专利摘要

本公开提供一种多工具头柔性渐进成形装置及方法，涉及渐进成形领域，包括安装在保护壳上轴线共面的三个间隔布置的刀柄，位于两侧的两个刀柄上分别通过曲柄连接有侧工具头，中间的刀柄同轴连接有中间工具头，刀柄上均配合有传动齿轮，相邻刀柄对应的传动齿轮相啮合，传动齿轮在第一驱动机构作用下带动刀柄绕对应轴线自转，维持侧工具头和中间工具头轴线共面，并改变两个侧工具头的间距；将多个工具头安装在保护壳上，整体能够安装于机床主轴，解决了数控机床上不能直接实现多点渐进成形和多工具头间距无法调节的问题，提高了渐进成形技术的加工效率。

权利要求

1.一种多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，包括安装在保护壳上轴线共面的三个间隔布置的刀柄，位于两侧的两个刀柄上分别通过曲柄连接有侧工具头， 中间的刀柄同轴连接有中间工具头，刀柄上均配合有传动齿轮，相邻刀柄对应的传动齿轮相啮合，传动齿轮在第一驱动机构作用下带动刀柄绕对应轴线自转，维持侧工具头和中间工具头轴线共面，并改变两个侧工具头的间距。

2.如权利要求 1 所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，所述刀柄分别与保护壳配合，刀柄一端穿过保护壳连接工具头，另一端位于保护壳内与保护壳转动连接，第一驱动机构输出端通过齿轮与中间刀柄上的传动齿轮啮合传动。

3.如权利要求 1 所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，所述保护壳远离工具头的一端转动连接有保护套，保护壳通过相对于保护套的转动带动工具头改变与保护套的相对夹角；所述相对夹角指的是工具头连线的偏移角度，即保护套相对于保护壳转动的转动角；

其中保护壳通过转动副连接保护套，转动副的转动轴线、保护壳轴线、保护套轴线和中间刀柄轴线共线，第二驱动机构配合传动副驱动保护壳相对于保护套转动。

4.如权利要求 1 所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，所述曲柄一端对接刀柄，另一端对接侧工具头，侧工具头轴线与对应的刀柄轴线平行且呈间隔布置，两个侧工具头对应的两个曲柄结构相同，两个侧工具头分别在对应刀柄的驱动下绕刀柄轴线转动改变与中间工具头的间距。

5.如权利要求 4 所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，所述侧工具头、中间工具头所在轴线平行布置，两个侧工具头相对于中间工具头轴线对称布置。

6.如权利要求 1 所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，所述传动齿轮配合有锁止机构，用于在调整工具头间距后锁定刀柄。

7.一种柔性渐进成形方法，利用如权利要求 1-6 任一项所述的多工具头柔性渐进成形装置，其特征在于，包括以下步骤：

将多工具头柔性渐进成形装置安装在数控机床主轴上，对被夹持并进行坐标标定后的板材进行加工；

依据所需加工轨迹驱动刀柄转动改变侧工具头与中间工具头的间距，调节至所需状态；

主轴带动工具头移动，工具头对板件进行渐进成形加工。

8.如权利要求 7 所述的柔性渐进成形方法，其特征在于，在调整工具头的间距到满足需求后，利用锁止机构配合第一驱动机构对传动齿轮进行锁止。

9.如权利要求 7 所述的柔性渐进成形方法，其特征在于，在主轴带动工具头进行移动的同时，调整工具头与板材的相对位置，使工具头的连线垂直于加工轨迹的方向。

说明书

技术领域

本公开涉及渐进成形领域，特别涉及一种多工具头柔性渐进成形装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在金属板材加工技术中，渐进成形技术作为一种新型的板材加工技术是一种柔性加工技术，其利用“分层制造”的方法将三维模型沿高度方向离散成一系列二维模型，通过数控系统控制渐进成形工具头的运动，逐层实现金属板材的塑性成形。渐进成形技术能较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种地零件加工问题。

发明人发现，目前渐进成形设备通常只装配有一个主轴，严重限制了其加工效率的提高，虽然采用多个工具头同时成形(多点渐进成形)是一种提高加工效率的有效手段。但是大多数多点渐进成形设备不能直接依托通用数控机床，其特有的加工装置和控制装置使得其造价昂贵；同时，目前的成形工具与装置在加工时不能随加工要求改变工具头之间的距离，且需更换工具头或二次装夹板材，在更换工具头和二次装夹板材时，需要重新标定坐标系，使得加工效率较低，并且，在多次标定过程中出现偏差时，会导致加工后的板材性能下降。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种多工具头柔性渐进成形装置及方法，将多个工具头安装在保护壳上，整体能够安装于机床主轴，解决了数控机床上不能直接实现多点渐进成形和多工具头间距无法调节的问题，提高了渐进成形技术的加工效率。

本公开的第一目的是提供一种多工具头柔性渐进成形装置，采用以下技术方案：

包括安装在保护壳上轴线共面的三个间隔布置的刀柄，位于两侧的两个刀柄上分别通过曲柄连接有侧工具头，中间的刀柄同轴连接有中间工具头，刀柄上均配合有传动齿轮，相邻刀柄对应的传动齿轮相啮合，传动齿轮在第一驱动机构作用下带动刀柄绕对应轴线自转，维持侧工具头和中间工具头轴线共面，并改变两个侧工具头的间距。

