专利名称：快速调形的板材多点成形装置的制作方法
技术领域：
板材无模多点成形装置是对板材进行塑性加工的设备，属于机械工程领域。
背景技术：
目前，板材成形主要采用各种压力机通过模具来实现。每一种零部件都需要一套或数套模具才能完成成形过程。传统的板材成形装置自动化程度较低，其效率和加工质量及精度无法满足现代工业生产的需要。板材无模多点成形装置是采用计算机控制的先进板材成形设备。利用多个规则排列的，高度可调的基本体(冲头)而随意改变成形面形状，取代传统的模具来实现板类件的无模成形，是对现有板类件成形设备的根本改革和创新，对我国机械制造业的技术进步将产生巨大的影响。
发明内容
本发明的目的在于改变传统的利用模具使板材成形的加工方式，提供一种可实现自动控制的以无模多点成形技术为基础的板材无模多点成形装置。
本发明的上述目的是这样实现的，结合
如下。
板材无模多点成形装置由上下基本体控制单元群，调整机构，加载机构和机架组成，上下基本体控制单元群由多个可以独立调整的基本体控制单元组成，每个基本体控制单元由其独立的调整机构调整可沿其轴向自由移动，并可在任意位置定位，调整出所需曲面后，再由加载机构加载成形。
独立调整机构由调整应用电机12，简易转角检测装置13，控制电路14组成，简易转角检测装置13装在调整应用电机12的电机后端输出轴15上，简易转角检测装置13由槽型光藕16和三叶轮17组合而成，控制电路分为多个功能板，再用立体组合法构成紧凑的控制单元，且安装在调整应用电机12上，组成一体化结构。
独立调整机构采用主从式控制方式，由一台计算机实现多个基本体的同时调整，所说的主从式控制方式是一台计算机下布置多个中继器，再用每一个中继器控制多台电机，中继器采用双CPU结构。
独立调整机构采用多层布置方式。
所说的独立调整机构使用限制电机扭矩的控制方式，对基本体群的调平或调零。
独立调整机构的机械手电磁铁与柔性夹头布置在同一轴线上。
本发明与现在的压力机相比，彻底改变了传统整体模具成形的形式，实现板材的无模成形，省去模具的设计、制造和调试工序，生产准备时间缩短为模具成形时的数十分之一或数百分之一，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等。
下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。
图1是具有三梁四柱式机架的板材无模多点成形装置的结构示意图；图2是基本体及其控制单元的结构示意图；图3是简易角度检测装置的示意图；图4是在电机间隙布置单加强筋的示意图；图5是在电机间隙布置双加强筋的示意图；图6控制系统原理框图；图7半双工中继器电气原理框图；图8控制单元电气原理框图。
图中1.下基本体控制单元群 2.下压边缸 3.成形工件 4.上基本体控制单元群 5.上压边缸 6.活动横梁 7.工作油缸 8.液压机架即上横梁 9.上压边圈 10.下压边圈 11.冲头12.调整应用电机 13.简易转角检测装置 14.控制电路 15.电机轴 16.槽型光藕 17.三叶轮 18.基本体固定大板 19.单加强筋 20.电机输出轴 21.双加强筋具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。
所谓的多点成形装置是指在曲面造型后，通过每个冲头的调整机构在成形前调整成所需成形曲面，所有的基本体可以同时进行调整。本发明的快速调形的板材多点成形装置参阅图1板材无模多点成型装置是由上下横梁通过四根圆柱连接到一起，活动横梁6在上下横梁之间的四根圆柱上滑动，四根圆柱起导向作用；上下基本体群和在基本体四周布置的压边装置(该压边装置可根据需要决定是否安装)一起分别固定在两块大板上，上基本体群和大板固定在活动横梁6上随活动横梁6上下移动，下基本体群和大板一起固定在下横梁上。成形时，上基本体群和压边装置随活动横梁6向下移动，与固定在下横梁上的下基本体群对压使零件成形。
该装置主要由上下基本体控制单元群，调整机构，加载机构和机架组成，上下基本体控制单元群由多个可以独立调整的基本体控制单元组成。
独立调整机构由调整应用电机12(可以采用普通微型减速电机)，简易转角检测装置13，控制电路14(可以采用CPU处理集成电路)组成，通过相应软件实现反馈控制，精确控制基本体的行程，简易转角检测装置13装在调整应用电机12的电机后端输出轴15上，简易转角检测装置13由槽型光藕16和三叶轮17组合而成，控制电路分为多个功能板，再用立体组合法构成紧凑的控制单元，且安装在调整应用电机12上，组成一体化结构。简易角度检测装置13是为了控制位移和速度，要对电机的转数和转速进行控制而设置的。其结构参阅图3。
为实现对基本体的调整位移与速度的控制，一般要有控制信号、检测信号及检测位移传感器的电源。检测位移的传感器要与运动部件和固定部件连接；对于无模多点成形装置而言，要使用成百上千个规则排列的，高度可调的基本体(冲头11)，每个基本体都有控制信号、检测信号及检测位移传感器的电源。为实现无模多点成形，图2所示基本体单元由基本体、简易角度检测装置13和多块集成电路组成，结构非常紧凑。
参阅图5利用电机输出轴20的偏心结构，为了改善基本体固定大板18的受力状态，在电机之间可以布置单加强筋19参阅图4，也可以布置双加强筋21独立调整机构采用主从式控制方式，由一台计算机实现多个基本体的同时调整，所说的主从式控制方式是一台计算机下布置多个中继器，再用每一个中继器控制多台电机，中继器采用双CPU结构。
