本发明涉及型材加工成形装置，具体地说是用于船用肋骨型材双曲成形加工的高强度型材双曲成形装置及其加工控制方法，适用于船用肋骨型材的双曲成形加工。
背景技术：
我国的造船业在近几年进入了快速发展阶段。造船所用肋骨型材是专用型材，具有较轻的质量和更好的强重比。由于这种型材具有较大的截面尺寸和较高的强度，所以其有效快速成形是造船业需要解决的一大难题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提出一种可靠实现船用肋骨型材双曲成形的装置及其控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高强度型材双曲成形装置，包括框架本体、压紧油缸立架、压紧油缸、上胎具、下胎具、下支撑台、轴承座、旋转内圈、夹具、齿条及伸缩油缸，其中压紧油缸立架、下支撑台、轴承座及伸缩油缸分别安装于框架本体上，所述压紧油缸固定在压紧油缸立架上，压紧油缸活塞杆的一端与该压紧油缸的活塞相连，另一端与所述上胎具的一端连接，所述下胎具的一端安装于下支撑台上，该下胎具的另一端与所述上胎具的一端分别加工有与待成形型材外形相匹配的槽型；所述旋转内圈的一端转动安装于轴承座内，另一端安装有夹具，待成形的所述型材的一端通过夹具夹紧，另一端穿过旋转内圈后位于所述上胎具与下胎具之间；伸缩油缸活塞杆的一端与所述伸缩油缸的活塞连接，所述伸缩油缸活塞杆的另一端连接有齿条，该齿条位于所述旋转内圈另一端的下方，所述旋转内圈另一端的外表面设有与齿条啮合的齿形结构，所述齿条通过伸缩油缸驱动沿伸缩油缸的轴向移动，通过与所述旋转内圈上的齿形结构啮合，带动所述旋转内圈转动，进而通过所述夹具带动型材随旋转内圈转动；所述压紧油缸驱动上胎具下压，与所述下胎具共同压紧型材。
所述框架本体上开设有燕尾槽，所述齿条底部设有燕尾滑块，该燕尾滑块容置于所述燕尾槽内。
所述旋转内圈的一端通过滚动轴承与轴承座转动连接，该旋转内圈外伸于所述轴承座的另一端为实心圆盘，所述实心圆盘的中间沿轴向开设有与型材最大尺寸相对应、供型材通过的通槽，所述夹具固定于旋转内圈的实心圆盘上。
所述滚动轴承的内圈与旋转内圈之间为过盈配合。
所述框架本体上安装有光栅尺，该光栅尺的定尺固接在框架本体上，所述光栅尺的动块安装于齿条上，随所述齿条移动。
所述压紧油缸垂直安装于压紧油缸立架上，所述压紧油缸活塞杆通过压紧油缸的驱动沿压紧油缸的轴向上下移动。
高强度型材双曲成形装置的控制方法，包括以下步骤：
控制压紧油缸动作：通过控制电磁阀驱动压紧油缸落下，当检测压紧油缸压紧到位的光电开关有信号后，继续保持电磁阀得电，始终使压紧油缸压紧型材使其不发生移动；
控制伸缩油缸动作：通过pid算法控制模拟量输出给比例伺服电磁阀控制信号，通过比例伺服电磁阀使伸缩油缸逐渐加压伸出，根据齿条应行走的位移目标值进行控制；当达到位移目标值后，pid算法控制保持伸缩油缸的位置不动，且停留保持时间若干秒后，伸缩油缸卸压使型材处于自由状态；然后根据光栅尺反馈的齿条位移判断旋转内圈实际旋转角度是否在允许误差范围内；是则结束当前操作，如果不是，则重复控制伸缩油缸动作步骤，直到旋转内圈实际旋转角度在允许误差范围内；
释放型材：松开夹具，抬起压紧油缸。
所述控制压紧油缸动作步骤之前进行机构初始化：控制压紧油缸抬起，将型材通过吊装输送的方式摆放到位，夹具夹紧。
