CN113020388B - 一种四自由度横向蒙皮拉伸机 - Google Patents

Abstract

本发明属于拉伸成形技术领域，具体提供了一种四自由度横向蒙皮拉伸机，包括左拉伸单元、右拉伸单元和固定机架，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同，二者左右对称的连接于固定机架上；左拉伸单元包括后水平驱动分支、前水平驱动分支、前垂直驱动分支、后垂直驱动分支和夹钳，该蒙皮拉伸机具有四个自由度，可满足横向曲率较小的单曲率或者曲率变化平缓的蒙皮类零件拉伸成形，具有结构简单，设备价格低廉，经济实用的特点。

Description

一种四自由度横向蒙皮拉伸机

技术领域

本发明属于拉伸成形技术领域，具体涉及一种四自由度横向蒙皮拉伸机。

背景技术

拉伸机是蒙皮类零件拉伸成形的专用设备。拉伸机一般可分为横向蒙皮拉伸机和纵向蒙皮拉伸机，横向蒙皮拉伸机主要用于成形横向曲率较小的单曲率或曲率变化平缓的工件，典型的为法国ACB公司生产的FET-1200型横向蒙皮拉伸机，呈左右对称的结构，单侧有4个分支，其中2个位于水平方向上的分支为4个运动副的T(万向副)C(圆柱副)R(转动副)R结构，另2个位于竖直方向上的分支分别为3个运动副的TCT结构和RCR结构，驱动为8个液压动力的控制作动筒，输出为两个夹钳的运动。该拉伸机采用数控系统控制，具有良好的性能和成形精度，但设备价格昂贵，现阶段主要应用于飞机制造领域。随着科技的发展，大型三维曲面拉伸件越来越多的被应用于高速铁路、汽车、现代建筑等行业中，然而由于现有横向蒙皮拉伸机结构单一，加之设备价格昂贵，限制了横向蒙皮拉伸机在其他领域的应用。

发明内容

本发明提供的一种四自由度横向蒙皮拉伸机目的是克服现有技术中横向蒙皮拉伸机主要应用于飞机制造领域，结构单一，设备价格昂贵，限制了横向蒙皮拉伸机在其他领域的应用问题。

为此，本发明提供了一种四自由度横向蒙皮拉伸机，包括左拉伸单元、右拉伸单元和固定机架，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同且左拉伸单元和右拉伸单元结构左右对称的连接于固定机架上；左拉伸单元包括后水平驱动分支、前水平驱动分支、前垂直驱动分支、后垂直驱动分支和夹钳，夹钳纵向设置，夹钳的左侧前部通过前水平驱动分支连接固定机架，夹钳的左侧后部通过后水平驱动分支连接固定机架，夹钳的下端前部通过前垂直驱动分支连接固定机架，夹钳的下端后部通过后垂直驱动分支连接固定机架。

所述后水平驱动分支包括第一球铰、第一移动副和第一转动副，第一移动副的一端通过第一球铰连接固定机架，另一端通过第一转动副连接夹钳。

所述前水平驱动分支包括第二球铰、第二移动副和第一万向铰，第二移动副的一端通过第二球铰连接固定机架，另一端通过第一万向铰连接夹钳。

所述第一万向铰包括第二转动副和第三转动副，第二移动副的另一端依次通过第二转动副和第三转动副连接夹钳。

所述第一转动副轴线与夹钳纵向轴线平行，第一转动副与第三转动副轴线共线，第二移动副、第二转动副和第三转动副轴线相互垂直，第一球铰和第二球铰中心连线与固定机架横向轴线平行。

所述前垂直驱动分支包括第三球铰、第三移动副和第四球铰，第三移动副一端通过第三球铰连接固定机架，另一端通过第四球铰连接夹钳。

所述后垂直驱动分支包括第四转动副、第五球铰和第四移动副，第四转动副一端通过第五球铰连接固定机架，另一端通过第四转动副连接夹钳。

所述第四转动副轴线与夹钳横向轴线平行，第三球铰和第五球铰中心连线与固定机架横向轴线平行。

所述夹钳包括柱塞缸、钳口体、柱塞、上钳口条和下钳口条，柱塞缸、柱塞、上钳口条和下钳口条的数量均为多个，钳口体的右侧自前向后开设有凹槽，多个柱塞缸自前向后依次等间距连接在凹槽上部，每个柱塞缸内安装1个柱塞，柱塞的下端连接上钳口条，凹槽下部连接下钳口条且上钳口条和下钳口条相对设置。

