[发明专利]一种集压力控制与位移补偿为一体的工具头及控制方法

说明书

本发明公开了一种集压力控制与位移补偿为一体的工具头及控制方法，包括刀柄套、升降刀柄、工具头和T形螺纹杆，所述的工具头的一端固定在所述的升降刀柄底部，另一端延伸到升降刀柄外，所述的升降刀柄内部设有螺纹，所述的螺纹与T形螺纹杆的螺杆部分配合，所述T形螺纹杆的顶部位于刀柄套内，T形螺纹杆将刀柄套的内腔分为上无杆腔和下有杆腔；所述的上无杆腔与气压控制系统相连；在所述的升降刀柄的外圈设有轮齿，所述的轮齿与三个齿轮配合，每个齿轮的齿轮轴通过电机驱动。

技术领域

本发明公开了一种用于渐进成形的集压力控制与位移补偿为一体的工具头 及控制方法。

背景技术

金属板材成形近年来在制造业中的应用愈加广泛,渐进成形技术作为一种新 型的板材成形技术是一种无模快速成形技术,其引入的“分层制造”思想,将复 杂的三维模型沿高度方向离散成一系列二维形状,通过数控系统控制成形工具头 沿垂直方向与沿水平方向的进给,逐层实现金属板料的塑性成形。局部变形是渐 进成形加工过程中的主要变形方式，由于局部变形的存在，渐进成形技术的成形 精度相对较低，严重制约该技术在实际生产中的推广应用。除了本身渐进成形生 产特点之外，渐进成形加工机床的精度稳定性也是影响渐进成形工件精度的一个 重要原因。如果渐进成形加工能够实时检测加工状态，进行适当的压力控制与位 移补偿，会弥补由于机床以及局部变形工艺导致的成形精度不足等问题，极大的 提高成形精度与成形质量。

但发明人发现目前的成形工具与装备来说，并不具备能够实时监控成形压 力、进行位移补偿与压力补偿的功能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于渐进成形的集压力控 制与位移补偿为一体的工具头，解决由于传统渐进成形加工方式无法实现局部大 角度工件高精度成形的局限。其结构简单，可根据加工情况，实时采集位移和成 形力信息，借助自主开发的MPC模型轨迹优化算法，确定成形力与位移补偿的实 时调整量，并进行整体优化，完成成形件的高精度加工。

本发明采用的技术方案如下：

用于渐进成形的集压力控制与位移补偿为一体的工具头，包括刀柄套、升降 刀柄、工具头和T形螺纹杆，所述的工具头的一端固定在所述的升降刀柄底部， 另一端延伸到升降刀柄外，所述的升降刀柄内部设有螺纹，所述的螺纹与T形螺 纹杆的螺杆部分配合，所述T形螺纹杆的顶部位于刀柄套内，T形螺纹杆将刀柄 套的内腔分为上无杆腔和下有杆腔；所述的上无杆腔对应的刀柄套侧壁上设有进 气口，所述的下有杆腔对应的刀柄套侧壁上设有出气口；在所述的升降刀柄的外 圈设有轮齿，所述的轮齿与三个齿轮配合，每个齿轮的齿轮轴通过电机驱动。

作为进一步的技术方案，所述的升降刀柄底部具有一个锥形空腔，锥形空腔 内安装有一个第一压力传感器，所述的工具头穿过该锥形空腔，工具头通过锁紧 螺母与弹簧夹头固定在升降刀柄上，工具头顶部与所述的第一压力传感器接触。

作为进一步的技术方案，所述的T形螺纹杆的顶部安装第二压力传感器；

作为进一步的技术方案，所述的刀柄套安装在一个移动平板上，所述的三个 齿轮的齿轮轴通过轴承也安装在该移动平板上。

作为进一步的技术方案，所述的三个齿轮均匀的分布在升降刀柄的外圈。

作为进一步的技术方案，所述的移动平板底部安装有位移传感器。

作为进一步的技术方案，所述的进气口位于刀柄套的顶部，与气压系统相连。

作为进一步的技术方案，所述的第一压力传感器、第二压力传感器和位移传 感器与控制系统相连；所述的控制系统控制所述的气压系统和三个电机。

具体的控制方法如下：