一種逐步逼近彎曲的板材成形方法與裝置的製作方法
2023-05-30 16:00:16
專利名稱：一種逐步逼近彎曲的板材成形方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種逐步逼近彎曲的板材成形方法與裝置，具體地說是一種主要用於三維數控彎板機上進行板材成形的、逐步逼近彎曲的板材成形方法，並為此方法提供相匹配的直O
背景技術：
隨著我國經濟的迅速發展，造船業也在迅速發展，在造船時，其船體外板構件大都是曲面，三維曲面板材零件的製造是一個重要的環節，因此船體三維曲面外板構件加工的三維數控彎板機是一個重要的機械加工裝置。在現有的三維曲面板成形中，雖然整體模具衝壓成形工件的精度好、質量高，但是其僅適用於大批量生產，且價格昂貴；它只能用於一些定型的小型船舶。故整體模具在造船行業中很少被使用，這是由於船體外板相同構件的批量極少、形狀複雜、尺度大的原因所致。所以目前對於簡單曲度的船體外板構件，一般是使用三芯輥或油壓機的方法進行加工；而對於複雜三維曲面的船體外板構件，則是使用機械衝壓方法預先進行橫向曲度加工，在初步成形的基礎上，再由人工使用水火彎板的方法進行縱向彎曲，但水火彎板成形工藝的生產條件差、勞動強度大、對工人技術水平要求高、生產效率低下等。
過去70年代國外曾研製過通用多壓頭式數控彎板，由於多種原因造成失敗。其中曾試圖使用理論計算方法解決板材的回彈問題(見《船體建造工藝學》，人民交通出版社，1980 年 12 月，141 頁)。
現在也有人研究理論計算預報三維彎板回彈的問題，不但計算過程冗長、準確計算困難，更難以滿足船舶板材的快速、實時加工的要求。
為改變船體外板加工的困難，已研發了一種以「方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，中國專利號ZL 2009 1 0014794. 6」原理研製的、屬於可重構技術範疇的船舶三維數控彎板機，用於船體外板複雜曲面的船體外板構件的冷彎成形。加上本設計的一種利用板材自身回彈規律和向目標迭代的逐步逼近彎曲的板材成形方法和裝置，能通過在線測量、實時控制彎板成形，迅速有效地解決可重構技術的多壓頭數控彎板機的回彈困難問題和保證三維曲面船板的成形精度。
發明內容
本發明的目的是為船舶三維數控彎板機提供一種利用板材自身回彈規律和向目標迭代的逐步逼近彎曲的板材成形方法，並為此方法提供相匹配的裝置。
本發明的逐步逼近彎曲成形方法的基本過程是首先按照理論目標曲面S形狀調整三維數控彎板機下模群的曲面形狀，對板材進行冷壓，卸載後被壓型的板材回彈，通過在線雷射三維坐標測量儀在線實時檢測，反饋第一次壓型板材回彈後實際成形曲面A形狀， 比較板材回彈後實際成形曲面B1形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值Ii1，然後在理論目標曲面S的基礎上向理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值&，修正值IcXh1 ；k為修正係數，設定第一次逼近彎曲壓型曲面C115設定第一次逼近彎曲壓型曲面C1後，根據第一次逼近彎曲壓型曲面C1調整三維數控彎板機下模群的曲面形狀，進行第二次壓型，即第一次逼近彎曲壓型。第二次壓型後，再通過在線雷射三維坐標測量儀在線實時檢測，反饋第二次壓型板材回彈後實際成形曲面4形狀，比較板材回彈後實際成形曲面4形狀與理論目標曲面s形狀的誤差偏移值h2，當偏移值Ii2超出理論目標曲面s允許的誤差範圍，則進行第三次壓型，即第二次逼近彎曲壓型。第二次逼近彎曲壓型曲面C2的設定，與第一次逼近彎曲壓型曲面C1類同是在第一次逼近彎曲壓型曲面C1的基礎上向第一次逼近彎曲壓型曲面C1的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值&，修正值&= kxh2 ； k為修正係數。也就是在理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個疊加修正值 g' 2，疊加修正值g' 2= gl+ g2= kx Ch1+ h2)0依次類推，當第三次壓型，即第二次逼近彎曲壓型回彈後，在線雷射三維坐標測量儀在線實時檢得的實際成形曲面 形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值t!3仍超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，則進行第四次壓型， 即第三次逼近彎曲壓型，……。直至符合理論目標曲面S允許的誤差範圍。
