变截面回弹控制自适应装置及方法与流程

本发明属于变截面辊弯成形设备技术领域，具体涉及一种变截面回弹控制自适应装置及方法。

背景技术：
辊弯成形是一种高效、节材、节能的金属成形工艺，通过顺序配置多道次将板材或者卷材成形为所需的型材。辊弯成形的优点包括：材料、能源消耗小，辊弯型材产品具有较好的表面质量以及较高的尺寸精度，强度刚度都比较大。辊弯型材在建筑、机械、交通、家电等多个行业应用很广泛。通常的辊弯型材都是等截面型材，但是由于汽车轻量化的需求，推动了对变截面辊弯成形技术和设备的研发。一般的变截面辊弯成形采用成对的轧辊辊轧板材成形，但是，具有以下不足：不易于实现截面复杂的变截面型材的成形，对于控制系统的要求很高，辊弯成形机的机械结构非常复杂，成形的型材容易出现很多缺陷，不易解决。为解决上述问题，现有技术中出现了定模动辊辊弯成形方法。应用定模动辊辊弯成形方法，在成形U型截面的变截面型材时，立边成形直角时，常采用过弯并且通过回弹最终得到所期望的直角。然而，在成形U型截面的变截面型材时，具有以下不足：过弯量的计算非常困难，不同的过弯量又需要不同斜面的轧辊以及压模成形，不具备自适应性。可见，如何解决上述问题，具有重要意义。目前尚没有一种可以实现无需过弯自动释放回弹量的回弹自适应机构。

技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种变截面回弹控制自适应装置及方法，可以实现无需过弯自动释放回弹量，实现回弹控制的自适应调节。本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种变截面回弹控制自适应装置，包括：成形轧辊系统1、X向运动调节系统2、Z向运动调节系统3、X向自适应调节系统4以及XZ平面中的旋转调节系统5；其中，所述X向自适应调节系统4包括：X向运动底板40、弹簧座41、X方向弹簧42、弹簧芯轴43、X向自适应机架44以及X向自适应导轨副；X向自适应导轨副包括X向自适应导轨45以及X向自适应滑块；所述X向运动底板40的左端上表面固定安装所述弹簧座41，所述X向运动底板40的中部以及右端上表面沿X向设置X向自适应导轨45；所述X向自适应机架44包括上滑块底板44-1、外侧立板44-2、左侧立板44-3和右侧立板；其中，所述外侧立板44-2沿Y方向固定设置于所述上滑块底板44-1的外侧；所述左侧立板44-3和所述右侧立板沿X方向固定设置于所述上滑块底板44-1的左右两侧；所述上滑块底板44-1的底面安装所述X向自适应滑块，进而使所述X向自适应机架44与所述X向运动底板40的上表面沿X方向可滑动连接；所述X方向弹簧42通过弹簧芯轴43设置于所述弹簧座41和所述外侧立板44-2之间，在所述弹簧芯轴43的外端部安装有X向预紧力调节螺母46，进而使所述X向自适应机架44沿X向自适应导轨45移动时，需压缩所述X方向弹簧42；所述成形轧辊系统1包括轧辊10、用于驱动所述轧辊10沿Z向运动的Z向运动调节系统以及轧辊安装架15；所述XZ平面中的旋转调节系统5包括摆动芯轴50以及倾角自适应结构51；则：在所述轧辊安装架的底板和所述X向自适应机架44之间沿Y向安装所述摆动芯轴50，使所述成形轧辊系统设置在所述X向自适应机架44上，并可绕所述摆动芯轴50在XZ平面内转动；在所述轧辊安装架15和所述X向自适应机架44之间还安装所述倾角自适应结构51，通过所述倾角自适应结构51，使所述成形轧辊系统绕所述摆动芯轴50摆动时，所述成形轧辊系统的倾角进行自适应；另外，X向运动调节系统用于驱动所述X向运动底板40进行X方向运动，进而带动所述成形轧辊系统进行X方向运动。