、Y轴运动系统、Z轴送料系统、弯曲模绕Y轴转动系统、弯曲模绕Z轴转动系统、弯曲模绕自身轴线俯仰摆动系统，所述Z轴送料系统包括Z轴电机、导向机构、送料机构；所述导向机构的底端设置升降机构，以使所述导向机构可升降设置在所述台面上；测量时包括如下步骤：A、待弯曲的矩形管包括顶壁、左侧壁、右侧壁、底壁，测量矩形管截面的高度b和宽度a，将矩形管放入导向机构，测量弯曲模中心轴线到台面的垂直距离h，调整导向机构的高度f，使得导向机构内的矩形管的中心轴线至台面的垂直距离g与弯曲模中心轴线到台面的垂直距离h相等，以使矩形管中心轴线与弯曲模中心轴线重合；B、弯曲后的矩形管包括多个弯曲段，各弯曲段包括弯曲段内侧壁和弯曲段外侧壁，各弯曲段的弯曲半径为R，弯曲角为θ，偏心距为U，将各弯曲段的弯曲半径R分为R1和R2，R1为沿着弯曲半径方向矩形管中心轴线到弯曲段内侧壁的最短距离，R2为沿着弯曲半径方向弯曲半径中心点到弯曲段内侧壁的最短距离；测定弯曲模至导向机构前端距离为A，建立偏心距U和弯曲半径R2之间的精确数量关系，具体公式如下：U＝R2-R2cosθ+tan(A-R2sinθ)；C、建立有限元弯曲模型，并在理论解析公式中引入修正系数k：U＝R2-R2cosθ+tan(kA-R2sinθ)；根据采用引入修正系数k后得到的理论公式，解析得出关键工艺参数作为弯曲工艺参数，在有限元模拟中反复迭代计算，将计算结果导入几何软件中进行处理，并对比计算结果与所需要的尺寸进行对比；当计算结果与实际尺寸误差在误差许可范围内时，迭代结束，将最终的工艺参数传送给自由弯曲设备，执行实际弯曲成形。进一步，所述升降机构为升降电动缸、或升降气缸、或滚珠丝杆组件中的至少一种。专利技术的技术效果：本专利技术的在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法，相对于现有技术，为矩形管的3D自由弯曲成形提供了一种新的成形工艺优化方法，为矩形管三维自由弯曲装置的配套弯曲工艺，充分地发挥了矩形管三维自由装置所具有的可以实时改变矩形管弯曲方向，实现复杂形状金属构件弯曲的优点；升降机构的设置，可在矩形管进入弯曲模之前调整矩形管的高度，使得矩形管与弯曲模同轴心设置；本专利技术方法简单可行，生产效率高，在航空、航天、汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。附图说明下面结合说明书附图对本专利技术作进一步详细说明：图1是本专利技术的在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法的流程图；图2是矩形管的剖面结构示意图；图3是矩形管弯曲后的立体结构示意图；图4是实施例1使用的五轴自由弯曲设备的结构示意图；图5是实施例2使用的六轴自由弯曲设备。图中：直线导轨1，矩形管2，滚珠丝杆4，Z向伺服电极5，管材夹持机构6，气缸7，弯曲模8，弯曲模座9，台面10，X向驱动伺服电机15，Y向驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩形管自由弯曲成形方法，具体是在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法，其特征在于：首先，轴线对齐调整；其次，工艺解析，将弯曲半径R分解为R

【技术特征摘要】
1.一种矩形管自由弯曲成形方法，具体是在不同弯曲方向时提高矩形管自由弯曲成形精度方法，其特征在于：首先，轴线对齐调整；其次，工艺解析，将弯曲半径R分解为R1、R2；再次，建立有限元弯曲模型，在理论解析公式中引入修正系数k，进行有限元迭代计算，直至计算结果与实际尺寸在误差范围内，启动五轴自由弯曲设备进行实际弯曲成形。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用的五轴自由弯曲设备包括置于台面上的管材推进模块、管材轴向运动导向模块、机械手弯曲模块、逆向扫描与测量模块，所述机械手弯曲模块包括：X向伺服电机、Y向伺服电机、弯曲模驱动伺服电机、弯曲模座驱动伺服电机、弯曲模和弯曲模座，所述管材轴向运动导向模块的底端设置升降机构，以使所述管材轴向运动导向模块可升降设置在所述台面上；其中X向伺服电机和Y向伺服电机用于驱动弯曲模沿X轴和Y轴方向的平移，满足弯曲半径为R时的偏心距，弯曲模座驱动伺服电机用于驱动弯曲模绕自身轴线方向转动，使得成形过程中弯曲模与矩形管成形部位始终保持垂直，提高成形质量，弯曲模座驱动伺服电机用于驱动弯曲模座绕Z轴旋转，进而带动弯曲模绕Z轴旋转，满足复杂弯曲构件成形时弯曲模与X轴正方向的夹角；
测量时包括如下步骤：
A、待弯曲的矩形管包括顶壁、左侧壁、右侧壁、底壁，测量矩形管截面的高度b和宽度a，将矩形管放入管材轴向运动导向模块，测量弯曲模中心轴线到台面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭训忠，程旋，陶杰，王辉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32