第η次的逼近彎曲壓型曲面Cn的設定，是在理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個疊加修正值g' n，疊加修正值 g' n= g!+ g2 + ……+gn= kX Ch1+ h2+……+ hn)；即疊加修正值g' = Σ Sn= kX Σ hn ；1 1式中k為修正係數；&為第η次壓型後，在第η - 1次逼近彎曲壓型曲面Cn 的基礎上向第η - 1次逼近彎曲壓型曲面C η _工的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值g ；hn為第η次壓型回彈後，實際成形曲面Bn形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值h。
在對板材進行下一次逼近彎曲前，需對下模群曲面按逼近彎曲壓型曲面C進行修正調整。如根據實際成形曲面形狀與理論目標曲面形狀的誤差來修正下模群曲面形狀，有時會產生「過彎」現象，當產生「過彎」現象時，也可以繼續反向逐步逼近彎曲；此時，上述公式中，在產生「過彎」現象的那次壓型的h值為負值。為提高逐步逼近壓型成形的效率，儘量避免板材「過彎」，特設修正係數k，用以減小修正下模群曲面形狀時的修正位移量，一般選取修正係數k=0. 7 0.9。
其具體過程如下1、按照理論目標曲面S形狀調整三維數控彎板機的下模群曲面形狀，將需要成型的板材按放在下模群上，操縱三維數控彎板機，對板材進行第一次壓型。壓型後，提升上模群，對壓型的板材進行卸載；第一次壓型後板材在其彈力作用下回彈，形成板材的第一次實際成形曲面Bi。通過在線雷射三維坐標測量儀在線實時檢測並反饋第一次壓型板材回彈後實際成形曲面B1形狀，並與理論目標曲面S形狀進行比較，判別成形情況，測量出第一次偏移值Ii1 ο
所說的偏移值h為壓型板材經壓型回彈後實際成形曲面B形狀與理論目標曲面S 形狀之間回彈量，即壓型板材回彈後與理論目標曲面S形狀之間的偏移量；第一次偏移值 Ii1為壓型板材經第一次壓型回彈後實際成形曲面B1形狀與理論目標曲面S形狀之間偏移值；以下依次類推第二次偏移值Ii2為壓型板材經第二次壓型回彈後實際成形曲面化形狀與理論目標曲面S形狀之間偏移值t!2，第三次偏移值h3為壓型板材經第三次壓型回彈後實際成形曲面B3形狀與理論目標曲面S形狀之間偏移值ti3，……。
2、根據第一次實際成形曲面B1、理論目標曲面S和第一次偏移值Ill，設定第一次逼近彎曲壓型曲面C1。第一次逼近彎曲壓型曲面C1是在理論目標曲面S的基礎上向「過彎」方向增加一個修正值A，修正值A=IiXh1 ；k為修正係數。然後根據設定的第一次逼近彎曲壓型曲面C1調整三維數控彎板機的下模群曲面形狀，對經第一次壓型後的板材進行第二次壓型(即第一次逼近彎曲壓型)。第二次壓型後，提升上模群，對第二次壓型的板材進行卸載；第二次壓型後板材在其彈力作用下回彈，形成板材的第二次實際成形曲面化。再通過在線雷射三維坐標測量儀在線實時反饋第二次壓型板材回彈後實際成形曲面4形狀，並與理論目標曲面s形狀進行比較，判別成形情況，測量出第二次偏移值Iv
