凸轮变截面辊弯成形机及成形方法与流程

本发明属于机械加工中的变截面辊弯成形技术领域，具体涉及一种凸轮变截面辊弯成形机及成形方法。

背景技术：
近年提出的变截面辊弯成形技术及已研制的样机，可以实现双侧变截面辊弯成形，但是对截面形状和宽度都有一定的限制，只适合于成形变宽度的变截面零件，且在成形过程中，众多固有缺陷均无法有效消除，成形精度难以得到保障。对于变高度类的变截面零件，由于轧辊放置空间的限制、辊弯连续成形的特点以及对于辊型的依赖性等，更是无法成形。此外，由于零件变截面区和等截面区的回弹角不同，使得零件成形精度的控制变得非常复杂，目前，缺少有效的技术途径加以解决。目前，世界范围内已有的变截面辊弯成形生产线样机，涉及多轴的空时协同控制，轴数规模庞大，控制复杂，在实际生产过程中面临系统运行不稳定、可靠度低、维护复杂等诸多问题。

技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种凸轮变截面辊弯成形机及成形方法，可有效解决上述问题。本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种凸轮变截面辊弯成形机，包括至少一组共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)；当所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)为两组及其以上时，各个所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)依次首尾相接设置。优选的，每组所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)包括：上凹轮(4-1)、下凸轮(4-2)、上驱动轴、下驱动轴、上凹轮驱动机构(4-5)、下凸轮驱动机构(4-6)和机架；其中，所述上凹轮(4-1)套设固定于所述上驱动轴上，所述上驱动轴可转动设置于所述机架上；所述上凹轮驱动机构(4-5)与所述上驱动轴联动，用于驱动所述上驱动轴转动，以及，用于调整所述上驱动轴在垂直方向的距离；所述下凸轮(4-2)套设固定于所述下驱动轴上，所述下驱动轴可转动设置于所述机架上；所述下凸轮驱动机构(4-6)与所述下驱动轴联动，用于驱动所述下驱动轴转动，以及，用于调整所述下驱动轴在垂直方向的距离。优选的，所述上凹轮驱动机构(4-5)和所述下凸轮驱动机构(4-6)均包括：伺服驱动电机(4-7)、减速器(4-8)和减速器固定座(4-9)；所述伺服驱动电机(4-7)通过所述减速器(4-8)与对应的驱动轴联动。优选的，所述上凹轮(4-1)包括上行走轮(4-1-1)以及位于所述上行走轮(4-1-1)左右两侧、且高于所述上行走轮(4-1-1)的第1左辅助轮(4-1-2)和第1右辅助轮(4-1-3)，由于所述第1左辅助轮(4-1-2)和所述第1右辅助轮(4-1-3)高于所述上行走轮(4-1-1)，由此使所述上行走轮(4-1-1)成为凹轮形状；所述下凸轮(4-2)包括下行走轮(4-2-1)以及位于所述下行走轮(4-2-1)左右两侧、且低于所述下行走轮(4-2-1)的第2左辅助轮(4-2-2)和第2右辅助轮(4-2-3)，由于所述第2左辅助轮(4-2-2)和所述第2右辅助轮(4-2-3)低于所述下行走轮(4-2-1)，由此使所述下行走轮(4-2-1)成为凸轮形状；所述上凹轮(4-1)和所述下凸轮(4-2)为共轭结构，是指：所述下行走轮(4-2-1)与所述上行走轮(4-1-1)的宽度和深度均适配；同时，所述第2左辅助轮(4-2-2)与所述第1左辅助轮(4-1-2)的宽度和深度均适配；同时，所述第2右辅助轮(4-2-3)与所述第1右辅助轮(4-1-3)的宽度和深度均适配。优选的，所述上行走轮(4-1-1)和所述下行走轮(4-2-1)均为变心结构，即：所述上行走轮(4-1-1)和所述下行走轮(4-2-1)的外部径向曲面为非圆环曲面。优选的，所述上凹轮(4-1)和所述下凸轮(4-2)之间间隙为一个板材的料厚t；当布置多道次的所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)时，按从前到后方向，所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形角度递增，用于将U形板材成型为帽形板材；其中，所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形角度是指：所述第1左辅助轮(4-1-2)或所述第1右辅助轮(4-1-3)的外部径向曲面与所述上行走轮(4-1-1)轴向之间的夹角；同时，也为所述第2左辅助轮(4-2-2)或第2右辅助轮(4-2-3)的外部径向曲面与所述下行走轮(4-2-1)之间的夹角。