[發明專利]四自由度混聯式多頭柔性拉形機

有效

• 申請號: 201410475947.8
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104174733A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 王成軍;劉志衛;劉凱;張超;李龍;劉瓊;章天雨
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學;王成軍
• 主分類號: B21D11/02
• 分類號: B21D11/02;B21D25/02;B21D25/04
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種板材塑性成形設備領域，特別涉及一種具有空間兩平移兩轉動共四個運動自由度的混聯式多頭柔性拉形機。

背景技術

三維曲面件廣泛應用于航空航天、高速鐵路、船舶艦艇、醫學工程、現代建筑等行業中，很多軍用或民用的重大項目及工程都需要能夠加工高質量三維曲面件的先進制造技術。傳統的塑性成形技術因為需要使用生產周期很長、制造和調試費用很高的模具，限制了相關行業在產品多樣化、個性化以及更新升級等方面的發展。為替代塑性成形過程中使用的曲面成形用模具，眾多專家學者開展了與“柔性制造”技術相關的研究。現有的柔性制造技術主要有：應用在航空航天工業的噴丸成形、應用在造船業的水火彎板以及單點漸進成形等，但存在生產效率低、工件成形精度低、過分依賴操作者經驗以及成形板材厚度受限等問題。而多點成形技術是將柔性制造和計算機技術結合為一體，基于離散思想，將實體模具離散為一系列規則排列的基本體單元，通過計算機控制各基本體單元高度，構造出成形面，再通過多頭柔性拉形機在多點數字化可調形模具上拉伸板材實現板材的三維曲面成形。多點成形技術因其具有的獨特優勢，已經成為現代制造領域的重要研究方向。

拉形機是使板材產生拉伸成形的關鍵設備，主要應用于航空航天領域中雙曲率蒙皮零件的成形。傳統的拉形機可分為橫向拉形機和縱向拉形機。拉形可以使板材的內外層在拉伸方向產生拉應力和拉應變，從而減少工件塑性變形后的回彈量。由于傳統拉形機的夾鉗夾持住板材后在拉形模的配合下使板材的各個部分沿縱向同步拉伸，在成形雙曲率蒙皮零件時零件的拉應力和拉應變分布明顯不均勻，易產生不貼模、拉裂或起皺等成形缺陷。因此，為了消除缺陷，拉形用坯料往往需要較大的工藝余量，導致材料的利用率降低。另外，目前已有的高柔性多頭拉形機(ZL200910217701.X)采用了多分支多軸液壓伺服控制系統，一個點位就需要三個大位移液壓缸，不僅所需液壓缸數量多，而且結構復雜，控制不便，還導致其制造費用昂貴。

發明內容

本發明的目的是針對現有多頭柔性拉形機技術的不足，提供一種具有空間兩平移兩轉動共四個運動自由度的混聯式多頭柔性拉形機。本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現。

一種四自由度混聯式多頭柔性拉形機，由底座、左牽引裝置、右牽引裝置、左夾板機構、右夾板機構組成。其中，所述的左牽引裝置、右牽引裝置的底部固定在底座上，分別用于支撐左夾板機構和右夾板機構，所述的左牽引裝置與右牽引裝置的結構完全相同，且均具有空間兩個方向的平移和兩個轉動共四個自由度的運動與調節功能。用于夾持與固定板料的左夾板機構、右夾板機構的結構完全相同，所述的左夾板機構的左端與左牽引裝置的頂部通過鉸鏈相連接；所述的右夾板機構的右端與右牽引裝置的頂部通過鉸鏈相連接。所述的左牽引裝置由并聯支撐架和串聯牽引機構組成，其中并聯支撐架具有兩個平移和一個轉動共三個自由度的運動與調節功能；而所述的串聯牽引機構具有一個獨立平移和兩個轉動共三個自由度的運動與調節功能，串聯牽引機構的數量不少于三個，串聯牽引機構的下端與并聯支撐架的頂部相固連。所述的并聯支撐架為4-{RPU}結構的并聯機構，所述的串聯牽引機構為采用{UPR}結構的串聯機構，并聯支撐架與串聯牽引機構串聯連接在一起構成一個結構為{4RPU-UPR}的混聯機構，其中R表示轉動副，P表示移動副，U表示萬向節，且本發明中的移動副P均由液壓缸實現。

所述的并聯支撐架由連接橫梁和并聯連接在底座與連接橫梁之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈組成，且所述的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈與第四支鏈的結構完全相同，都是采用{RPU}結構，且上述四個支鏈中的移動副P均由液壓缸實現。

所述的第一支鏈由第一轉動副、第一主液壓缸和第一萬向節組成。其中，所述的第一主液壓缸的下端通過第一轉動副與底座相連接，第一主液壓缸的上端通過第一萬向節與連接橫梁相連接。所述的第二支鏈由第二轉動副、第二主液壓缸和第二萬向節組成。其中，所述的第二主液壓缸的下端通過第二轉動副與底座相連接，第二主液壓缸的上端通過第二萬向節與連接橫梁相連接。所述的第三支鏈由第三轉動副、第三主液壓缸和第三萬向節組成。其中，所述的第三主液壓缸的下端通過第三轉動副與底座相連接，第三主液壓缸的上端通過第三萬向節與連接橫梁相連接。所述的第四支鏈由第四轉動副、第四主液壓缸和第四萬向節組成。其中，所述的第四主液壓缸的下端通過第四轉動副與底座相連接，第四主液壓缸的上端通過第四萬向節與連接橫梁相連接。