專利名稱：板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種具有可進(jìn)行板材的數(shù)控?zé)o模塑性成型、非金屬材料模型的數(shù)控三維銑削和板材的激光切割加工的多功能成型加工機(jī)。
到目前為止，汽車覆蓋件等殼體類工件的加工大多是用壓力機(jī)壓延成形的。這種方法能夠拉伸的深度、成型的復(fù)雜程度都是有限的。而且模具的制造成本高、制造周期長。這些問題對于企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品，爭奪市場時(shí)都是一個(gè)大障礙。
日本的松原茂夫提出了板材數(shù)控漸進(jìn)成型的方法。其研究成果的代表作發(fā)表在日本的“塑性と加工”雜志的Vol.35，No.398，1994年3月，256-261和Vol.35，No.406，1994年11月，1311-1316；日本的“プしス技術(shù)”雜志，1998年，第36卷，第10號，109-115。其工作原理是將被加工板材架在一個(gè)模芯上，在板材四周用壓板夾緊材料，該壓板可沿導(dǎo)柱上下滑動。加工時(shí)，將該裝置固定在三軸聯(lián)動的立銑加工機(jī)床上，用事先編制的加工程序控制一個(gè)工具頭走等高線的方式，將板材逐步壓靠在模芯上，最終成形為一個(gè)零件。
但是該方法有如下缺點(diǎn)(1)實(shí)施板材的加工時(shí)，用的是一般通用的立銑加工機(jī)床。其工具在加工過程中速度慢而且不可變，不適合板材分層加工需要的高速度和變速加工。(2)立銑機(jī)床是為切削加工而設(shè)計(jì)的，其承載能力受到限制，不適于板材的塑性加工。(3)工作臺面的尺寸只用于切削加工，不適合安裝板材成形時(shí)需要的夾持機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，為專門為板材分層成形而設(shè)計(jì)的加工機(jī)。同時(shí)，本發(fā)明可具備進(jìn)行三維數(shù)控銑削加工和板材激光切割加工的功能。
本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)的構(gòu)成如下它由框架式機(jī)身1、動梁4、溜板6、滑塊9、工作平臺15、板材夾持機(jī)構(gòu)、支撐汽缸13、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等主要部分組成。在機(jī)身1上端設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動的兩根滾珠絲桿3組成的X軸傳動機(jī)構(gòu)，由兩根滾珠絲桿3傳動的動梁4通過直線導(dǎo)軌與床身1相結(jié)合，兩根滾珠絲桿3可帶動動梁4沿X軸運(yùn)動；設(shè)置在動梁4上的Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由動梁4上的Y軸驅(qū)動絲桿5傳動的溜板6通過直線導(dǎo)軌與動梁4相結(jié)合，Y軸驅(qū)動絲桿5與溜板6相結(jié)合，并可帶動一個(gè)溜板6沿Y軸運(yùn)動；設(shè)置在溜板6上的Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由Z軸驅(qū)動絲桿8傳動的滑塊9通過直線導(dǎo)軌與溜板6相結(jié)合，Z軸驅(qū)動絲桿8與滑塊9相結(jié)合，并可帶動滑塊9沿Z軸作上下運(yùn)動；在滑塊9的下端設(shè)置有工具夾持裝置10；所說的板材夾持機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)由夾板11、托板12、汽缸13、導(dǎo)柱14、導(dǎo)套16構(gòu)成，板材夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置在工作平臺15上，工作平臺15上設(shè)置有的四個(gè)導(dǎo)向用的導(dǎo)套16，在托板12的底部安置有四根導(dǎo)柱14，其導(dǎo)柱14安置在導(dǎo)套16中，在托板12的上面設(shè)置有夾板11；在工作臺面下床身底部，設(shè)置有可支撐托板12并可帶動托板12作上下運(yùn)動汽缸13。
本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動X、Y、Z軸的電機(jī)，使得實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的三軸聯(lián)動，控制安裝在滑塊9下端工具夾持裝置10中的工具頭實(shí)現(xiàn)任意三維曲線運(yùn)動。配合安置在工作平臺15面上的板材夾持與支撐機(jī)構(gòu)(11、12、13、14)對板材進(jìn)行三維曲面成形加工。如果，在滑塊9下端安裝一個(gè)外置式動力頭，則可進(jìn)行三維曲面的切削加工；若在滑塊9下端安裝一個(gè)聚焦鏡，配合另設(shè)置的激光器及光路系統(tǒng)，即可進(jìn)行板材的激光切割加工。
本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，進(jìn)行板材成型加工過程如下根據(jù)CAD三維模型切片分層所獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NC數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制三軸聯(lián)動，控制安置在滑塊端頭的工具頭，對被固定在夾持和支撐機(jī)構(gòu)上的板材進(jìn)行有選擇地分層成型加工。如設(shè)定的層間距為Δh，則以工件最頂端為零點(diǎn)控制工具頭，使工具頭的下端從零點(diǎn)下降Δh，碾壓板材，再根據(jù)該層的輪廓線得到的軌跡施行運(yùn)動，加工出該層的形狀。接著再下降Δh高度并重復(fù)上述過程，以此類推，直到完成全部層的成形，即可加工出所需形狀的工件。