3、根據測量出第二次偏移值Ii2，將第二次壓型板材回彈後實際成形曲面化與理論目標曲面s形狀進行比較，如板材的第二次壓型實際成形曲面4仍超出理論目標曲面s 允許的誤差範圍，則進行第三次壓型(即第二次逼近彎曲壓型)。第三次壓型，即第二次逼近彎曲壓型，根據第二次實際成形曲面B2、理論目標曲面S和第二次偏移值h2，設定第二次逼近彎曲壓型曲面c2。第二次逼近彎曲壓型曲面C2是在第一次逼近彎曲壓型曲面C1的基礎上向「過彎」方向增加一個過彎值g2，過彎值g2=kxti2 ；k為修正係數，修正係數k的值為0. 7 0. 9。然後根據設定的第二次逼近彎曲壓型曲面C2調整三維數控彎板機的下模群曲面形狀，對經第二次壓型後的板材進行第三次壓型(即第二次逼近彎曲壓型)。第三次壓型後， 提升上模群，對第三次壓型的板材進行卸載；第三次壓型後板材在其彈力作用下回彈，形成板材的第三次實際成形曲面 。再通過在線雷射三維坐標測量儀在線實時反饋第三次壓型板材回彈後實際成形曲面 形狀，並與理論目標曲面S形狀進行比較，判別成形情況，測量出第三次偏移值Ii3。
根據測量出第三次偏移值Ii3，將第三次壓型板材回彈後實際成形曲面 與理論目標曲面S形狀進行比較，如板材的第三次壓型實際成形曲面 仍超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，則進行第四次壓型(即第三次逼近彎曲壓型)。其方法依次類推。直至壓型後獲得的實際成形曲面B符合理論目標曲面S允許的誤差範圍。
為了實現在線實時反饋壓型板材回彈後實際成形曲面形狀，並與理論目標曲面S 形狀進行比較，判別成形情況，測量出偏移值h，本發明在三維數控彎板機上設置有在線雷射三維坐標測量儀，在線雷射三維坐標測量儀與三維數控彎板機的計算機連接。在線雷射三維坐標測量儀設置在三維數控彎板機上模群的一側，當三維數控彎板機對板材實施壓型後，提升上模群，對壓型的板材進行卸載；板材在其彈力作用下回彈，形成實際成形曲面B。 當需要在線雷射三維坐標測量儀對板材回彈後形成實際成形曲面B進行在線實時檢測時， 將上模群移出下模群，設置在上模群上的在線雷射三維坐標測量儀隨上模群移出下模群的同時，對板材的實際成形曲面B進行了在線實時掃描檢測。
在線雷射三維坐標測量儀也可通過導軌設置在下模群的上側、並能沿導軌在下模群上側移動。提升上模群後，在線雷射三維坐標測量儀通過導軌移動至下模群的上側，對板材的實際成形曲面B進行在線實時掃描檢測。
在線雷射三維坐標測量儀將在線實時掃描檢測的情況反饋給計算機，計算機將實際成形曲面B形狀，並與理論目標曲面S形狀進行比較，如板材壓型實際成形曲面B仍超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，由計算機根據本方法確定下一次逼近彎曲壓型曲面C來調整下模群的曲面形狀，再進行壓型。發明是一種利用板材自身回彈規律和向目標迭代的逐步逼近彎曲方法和裝置， 通過在線測量，實時控制彎板成形，進行有限的逼近壓型。逐步逼近彎曲法是在回彈控制過程中，測取回彈量是在線實時取得和計算的，無需進行複雜的力學計算，就能夠實時在線快速解決船體板的彎曲回彈問題，一般只要進行1 3次逼近彎曲壓型(即2 4次壓型)，就能滿足加工精度要求。因而也就迅速有效地解決了數控彎板回彈的難題和保證了三維曲面船板的成形精度。
在對成形板材形狀進行雷射測量時，只需測量位於下模群的各壓頭中心軸線處板材的高度坐標，在調形時也只需對下模群的各壓頭的高度進行修正調整即可。因此板材的回彈控制是通過控制板材上有限點的位置實時完成的、具有簡便快捷效果。
四
圖1為本發明裝有在線雷射三維坐標測量儀的三維數控彎板機示意圖； 圖2為在線雷射三維坐標測量機示意圖； 圖3為板材逐步逼近彎曲法中的各種曲面的示意圖。
五具體實施例方式下面結合附圖所示實施例，進一步說明本發明的板材成形的逐步逼近彎曲法和裝置的具體內容及工作過程。
在三維數控彎板機1的上模群3的一側設置在線雷射三維坐標測量機4 (如附圖 1所示)，在線雷射三維坐標測量機4也可通過道軌設置在三維數控彎板機1的下模群2的上側，道軌固定在三維數控彎板機1上，在線雷射三維坐標測量機4可在道軌上移動。