优选的，所述X向运动调节系统2包括X方向运动驱动机构、X方向滚珠丝杠副21以及丝杠箱22；其中，所述X方向滚珠丝杠副21位于所述丝杠箱22的内腔，所述X方向滚珠丝杠副21包括X方向滚珠丝杠和与所述X方向滚珠丝杠通过滚珠滚动连接的X方向螺母副；所述X方向滚珠丝杠的一端与所述X方向运动驱动机构连接并由所述X方向运动驱动机构驱动；所述X方向螺母副固定在所述X向运动底板40上；另外，所述丝杠箱22的上表面开设有X向导轨23，该X向导轨23与设置于所述X向运动底板40下表面的滑块形成X向导轨副；因此，在所述X方向运动驱动机构驱动下，带动所述X向运动底板40沿所述X向导轨23进行X方向运动。优选的，所述X方向运动驱动机构包括X向伺服电机24以及X向减速器25；所述X向减速器25的一端与所述X向伺服电机24连接，所述X向减速器25的另一端与所述X方向滚珠丝杠副21连接。优选的，所述成形轧辊系统1还包括：大齿轮11、小齿轮12、旋转轴Ⅰ13以及旋转轴Ⅱ14；所述轧辊10通过所述旋转轴Ⅰ13与所述大齿轮11同轴连接；所述小齿轮12与所述大齿轮11啮合，并且，所述小齿轮12同轴安装所述旋转轴Ⅱ14，所述旋转轴Ⅱ14安装到所述轧辊安装架15上；并且，所述旋转轴Ⅱ14与所述Z向运动调节系统3驱动，通过所述Z向运动调节系统3，驱动所述小齿轮12旋转，进而带动所述大齿轮11旋转，最终带动所述轧辊10旋转。优选的，所述轧辊安装架包括：左内侧立板、右内侧立板、转动电机安装板、轧辊底板和立板加强块；所述左内侧立板和所述右内侧立板沿Y方向分布于轧辊底板的左右两侧并与轧辊底板固定连接；所述立板加强块分别与所述左内侧立板、所述右内侧立板及所述轧辊底板固定连接；所述转动电机安装板分别与所述左内侧立板和所述右内侧立板固定连接；所述左内侧立板和所述右内侧立板与所述倾角自适应结构51连接；所述转动电机安装板与所述旋转轴Ⅰ13的一端连接，所述轧辊底板与所述旋转轴Ⅰ13的另一端连接；所述旋转轴Ⅱ14与所述转动电机安装板连接，所述转动电机安装板与所述Z向运动调节系统3连接，所述旋转轴Ⅱ14与转动电机安装板连接的一端与所述Z向运动调节系统3连接并且由Z向运动调节系统3驱动。优选的，所述Z向运动调节系统3包括：Z向伺服电机31以及Z向减速器32；所述Z向减速器32的一端与所述Z向伺服电机31连接，所述Z向减速器32的另一端与所述旋转轴Ⅱ14驱动连接。优选的，所述倾角自适应结构51包括：摆动弹簧51-1、摆动弹簧动作筒51-2、摆动弹簧Z向调节螺母51-3、摆动弹簧下压板51-4、摆动弹簧活塞51-7、摆动弧形板51-5、摆动压杆51-6以及燕尾槽挡块；其中，所述摆动弹簧动作筒51-2的底板固定设置于所述X向自适应机架44的底板；在所述摆动弹簧动作筒51-2内部腔体的底部安装所述摆动弹簧Z向调节螺母51-3，在所述摆动弹簧动作筒51-2内部腔体的顶部安装所述摆动弹簧活塞，在所述摆动弹簧Z向调节螺母51-3和所述摆动弹簧活塞之间设置所述摆动弹簧51-1；通过调节所述摆动弹簧Z向调节螺母51-3，调节所述摆动弹簧51-1的预紧力；在所述摆动弹簧活塞的上面，左右对称分别设置一个摆动弹簧下压板51-4；每个摆动弹簧下压板51-4均配合安装一个摆动机架移动转动组合副；其中，对于任意的摆动机架移动转动组合副，均包括：摆动弧形板51-5、摆动压杆51-6以及燕尾槽挡块；所述摆动弧形板51-5开设有燕尾槽；所述摆动压杆51-6包括圆柱杆以及与所述圆柱杆一体成形的燕尾形滑块；该圆柱杆与成形轧辊部件的内侧立板连接，该燕尾形滑块置于所述燕尾槽中；所述燕尾槽挡块沿X方向对称设置在所述摆动弧形板51-5的左右两侧，用于限制所述燕尾形滑块的过量位移。