优选的，还包括：开卷机送料装置(1)、校平装置(2)、定截面成形机(3)、切断装置、出料装置和码垛装置；在最前端的所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的前面，按板料输送方向，依次设置所述开卷机送料装置(1)、所述校平装置(2)和所述定截面成形机(3)；在最末端的所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的后面，按板料输送方向，依次设置所述切断装置、所述出料装置和所述码垛装置。优选的，还包括：至少一个辊轮支架；相邻所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)之间设置至少一个所述辊轮支架，通过所述辊轮支架支撑料件的水平高度；相邻所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)之间的间距等于所生产零件的长度L和废料区长度L1之和。优选的，还包括：若干个只导向并不参与成形的板带驱动机构；在所述开卷机送料装置(1)的前端设置有所述板带驱动机构；在每组所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的前端和/或后端分别设置至少一个所述板带驱动机构；所述板带驱动机构的成形高度与所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形高度一致；另外，设置于所述开卷机送料装置(1)的前端的板带驱动机构由单伺服电机上驱动；设置于所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)之间的板带驱动机构为伺服电机上下双驱动。本发明还提供一种凸轮变截面辊弯成形方法，包括以下步骤：S1，按板材输送方向，依次设置开卷机送料装置(1)、校平装置(2)、p个定截面成形机(3)、q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)、切断装置、出料装置和码垛装置；其中，p和q均为自然数；其中，相邻所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)之间的间距等于所生产零件的长度L和废料区长度L1之和；每个所述共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)中，上凹轮(4-1)和下凸轮(4-2)之间间隙为板材的料厚t；按板材输送方向，q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形角度递增；设q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形角度分别为：α1、α2…αp；q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形宽度均为n1，q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成形深度均为n2；S2，当需要将板材成形为宽度为n1、深度为n2的帽形截面的构件时，启动各个定截面成形机(3)和各个共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)，使所有定截面成形机(3)和所有共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)以相同的转速转动；然后，首先由开卷机送料装置(1)对成卷的板材进行开卷；然后，由校平装置(2)将开卷后的板材进行矫平；然后，矫平后的板材依次通过多道次的定截面成形机(3)进行定截面成型，得到U形构件；其中，U形构件包括位于底部的横面以及位于所述横面左右两侧的左侧面和右侧面；U形构件的宽度即为所述横面的宽度，为n1；S3，然后，U形构件进入第1道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的上凹轮(4-1)和下凸轮(4-2)间隙；此时，一方面，由于U形构件的横面宽度n1等于上行走轮(4-1-1)和下行走轮(4-2-1)的轴向宽度，因此，U形构件的横面被夹持于上行走轮(4-1-1)和下行走轮(4-2-1)之间，并在上行走轮(4-1-1)和下行走轮(4-2-1)的驱动下前进；另一方面，在第1左辅助轮(4-1-2)和第2左辅助轮(4-2-2)的作用下，将U形构件的左侧面向外折弯，其中，折弯角度等于该道次的成形角度α1，折弯位置为：距离横面高度为n2的位置；另一方面，在第1右辅助轮(4-1-3)和第2右辅助轮(4-2-3)的作用下，将U形构件的右侧面向外折