其具體過程如下1、按照理論目標曲面S形狀調整三維數控彎板機1的下模群2曲面形狀，將需要成型的板材5按放在下模群2上，操縱三維數控彎板機1，對板材5進行第一次壓型。壓型後， 提升上模群3，對壓型的板材5進行卸載；第一次壓型後板材5在其彈力作用下回彈，形成板材5的第一次實際成形曲面Bp將上模群3移出下模群2上側，在線雷射三維坐標測量儀4在上模群3移出下模群2上側的同時進行在線實時檢測(如果在線雷射三維坐標測量機4是通過道軌設置在三維數控彎板機1的下模群2上側的，則提升上模群3後，在線雷射三維坐標測量機4通過道軌移動至下模群2上側進行在線實時檢測)，在對成形板材5形狀進行在線實時檢測(即雷射測量)時，只需測量位於下模群2的各壓頭中心軸線處板材5的高度坐標，根據各壓頭中心軸線處板材5的高度坐標便能反饋出第一次壓型板材5回彈後實際成形曲面B1形狀(每次的檢測方法類同)，並與理論目標曲面S形狀進行比較，判別成形情況，測量出第一次偏移值h。
2、根據第一次實際成形曲面B1、理論目標曲面S和第一次偏移值Ill，設定第一次逼近彎曲壓型曲面C1。第一次逼近彎曲壓型曲面C1是在理論目標曲面S的基礎上向「過彎」方向增加一個修正值gl，修正值A=IiXh1 ；k為修正係數，修正係數k的值為0. 7 0. 9，修正係數k的值可根據需要進行選擇。然後根據設定的第一次逼近彎曲壓型曲面C1調整三維數控彎板機1的下模群2曲面形狀，對經第一次壓型後的板材5進行第二次壓型(即第一次逼近彎曲壓型)。第二次壓型後，提升上模群3，對第二次壓型的板材5進行卸載；第二次壓型後板材5在其彈力作用下回彈，形成板材5的第二次實際成形曲面化。再通過在線雷射三維坐標測量儀4在線實時反饋第二次壓型板材5回彈後實際成形曲面B2形狀，並6與理論目標曲面S形狀進行比較，判別成形情況，測量出第二次偏移值t!2。
3、根據測量出第二次偏移值Ii2，將第二次壓型板材5回彈後實際成形曲面化與理論目標曲面S形狀進行比較，如板材5的第二次壓型實際成形曲面B2仍超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，則進行第三次壓型(即第二次逼近彎曲壓型)。第三次壓型，即第二次逼近彎曲壓型，根據第二次實際成形曲面氏、理論目標曲面S和第二次偏移值Ii2，設定第二次逼近彎曲壓型曲面C2。第二次逼近彎曲壓型曲面C2是在第一次逼近彎曲壓型曲面C1的基礎上向「過彎」方向再疊加一個過彎值&，過彎值&=kXti2 ；k為修正係數，修正係數k的值為0. 7 0. 9，修正係數k的值可根據需要進行選擇。然後根據設定的第二次逼近彎曲壓型曲面C2調整三維數控彎板機1的下模群2曲面形狀，對經第二次壓型後的板材5進行第三次壓型(即第二次逼近彎曲壓型)。第三次壓型後，提升上模群3，對第三次壓型的板材 5進行卸載；第三次壓型後板材5在其彈力作用下回彈，形成板材5的第三次實際成形曲面 。再通過在線雷射三維坐標測量儀4在線實時反饋第三次壓型板材5回彈後實際成形曲面 形狀，並與理論目標曲面S形狀進行比較，判別成形情況，測量出第三次偏移值Iv
根據測量出第三次偏移值Ii3，將第三次壓型板材回彈後實際成形曲面 與理論目標曲面S形狀進行比較，如板材5的第三次壓型實際成形曲面 仍超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，則進行第四次壓型(即第三次逼近彎曲壓型)。其方法依次類推。直至壓型後獲得的實際成形曲面B符合理論目標曲面S允許的誤差範圍。
由上可見，本發明是一種利用板材自身回彈規律和向目標迭代的逐步逼近彎曲方法和裝置，在壓型過程中，通過在線測量，實時控制彎板成形，進行有限的逼近壓型。在對成形板材形狀進行雷射測量時，只需測量位於下模群的各壓頭中心軸線處板材的高度坐標， 在調形時也只需對下模群的各壓頭的高度進行修正調整即可，板材的回彈控制是通過控制板材上有限點的位置實時完成的。在回彈控制過程中，測取回彈量是在線實時取得和計算的，無需進行複雜的力學計算，就能夠實時在線快速解決船體板的彎曲回彈問題，一般只要進行1 3次逼近彎曲壓型(即2 4次壓型)，就能滿足加工精度要求。因而也就迅速有效地解決了數控彎板回彈的難題和保證了三維曲面船板的成形精度。達到了簡便快捷的效^ ο
權利要求