所述柱塞缸和钳口体为一体式结构。

本发明的有益效果：本发明提供的这种四自由度横向蒙皮拉伸机，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同，二者左右对称的连接于固定机架上，对于单侧拉伸单元而言，前水平驱动分支、后水平驱动分支、前垂直驱动分支和后垂直驱动分支共约束了拉伸机两个移动自由度，使得拉伸机构具有四个自由度，即三个转动自由度和一个移动自由度，拉伸时两侧的拉伸单元(左拉伸单元和右拉伸单元)分别通过两个水平驱动分支(前水平驱动分支、后水平驱动分支)和两个垂直驱动分支(前垂直驱动分支、后垂直驱动分支)的作用使整体式夹钳夹持板材沿着模具切向贴紧模具，主要用于成形横向曲率较小的蒙皮类工件，应用于飞机、高速铁路、汽车、现代建筑等行业中；该种四自由度横向蒙皮拉伸机结构简单，设备价格低廉，经济实用。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是四自由度横向蒙皮拉伸机的立体结构示意图；

图2是四自由度横向蒙皮拉伸机的结构主视图；

图3是四自由度横向蒙皮拉伸机的结构俯视图；

图4是四自由度横向蒙皮拉伸机的结构左视图；

图5是夹钳横向剖视图。

附图标记说明：1、固定机架；2、第三球铰；3、第三移动副；4、第四球铰；5、第四转动副；6、第二球铰；7、第二移动副；8、第一万向铰；9、第二转动副；10、第三转动副；11、第一球铰；12、第一移动副；13、第一转动副；14、第五球铰；15、第四移动副；16、钳口体；17、柱塞；18、上钳口条；19、下钳口条；20、柱塞缸；Ⅰ、后水平驱动分支；Ⅱ、前水平驱动分支；Ⅲ、前垂直驱动分支；Ⅳ、后垂直驱动分支；Ⅴ、夹钳。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，一种四自由度横向蒙皮拉伸机，包括左拉伸单元、右拉伸单元和固定机架1，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同，左拉伸单元、右拉伸单元左右对称的连接于固定机架1上；左拉伸单元包括后水平驱动分支Ⅰ、前水平驱动分支Ⅱ、前垂直驱动分支Ⅲ、后垂直驱动分支Ⅳ和夹钳Ⅴ，夹钳Ⅴ纵向设置，夹钳Ⅴ的左侧前部通过前水平驱动分支Ⅱ连接固定机架1，夹钳Ⅴ的左侧后部通过后水平驱动分支Ⅰ连接固定机架1，夹钳Ⅴ的下端前部通过前垂直驱动分支Ⅲ连接固定机架1，夹钳Ⅴ的下端后部通过后垂直驱动分支Ⅳ连接固定机架1。

本发明提供的这种四自由度横向蒙皮拉伸机，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同，后水平驱动分支Ⅰ、前水平驱动分支Ⅱ、前垂直驱动分支Ⅲ、后垂直驱动分支Ⅳ共约束了拉伸机两个移动自由度，使得拉伸机构具有四个自由度，即三个转动自由度和一个移动自由度，拉伸时两侧的拉伸单元(左拉伸单元和右拉伸单元)分别通过两个水平驱动分支(后水平驱动分支Ⅰ、前水平驱动分支Ⅱ)和两个垂直驱动分支(前垂直驱动分支Ⅲ和后垂直驱动分支Ⅳ)的作用使整体式夹钳夹持板材沿着模具切向贴紧模具，主要用于成形横向曲率较小的蒙皮类工件。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述后水平驱动分支Ⅰ包括第一球铰11、第一移动副12和第一转动副13，第一移动副12的一端通过第一球铰11连接固定机架1，另一端通过第一转动副13连接夹钳Ⅴ。第一球铰11、第一移动副12和第一转动副13组合的后水平驱动分支Ⅰ，在保证带动夹钳Ⅴ灵活转动的基础上，结构简单，经济实用。