弯，其中，折弯角度等于该道次的成形角度α1，折弯位置为：距离横面高度为n2的位置；由此得到成形角度为α1的帽型构件；S4，成形角度为α1的帽型构件向前运动，并进入到第2道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的上凹轮(4-1)和下凸轮(4-2)间隙，通过第2道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成型作用，得到成形角度为α2的帽型构件；依此类推，最终经过第P道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元(4)的成型作用，得到成形角度为αP的帽型构件；S5，成形角度为αP的帽型构件再依次通过切断装置、出料装置和码垛装置的作用，得到独立的成形角度为αP的帽型构件。本发明的有益效果如下：本发明提供的凸轮变截面辊弯成形机及成形方法具有以下优点：(1)可根据凸轮的不同形状，设计生产不同宽度、不同高度、不同截面的产品，适应性更强。(2)本发明可以有效的解决截面形状既深又窄的高度变化截面零件的辊弯成形难题；还降低了伺服控制的轴数规模，使用传统的机械机构成型，使控制系统变得简单易行，从而提高了系统运行的可靠度，方便对系统进行维护。附图说明图1为本发明提供的凸轮变截面辊弯成形机的立体结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图1的俯视图；图4为图1的局部视图；图5为共轭凸轮变截面辊弯成形单元的结构示意图；图6为设置有7个道次定截面成形机时，其定截面成形过程示意图；图7为设置有6个道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元时，其变截面成形过程示意图；图8为具有不同成形深度n2值的辊弯成形机，最终成形得到的具有不同深度的帽形件的示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明进行详细说明：本发明提供一种凸轮变截面辊弯成形机，采用传统辊弯成形模式，仅调整辊轮形状，一方面，通过特殊结构的辊轮形状，可实现传统变截面辊弯成形无法实现的深窄截面形状，即：形成对截面特征既深又窄的高度可变的变截面板材零件的加工，使生产变高度变宽度的异形件成为可能；另一方面，由于本发明采用的为传统辊弯成形模式，方便控制和调试成形过程，充分满足生产实际的需求。本发明的核心构件为共轭凸轮变截面辊弯成形单元4；共轭凸轮变截面辊弯成形单元可设置一个或两个以上，共轭凸轮变截面辊弯成形单元的具体设置数量可根据所要成形零件的形状进行增加或减少。当共轭凸轮变截面辊弯成形单元4为两组及其以上时，各个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4依次首尾相接设置。参考图4和图5，每组共轭凸轮变截面辊弯成形单元4包括：上凹轮4-1、下凸轮4-2、上驱动轴、下驱动轴、上凹轮驱动机构4-5、下凸轮驱动机构4-6和机架；其中，上凹轮4-1套设固定于上驱动轴上，上驱动轴可转动设置于机架上；上凹轮驱动机构4-5与上驱动轴联动，用于驱动上驱动轴转动，以及，用于调整上驱动轴在垂直方向的距离；下凸轮4-2套设固定于下驱动轴上，下驱动轴可转动设置于机架上；下凸轮驱动机构4-6与下驱动轴联动，用于驱动下驱动轴转动，以及，用于调整下驱动轴在垂直方向的距离。上凹轮驱动机构4-5和下凸轮驱动机构4-6均包括：伺服驱动电机4-7、减速器4-8和减速器固定座4-9；伺服驱动电机4-7通过减速器4-8与对应的驱动轴联动。具体的，上凹轮4-1包括上行走轮4-1-1以及位于上行走轮4-1-1左右两侧、且高于上行走轮4-1-1的第1左辅助轮4-1-2和第1右辅助轮4-1-3，由于第1左辅助轮4-1-2和第1右辅助轮4-1-3高于上行走轮4-1-1，由此使上行走轮4-1-1成为凹轮形状；下凸轮4-2包括下行走轮4-2-1以及位于下行走轮4-2-1左右两侧、且低于下行走轮4-2-1的第2左辅助轮4-2-2和第2右辅助轮4-2-3，由于第2左辅助轮4-2-2和第2右辅助轮4-2-3低于下行走轮4-2-1，由此使下行走轮4-2-1成为凸轮形状；上凹轮4-1和下凸轮4-2为共轭结构，是指：下行走轮4-2-1与上行走轮4-1-1的宽度和深度均适配；同时，第2左辅助轮4-2-2与第1左辅助轮4-1-2的宽度和深度均适配；同时，第2右辅助轮4-2-3与第1右辅助轮4-1-3的宽度和深度均适配。此外，本发明中，上行走轮4-1-1和下行走轮4-2-1均为变心结构，即：上行走轮4-1-1和下行走轮4-2-1的外部径向曲面为非圆环曲面。