1.一種逐步逼近彎曲的板材成形方法，其特徵在於首先按照理論目標曲面S形狀調整三維數控彎板機(1)下模群(2)的曲面形狀，對板材(5)進行冷壓，卸載後被壓型的板材 (5)回彈，通過在線雷射三維坐標測量儀(4)在線實時檢測，反饋第一次壓型板材(5)回彈後實際成形曲面A形狀，比較板材(5)回彈後實際成形曲面B1形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值Ii1，然後在理論目標曲面S的基礎上向理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值A，修正值A= kXh1;k為修正係數，設定第一次逼近彎曲壓型曲面 C1 ；設定第一次逼近彎曲壓型曲面C1後，根據第一次逼近彎曲壓型曲面C1調整三維數控彎板機(1)下模群(2)的曲面形狀，進行第二次壓型，即第一次逼近彎曲壓型；第二次壓型後， 再通過在線雷射三維坐標測量儀(4)在線實時檢測，反饋第二次壓型板材(5)回彈後實際成形曲面氏形狀，比較板材(5)回彈後實際成形曲面化形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值Ii2;當偏移值Ii2超出理論目標曲面S允許的誤差範圍，則進行第三次壓型，即第二次逼近彎曲壓型；第二次逼近彎曲壓型曲面C2的設定，與第一次逼近彎曲壓型曲面C1類同 是在第一次逼近彎曲壓型曲面C1的基礎上向第一次逼近彎曲壓型曲面C1的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值&，修正值&= kXh2 ；也就是在理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個疊加修正值g' 2，疊加修正值g' 2=kX (Ill+ 1 );依次類推……；直至符合理論目標曲面S允許的誤差範圍；第η次的逼近彎曲壓型曲面Cn的設定， 是在理論目標曲面S的過彎方向，即回彈的反方向增加一個疊加修正值g' n ；疊加修正值g' = Σ g = kX Σ hn ；I1式中k為修正係數；&為第η次壓型後，在第η - 1次逼近彎曲壓型曲面Cn 的基礎上向第η - 1次逼近彎曲壓型曲面C η _工的過彎方向，即回彈的反方向增加一個修正值g ；hn為第η次壓型回彈後，實際成形曲面Bn形狀與理論目標曲面S形狀的誤差偏移值h。
2.根據權利要求1所述的一種逐步逼近彎曲的板材成形方法，其特徵在於所述的修正係數k=0. 7 0. 9。
3.一種用於根據權利要求1所述的逐步逼近彎曲的板材成形方法的裝置，包含有三維數控彎板機(1)，其特徵在於在三維數控彎板機(1)上設置有在線雷射三維坐標測量儀 (4)，在線雷射三維坐標測量儀(4)與三維數控彎板機(1)的計算機連接，在線雷射三維坐標測量儀(4 )設置在三維數控彎板機(1)上模群(3 )的一側/或通過導軌設置在下模群(2 ) 的上側、並能沿導軌在下模群(2)上側移動。
全文摘要
一種主要用於三維數控彎板機(1)上進行的逐步逼近彎曲的板材成形方法與裝置。其方法是利用板材(5)自身回彈規律向目標迭代的逐步逼近彎曲，通過在線測量，將板材(5)經壓型回彈後實際成形曲面B形狀通過在線測量與理論目標曲面S形狀進行比較，根據回彈後的誤差偏移值h設定逼近彎曲壓型曲面C進行有限的逼近壓型。其裝置是在三維數控彎板機(1)上設置有與計算機連接的在線雷射三維坐標測量儀(4)。無需進行複雜的力學計算，就能夠實時在線快速解決船體板的彎曲回彈問題，一般只要進行1～3次逼近彎曲壓型(即2～4次壓型)，就能滿足加工精度要求，迅速有效地解決了數控彎板回彈的難題和保證了三維曲面船板的成形精度，具有簡便快捷的效果。
文檔編號B21C51/00GK102500672SQ20111032630
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者張燦勇, 李繼先, 焦和桐, 焦濤, 王呈方, 胡勇, 範正勇, 袁萍, 馬軍偉 申請人:山東碩力機械製造有限公司