进一步的，所述前水平驱动分支Ⅱ包括第二球铰6、第二移动副7和第一万向铰8，第二移动副7的一端通过第二球铰6连接固定机架1，另一端通过第一万向铰8连接夹钳Ⅴ。第二球铰6、第二移动副7和第一万向铰8组合的前水平驱动分支Ⅱ，在保证带动夹钳Ⅴ灵活转动的基础上，结构简单，经济实用。

进一步的，所述第一万向铰8包括第二转动副9和第三转动副10，第二移动副7的另一端依次通过第二转动副9和第三转动副10连接夹钳Ⅴ。该结构转动时灵活度高。

进一步的，所述第一转动副13轴线与夹钳Ⅴ纵向轴线平行，第一转动副13与第三转动副10轴线共线，第二移动副7、第二转动副9和第三转动副10轴线相互垂直，第一球铰11和第二球铰6中心连线与固定机架1横向轴线平行。通过此种布置方式，水平驱动分支(前水平驱动分支Ⅱ和后水平驱动分支Ⅰ)约束了夹钳沿固定机架横向移动。

实施例3：

在实施例2的基础上，所述前垂直驱动分支Ⅲ包括第三球铰2、第三移动副3和第四球铰4，第三移动副3一端通过第三球铰2连接固定机架1，另一端通过第四球铰4连接夹钳Ⅴ。第三球铰2、第三移动副3和第四球铰4组合的前垂直驱动分支Ⅲ，在保证带动夹钳Ⅴ灵活转动的基础上，结构简单，经济实用。

进一步的，所述后垂直驱动分支Ⅳ包括第五球铰14、第四移动副15和第四转动副5，第四移动副15一端通过第五球铰14连接固定机架1，另一端通过第四转动副5连接夹钳Ⅴ。第五球铰14、第四移动副15和第四转动副5组合的后垂直驱动分支Ⅳ，在保证带动夹钳Ⅴ灵活转动的基础上，结构简单，经济实用。

进一步的，所述第四转动副5轴线与夹钳Ⅴ横向轴线平行，第三球铰2和第五球铰14中心连线与固定机架1横向轴线平行。通过此种布置方式，垂直驱动分支(前垂直驱动分支Ⅲ和后垂直驱动分支Ⅳ)约束了夹钳沿固定机架纵向移动。

如图5所示，进一步的，所述夹钳Ⅴ包括柱塞缸20、钳口体16、柱塞17、上钳口条18和下钳口条19，柱塞缸20、柱塞17、上钳口条18和下钳口条19的数量均为多个，钳口体16的右侧自前向后开设有凹槽，多个柱塞缸20自前向后依次等间距连接在凹槽上部，每个柱塞缸20内安装1个柱塞17，柱塞17的下端连接上钳口条18，凹槽下部连接下钳口条19且上钳口条18和下钳口条19相对设置。根据坯料的厚度，通过液压控制柱塞缸20内柱塞17的上下移动位置，进而实现上钳口条18和下钳口条19夹紧或松开坯料，便于根据需要夹紧材料，适应性强，结构简单，夹持稳定。

进一步的，所述柱塞缸20和钳口体16为一体式结构。一体式结构结构紧凑，夹紧力大。

进一步的，所述第一移动副12、第二移动副7、第三移动副3、第四移动副15均采用液压缸驱动。液压缸驱动能很方便地实现无级调速，调速范围大，能使夹钳的运动均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击，在相同功率条件下，装置体积小、重量轻、结构紧凑，操作简单，调整控制方便。