本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)機(jī)身采用鋼板折彎焊接的整體框架式結(jié)構(gòu)，剛性好，有利提高工件的尺寸精度。制造成本低，安裝維護(hù)簡便。
(2)動梁采用板材折彎焊接結(jié)構(gòu)，質(zhì)量小、剛性好，有利于提高加工速度從而提高生產(chǎn)效率。
(3)X軸上動粱的運(yùn)動采用雙絲桿驅(qū)動，有助于增加傳動剛度，提高加工精度。
(4)板材托架采用四根導(dǎo)柱及導(dǎo)套作導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，剛性好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，導(dǎo)向精度高，制造成本低。
(5)板材托假用兩個(gè)汽缸作支撐?？刂破字俚囊欢▔毫纯稍诩庸ぐ宀臅r(shí)獲得一定背壓力，以改善板材成形控制性能。也可用兩個(gè)油壓缸代替這兩個(gè)汽缸。
(6)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，通過調(diào)換不同的工具，既可進(jìn)行板材成型加工、非金屬材料模型的三維銑削加工，還可進(jìn)行板材的激光切割加工。
附

圖1板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)原理正面圖；附圖2板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)原理剖面圖；附圖3板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)原理俯視圖(x軸雙電機(jī)驅(qū)動)；附圖4板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)原理俯視圖(x軸單電機(jī)加同步皮帶驅(qū)動)；附圖5板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)工作原理圖。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)作進(jìn)一步的說明。
一、所說的多功能數(shù)控成型加工機(jī)由框架式機(jī)身1、動梁4、溜板6、滑塊9、工作平臺15、板材夾持支撐機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。在機(jī)身1頂端設(shè)置有在X軸向運(yùn)動的動梁4的雙絲桿滾珠3同步驅(qū)動裝置，所說的動梁4的雙滾珠絲桿3同步驅(qū)動裝置既可用兩臺侍服電機(jī)2同步驅(qū)動兩根滾珠絲桿3的傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，也可用一臺侍服電機(jī)18帶動兩條同步帶19同步驅(qū)動兩根滾珠絲桿3的傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；在動梁4上設(shè)置有Y軸向運(yùn)動的溜板6的驅(qū)動裝置，所說的溜板6的驅(qū)動裝置用Y軸驅(qū)動絲桿5傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其驅(qū)動力可以采用侍服電機(jī)17，侍服電機(jī)17可安置在Y軸驅(qū)動絲桿5的端部。
在溜板6上設(shè)置有Z軸向運(yùn)動的滑塊9的驅(qū)動裝置，所說的滑塊9的驅(qū)動裝置用Z軸驅(qū)動絲桿8傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其驅(qū)動力可以采用侍服電機(jī)7，侍服電機(jī)7可安置在Z軸驅(qū)動絲桿8的端部。
在滑塊9的底部設(shè)置有工具夾持裝置10，可夾持成型工具，也可夾持外掛式動力頭以實(shí)現(xiàn)三維曲面的銑削加工。
板材夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置在工作平臺15上，在托板12的底部安置有四根導(dǎo)柱14，可通過安置在工作平臺15上的四個(gè)導(dǎo)套16導(dǎo)向。支撐托板12的上下運(yùn)動由兩個(gè)設(shè)置在工作臺面下的汽缸13實(shí)現(xiàn)。當(dāng)板材成型工藝要求施加背壓力時(shí)，可通過給汽缸13注入所需的壓力來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)氣壓系統(tǒng)不能滿足背壓力要求時(shí)，用液壓系統(tǒng)替代氣壓系統(tǒng)。
二、本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，在進(jìn)行板材成型加工時(shí)其過程如下先在工作平臺15面上安裝固定一個(gè)事先制作完成的板材支架21，將板材擱在該支架上，并用夾板11將板材夾持在托板12上。然后根據(jù)CAD三維模型切片分層所獲得的輪廓線得到的軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NC數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制X、Y、Z三軸聯(lián)動，控制安置在滑塊9下端的工具頭施行運(yùn)動，對被固定在支架21和支撐機(jī)構(gòu)上的板材20進(jìn)行有選擇地分層成型加工，設(shè)定分層層間距為Δh，控制工具頭在X-Y平面對板材進(jìn)行等高線碾壓加工，該層的加工完成后，控制Z軸傳動系統(tǒng)使工具頭在Z軸向下降Δh高度，再如上所述施行加工，加工出該層的形狀。接著再使工具頭下降Δh高度并重復(fù)上述加工過程，以此類推，直到完成全部層的成形，即可加工出所需形狀的工件。