所有基本体控制单元同主计算机构成主从式计算机控制网，其结构参阅图6所示整个控制网采用RS485或其它工业现场网络。由于网络的标准限制，一个计算机接口只能和一定数量的控制单元相连，例如在RS4SS标准中，最多只能连接32个控制单元。为了能同时控制大量的基本体，采用中继器对网络进行扩展，当需要扩展通讯距离时，所有中继器应串联连接，在板材无模多点快速成形装置中，因要扩展通讯接点数量，所有中继器采用并朕连接如图6中虚线框所示。在图6所示的控制网络中，计算机及每个控制单元在逻辑上有对等性，即计算机及每个控制单元所发出的信息将遍历网络上的所有单元。为了实现主计算机与每个控制单之间的通讯，每帧数据至少应包含如下信息(1)起始及同步，(2)命令或响应，(3)通讯单元编码，(4)数据，(5)结束及校验。
参阅图6为了实现通讯方向的自动切换，中继器采用双CPU对称结构，通讯过程为“串行——并行——串行”方式，中继器两个端中对称。为提高中继器抗干扰性能，中继器的两个CPU互看门狗(WatChDog)，当一个CPU因意外原因死机时，另一个CPU会“觉察”到并发出复位命令使死机的CPU重新起动并正常运行。
控制单元的主要功能是接收上位计算机的命令和数据，并按命令完成相应的控制功能。其结构参阅图形7所示。整个控制单元由一片单片机(CPU)作为控制核心，通过RS485通讯接口接收命令和向上位计算机返回运行状态。CPU根据收到的控制命令的不同，通过光电隔离电路向程控扭矩电机驱动器发出控制命令，使电机按需要的扭矩和转速转动，并通过转角检测装置向CPU返回转角信息，实现闭环控制，进而达到精确调整基本体的目的。转角检测装置由槽型光耦、叶轮和相关电路构成。只用一个槽型光耦和叶轮做转角检测时，只能检测到转过的角度，不能识别旋转方向。在基本体控制单元中，由于电机转向由CPU控制，所以只识别转过的角度就能计算出基本体的调整方向和高度。
通过程控扭矩电机驱动器，CPU可以控制电机在曲面调形和初始位调整时用不同的最大扭矩和速度，达到最佳的控制效果。看门狗电路能够在CPU死机时自动复位并重新起动计算机。在软件上，采用特殊处理方法，使CPU重新起动后“记住”死机前的运行点并接着断点继续运行。
为了独立控制基本体控制单元按常规有电源线、位移检测信号线和反馈线等近十根线，共有近四百个基本体(有时上千个基本体)，这样多的线是无法连接的，且故障率也高。因此，本技术采用的独立调整机构采用多层布置方式，都集中布置在基本体的后部，使整体结构更加紧凑。
由于基本体的机械间隙、检测误差、计算误差等各种误差运行多次以后，基本体造型产生误差，为了消除误差，运行多次以后需对基本体群调平(调零)。本发明使用限制电机扭矩的控制方式，对基本体群的调平或调零。为简单起见，利用一块平面板放置在工作台上，尽量与基本体群垂直(垂直度按要求而定)，这是调整基本体与平面板接触，当电机扭矩(流经电机的电流)增加到一定值时，反馈一个信号给计算机，使电机停转并反转一定转数，其它基本体也如此运行一遍。
为了适应不同的板材零件的形状和成形方式的需要，上下基本体控制单元群数可以变化，压边缸数也可以变化。
权利要求
1.板材无模多点成形装置由上下基本体控制单元群，调整机构，加载机构和机架组成，其特征在于上下基本体控制单元群由多个可以独立调整的基本体控制单元组成，每个基本体控制单元由其独立的调整机构调整可沿其轴向自由移动，并可在任意位置定位，调整出所需曲面后，再由加载机构加载成形。
2.按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的独立调整机构由调整应用电机(12)，简易转角检测装置(13)，控制电路(14)组成，简易转角检测装置(13)装在调整应用电机(12)的电机后端输出轴(15)上，简易转角检测装置(13)由槽型光藕(16)和三叶轮(17)组合而成，控制电路分为多个功能板，再用立体组合法构成紧凑的控制单元，且安装在调整应用电机(12)上，组成一体化结构。
3.按权利要求1或2所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的独立调整机构采用主从式控制方式，由一台计算机实现多个基本体的同时调整，所说的主从式控制方式是一台计算机下布置多个中继器，再用每一个中继器控制多台电机，中继器采用双CPU结构。
4.按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的独立调整机构采用多层布置方式。
5.按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的独立调整机构使用限制电机扭矩的控制方式，对基本体群的调平或调零。
6.按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，其特征在于调整机构的机械手电磁铁与柔性夹头布置在同一轴线上。
全文摘要
快速调形的板材多点成形装置是对板材进行塑性加工的设备,属于机械工程领域。板材无模多点成形装置由上下基本体控制单元群,调整机构,加载机构和机架组成。上下基本体控制单元群由多个可以独立调整的基本体控制单元组成,每个基本体控制单元由其独立的调整机构调整可沿其轴向自由移动,并可在任意位置定位,调整出所需曲面后,再由加载机构加载成形。
文档编号B21D37/00GK1385260SQ0210986
公开日2002年12月18日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者李明哲, 隋振, 付文智, 崔相吉, 陈建军, 李湘吉, 蔡中义, 李东平, 苏世忠, 严庆光, 阎雪萍, 陈庆敏, 刘纯国, 李东成 申请人:吉林大学