所述释放型材后，继续进料，依次重复控制压紧油缸动作、控制伸缩油缸动作、释放型材步骤，直接整根型材完成扭转双曲成形操作为止。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明结构新颖，构造简单，包括固定夹紧装置、快速夹具和实现定角度的扭转装置。
2.由于采用简单的电、液、配合，可通过逐段扭转实现整根型材的双曲成形。
3.本发明除机械结构外，还包括完善的电气控制程序，保证整个双曲成形过程可靠高效。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明方法控制程序流程图；
其中：1为框架本体，2为压紧油缸主架，3为压紧油缸，4为压紧油缸活塞杆，5为上胎具，6为下胎具，7为下支撑台，8为轴承座，9为滚动轴承，10为旋转内圈，11为夹具，12为齿条，13为光栅尺，14为伸缩油缸，15为伸缩油缸活塞杆，16为型材，17为燕尾滑块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括框架本体1、压紧油缸立架2、压紧油缸3、上胎具5、下胎具6、下支撑台7、轴承座8、旋转内圈10、夹具11、齿条12及伸缩油缸14，其中压紧油缸立架2竖起安装在框架本体1上，压紧油缸3通过固定件垂直安装在压紧油缸立架2上，压紧油缸活塞杆4的一端与压紧油缸3的活塞相连，另一端通过螺栓与上胎具5的一端固接，压紧油缸活塞杆4通过压紧油缸3的驱动沿压紧油缸3的轴向上下移动。上胎具5的另一端加工有与待成形型材16外形相匹配的槽型。下支撑台7焊接在框架本体1上，下胎具6的一端通过螺栓固接于下支撑台7上，下胎具6的另一端与加工有与待成形型材16外形相匹配的槽型，当上胎具5与下胎具7压合后，可以将型材16有效固定住，进而形成本发明的垂直固定装置部分。
本发明的另一部分为实现双曲成形的扭转装置，即轴承座8通过螺栓固定在框架本体1上，旋转内圈10的一端通过滚动轴承9转动安装于轴承座8内，另一端安装有夹具11。本实施例的滚动轴承9的外圈与轴承座8相配合，滚动轴承9的内圈与旋转内圈10的一端之间为过盈配合。本实施例旋转内圈10外伸于轴承座8的另一端为实心圆盘，实心圆盘的中间沿轴向开设有与型材16最大尺寸相对应的通槽，可以让型材16通过该实心圆盘，夹具11通过螺栓与于旋转内圈10的实心圆盘固定，并起到固定型材16的作用，可以使型材16随旋转内圈10产生旋转运动。待成形的型材16的一端通过夹具11夹紧，另一端穿过旋转内圈10后位于上胎具5与下胎具6之间。
伸缩油缸14通过紧固件固定在框架本体1上。伸缩油缸活塞杆15的一端与伸缩油缸14内部的活塞相连，并可沿伸缩油缸14的轴向移动；伸缩油缸活塞杆15的另一端螺纹连接有齿条12，该齿条12位于旋转内圈10另一端实心圆盘的下方，旋转内圈10另一端实心圆盘的外表面设有与齿条12啮合的齿形结构。本实施例的框架本体1上开设有燕尾槽，齿条12底部设有燕尾滑块17，该燕尾滑块17容置于燕尾槽内，保证齿条12的运动方向。齿条12通过伸缩油缸14驱动沿伸缩油缸14的轴向移动，通过与旋转内圈10上的齿形结构啮合，带动旋转内圈10转动，进而通过夹具11带动型材16随旋转内圈10转动。
本实施例的框架本体1上还安装有光栅尺13，该光栅尺13的定尺通过螺栓固接在框架本体1上，光栅尺13的动块通过螺栓安装于齿条12上，随齿条12移动，反馈齿条12的位移。
本发明的工作原理为：
型材16以t型材的双曲成形加工为例：
