CN1386595A - 长形件的弯折装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长形件的弯折装置,其设有弯折头和进料单元,弯折头由一设有导管的底板、设有压模的活动板和六个可伸缩单元构成,其中底板包括设在其中心位置上的导向孔,活动板能够对由导管向前进送的长形件施加弯曲力,六个可伸缩单元分别包括设在底板和活动板之间的液压缸和安装到每个液压缸两端的万向节,从而形成一个平行连杆机构,其能够通过伸出和缩回液压缸从而相对底板设定活动板的位置(距离、偏移量)、倾角等参数来执行包括三个平移自由度和三个转动自由度的六个自由度的运动。由于具有上述的结构,因此本发明可以提供一种结构简单而且能够对管件、杆件、具有不对称截面的条带部件及类似材料进行弯折的长形件弯折装置。

Description

长形件的弯折装置

发明领域

本发明涉及一种长形部件的弯折装置，该装置适合于将长形部件例如管件、杆件、型材及类似材料弯曲成曲线形状。

相关的背景技术

在现有技术中，日本已审查专利申请No.Sho58-43165(43165/83)公开了一种条带弯曲装置，该弯曲装置可被用作将长形部件弯曲成曲线形状的弯折装置。这种条带弯曲装置用于由具有不同横截面的条材制成曲线形产品，例如汽车的窗框结构。这种条带弯折装置包括：一个设置有多个滚轮的定位导向件，在这些滚轮之间形成了一个能够使材料从中通过的间隙；一个设置有多个滚轮的弯折导向件，在滚轮之间形成有一个间隙，由定位导向件进送的材料可通过该间隙；一个外部框架，该框架用于通过一个万向节机构支承着弯曲导向件，以使弯曲导向件能够自由倾斜；一个旋转板机构，该机构用于以定位导向件进送材料的方向作为轴线旋转外部框架；一个X-Y滑动机构，旋转板机构安装在该滑动机构上，以使旋转板机构能够在一个垂直于定位导向件进送材料的方向的平面内移动；及一个控制计算机。该弯折装置具有下述优点：其能够通过旋转板机构对材料的扭转来校正由于材料具有不对称的横截面而产生的扭曲变形。但是，该装置存在一个问题，即由于弯曲导向件被外部框架、旋转板机构和X-Y滑动机构上的各个活动组件所支承，因此其结构十分复杂；而且，由于施加于材料上的弯曲作用力从弯曲导向件传递给连接在一起的外部框架、旋转板机构和X-Y滑动机构上的各个部件，因此所有的部件必须具有足够的强度和刚性来承受材料的弯曲作用力，这样就使该装置的体积变大。

日本已审查专利申请No.Hei5-12047(12047/93)也公开了另一种可被用作弯曲装置的推动式弯折装置(pushing pass bendingapparatus)。该推动式弯折装置能够弯曲管件、型材和固体部件，并包括：一个能够使材料通过的导向筒，一个允许从导向筒进送的材料通过的压模和一个用于使导向筒的中心轴线相对压模的中心轴线产生相对偏移的装置。此外，日本已审查专利申请No.Hei7-110382(110382/95)也公开了一种装置，该装置对日本已审查专利申请No.Hei5-12047(12047/93)所公开的推动式弯曲装置进行了改进。除了用于使导向筒的中心轴线相对定形孔的中心轴线产生相对偏移的传统装置外，这种改进型推动式弯折装置还设置有一个倾斜机构，该倾斜机构通过将压模的外周缘侧加工成球形并设置一个用于容纳压模之球形部分的轴承而能够用于使压模的中心轴线沿着一个使材料弯曲并移动的方向自由倾斜。与传统装置相比，这种倾斜机构能够以一个较小的弯曲半径足够精确地弯曲材料。但是，这种推动式弯折装置和上述改进型推动式弯折装置还存在一个问题：由于上述装置不能相对其中心轴线旋转压模，因此其不能扭转材料，而且不能在对材料进行扭转的同时对带材弯折。

如上所述，日本已审查专利申请No.Sho58-43165(43165/83)所公开的弯折装置具有下述优点：能够通过旋转板机构来修正由于材料的横截面不对称而产生的扭曲变形。但是，这种装置存在一个问题：由于弯曲导向件由外部框架、旋转板机构和X-Y滑动机构上的各个活动组件所制成，因此其结构十分复杂；而且，由于施加于材料上的弯曲作用力从弯曲导向件传递给连接在一起的外部框架、旋转板机构和X-Y滑动机构上的各个部件，因此所有的部件必须具有足够的强度和刚性来承受材料的弯曲作用力，这样就使该装置的体积变大。此外，在日本已审查专利申请Nos.Hei5-12047(12047/93)和Hei7-110382(110382/95)中公开的推动式弯折装置均存在下述问题：由于压模不能相对其中心轴线旋转，因此其不能对材料施加扭转力。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题并提供一种结构简单、刚性大的改进型长形部件弯折装置，该弯折装置不仅能够对管件、杆件和横截面对称的材料进行弯曲，而且还能够对必须受到扭转的带材进行弯折。