上凹轮4-1和下凸轮4-2之间间隙为一个板材的料厚t；当布置多道次的共轭凸轮变截面辊弯成形单元4时，按从前到后方向，共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形角度递增，用于将U形板材成型为帽形板材；其中，共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形角度是指：第1左辅助轮4-1-2或第1右辅助轮4-1-3的外部径向曲面与上行走轮4-1-1轴向之间的夹角；同时，也为第2左辅助轮4-2-2或第2右辅助轮4-2-3的外部径向曲面与下行走轮4-2-1之间的夹角。如图2所示，为设置6个变截面成形道次的示意图，每个道次成形机架完全一样，从第1个道次到第5个道次，其成形角度依次为20°、40°、60°、80°和90°，第六道次成形机架的轧辊凸轮侧边成形角度根据零件变截面区域和等截面区回弹角进行最后成形。此外，为实现对板材的辊弯成型，还包括以下辅助设备：(1)开卷机送料装置1、校平装置2、定截面成形机3、切断装置、出料装置和码垛装置在最前端的共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的前面，按板料输送方向，依次设置开卷机送料装置1、校平装置2和定截面成形机3；在最末端的共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的后面，按板料输送方向，依次设置切断装置、出料装置和码垛装置。其中，切断装置为板料的最后裁边成形完成最后工序；(2)辊轮支架还包括：至少一个辊轮支架；相邻共轭凸轮变截面辊弯成形单元4之间设置至少一个辊轮支架，通过辊轮支架支撑料件的水平高度，防止出现堆料等现象；相邻共轭凸轮变截面辊弯成形单元4之间的间距等于所生产零件的长度L和废料区长度L1之和。(3)板带驱动机构板带驱动机构只导向并不参与成形，每个板带驱动机构均包括驱动机构伺服电机、驱动轧辊和辊缝调节机构；板带驱动机构主要区分为两类：设置于开卷机送料装置1的前端的板带驱动机构，由单伺服电机上驱动；；设置于每组共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的前端和/或后端的板带驱动机构，为伺服电机上下双驱动。并且，相邻共轭凸轮变截面辊弯成形单元之间可设置一个或两个以上的板带驱动机构，具体设置数量可以根据实际需要增减；板带驱动机构的成形高度需要与共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形高度一致。因此，通过上述装置，凸轮变截面辊弯成形装置由多道次等距离设置的共轭凸轮变截面辊弯成形单元组成，每个共轭凸轮变截面辊弯成形单元中的上凹轮和下凸轮可通过伺服电机驱动实现独立的X向运动，从而可以通过控制伺服电机的转动，使成形机架的轧辊沿着定模的轮廓进行运动，最终完成金属板带的变截面辊弯成形。本发明中，板带向X正方向前进一个零件长度的检测可通过感应开关传感器对特征孔的检测实现。感应开关检测到成型定位孔后，控制系统控制第一道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元的伺服电机开始驱动对应的轧辊进行成型；当检测有无料的感应开关检测到无板料时，所有伺服电机停止运动。本发明还提供一种凸轮变截面辊弯成形方法，包括以下步骤：S1，按板材输送方向，依次设置开卷机送料装置1、校平装置2、p个定截面成形机3、q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4、切断装置、出料装置和码垛装置；其中，p和q均为自然数；其中，相邻共轭凸轮变截面辊弯成形单元4之间的间距等于所生产零件的长度L和废料区长度L1之和；每个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4中，上凹轮4-1和下凸轮4-2之间间隙为板材的料厚t；按板材输送方向，q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形角度递增；设q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形角度分别为：α1、α2…αp；例如，共设置6个共轭凸轮变截面辊弯成形单元，前5个共轭凸轮变截面辊弯成形单元的成形角度依次为20°、40°、60°、80°和90°，第六道次成形机架的轧辊凸轮侧边成形角度根据零件变截面区域和等截面区回弹角进行设置。q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形宽度均为n1，q个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成形深度均为n2；S2，当需要将板材成形为宽度为n1、深度为n2的帽形截面的构件时，启动各个定截面成形机3和各个共轭凸轮变截面辊弯成形单元4，使所有定截面成形机3和所有共轭凸轮变截面辊弯成形单元4以相同的转速转动；此处，所有定截面成形机3和所有共轭凸轮变截面辊弯成形单元4必须以相同的转速转动，才能保证辊弯成型的顺利进行。