先将型材16通过吊装输送的方式摆放到位，用夹具11夹紧型材16的一端。然后，压紧油缸3工作，驱动压紧油缸活塞杆4落下，进而带动上胎具5下降，利用上胎具5与下胎具6夹紧型材16的另一端。
伸缩油缸14工作，驱动伸缩油缸活塞杆15逐渐伸出，进而带动齿条12移动设定距离；齿条12移动的过程中，与旋转内圈10上的齿形结构相啮合，带动旋转内圈10旋转至设定的旋转角度，进而利用夹具11带动型材16转动。
松开夹具11，压紧油缸3带动压紧油缸活塞杆4向上抬起，继续进料，再重复上述过程，直至整根型材16完成扭转双曲成形操作为止。
本发明装置通过控制装置实现自动控制。本实施例以自以动控制为例。
为了实现型材的双曲成形的自动控制，还需要以下控制装置：
用于提供液压动力的液压站；
用于控制压紧油缸3的电磁阀和伸缩油缸14的比例伺服电磁阀；
用于检测压紧油缸3压紧到位的光电开关；
用于检伸缩油缸14位移的光栅尺和行程保护的限位开关；
本实施例采用西门子plc-s1200控制器做主控制部件，配套一个提供液压动力的液压站，液压站最大压力为25mpa，带有各种保护措施。用于控制压紧油缸3的电磁阀和伸缩油缸14的比例伺服电磁阀。用于检测压紧油缸3压紧到位的光电开关；用于检伸缩油缸14位移的光栅尺和行程保护的限位开关。
本实施例以t型材的双曲成形加工为例。
如图2所示，本发明t型材的双曲成形的控制方法如下：
开始，启动自检程序，参数、机构初始化；参数包括：旋转内圈10齿轮的节圆半径350mm，t型材形变的角度值设为5度；t型材弹性反弹过冲角度设为1度；计算齿条应行走的位移＝36.652mm；t型材形变保持时间，设为5秒；机构初始化主要是将压紧油缸3抬起，将型材16通过吊装输送的方式摆放到位，夹具11夹紧。
控制器收到启动命令后，首先通过控制电磁阀驱动压紧油缸3落下，当检测压紧油缸3压紧到位的光电开关有信号后，继续保持电磁阀得电，始终使压紧油缸3压紧型材16；
通过pid控制模拟量输出给到比例伺服电磁阀控制信号，比例伺服电磁阀使伸缩油缸14逐渐加压伸出，以齿条应行走的位移36.652mm为目标值进行控制，当达到该位移值后，pid控制保持伸缩油缸14的位置不动，停留保持时间5秒，后伸缩油缸14卸压，让型材16处于自由状态，由于弹性作用，会有稍许反弹，然后评判旋转内圈10实际旋转角度是否在允许误差范围内，是则结束当前操作，如果不是，则重复上述过程，直到旋转内圈10实际旋转角度达到误差要求；
松开夹具11，抬起压紧油缸3；
继续进料，重复上述过程，直接整根型材完成扭转双曲成形操作为止。
1.一种高强度型材双曲成形装置，其特征在于：包括框架本体(1)、压紧油缸立架(2)、压紧油缸(3)、上胎具(5)、下胎具(6)、下支撑台(7)、轴承座(8)、旋转内圈(10)、夹具(11)、齿条(12)及伸缩油缸(14)，其中压紧油缸立架(2)、下支撑台(7)、轴承座(8)及伸缩油缸(14)分别安装于框架本体(1)上，所述压紧油缸(3)固定在压紧油缸立架(2)上，压紧油缸活塞杆(4)的一端与该压紧油缸(3)的活塞相连，另一端与所述上胎具(5)的一端连接，所述下胎具(6)的一端安装于下支撑台(7)上，该下胎具(6)的另一端与所述上胎具(5)的一端分别加工有与待成形型材(16)外形相匹配的槽型；所述旋转内圈(10)的一端转动安装于轴承座(8)内，另一端安装有夹具(11)，待成形的所述型材(16)的一端通过夹具(11)夹紧，另一端穿过旋转内圈(10)后位于所述上胎具(