本发明的四自由度横向蒙皮拉伸机的工作原理为：首先，拉伸机通过左拉伸单元和右拉伸单元的夹钳夹持住板料两侧，并根据需要进行预拉伸，此后，由于拉伸机具有四个自由度，即三个转动自由度和一个移动自由度，通过分别控制位于固定机架1上左拉伸单元和右拉伸单元中的四个驱动液压缸(第一移动副12、第二移动副7、第三移动副3、第四移动副15)协调动作可使夹钳顺应模具曲面形状做出相应的摆动与转动，实现板料完全贴合拉伸模具。

本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：包括左拉伸单元、右拉伸单元和固定机架(1)，左拉伸单元和右拉伸单元结构相同，左拉伸单元和右拉伸单元左右对称的连接于固定机架(1)上；左拉伸单元包括后水平驱动分支(Ⅰ)、前水平驱动分支(Ⅱ)、前垂直驱动分支(Ⅲ)、后垂直驱动分支(Ⅳ)和夹钳(Ⅴ)，夹钳(Ⅴ)纵向设置，夹钳(Ⅴ)的左侧前部通过前水平驱动分支(Ⅱ)连接固定机架(1)，夹钳(Ⅴ)的左侧后部通过后水平驱动分支(Ⅰ)连接固定机架(1)，夹钳(Ⅴ)的下端前部通过前垂直驱动分支(Ⅲ)连接固定机架(1)，夹钳(Ⅴ)的下端后部通过后垂直驱动分支(Ⅳ)连接固定机架(1)；所述后水平驱动分支(Ⅰ)包括第一球铰(11)、第一移动副(12)和第一转动副(13)，第一移动副(12)的一端通过第一球铰(11)连接固定机架(1)，另一端通过第一转动副(13)连接夹钳(Ⅴ)；所述前水平驱动分支(Ⅱ)包括第二球铰(6)、第二移动副(7)和第一万向铰(8)，第二移动副(7)的一端通过第二球铰(6)连接固定机架(1)，另一端通过第一万向铰(8)连接夹钳(Ⅴ)；所述前垂直驱动分支(Ⅲ)包括第三球铰(2)、第三移动副(3)和第四球铰(4)，第三移动副(3)一端通过第三球铰(2)连接固定机架(1)，另一端通过第四球铰(4)连接夹钳(Ⅴ)；所述后垂直驱动分支(Ⅳ)包括第五球铰(14)、第四移动副(15)和第四转动副(5)，第四移动副(15)一端通过第五球铰(14)连接固定机架(1)，另一端通过第四转动副(5)连接夹钳(Ⅴ)。

2.如权利要求1所述的四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：所述第一万向铰(8)包括第二转动副(9)和第三转动副(10)，第二移动副(7)的另一端依次通过第二转动副(9)和第三转动副(10)连接夹钳(Ⅴ)。

3.如权利要求2所述的四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：所述第一转动副(13)轴线与夹钳(Ⅴ)纵向轴线平行，第一转动副(13)与第三转动副(10)轴线共线，第二移动副(7)、第二转动副(9)和第三转动副(10)轴线相互垂直，第一球铰(11)和第二球铰(6)中心连线与固定机架(1)横向轴线平行。

4.如权利要求3所述的四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：所述第四转动副(5)轴线与夹钳(Ⅴ)横向轴线平行，第三球铰(2)和第五球铰(14)中心连线与固定机架(1)横向轴线平行。

5.如权利要求4所述的四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：所述夹钳(Ⅴ)包括柱塞缸(20)、钳口体(16)、柱塞(17)、上钳口条(18)和下钳口条(19)，柱塞缸(20)、柱塞(17)、上钳口条(18)和下钳口条(19)的数量均为多个，钳口体(16)的右侧自前向后开设有凹槽，多个柱塞缸(20)自前向后依次等间距连接在凹槽上部，每个柱塞缸(20)内安装1个柱塞(17)，柱塞(17)的下端连接上钳口条(18)，凹槽下部连接下钳口条(19)且上钳口条(18)和下钳口条(19)相对设置。

6.如权利要求5所述的四自由度横向蒙皮拉伸机，其特征在于：所述第一移动副(12)、第二移动副(7)、第三移动副(3)、第四移动副(15)均采用液压缸驱动。

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