为实现上述目的，本发明的长形件的弯折装置包括：一个用于将长形件弯曲成曲线形状的弯折头；一个用于将长形件进送到弯折头内的进料单元；及一个用于控制弯折头和进料单元的控制装置，其中弯折头包括一个底板，该底板上设置有一个导管，穿过该导管形成有一个用于使经导管进送的长形材料通过的导向孔，该导向孔垂直设置于底板的中心处；一个设置有一压模的活动板，压模设置于活动板的中心处并可将弯曲力作用于从导管向前进送同时从导管中穿过的长形件上；六个可伸缩单元，可伸缩单元包括设置在底板和活动板之间的多个液压缸和设置于液压缸两端的万向节，其中六个可伸缩单元将万向接头连接到底板和活动板的周边端部上，从而以桁架的形式构成一个平行的连杆机构，以通过液压缸的伸缩使活动板相对设在底板上的xyz坐标系执行具有三个平移自由度和三个转动自由度的运动。控制装置通过相对底板调整活动板的位置和倾角及相对活动板的中心轴线调整其扭转角来调整各个液压缸的长度。

当长形件被上述的长形件弯折装置所弯曲时，长形件将从底板的导向孔插入到活动板的压模内，直到长形件的末端接触压模，而且由控制装置根据长形件所需的弯曲半径(ρ)设定弯曲参数，这些参数包括：压模的中心点相对导向孔之轴心的偏移量(a)，沿导向孔的轴心从导管的末端到压模中心点的距离(b)，包含压模之横截面的平面相对包括导向孔之横截面的平面的倾角(α)，活动板围绕压模轴心的扭转角(θ)。在控制装置根据这些弯曲参数通过使六个可伸缩单元伸出和缩回而使弯曲头定位的状态下，进料单元将长形件推向弯折头。这样，长形件就会在导向孔和压模之间以下述方式被弯曲成所需的弯曲半径(ρ)：将其外周面限制在导向孔和压模的两个位置上，而且通过压模将长形件加工成具有所需的扭转角(θ)。

由于弯折头由底板、活动板、六个将底板和活动板连接起来的可伸缩单元构成，因此使其结构十分简单；而且由于活动板被六个固定到其周边部分上的可伸缩单元所支承，因此活动板将受到高刚性的约束。这种弯折头可通过设定三个参数就能够对管件、杆件和具有对称截面的材料进行弯曲加工，这三个参数包括：压模的中心点相对导向孔之轴心的偏移量(a)，沿导向孔的轴心从导管的末端到压模中心点的距离(b)，压模相对垂直于导向孔之轴心的平面的倾角(α)。此外，除了上述的三个参数外，可通过再添加一个参数：活动板围绕定形孔轴心的转角(θ)，就能够对在弯曲时必须扭转的条带件进行弯曲加工。

附图说明

图1为本发明一个实施例的长形件弯折装置之整体结构视图；

图2为弯折头的结构图；

图3为构成弯折头并设置在六轴线平行连杆运动底座上的可伸缩单元的布置图；

图4为六轴线平行连杆机构的视图；

图5为说明长形件之弯曲参数的视图；

图6为受到扭转弯曲的条带部件的视图。

对最佳实施例的说明

现参照附图，对本发明的一个实施例加以说明。图1示出了作为本发明一个实施例的长形件弯折装置(在下文中称之为“弯折装置”)的整体结构图；图2为弯曲头的结构图；图3为构成弯曲头并设置在六轴线平行连杆运动底座上的可伸缩单元之布置图；图4为六轴线平行连杆机构的操作视图；图5为说明长形件弯曲参数的视图；图6为受到扭转弯曲加工的条带部件的视图。