5)与下胎具(6)之间；伸缩油缸活塞杆(15)的一端与所述伸缩油缸(14)的活塞连接，所述伸缩油缸活塞杆(15)的另一端连接有齿条(12)，该齿条(12)位于所述旋转内圈(10)另一端的下方，所述旋转内圈(10)另一端的外表面设有与齿条(12)啮合的齿形结构，所述齿条(12)通过伸缩油缸(14)驱动沿伸缩油缸(14)的轴向移动，通过与所述旋转内圈(10)上的齿形结构啮合，带动所述旋转内圈(10)转动，进而通过所述夹具(11)带动型材(16)随旋转内圈(10)转动；所述压紧油缸(3)驱动上胎具(5)下压，与所述下胎具(6)共同压紧型材(16)。
2.根据权利要求1所述的高强度型材双曲成形装置，其特征在于：所述框架本体(1)上开设有燕尾槽，所述齿条(12)底部设有燕尾滑块(17)，该燕尾滑块(17)容置于所述燕尾槽内。
3.根据权利要求1所述的高强度型材双曲成形装置，其特征在于：所述旋转内圈(10)的一端通过滚动轴承(9)与轴承座(8)转动连接，该旋转内圈(10)外伸于所述轴承座(8)的另一端为实心圆盘，所述实心圆盘的中间沿轴向开设有与型材(16)最大尺寸相对应、供型材(16)通过的通槽，所述夹具(11)固定于旋转内圈(10)的实心圆盘上。
4.根据权利要求3所述的高强度型材双曲成形装置，其特征在于：所述滚动轴承(9)的内圈与旋转内圈(10)之间为过盈配合。
5.根据权利要求1所述的高强度型材双曲成形装置，其特征在于：所述框架本体(1)上安装有光栅尺(13)，该光栅尺(13)的定尺固接在框架本体(1)上，所述光栅尺(13)的动块安装于齿条(12)上，随所述齿条(12)移动。
6.根据权利要求1所述的高强度型材双曲成形装置，其特征在于：所述压紧油缸(3)垂直安装于压紧油缸立架(2)上，所述压紧油缸活塞杆(4)通过压紧油缸(3)的驱动沿压紧油缸(3)的轴向上下移动。
7.一种权利要求1至6任一权利要求所述高强度型材双曲成形装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制压紧油缸动作：通过控制电磁阀驱动压紧油缸(3)落下，当检测压紧油缸(3)压紧到位的光电开关有信号后，继续保持电磁阀得电，始终使压紧油缸(3)压紧型材(16)使其不发生移动；
控制伸缩油缸动作：通过pid算法控制模拟量输出给比例伺服电磁阀控制信号，通过比例伺服电磁阀使伸缩油缸(14)逐渐加压伸出，根据齿条应行走的位移目标值进行控制；当达到位移目标值后，pid算法控制保持伸缩油缸(14)的位置不动，且停留保持时间若干秒后，伸缩油缸(14)卸压使型材(16)处于自由状态；然后根据光栅尺(13)反馈的齿条位移判断旋转内圈(10)实际旋转角度是否在允许误差范围内；是则结束当前操作，如果不是，则重复控制伸缩油缸动作步骤，直到旋转内圈(10)实际旋转角度在允许误差范围内；
释放型材：松开夹具(11)，抬起压紧油缸(3)。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制压紧油缸动作步骤之前进行机构初始化：控制压紧油缸(3)抬起，将型材(16)通过吊装输送的方式摆放到位，夹具(11)夹紧。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述释放型材后，继续进料，依次重复控制压紧油缸动作、控制伸缩油缸动作、释放型材步骤，直接整根型材完成扭转双曲成形操作为止。
技术总结