专利名称：一种卷板机预弯板材的方法
技术领域：
本发明属于卷板机技术领域，为一种卷板机预弯板材的方法。
背景技术：
卷板机是用于卷制各种形状的板材的机床，是锻压机械中重要分支。在卷制板材过程中，由于卷板机下辊之间存在间距，导致板材端部无法直接卷制，需要先对板材两端进行预弯，使之形成一个符合要求的圆弧。目前预弯方式主要分两种一是采用圆弧模具进行预弯，该种工艺需要借助其他压力机床，综合成本高、操作复杂、加工效率低；二是采用卷板机自身进行板材预弯，即通过移动卷板机辊柱，在板材上选取有限数量的几个下压点，使板材塑性变形，形成圆弧，但是该种工艺粗放，形成的圆弧实际上是几条折线，准确度不高，导致后续校圆工序耗时较长。因此，现有的卷板机卷制板材过程中预弯效果较差，达不到预弯要求。
发明内容
本发明要解决的问题是现有对卷板机板材预弯的工艺预弯效果差，成本高，操作复杂，效率低。本发明的技术方案为一种卷板机预弯板材的方法，卷板机设有上辊和两个下辊，两个下辊分别为左下辊和右下辊，对板材两端需要预弯的部分构造虚拟圆，通过板材长度计算出板材预弯的最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出卷板机上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到符合要求的圆弧，包括以下步骤1)计算虚拟圆的半径根据板材的长度计算出虚拟圆的理论半径R，根据板材厚度修正虚拟圆半径R = L/2 π +0. 5T ；其中，L为板材长度，T为板材厚度；2)计算最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立上位直角坐标系，计算预弯过程中最大预弯半圆弧角a和最大预弯半圆弧长Yw，即卷板机上辊与虚拟圆内切且卷板机下辊与虚拟圆外切时时的圆弧根据卷板机的结构推导得到公式sin(a) = Ld/(R+Rl)；则最大预弯半圆弧角a = arcsin(Ld/(R+Rl))；最大预弯半圆弧长Yw = 2 π R*a/360 ；其中，Ld为两个下辊的中心距长度的一半，Rl为下辊半径；3)计算上辊最大下压量当上辊从下辊上边沿开始，居中下压板材到达虚拟圆时，将产生上辊最大下压量Ad, Ad是预弯开始时的最大下压量，也是正常滚圆的下压量
根据步骤1)和 2)，得到(R+R1)2 = Ld2+ (R-Ad+Rl)2 ；贝IJ最大下压量-.Ad=R +^(R + R\)2 - Ld2 .最大下压量时，上辊在Y轴最大坐标Ymax = Ad+H ；其中H为圆点高度，即上辊处于上位时，上辊下边沿距离下辊上边沿的距离，也是坐标原点0到下辊上边沿的垂直距离；4)计算预弯过程中任意点时上辊的位移量取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立预弯过程直角坐标系，计算预弯过程中任意点时上辊的位移量，虚拟圆上已预弯圆弧长度Y _L = S*t，S为下辊表面转动线速度，t为预弯时间；虚拟圆上已预弯圆弧角度:Yw_a = S*t/2 π R*360预弯过程中，根据三角函数，上辊移动的χ轴坐标X = -Sin(Yw_a)*(R-R2),R2为上辊半径；DI = Cos(Yw_a)*(R_R2)；IO = AO-AI = (H+Ad) - (R-DI)；其中，DI为虚拟圆的圆心D到t时刻上辊圆心J的垂直距离；IO为坐标圆点0到t时刻上辊圆心J的垂直距离；上辊移动的y 轴坐标Y = I0+R2 = (H+Ad) - (R-DI) +R2 ；将 Ad 及 DI 代入，则 Y =H+Ad- (R-Cos (Yw_a) * (R-R2)) +R2 ；简化得到Y = H+Ad- (R-R2) * (1-Cos (Yw_a))；预弯时，将板材置于下辊上，板材预弯长度为2倍最大预弯半圆弧长。预弯板材右端的步骤为板材右端距离两下辊中心的距离为2*Yw，即2倍最大预弯半圆弧长，板材右端预弯动作开始时，上辊下压，并下压至最大下压量，到达最大下压坐标A点(0，YmaX)；接着，两下辊逆时针转动，板材向左走动，同时上辊沿计算得到的虚拟圆轨迹向右移动，上辊根据预弯时间t计算出任意点时上辊的位移量，进行逐点预弯，直至到达预弯结束位置，之后，下辊顺时钟转动，带动板材右移，同时，上辊沿虚拟圆向左移动，实时计算上辊的位移坐标，直至上辊回最大下压量处，重新到达A点；上辊保持不动，下辊继续顺时钟转动，进行滚圆操作，直至板材左端剩余长度为2*Yw，即2倍最大预弯半圆弧长时，开始左端预弯；左端预弯方法与右端预弯步骤相同；右端预弯与左端预弯的先后顺序任意。所述虚拟圆为任一弧形结构。所述卷板机为任一类型的三辊卷板机。综上所述，本发明卷板机预弯板材的方法，通过板材长度计算出板材预弯的最大角度及圆弧长度构造虚拟圆，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到满意的预弯效果。
