[发明专利]板材复合渐进成形装置及其板料成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种板料加工技术领域的装置及方法，具体是一种板材复合渐进成形装置及其板料成形方法。

背景技术

金属板材在航空、航天、汽车、船舶等制造业有着广泛的应用，传统的板材冲压成形方法适用于大批量的生产加工，而针对小批量、多品种以及样品的试制加工，近年来兴起了一种板材的渐进成形方法。该方法不需要针对产品制作专门的冲压模具，具有加工方式灵活、成形极限高、加工成本低的特点，特别适合小批量金属板材的加工生产。

经过对现有渐进成形技术及装置的检索发现，华中科技大学莫建华提出了一种多功能数控成形加工机，可对特征较为简单的曲面进行单面的渐进成形。德国亚琛工业大学金属塑性成形研究所(IBF，RWTH Aachen)开发了一种渐进成形装置，该装置在板料上部安装了成形头，在板料下部垫了成形模具，综合了拉伸成形与渐进成形工艺，可对细微特征进行加工，该装置成形曲面形状主要受下模控制，自由度有限，且下模需独立进行加工。德国波鸿鲁尔大学(Bochum)等通过在板料两边放置两个6轴串联机器人，可同时加工具有凸起与凹陷特征的曲面，但由于串联机器人能产生的成形力较低(一般为几十公斤)、精度较差，难以对较厚的板材进行精密成形。以上所述装置及对应的渐进成形方法都分别针对具有某种固定几何特征的曲面开发，难以加工同时具有凹凸特征、细微特征以及包含孔洞特征的复杂板料产品。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种板材复合渐进成形装置及其板料成形方法，能够实现板材的精密渐进成形。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种板材复合渐进成形装置，包括：五轴加工成形单元、上压头、压边圈、板料夹持工作台、液压缸、底座、六轴并联机器人辅助加工平台，其中：五轴加工成形单元安装于机床的主体床身，上压头安装于五轴加工成形单元主轴末端，压边圈安装于板料夹持工作台之上并与板料夹持工作台共同夹持板料，四个液压缸的两端分别与板料夹持工作台的下表面以及底座相连，底座和六轴并联机器人辅助加工平台分别设置于机床工作台面上且六轴并联机器人辅助加工平台的顶部设有下压头或支撑模并正对板料。

所述的五轴加工成形单元采用加高立柱的摆动主轴式立式五轴成形数控机床。

所述的上压头为不同形状的成形压头，该上压头通过电机带动绕机床主轴转动；

所述的六轴并联机器人辅助加工平台由六轴并联机器人、安装于其末端的辅助成形压头、下支撑模以及辅助加热装置组成。

本发明涉及上述装置的双压头复合渐进成形方法，包括以下步骤：

步骤一、将六轴并联机器人辅助加工平台的顶部加装直径为10mm无刀刃的压头，根据三维造型软件生成加工轨迹；

步骤二、用压边圈夹住板料四周10mm，调整板料装夹工作台位置，使之处于上、下压头之间；

步骤三、将加工轨迹中的上数控加工轨迹代码输入五轴加工成形单元、下数控加工轨迹代码输入六轴机器人并对准上、下压头的加工坐标相一致，其中下数控加工轨迹代码中的加工轨迹向上方向增加板料厚度20％的偏移量；启动所述装置并即时调整上、下压头的同步运动，完成成形。

本发明涉及上述装置的上压头与支撑模复合渐进成形方法，包括以下步骤：

第一步、将六轴并联机器人辅助加工平台的顶部加装模具坯料，根据三维造型软件生成加工轨迹；

第二步、将五轴加工成形单元中的上压头替换直径为5mm铣刀，将加工轨迹中的上数控加工轨迹代码输入五轴加工成形单元、下数控加工轨迹代码输入六轴机器人并启动所述装置进行加工，得到支撑模；

第三步、用压边圈夹住板料四周10mm，通过液压缸将板料装夹工作台向下移动，完成对支撑模的凸起部分的拉伸成形

第四步、将五轴加工成形单元中的铣刀替换直径为10mm无刀刃的上压头，并执行第一步和第二部对支撑模上凹陷特征进行渐进成形；

第五步、将五轴加工成形单元的上压头替换为铣刀，六轴并联机器人辅助加工平台向下移动，使支撑模脱离板材，将加工轨迹中的上数控加工轨迹代码输入五轴加工成形单元、下数控加工轨迹代码输入六轴机器人，启动所述装置进行铣削加工。