如图1所示，作为本发明实施例的弯折装置整体上由一个弯折头2、一个用于向弯折头2进送长形件的进料单元3和用于控制弯折头2和进料单元3的控制装置(未示出)组成。

如图1和2所示，弯折头2包括：一个底板7，该底板的中心处垂直设置有一导管6，该导管6由一个导板5和一个固定到导板5之前端的支承管6a构成，而导板5上设置有一个能够使长形件1通过的导向孔5a，一个活动板9设置在调节部件6的前方并在中心位置上设置有一个压模8，该压模8用于对由导管6进送来的长形件1施加弯曲力，及设置在底板7和活动板9之间的六个可伸缩单元12。每个可伸缩单元12都由一个液压缸10和设置在液压缸两端的万向节11构成。设置在液压缸10一端的万向节11被连接到底板7之前表面的周边部分上，而设置在另一端上的万向节11被连接到活动板9之后表面的周边部分上。最好使活动板9的外部尺寸小于底板7的外部尺寸，以防止长形件1在弯曲时与活动板9产生干涉。弯折头2被设置成一个六轴线的平行连杆机构，当可伸缩单元12伸出和收缩时，该连杆机构能够使活动板9相对底板7产生六个自由度的运动，这六个自由度包括三个平移自由度和三个转动自由度。由东京精密仪器公司(Tokyo Precision Instruments Co.，Ltd)制造的六轴线平行连杆运动底座可被用作该六轴线平行连杆机构。应该知道：这种六轴线平行连杆运动底座的商标名称为东京精密仪器公司。一个用于测定缸体长度的电位器26和一个用于控制操作流体的伺服阀27被安装到各个液压缸10上。

图3为表明底板7、活动板9和设置于六轴线平行连杆运动底座上的六个可伸缩单元12之间的位置关系的平面图。图3示出了六个可伸缩单元12被调整到具有同一长度的状态下的视图。因此，底板7与活动板9就其平面而言是相互平行的，而且各个板的中心轴线位于同一轴线上。当点15位于三等分虚圆14之圆周的位置上时，万向节11与底板7相连接的位置分别定位在经过每点15的圆周上的两个点16上，而且其距每个点15的距离都相等，其中虚圆14是在与底板7之前表面相同的平面内围绕底板7的中心点形成的。当点18位于三等分虚圆17之圆周的位置上时，万向节11与活动板9之侧面的连接位置就分别设置在两个点19上，这两个点19定位在经过每个点18的圆周上并距每个点18的距离相等，其中虚圆17是在与活动板9之前表面相同的平面内围绕活动板9的中心点形成的。六个可伸缩的单元12大体以一种桁架的形式被安装，这种桁架以下述方式跨接在六对使底板7和活动板9的间距最近的安装位置16和19之间：连接底板7的三等分点的三角形22相对连接活动板9的三等分点的三角形23以180°的转角偏移。

下面将参照图4A所示的六轴线平行连杆机构的模型对六轴线平行连杆的运动底座操作加以说明。该模型具有一个以下述方式设置成图3所示的六轴线平行连杆运动底座的桁架结构：通过用销将每两个相邻的万向节的位置16集合成一个位置而使六个可伸缩单元12连接在底板7和活动板9之间。在这种六轴线平行连杆机构的模型中，以导向孔5a的中心点O₁作原点在底板7的前表面上设定一个矩形的xyz坐标系，而且z轴被用作导向孔5a的中央轴线。此外，以安装在活动板9上的压模8之中心点O₂作原点设定一个矩形的uvw坐标系，而且将w轴用作压模8的中轴线，并使uv平面与压模8的定形孔8a之平面相平齐(参照图5)。活动板9的中心点即压模的中心点O₂沿设在底板7上的三个方向x轴、y轴和z轴产生平移并围绕设在活动板9上的u轴、v轴和w轴转动。由于具有这种操作，因此就使活动板9能够相对底板7以六个自由度运动，这六个自由度包括三个平移自由度和三个转动自由度。图4B示出了活动板9相对底板7的移动情况，其中活动板9的原点O₂之位置由一个位置向量P表示，而该位置向量P又被用作底板7的原点O₁，活动板9的方位角由围绕u、v和w轴的转角矩阵R表示。当对六轴线平行连杆机构进行操纵时，采用用于通过位置向量P和转角矩阵R确定各个可伸缩单元12的长度的相反的运动学理论。

下面将参照图5对长形件1的弯曲参数加以说明。长形件1例如可以是一根圆杆。在弯折头2中，将从导管6的轴心到压模8之中心点的偏移量a(在下文中称之为“偏移量a”)，从导向孔5a的前表面到压模8之中心点的距离b(内部定形距离b)及压模8相对一个垂直导管6之轴心的平面的倾角α设定为参数。应该知道：压模8设置有一个定形孔8a，该定形孔由内壁的隆起线形成而且具有三角形的截面，而内壁沿压模8的中心方向突出。与长形件相接触的三角形截面的顶点被倒圆，如图5所示。可通过在长形件1之横截面的外部尺寸基础上添加一个间隙而将导向孔5a和定形孔8a加工成一定的尺寸。当圆杆的弯曲半径用ρ表示时，就可以得到下述等式：a＝ρ(1-cosα)，b＝ρ sinα。当确定出三个参数a、b和α中的一个数值时，其它两个参数的数值也就确定了。例如偏移量a是根据圆杆的尺寸、材料(铝、铜、钢)等选定的。在实际应用时，该参数是根据不同材料的弯曲实验结果确定的。