本发明还提供一种应用变截面回弹控制自适应装置的变截面回弹控制自适应方法，所述变截面回弹控制自适应装置用于变截面辊弯成形方法中定模动辊靠模变截面辊弯成形的最后一个道次，对于U形型材的产品，所述变截面回弹控制自适应装置用于成形U形型材的最后直角弯曲，变截面回弹控制自适应方法包括以下步骤：步骤1，驱动X方向运动驱动机构，进而使成形轧辊系统1中的轧辊向定模及板材方向运动，使轧辊接触定模及板材；步骤2，驱动Z向运动调节系统3，通过齿轮啮合驱动轧辊转动，在定模配合下，轧辊辊轧板材；其中，在轧辊与定模配合时，X向自适应调节系统4中的X方向弹簧42向轧辊提供X方向的柔性压紧力；在成形U形型材的直角时，若定模与轧辊的接触面均与初始板材平面垂直，则成形后板材会出现回弹，通过旋转调节系统5，释放成形过程中板材的弹性变形。优选的，X方向弹簧42向轧辊提供X方向的柔性压紧力，具体为：在轧辊与定模配合时，轧辊受到来自定模的反向推力时，装配有轧辊的成形轧辊系统受到来自定模的反向推力，然后，成形轧辊系统沿X向自适应导轨45进行X负方向运动，进而挤压X方向弹簧42，而当X方向弹簧42受到挤压时，又向轧辊施加反向推力，进而向轧辊提供X方向的柔性压紧力。优选的，旋转调节系统5释放成形过程中板材的弹性变形，具体为：板材存在回弹力作用于轧辊上，成形轧辊系统1由于板材回弹力绕摆动芯轴50向板材相反的方向摆动，在摆动过程中，带动倾角自适应结构51和成形轧辊系统1组成的整体在XZ平面内倾斜，在倾斜过程中，所述摆动压杆51-6需要完成沿Z轴负方向运动和沿X轴负方向运动的合成运动，即所述摆动压杆51-6绕所述摆动芯轴50进行定轴转动；所述成形轧辊系统1的内侧立板绕所述摆动芯轴50摆动，该内侧立板带动所述摆动压杆51-6摆动，所述摆动压杆51-6的燕尾形滑块沿所述摆动弧形板51-5的燕尾槽进行X轴负方向运动，同时，所述摆动压杆51-6沿Z轴负方向下拉所述摆动弧形板51-5，所述摆动弧形板51-5带动所述摆动弹簧下压板51-4，所述摆动弹簧下压板51-4下压所述摆动弹簧活塞，进而使所述摆动弹簧51-1沿Z轴向下运动，摆动弹簧51-1和X方向弹簧分别提供Z方向和X方向的柔性支撑力，所述成形轧辊系统1绕所述摆动芯轴50的摆动，实现回弹控制的自适应。本发明提供的变截面回弹控制自适应装置及方法具有以下优点：在成形板料时可以对板料的回弹实现自适应，在成形过程中自动释放掉板料的回弹力，提高成形的精度。附图说明图1为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的立体结构示意图；图2为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的原理结构简图；图3为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的侧面结构示意图；图4为倾角自适应结构的剖面结构示意图；图5为摆动弧形板的单独构件结构图；图6为摆动压杆的单独构件结构图；图7为板料经过装置在t1时刻的成形滚花图；图8为板料经过装置在t2时刻的成形滚花图；图9为板料经过装置在t3时刻的成形滚花图；图10为板料经过装置在t4时刻的成形滚花图；图11为对U形型材成形过程的角度示意图；图12为实