图1是本发明一种卷板机预弯板材的方法的模拟图。图2是图1所示板材预弯动作结束时的示意图。图3是图1所示板材预弯动作开始时的示意图。图4是图1所示板材预弯在任意时间的示意图。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。本发明预弯板材的方法可适用于任何类型的三辊卷板机，此处为方便理解以三辊卷板机为例进行说明，具体步骤如下(1)计算虚拟圆的半径将板材置于下辊上，根据板材的长度计算出虚拟圆的半径R，此处虚拟圆可以是圆，也可以是圆弧、扇形等任一弧形结构。如图1所示，在上辊滚圆时，该虚拟圆与上辊正中处的内切点为A点，与两个下辊的外切点分别是B点、C点。在该虚拟圆的右下圆弧上取点P3，使得圆弧A-C的长度等于圆弧P3-C的长度。(2)计算最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立直角坐标系，当上辊与虚拟圆内切且下辊与虚拟圆外切时，计算预弯过程中最大预弯半圆弧角a和最大预弯半圆弧长Yw。如图2所示根据三角公式进行数学推导，得到公式sin(a) = Ld/(R+Rl)；则最大预弯半圆弧角a = arcsin (Ld/ (R+R1))；则最大预弯半圆弧长Yw = 2 π R*a/360 ；其中，Ld-—下辊中心距一半长度，Rl-—下辊半径；(3)计算上辊最大下压量当上辊从下辊上边沿开始，居中下压板材到达虚拟圆时，计算上辊最大下压量Ad。Ad是预弯开始时的最大下压量，也是正常滚圆的下压量。如图3所示根据勾股定律及数学推导，有如下公式■由(1)得知虚拟圆半径R = L/2 π +0. 5T ；■根据勾股定理得出(R+Rl)2 = Ld2+(R-Ad+Rl)2 ；贝IJ最大下压量-.Ad=R +m-^(R + R\)2 - Ld2 .最大下压量时，上辊Y坐标Ymax = Ad+H ；其中H为圆点高度，即上辊处于上位时，上辊下边沿距离下辊上边沿的距离，也是坐标原点0到下辊上边沿的垂直距离；(4)计算预弯过程中任意点时上辊的位移量取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立直角坐标系，计算预弯过程中任意点时上辊的位移量，如图4所示根据数学推导，有如下公式■虚拟圆上已预弯圆弧长度Yw_L = S*t参数说明S—下辊表面转动线速度，t—预弯时间■虚拟圆上已预弯圆弧角度Yw_a = S*t/2 Ji R*360■根据三角函数，上辊移动的χ轴坐标X = IJ = -Sin(Yw_a)*(R-R2)；■根据三角函数，DI = Cos (Yw_a) * (R-R2)；其中，DI为附图4中，D点到I点的距离，即虚拟圆的圆心D到t时刻上辊圆心J的垂直距离。IO为附图4中，I点到0点的距离，即坐标圆点0到t时刻上辊圆心J的垂直距
离■上辊移动的 y 轴坐标Y = I0+R2 = (H+Ad) - (R-DI) +R2 ；将前文中已经计算出的最大下压量公式= R +R\-,j(R +PAf-Ld2 ROI的计算公式 DI = Cos (Yw_a) * (R-R2)代入，则 Y = H+Ad- (R-Cos (Yw_a) * (R-R2)) +R2 ；简化，得到Y= H+Ad- (R-R2) * (l_Cos (Yw_a))；参数说明S—下辊转动线速度，t—预弯时间，R2—上辊半径。本发明卷板机预弯板材的具体步骤如下将板材置于下辊上，准备先进行右端预弯；将板材右端距离两下辊中心的距离为2*Yw，即2倍最大预弯半圆弧长，也是图1中圆弧BC的长度。板材右端预弯动作开始时，上辊下压，并下压至最大下压量，到达最大下压坐标A(0，Ymax)点，如图1所示；接着，两下辊逆时针转动，板材向左走动，同时上辊沿虚拟圆向右移动。上辊根据时间计算出任意点时上辊的位移量，进行逐点预弯，直至到达预弯结束位置。之后，下辊顺时钟转动，带动板材右移，同时，上辊沿虚拟圆向左移动，实时计算上辊的位移坐标，直至上辊回最大下压量处，重新到达A点。上辊保持不动，下辊继续顺时钟转动，进行滚圆操作，直至板材左端剩余长度为2*Yw,即2倍最大预弯半圆弧长时，开始左端预弯。左预弯方法与右端预弯类同。在预弯的过程中，考虑到板材的弹性，可适当增大上辊下压量，以消除板材回弹的影响；也可以多次运行预弯工序，以达到满意的预弯效果。综上所述，本发明卷板机预弯板材的方法，通过板材长度计算出板材预弯的最大角度及圆弧长度构造虚拟圆，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到满意的预弯效果。以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1. 