三、本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，在進(jìn)行三維銑削加工時(shí)其過程如下卸去固定在工作平臺15上的板材支架21，將板材托板12降下擱在工作平臺面板上，利用面板上的丁字槽將被加工材料固定在工作面板上。卸去滑塊9下端的工具頭，在滑塊9下端裝上一個(gè)外購的動力頭，并裝上銑刀，采用一般的數(shù)控加工程序，用本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，即可對材料施行三維曲面加工。
四、本發(fā)明所說的板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，在進(jìn)行板材激光切割加工時(shí)其過程如下卸去固定在工作平15上的板材支架21，用夾板11將板材夾持在托板12上。卸去滑塊9下端的工具頭10，在滑塊9下端裝上一個(gè)激光聚焦鏡，利用附加設(shè)計(jì)的外光路系統(tǒng)及激光器、本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過聚焦鏡即可實(shí)施板材切割。
權(quán)利要求
1.一種板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)，由框架式機(jī)身(1)、動梁(4)、溜板(6)、滑塊(9)、工作平臺(15)、板材夾持機(jī)構(gòu)、支撐汽缸(13)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等主要部分組成，其特征在于，在機(jī)身(1)上端設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動的兩根滾珠絲桿(3)組成的X軸傳動機(jī)構(gòu)，由兩根滾珠絲桿(3)傳動的動梁(4)通過直線導(dǎo)軌與床身(1)相結(jié)合，兩根滾珠絲桿(3)可帶動動梁(4)沿X軸運(yùn)動；設(shè)置在動梁(4)上的Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由動梁(4)上的Y軸驅(qū)動絲桿(5)傳動的溜板(6)通過直線導(dǎo)軌與動梁(4)相結(jié)合，Y軸驅(qū)動絲桿(5)與溜板(6)相結(jié)合，并可帶動一個(gè)溜板(6)沿Y軸運(yùn)動；設(shè)置在溜板(6)上的Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由Z軸驅(qū)動絲桿(8)傳動的滑塊(9)通過直線導(dǎo)軌與溜板(6)相結(jié)合，Z軸驅(qū)動絲桿(8)與滑塊(9)相結(jié)合，并可帶動滑塊(9)沿Z軸作上下運(yùn)動；在滑塊(9)的下端設(shè)置有工具夾持裝置(10)；
所說的板材夾持機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)由夾板(11)、托板(12)、汽缸(13)、導(dǎo)柱(14)、導(dǎo)套(16)構(gòu)成，板材夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置在工作平臺(15)上，工作平臺(15)上設(shè)置有的四個(gè)導(dǎo)向用的導(dǎo)套(16)，在托板(12)的底部安置有四根導(dǎo)柱(14)，其導(dǎo)柱(14)安置在導(dǎo)套(16)中，在托板(12)的上面設(shè)置有夾板(11)；在工作臺面下床身底部，設(shè)置有可支撐托板(12)并可帶動托板(12)作上下運(yùn)動汽缸(13)。
2.按照權(quán)利要求1所說的加工機(jī)，其特征在于，所說的X軸的兩根滾珠絲桿(3)與兩臺驅(qū)動侍服電機(jī)(2)相結(jié)合。
3.按照權(quán)利要求1所說的加工機(jī)，其特征在于，所說的X軸的兩根滾珠絲桿(3)通過同步帶與一臺侍服電機(jī)(18)相結(jié)合。
4.按照權(quán)利要求1所說的加工機(jī)，其特征在于，所說的支撐汽缸(13)是氣壓系統(tǒng)。
5.按照權(quán)利要求1所說的加工機(jī)，其特征在于，所說的支撐汽缸(13)是液壓系統(tǒng)。
6.按照權(quán)利要求1所說的加工機(jī)，其特征在于，所說的工具夾持裝置是可換裝工具的夾具。
全文摘要
本發(fā)明為一種板材數(shù)控?zé)o模成型加工機(jī)。由框架式機(jī)身、工作平臺、板材夾持機(jī)構(gòu)、汽缸支撐機(jī)構(gòu)、雙絲桿驅(qū)動的X軸傳動系統(tǒng)、動梁上的單絲桿Y軸傳動系統(tǒng)、溜板上單絲桿Z軸傳動系統(tǒng)等組成。X、Y、Z三軸在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動,滑塊端頭安置有快速工具夾頭,可更換工具頭,該工具夾頭裝上一外置式動力頭即可進(jìn)行三維銑削加工;裝上激光器及光路系統(tǒng)即可進(jìn)行板材激光切割。本機(jī)具有結(jié)果簡單、剛性好、精度高、工作可靠、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23Q5/00GK1287038SQ0011599
公開日2001年3月14日 申請日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者莫鍵華, 黃樹槐, 韓明 申請人:華中科技大學(xué)