参数a、b和α与图4A所示的底板7上的xyz坐标系(原点O₁)和活动板9上的uvw坐标系(原点O₂)有关联。为便于说明，假设图4A的薄板既包括y、z轴，又包括v、w轴。偏移量a可由xyz坐标系中的y值表示，内部定形距离b由一个从xyz坐标系中的z值中减去导管6的高度h得到的数值表示，倾角α可由活动板9上的原点O₂围绕x轴的转角表示。应该注意：导管6的高度h是指相对底板7的前表面的高度。在这里，P_B表示将长形件1弯曲成曲线形状所需的力，P_L表示沿纵向推动长形件1的力。应该知道：导管6的高度h会根据长形件1的尺寸或弯曲半径ρ的不同而产生极大变化，因此最好采用一种用于在导管6和底板7之间插入垫圈、薄垫片或类似部件的结构。这是因为活动板9的倾斜和转动范围最大为一个定值z，运动范围被限制成一个与定值z相差甚远的某个z值。

如图1所示，进料单元3由一个固定到弯折头2之后部上的框架26和一个安装到框架部件26上的液压缸25构成。液压缸25以恒定的速度推动长形件1的后端，以通过弯折头2的导向孔5a进送长形件1。在液压缸25的前端形成有一能够固定长形件1之末端的凹痕或夹具。如果需要，最好在液压缸25和导管6之间设置一个导辊，以防止出现卡住情况。

控制装置由一台个人电脑构成。该个人电脑根据弯曲参数(a、b、α和θ)的输入值计算各个可伸缩单元12的长度，并通过伺服阀27使液压缸10动作，而且还控制着弯折头2之活动板9的位置和方位角并通过进料单元的液压缸25控制长形件1的进送速度。弯曲参数(a、b、α和θ)通过实验预先确定并存储起来，因为这些参数会随长形件1的形状、尺寸、材料等的不同而不同。

可用本发明的弯折装置进行弯折的长形件除了管件、杆件和具有圆形、椭圆形、方形截面的型材外还包括条带部件。如图6所示，可通过沿薄板的厚度方向以一定的半径弯折该条带部件同时对其进行扭转的方式将条带部件弯曲成螺旋形。此外，当对横截面被加工成曲线形或角形而且左右不对称的条带部件进行弯折时，可通过对条带部件进行扭转来校正由弯折而产生的扭曲变形。例如，汽车的窗框可作为由不对称条带部件制成的弯曲型产品的一个实例。

根据本发明，由于长形件弯折装置包括设置有弯折头和导管的底板、设置有压模的活动板及与底板和活动板相连接的六个可伸缩单元，因此该装置可被制造成一种结构简单，刚性大而且能够以足够的精度对管件、杆件及类似材料进行弯折的装置。此外，由于活动板被设置成能够围绕压模的轴心旋转的结构形式，因此该弯折装置具有下述效果：能够将其应用到在弯折时必须加以扭转的条带部件上。

Claims (2)

1、一种长形件的弯折装置，其包括：

一个用于将一长形件弯曲成曲线形状的弯折头；

一个用于向弯折头进送长形件的进料单元；

一个用于控制弯折头和进料单元的控制系统，

其特征在于，所述弯折头包括：

一个设置有一导管的底板，穿过该底板形成有一个导向孔，该导向孔设置于底板的中心位置上并用于使由进料单元进送的长形件从该导向孔通过；

一个设置有一压模的活动板，该压模设置于活动板的中心位置上，而且当长形件从该压模中穿过时，其能够对通过导管向前进送的长形件施加一个弯曲力；

六个可伸缩的单元，所述的可伸缩单元包括设置在底板和活动板之间的液压缸和安装到每个液压缸两端上的万向节，

其中六个可伸缩单元将万向节连接到底板和活动板的周边部分上，以形成一种桁架结构并构成一个平行连杆机构，以用于通过液压缸的伸出和缩回使活动板相对设置在底板上的xyz坐标系执行具有三个平移自由度和三个转动自由度的运动。

2、根据权利要求1的长形件的弯折装置，其特征在于：所述控制装置通过相对底板设定活动板的位置和倾角并相对活动板的中心轴线设定其扭转角的方式来调整各个液压缸的长度。

Images