一种卷板机预弯板材的方法，卷板机设有上辊和两个下辊，两个下辊分别为左下辊和右下辊，其特征是对板材两端需要预弯的部分构造虚拟圆，通过板材长度计算出板材预弯的最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出卷板机上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到符合要求的圆弧，包括以下步骤1)计算虚拟圆的半径根据板材的长度计算出虚拟圆的理论半径R，根据板材厚度修正虚拟圆半径R = L/2 π+0. 5T ；其中，L为板材长度，T为板材厚度；2)计算最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立上位直角坐标系，计算预弯过程中最大预弯半圆弧角a和最大预弯半圆弧长Yw，即卷板机上辊与虚拟圆内切且卷板机下辊与虚拟圆外切时时的圆弧根据卷板机的结构推导得到公式sin (a) = Ld/(R+Rl)；则最大预弯半圆弧角:a = arcsin(Ld/(R+Rl))；最大预弯半圆弧长Yw = 2 π R*a/360 ；其中，Ld为两个下辊的中心距长度的一半，Rl为下辊半径；3)计算上辊最大下压量当上辊从下辊上边沿开始，居中下压板材到达虚拟圆时，将产生上辊最大下压量Ad，Ad是预弯开始时的最大下压量，也是正常滚圆的下压量根据步骤 1)和 2)，得到(R+Rl)2 = Ld2+(R-Ad+Rl)2 ；贝IJ最大下压量-.Ad= R +^(R + R\)2 - Ld2 .最大下压量时，上辊在Y轴最大坐标Ymax = Ad+H ；其中H为圆点高度，即上辊处于上位时，上辊下边沿距离下辊上边沿的距离，也是坐标原点0到下辊上边沿的垂直距离；4)计算预弯过程中任意点时上辊的位移量取上辊在上位时的最下端点为坐标原点0，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向，建立预弯过程直角坐标系，计算预弯过程中任意点时上辊的位移量，虚拟圆上已预弯圆弧长度Y _L = S*t，S为下辊表面转动线速度，t为预弯时间；虚拟圆上已预弯圆弧角it :Yw_a = S*t/2 π R*360预弯过程中，根据三角函数，上辊移动的χ轴坐标X = -Sin(Yw_a)*(R-R2),R2为上辊半径；DI = Cos(Yw_a)*(R-R2)；IO = AO-AI = (H+Ad)-(R-DI)；其中，DI为虚拟圆的圆心D到t时刻上辊圆心J的垂直距离；IO为坐标圆点0到t时刻上辊圆心J的垂直距离；上辊移动的y轴坐标Y = I0+R2 = (H+Ad) -(R-DI) +R2 ；将Ad及DI代入，则Y =H+Ad- (R-Cos (Yw_a) * (R-R2)) +R2 ；简化得到Y = H+Ad- (R-R2) * (1-Cos (Yw_a))；预弯时，将板材置于下辊上，板材预弯长度为2倍最大预弯半圆弧长。预弯板材右端的步骤为板材右端距离两下辊中心的距离为2*Yw，即2倍最大预弯半圆弧长，板材右端预弯动作开始时，上辊下压，并下压至最大下压量，到达最大下压坐标A点(0，YmaX)；接着，两下辊逆时针转动，板材向左走动，同时上辊沿计算得到的虚拟圆轨迹向右移动，上辊根据预弯时间t计算出任意点时上辊的位移量，进行逐点预弯，直至到达预弯结束位置，之后，下辊顺时钟转动，带动板材右移，同时，上辊沿虚拟圆向左移动，实时计算上辊的位移坐标，直至上辊回最大下压量处，重新到达A点；上辊保持不动，下辊继续顺时钟转动，进行滚圆操作，直至板材左端剩余长度为2*Yw，即2倍最大预弯半圆弧长时，开始左端预弯；左端预弯方法与右端预弯步骤相同；右端预弯与左端预弯的先后顺序任意。
2.根据权利要求1所述的一种卷板机预弯板材的方法，其特征是所述虚拟圆为任一弧形结构。
3.根据权利要求1所述的一种卷板机预弯板材的方法，其特征是所述卷板机为任一类型的三辊卷板机。
全文摘要
一种卷板机预弯板材的方法，卷板机设有上辊和两个下辊，两个下辊分别为左下辊和右下辊，对板材两端需要预弯的部分构造虚拟圆，通过板材长度计算出板材预弯的最大预弯半圆弧角和最大预弯半圆弧长，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出卷板机上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到符合要求的圆弧。本发明通过板材长度计算出板材预弯的最大角度及圆弧长度构造虚拟圆，在预弯过程中根据预弯时间实时计算出上辊移动的动态位置，使得上辊始终沿着虚拟圆预弯板材，从而得到满意的预弯效果。
文档编号B21D5/14GK102553984SQ20111044732
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张圣, 徐秋云, 扶文树 申请人:南京埃尔法电液技术有限公司, 南京埃斯顿自动化股份有限公司