通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法，已成形管段在空间运动至将与设备发生干涉的位置处，停止管材的轴向推进运动，弯曲模停止运动，并以当前位置为起点，在球面轴承的带动下，沿以当前位置处弯曲模偏心距U为半径，以弯曲模原始位置为圆心的圆弧轨迹做圆周运动，对管材施加一个力臂长U

【技术实现步骤摘要】
通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法
本专利技术涉及一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法，属于自由弯曲成形

技术介绍
自由弯曲成形是一种适用于空间构型复杂管材快速弯曲成形技术。该技术借助自动化多轴控制系统，利用弯曲模，使金属管材在三维空间产生连续弯曲变形。管材的复杂构型是通过弯曲模在三维空间内的位置和姿态实时变化，并配合轴向进给运动来实现的，因而无需为了适应管材弯曲半径的变化不断更换弯曲模，是一种典型的无模柔性精确成形技术。目前新能源汽车、航空航天、船舶及核电等领域所使用的管类构件往往空间构型较为复杂，在自由弯曲成形过程中已成形部分管段空间方位会随着弯曲模位置和姿态的实时变化而变化，因而易与设备发生干涉，且随着已成形管段不断加长，干涉的可能性会愈来愈大，故导致该技术无法用于成形某些具有复杂空间构型的管材，从而限制三维自由弯曲成形设备的成形能力和成形效率，阻碍三维自由弯曲成形技术应用范围的拓展。
技术实现思路
针对现有三维自由弯曲成形技术的不足，本专利技术提出了一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法。本专利技术主要用以解决弯曲成形一些复杂零件时，已成形部分容易与弯曲设备发生干涉，从而限制自由弯曲成形能力及成形效率的问题，同时也可作为一种辅助手段，在适当条件下，辅助其他弯曲成形方式成形。本专利技术采用如下技术方案：一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法，已成形管段1在空间运动至将与设备发生干涉的位置处，停止管材的轴向推进运动，弯曲模8停止运动，并以当前位置为起点，在球面轴承3的带动下，沿以当前位置处弯曲模8偏心距U为半径，以弯曲模8原始位置为圆心的圆弧轨迹做圆周运动，对管材施加一个力臂长UM＝U，方向沿圆弧轨迹切向的转矩M，在转矩M作用下，已成形管段1将在弯曲模8施加的转矩作用下，围绕推轴进行转动，从而使已成形管段1绕过与成形设备相干涉的位置。在绕过干涉位置后，弯曲模8停止转动，随后可继续管材的弯曲成形。所述的方法，包括如下步骤：1)通过有限元方法，判断已成形管段是否会发生干涉，若存在干涉，确定需要进行弯曲模偏转操作的管材轴线位置；获取偏转处管材的弯曲半径R以及为避免与设备发生干涉所需要偏转的角度θ；2)根据设备构型和已成形管段形状，确定该处弯曲模的偏心距U和偏转角度θ；3)根据偏心距U和偏转角度θ解析出弯曲模偏转时的运动轨迹；4)将分解后的偏转轨迹数据，包括弯曲模位置坐标、位移增量、时间增量，输入三维自由弯曲成形设备，运行弯曲设备，弯曲成形至设定的管材偏转位置处，停止管材的推进，松开压紧装置；5)执行对应位置的弯曲模偏转控制程序，弯曲模在已成形管段上施加转矩，驱动已成管段围绕推进轴偏转，实现避干涉目的；6)弯曲模完成避干涉偏转动作后，三维自由弯曲成形设备继续进行后续管段的弯曲成形，如若继续出现已成形管段与设备干涉的情况，从步骤2)重新进行偏转避干涉操作，直至所有管段成形结束。所述的方法，使用有限元模拟的方式，确定已成形管段与成形设备发生干涉时，弯曲模进行偏转的轴线位置。所述的方法，所述步骤2)，通过U-R关系公式，即计算出该处弯曲模中心偏离推进轴的距离，即偏心距U。所述的方法，所述步骤3)、4)，以偏心距U为半径，偏转角度θ为圆心角，弯曲模原点位置为圆心，绘制一段圆弧，该圆弧即为弯曲模偏转避干涉的偏转运动轨迹；以圆弧圆心为原点，建立坐标系，通过公式计算出每个等分节点的位置坐标，通过公式计算出相邻等分点间的位置增量；将所获得的位置坐标、位置增量以及发生该位移所对应的时间增量，输入自由弯曲成形设备。所述的方法，根据设备构型、模拟结果，确定偏转角θ，根据下式：确定弯曲模偏心距U，式中R为管材的弯曲半径；S为管材的弧长；A为弯曲模中心距导向模具前端的水平距离；k为修正系数。所述的方法，以弯曲模原始位置为圆心，以弯曲模偏转时所在位置为起点，以偏转角θ为圆心角，解析出弯曲模偏转时的运动轨迹。所述的方法，所述步骤(4)中轨迹数据的解析，通过将运动轨迹等分为n段获得。有益效果本专利技术所提出的工艺方案，可以在不增加自由弯曲成形设备运动自由度的前提下，通过弯曲模主动偏转的方式，解决自由弯曲成形复杂管材时，已成形管段与成形设备的干涉问题，提高了三维自由弯曲成形设备对管材形状的适应性，进一步开发了现有三维自由弯曲成形设备的潜力，从而在一定程度上提高设备的成形能力和成形效率，进一步拓展了三维自由弯曲成形设备的应用范围。附图说明图1为通过弯曲模偏转的三维自由弯曲成形避干涉工作原理示意图；图2为通过弯曲模偏转的三维自由弯曲成形避干涉实施流程图；图3为推进装置示意图；图4为转矩作用下，已成形管段绕推进轴旋转的示意图；图5为实施例1管材参数和偏转参数示意图；图6为实施例1弯曲模偏转运动轨迹分解示意图；图7为实施例2管材参数示意图；图8为实施例2弯曲模偏转轨迹分解示意图；具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。如图1所示，自由弯曲成形设备工作部件包括：球面轴承轴2、球面轴承3、导向模具4、推进装置5、压紧装置7、弯曲模8、X-Y面板9。实施例1(1)如图5所示，如图5-A在成形一个弯曲角大于90°的弯曲段时，根据有限元模拟结果，已成形管段1会与X-Y轴面板9发生干涉，因此选择在弯曲角度超过90°前，使已成形管段绕推进轴偏转60°(图5-B)，从而避免已成形弯曲段与成形设备发生干涉，具体实施步骤如下：(2)如图4所示，获取管材需进行偏转避干涉处的管材弯曲半径R＝150mm，根据三维自由弯曲设备成形原理，其中U为弯曲模偏离平衡位置的距离；R为管材的弯曲半径；S为管材的弧长；A为弯曲模中心距导向模具前端的水平距离；k为修正系数，解出该处弯曲模8的偏心距U＝7.887mm；(3)根据步骤(1)所确定的偏转角度θ＝60°，步骤(2)所解得的偏心距U，以弯曲模8的原始位置为圆心，以偏心距U为半径，圆心角为θ的圆弧，绘制一段半径为7.887mm，圆心角为60°的圆弧，如图6所示；(4)如图6所示，以A点(停止成形时弯曲模位置，)为起点，将圆弧等分为3段小圆弧，随后用直线依次连接每个节点，并用直段对小圆弧段进行一一替代，通过计算，该管材每段小圆弧所对应的圆心角α＝20°；(5)以圆弧圆心为原点，建立图6所示坐标系，通过公式解出每个等分节点的位置坐标；(6)通过公式解出每个节点相对于上一个节点的坐标增量，式中n为节点序号；(7)将步骤(5)、(6)所解出的弯曲模位置坐标、位置增量以及发生该段位移的时间增量等偏转轨迹数据，输入三维自由弯曲成形设备，通过设定更改时间增量的大小，可控制偏转避干涉动作的执行速度；(8)启动三维自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法，其特征在于，已成形管段(1)在空间运动至将与设备发生干涉的位置处，停止管材的轴向推进运动，弯曲模(8)停止运动，并以当前位置为起点，在球面轴承(3)的带动下，沿以当前位置处弯曲模(8)偏心距U为半径，以弯曲模(8)原始位置为圆心的圆弧轨迹做圆周运动，对管材施加一个力臂长U