际生产中整个自适应回弹装置的布局示意图；其中：1-成形轧辊系统；10-轧辊；11-大齿轮；12-小齿轮；13-旋转轴Ⅰ；14-旋转轴Ⅱ；15-轧辊安装架；2-X向运动调节系统；21-X方向滚珠丝杠副；22-丝杠箱；23-X向导轨；24-X向伺服电机；25-X向减速器；3-Z向运动调节系统；31-Z向伺服电机；32-Z向减速器；4-X向自适应调节系统；40-X向运动底板；41-弹簧座；42-X方向弹簧；43-弹簧芯轴；44-X向自适应机架；44-1-上滑块底板；44-2-外侧立板；44-3-左侧立板；45-X向自适应导轨；46-X向预紧力调节螺母；5-XZ平面中的旋转调节系统；50-摆动芯轴；51-倾角自适应结构；51-1-摆动弹簧；51-2-摆动弹簧动作筒；51-3-摆动弹簧Z向调节螺母；51-4-摆动弹簧下压板；51-5-摆动弧形板；51-6-摆动压杆；51-7摆动弹簧活塞；33-推力球轴承；34-滚针轴承；35-紧定螺钉；36-成型件；37-模具；38-Y向导轨；39-Y向传动直齿条；70-Y向传动齿轮；71-Y向传动电机；72-Y向减速器；73-成型模具。具体实施方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明属于变截面辊弯成形设备领域，在成形板料时可以对板料的回弹实现自适应，在成形过程中自动释放掉板料的回弹力，提高成形的精度。具体的，本发明提供的变截面回弹控制自适应装置，当轧辊处在工作位置时，由于模具表面的倾角自适应装置，压缩弹簧，并且同坐旋转轴旋转来调节角度，实现了轧辊平面与成型件表面线接触的自适应功能。变截面回弹控制自适应装置包括：成形轧辊系统1、X向运动调节系统2、Z向运动调节系统3、X向自适应调节系统4以及XZ平面中的旋转调节系统5。如图1所示，为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的立体结构示意图；如图2所示，为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的原理结构简图；如图3所示，为本发明提供的变截面回弹控制自适应装置的侧面结构示意图。参考图1、图2和图3，以下对这五个系统分别详细介绍：(一)X向运动调节系统：X向运动调节系统2用于实现成形轧辊系统沿X方向的移动。X向运动调节系统2包括X方向运动驱动机构、X方向滚珠丝杠副21以及丝杠箱22；其中，X方向滚珠丝杠副21位于丝杠箱22的内腔，X方向滚珠丝杠副21包括X方向滚珠丝杠和与X方向滚珠丝杠通过滚珠滚动连接的X方向螺母副；X方向滚珠丝杠的一端与X方向运动驱动机构连接并由X方向运动驱动机构驱动；X方向螺母副固定在X向运动底板40上；另外，丝杠箱22的上表面开设有X向导轨23，该X向导轨23与设置于X向运动底板40下表面的滑块形成X向导轨副；因此，在X方向运动驱动机构驱动下，带动X向运动底板40沿X向导轨23进行X方向运动。实际应用中，X方向运动驱动机构包括X向伺服电机24以及X向减速器25；X向减速器25的一端与X向伺服电机24连接，X向减速器25的另一端与X方向滚珠丝杠副21连接。(二)X向自适应调节系统：X向自适应调节系统用于实现轧辊工作时在X方向的自适应。