然后，首先由开卷机送料装置1对成卷的板材进行开卷；然后，由校平装置2将开卷后的板材进行矫平；然后，矫平后的板材依次通过多道次的定截面成形机3进行定截面成型，得到U形构件；其中，U形构件包括位于底部的横面以及位于横面左右两侧的左侧面和右侧面；U形构件的宽度即为横面的宽度，为n1；如图6所示，为设置有7个道次定截面成形机时，其定截面成形过程示意图；从图6可以看出，板材首先通过第1道次定截面成形机，得到成形角度为0°的构件；然后，通过第2道次定截面成形机，得到成形角度为15°的构件；以此类推，依此通过第3道次到第七道次的定截面成形机，依次得到成形角度为30°、45°、60°、75°、90°的构件，从而得到最终的U形构件。S3，然后，U形构件进入第1道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的上凹轮4-1和下凸轮4-2间隙；此时，一方面，由于U形构件的横面宽度n1等于上行走轮4-1-1和下行走轮4-2-1的轴向宽度，因此，U形构件的横面被夹持于上行走轮4-1-1和下行走轮4-2-1之间，并在上行走轮4-1-1和下行走轮4-2-1的驱动下前进；另一方面，在第1左辅助轮4-1-2和第2左辅助轮4-2-2的作用下，将U形构件的左侧面向外折弯，其中，折弯角度等于该道次的成形角度α1，折弯位置为：距离横面高度为n2的位置；另一方面，在第1右辅助轮4-1-3和第2右辅助轮4-2-3的作用下，将U形构件的右侧面向外折弯，其中，折弯角度等于该道次的成形角度α1，折弯位置为：距离横面高度为n2的位置；由此得到成形角度为α1的帽型构件；S4，成形角度为α1的帽型构件向前运动，并进入到第2道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的上凹轮4-1和下凸轮4-2间隙，通过第2道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成型作用，得到成形角度为α2的帽型构件；依此类推，最终经过第P道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元4的成型作用，得到成形角度为αP的帽型构件；如图7所示，为设置有6个道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元时，其变截面成形过程示意图；从图8可以看出，U形构件首先通过第1道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元，经过1道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元的作用，使U形构件的左侧面和右侧面分别向外折弯到20°的位置，得到成形角度为20°的构件；然后，通过第2道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元，得到成形角度为40°的构件；以此类推，依此通过第3道次到第5道次的共轭凸轮变截面辊弯成形单元，依次得到成形角度为60°、80°和90°的构件；最终通过第6道次共轭凸轮变截面辊弯成形单元的作用。各到最终的帽形件。可见，上述成形过程为一个渐变截面成形过程。本发明中，根据需要成形构件的特点，只需要灵活调整每个共轭凸轮变截面辊弯成形单元的成形宽度n1值、成形深度n2值以及成形角度值，即可成形得到变宽度、变深度和变截面形状的构件。如图8所示，为具有不同成形深度n2值的辊弯成形机，最终成形得到的具有不同深度的帽形件的示意图。S5，成形角度为αP的帽型构件再依次通过切断装置、出料装置和码垛装置的作用，得到独立的成形角度为αP的帽型构件。由此可见，本发明提供的凸轮变截面辊弯成形机及成形方法，具有以下优点：(1)通过顺序配置的多道次具有特定轮廓型面的共轭凸轮变截面辊弯成形单元，将卷材或单张板材逐渐地进行横向弯曲,以制成特定断面的金属型材。并且，成形过程为在凸凹轮配合旋转的过程中，板料通过与凸凹轮接触，在凸轮不同的位置成形对应高度的截面。因此，可根据凸轮的不同形状，设计生产不同宽度、不同高度、不同截面的产品，适应性更强。(2)本发明可以有效的解决截面形状既深又窄的高度变化截面零件的辊弯成形难题；还降低了伺服控制的轴数规模，使用传统的机械机构成型，使控制系统变得简单易行，从而提高了系统运行的可靠度，方便对系统进行维护。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。