[发明专利]一种金属管材3D自由弯曲成形方法及五轴自由弯曲设备

摘要

本发明公开了一种金属管材3D自由弯曲成形方法及五轴自由弯曲设备，包括管材推进模块、管材轴向运动导向模块、机械手弯曲模块、感应线圈加热模块、润滑模块、逆向扫描与测量模块；管材推进模块包括锥状推杆(3)，Z向伺服电机(5)、滚珠丝杠(4)、直线导轨(1)，其中Z向伺服电机(5)用于管材的轴向送料；机械手弯曲模块包括：X向伺服电机(15)、Y向伺服电机(16)、弯曲模驱动伺服电机(18)、弯曲模座驱动伺服电机(17)、弯曲模(8)和弯曲模座(9)，仅需通过控制机械手弯曲装置的运动轨迹，即可成形不同弯曲半径的弯管，同时由于弯曲模平面与管材轴线能保持实时垂直，因此弯曲出的管材成形质量较好。

主权项

1.一种金属管材五轴自由弯曲设备，其特征在于：包括管材推进模块、管材轴向运动导向模块、机械手弯曲模块、感应线圈加热模块、润滑模块、逆向扫描与测量模块；管材推进模块包括锥状推杆(3)，Z向伺服电机(5)、滚珠丝杠(4)、直线导轨(1)，其中Z向伺服电机(5)用于管材的轴向送料；机械手弯曲模块包括：X向伺服电机(15)、Y向伺服电机(16)、弯曲模驱动伺服电机(18)、弯曲模座驱动伺服电机(17)、弯曲模(8)和弯曲模座(9)，其中X向伺服电机(15)和Y向伺服电机(16)用于驱动弯曲模(8)沿X轴和Y轴方向的平移，满足弯曲半径为R时的偏心距，弯曲模座驱动伺服电机(17)用于驱动弯曲模绕自身轴线方向转动，使得成形过程中弯曲模与管材成形部位始终保持垂直，提高成形质量，弯曲模座驱动伺服电机(17)用于驱动弯曲模座(9)绕Z轴旋转，进而带动弯曲模(8)绕Z轴旋转，满足复杂弯曲构件成形时弯曲模(8)与X轴正方向的夹角逆向扫描与测量模块包括3D扫描测量仪(20)、逆向扫描与测量工作站(21)，3D扫描测量仪用于对通过半自动化方式成形的目标“L”形弯管进行逆向扫描，获得其三维几何模型I；逆向扫描与测量工作站用于对三维几何模型I进行解析以获得具体尺寸参数，并将具体的尺寸参数转换成实际弯曲工艺参数；逆向扫描与测量工作站还用于对弯曲后的管材进行逆向扫描以获得其三维几何模型II，并对比该三维几何模型II与三维几何模型I的尺寸差异，并根据该差异修正弯曲工艺参数，将上述修正后的弯曲工艺参数导入五轴自由弯曲设备控制软件中，利用该修正后的弯曲工艺参数驱动X向伺服电机(15)、Y向伺服电机(16)、弯曲模驱动伺服电机(18)、弯曲模座驱动伺服电机(17)进行实际弯曲；通过以下公式将具体的几何尺寸参数转换成每一小段区间内实际弯曲工艺参数：弯曲模绕管材轴线方向转动至与X轴正方向夹角为处；直段：u_x＝u_y＝w＝0 u_z＝v第一过渡段：u_z＝v，弯曲段：u_x＝u_y＝w＝0，u_z＝v，第二过渡段：u_z＝v，其中设定弯曲过程中管材轴向送进速度u_z为定值v，弯曲模至弯曲模座中心距离为A，t为时间变量，几何尺寸参数包括：直段长度L、圆弧段弯曲半径R、弯曲角θ；弯曲工艺参数包括：弯曲方向与X轴正方向夹角弯曲模x向运动速度u_x、弯曲模y向运动速度u_y、管材轴向送进速度u_z、弯曲模绕自身轴线转动角速度w、弯曲模绕Z轴转动角度、成形每一小段所需时间Δt。