具体的，X向自适应调节系统包括：X向运动底板40、弹簧座41、X方向弹簧42、弹簧芯轴43、X向自适应机架44以及X向自适应导轨副；X向自适应导轨副包括X向自适应导轨45以及X向自适应滑块；X向运动底板40的左端上表面固定安装弹簧座41，X向运动底板40的中部以及右端上表面沿X向设置X向自适应导轨45；X向自适应机架44包括上滑块底板44-1、外侧立板44-2、左侧立板44-3和右侧立板；其中，外侧立板44-2沿Y方向固定设置于上滑块底板44-1的外侧；左侧立板44-3和右侧立板沿X方向固定设置于上滑块底板44-1的左右两侧；上滑块底板44-1的底面安装X向自适应滑块，进而使X向自适应机架44与X向运动底板40的上表面沿X方向可滑动连接；X方向弹簧42通过弹簧芯轴43设置于弹簧座41和外侧立板44-2之间，在弹簧芯轴43的外端部安装有X向预紧力调节螺母46，进而使X向自适应机架44沿X向自适应导轨45移动时，需压缩X方向弹簧42。(三)成形轧辊系统和Z向运动调节系统成形轧辊系统1包括轧辊10、用于驱动轧辊10沿Z向运动的Z向运动调节系统以及轧辊安装架。成形轧辊系统1还包括：大齿轮11、小齿轮12、旋转轴Ⅰ13以及旋转轴Ⅱ14；轧辊10通过旋转轴Ⅰ13与大齿轮11同轴连接；小齿轮12与大齿轮11啮合，并且，小齿轮12同轴安装旋转轴Ⅱ14，旋转轴Ⅱ14安装到轧辊安装架15上；并且，旋转轴Ⅱ14与Z向运动调节系统3驱动，通过Z向运动调节系统3，驱动小齿轮12旋转，进而带动大齿轮11旋转，最终带动轧辊10旋转。轧辊安装架包括：左内侧立板、右内侧立板、转动电机安装板、轧辊底板和立板加强块；左内侧立板和右内侧立板沿Y方向分布于轧辊底板的左右两侧并与轧辊底板固定连接；立板加强块分别与左内侧立板、右内侧立板及轧辊底板固定连接；转动电机安装板分别与左内侧立板和右内侧立板固定连接；左内侧立板和右内侧立板与倾角自适应结构51连接；转动电机安装板与旋转轴Ⅰ13的一端连接，轧辊底板与旋转轴Ⅰ13的另一端连接；旋转轴Ⅱ14与转动电机安装板连接，转动电机安装板与Z向运动调节系统3连接，旋转轴Ⅱ14与转动电机安装板连接的一端与Z向运动调节系统3连接并且由Z向运动调节系统3驱动。Z向运动调节系统3包括：Z向伺服电机31以及Z向减速器32；Z向减速器32的一端与Z向伺服电机31连接，Z向减速器32的另一端与旋转轴Ⅱ14驱动连接。(四)XZ平面中的旋转调节系统：XZ平面中的旋转调节系统5包括摆动芯轴50以及倾角自适应结构51；参考图4，为倾角自适应结构的剖面结构示意图。参考图4，倾角自适应结构51包括：摆动弹簧51-1、摆动弹簧动作筒51-2、摆动弹簧Z向调节螺母51-3、摆动弹簧下压板51-4、摆动弹簧活塞51-7、摆动弧形板51-5、摆动压杆51-6以及燕尾槽挡块；其中，摆动弹簧动作筒51-2的底板固定设置于X向自适应机架44的底板；在摆动弹簧动作筒51-2内部腔体的底部安装摆动弹簧Z向调节螺母51-3，在摆动弹簧动作筒51-2内部腔体的顶部安装摆动弹簧活塞，在摆动弹簧Z向调节螺母51-3和摆动弹簧活塞之间设置摆动弹簧51-1；通过调节摆动弹簧Z向调节螺母51-3，调节摆动弹簧51-1的预紧力；在摆动弹簧活塞的上面，左右对称分别设置一个摆动弹簧下压板51-4；每个摆动弹簧下压板51-4均配合安装一个摆动机架移动转动组合副；其中，对于任意的摆动机架移动转动组合副，均包括：摆动弧形板51-5、摆动压杆51-6以及燕尾槽挡块；摆动弧形板51-5开设有燕尾槽，参考图5，为摆动弧形板的单独构件结构图；摆动压杆51-6包括圆柱杆以及与圆柱杆一体成形的燕尾形滑块，参考图6，为摆动压杆的单独构件结构图；该圆柱杆与成形轧辊部件的内侧立板连接，该燕尾形滑块置于燕尾槽中；燕尾槽挡块沿X方向对称设置在摆动弧形板51-5的左右两侧，用于限制燕尾形滑块的过量位移。