【技术特征摘要】
1.一种通过弯曲模偏转实现三维自由弯曲成形避干涉的方法，其特征在于，已成形管段(1)在空间运动至将与设备发生干涉的位置处，停止管材的轴向推进运动，弯曲模(8)停止运动，并以当前位置为起点，在球面轴承(3)的带动下，沿以当前位置处弯曲模(8)偏心距U为半径，以弯曲模(8)原始位置为圆心的圆弧轨迹做圆周运动，对管材施加一个力臂长UM＝U，方向沿圆弧轨迹切向的转矩M，在转矩M作用下，已成形管段(1)将在弯曲模(8)施加的转矩作用下，围绕推轴进行转动，从而使已成形管段(1)绕过与成形设备相干涉的位置；在绕过干涉位置后，弯曲模(8)停止转动，随后可继续管材的弯曲成形。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过有限元方法，判断已成形管段是否会发生干涉，若存在干涉，确定需要进行弯曲模偏转操作的管材轴线位置；获取偏转处管材的弯曲半径R以及为避免与设备发生干涉所需要偏转的角度θ；
2)根据设备构型和已成形管段形状，确定该处弯曲模的偏心距U和偏转角度θ；
3)根据偏心距U和偏转角度θ解析出弯曲模偏转时的运动轨迹；
4)将分解后的偏转轨迹数据，包括弯曲模位置坐标、位移增量、时间增量，输入三维自由弯曲成形设备，运行弯曲设备，弯曲成形至设定的管材偏转位置处，停止管材的推进，松开压紧装置；
5)执行对应位置的弯曲模偏转控制程序，弯曲模在已成形管段上施加转矩，驱动已成管段围绕推进轴偏转，实现避干涉目的；
6)弯曲模完成避干涉偏转动作后，三维自由弯曲成形设备继续进行后续管段的弯曲成形，如若继续出现已成形管段与设备干涉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程诚，郭训忠，张浩，陈伟，胡胜寒，杨秋成，韩震，
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