则：在轧辊安装架的底板和X向自适应机架44之间沿Y向安装摆动芯轴50，使成形轧辊系统设置在X向自适应机架44上，并可绕摆动芯轴50在XZ平面内转动；在轧辊安装架和X向自适应机架44之间还安装倾角自适应结构51，通过倾角自适应结构51，使成形轧辊系统绕摆动芯轴50摆动时，成形轧辊系统的倾角进行自适应；另外，X向运动调节系统用于驱动X向运动底板40进行X方向运动，进而带动成形轧辊系统进行X方向运动。本发明还提供一种应用变截面回弹控制自适应装置的变截面回弹控制自适应方法，变截面回弹控制自适应装置用于变截面辊弯成形方法中定模动辊靠模变截面辊弯成形的最后一个道次，对于U形型材的产品，变截面回弹控制自适应装置用于成形U形型材的最后直角弯曲，变截面回弹控制自适应方法，可参考图7-图10，为板料经过装置的成形滚花图；参考图11，为对U形型材成形过程的角度示意图；参考图12，为实际生产中整个自适应回弹装置的布局示意图；包括以下步骤：步骤1，驱动X方向运动驱动机构，进而使成形轧辊系统1中的轧辊向定模及板材方向运动，使轧辊接触定模及板材；步骤2，驱动Z向运动调节系统3，通过齿轮啮合驱动轧辊转动，在定模配合下，轧辊辊轧板材；其中，在轧辊与定模配合时，X向自适应调节系统4中的X方向弹簧42向轧辊提供X方向的柔性压紧力，避免轧辊与定模配合时发生刚性碰撞；X方向弹簧42向轧辊提供X方向的柔性压紧力，具体为：在轧辊与定模配合时，轧辊受到来自定模的反向推力时，装配有轧辊的成形轧辊系统受到来自定模的反向推力，然后，成形轧辊系统沿X向自适应导轨45进行X负方向运动，进而挤压X方向弹簧42，而当X方向弹簧42受到挤压时，又向轧辊施加反向推力，进而向轧辊提供X方向的柔性压紧力。在成形U形型材的直角时，若定模与轧辊的接触面均与初始板材平面垂直，则成形后板材会出现回弹，通过旋转调节系统5，释放成形过程中板材的弹性变形。实现方式为：板材存在回弹力作用于轧辊上，成形轧辊系统1由于板材回弹力绕摆动芯轴50向板材相反的方向摆动，在摆动过程中，带动倾角自适应结构51和成形轧辊系统1组成的整体在XZ平面内倾斜，在倾斜过程中，摆动压杆51-6需要完成沿Z轴负方向运动和沿X轴负方向运动的合成运动，即摆动压杆51-6绕摆动芯轴50进行定轴转动；成形轧辊系统1的内侧立板绕摆动芯轴50摆动，该内侧立板带动摆动压杆51-6摆动，摆动压杆51-6的燕尾形滑块沿摆动弧形板51-5的燕尾槽进行X轴负方向运动，同时，摆动压杆51-6沿Z轴负方向下拉摆动弧形板51-5，摆动弧形板51-5带动摆动弹簧下压板51-4，摆动弹簧下压板51-4下压摆动弹簧活塞，进而使摆动弹簧51-1沿Z轴向下运动，摆动弹簧51-1和X方向弹簧分别提供Z方向和X方向的柔性支撑力，成形轧辊系统1绕摆动芯轴50的摆动，实现回弹控制的自适应。综上所述，本发明提供的变截面回弹控制自适应装置及方法，具有以下优点：(1)通过X向运动调节系统实现了成形轧辊系统沿X方向的移动，可以应对型材截面沿宽度方向的变化；(2)通过Z向运动调节系统以及大小齿轮啮合，实现了对成形轧辊的驱动，增大辊压成形的动力；(3)成形轧辊部件可以绕沿Y轴方向的摆动芯轴相对于水平调节部件摆动，回弹量变化是由于成形轧辊部件可以绕Y轴摆动，则轧辊也可以绕沿Y轴方向的摆动芯轴摆动，同时通过X方向弹簧和摆动弹簧提供柔性的支撑力，自动适应回弹量的变化，实现回弹控制的自适应调节。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。