进一步地，所述刀柄分别与保护壳配合，刀柄一端穿过保护壳连接工具头，另一端位于保护壳内与保护壳转动连接，第一驱动机构输出端通过齿轮与中间刀柄上的传动齿轮啮合传动。

进一步地，所述保护壳远离工具头的一端转动连接有保护套，保护壳通过相对于保护套的转动带动工具头改变与保护套的相对夹角。

进一步地，所述保护壳通过转动副连接保护套，转动副的转动轴线、保护壳轴线、保护套轴线和中间刀柄轴线共线，第二驱动机构配合传动副驱动保护壳相对于保护套转动。

进一步地，所述曲柄一端对接刀柄，另一端对接侧工具头，侧工具头轴线与对应的刀柄轴线平行且呈间隔布置，两个侧工具头对应的两个曲柄结构相同，分别在对应刀柄的驱动下绕刀柄轴线转动改变与中间工具头的间距。

进一步地，所述侧工具头、中间工具头所在轴线平行布置，两个侧工具头相对于中间工具头轴线对称布置。

进一步地，所述传动齿轮配合有锁止机构，用于在调整工具头间距后锁定刀柄转动。

本公开的第二目的是提供一种柔性渐进成形方法，利用如上所述的多工具头柔性渐进成形装置，包括以下步骤：

将多工具头柔性渐进成形装置安装在数控机床主轴上，对夹持被进行坐标标定的后的板材进行加工；

依据所需加工轨迹驱动刀柄转动改变侧工具头与中间工具头的间距，调节至所需状态；

主轴带动工具头移动，工具头对板件进行渐进成形加工。

进一步地，在调整工具头的间距到满足需求后，利用锁止机构配合第一驱动机构对传动齿轮进行锁止。

进一步地，在主轴带动工具头进行移动的同时，调整工具头与板材的相对位置，使得工具头轴线所在的平面垂直于加工轨迹的方向。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)将多个工具头安装在保护壳上，整体能够安装于机床主轴，解决了数控机床上不能直接实现多点渐进成形和多工具头间距无法调节的问题，提高了渐进成形技术的加工效率；

(2)通过操作曲柄，改变曲柄在刀柄转动下的角度，能够对工具头的相对位置进行调整，从而依据目标加工需求，更换满足加工需求的合适尺寸的曲柄和工具头，组装间距可调的柔性渐进成形工具，可按照不同的加工技术要求，选择不同长度的曲轴和不同直径的工具头，扩大了间距可调的柔性渐进成形工具的适用范围；

(3)采用保护壳和保护套对工具头进行安装和集成，能够使得其作为一个整体的刀具安装在机床主轴上，从而能够利用现有的机床来进行渐进成形加工，三个工具头同时进行操作，无需重复多次加工相同的轨迹，提高了加工效率；

(4)通过多工具头间距调节装置可在加工时调整工具头间距，无需二次拆卸替换工具头即可完成工具头的间距调节，减少了拆卸次数，从而避免了多次安装带来的累计误差，提高了成形板材的加工精度和成形性能；

(5)工具头所配合的刀柄在传动齿轮作用下进行转动，从而在加工过程中，能够及时调整由于曲柄工具头旋转导致的角度偏移，方便及时的进行加工过程的角度修正，提高加工精度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中成形装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中刀柄与保护壳的配合结构示意图；

图3为本公开实施例1、2中刀柄与传动齿轮配合的结构示意图；

图4为本公开实施例1、2中工具头移动轨迹及间距调节示意图；

图5为本公开实施例1、2中外端保护套的结构示意图；

图6为本公开实施例1、2中曲柄、刀柄和工具头配合的结构示意图。

图中，1、夹持端盖；2、外端保护套；3、保护套；4、连接端盖；5、保护壳；6、第一曲柄；7、第一侧工具头；8、中间工具头；9、第二侧工具头；10、第二曲柄；11、第一刀柄；12、第一传动齿轮；13、第一驱动电机；14、第一螺栓；15、第一定位套筒；16、第二传动齿轮；17、第二驱动电机；18、驱动锥齿轮；19、过孔导电滑环；20、连接盖；21、第二定位套筒；22、第三定位套筒；23、第三传动齿轮；24、第二刀柄；25、推力轴承；26、锁止电机。。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中成形工具与装置在加工时不能随加工要求改变工具头之间的距离，且需更换工具头或二次装夹板材，在更换工具头和二次装夹板材时，需要重新标定坐标系，使得加工效率较低；针对上述问题，本公开提出了一种多工具头柔性渐进成形装置及方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种多工具头柔性渐进成形装置。

主要包括依次连接的夹持端盖1、外端保护套2、保护套3、连接端盖4和保护壳5，其共同形成支架结构；

保护壳上配合有三个刀柄，三个刀柄轴线共面且依次间隔布置，位于两侧的两个刀柄上分别通过曲柄连接有侧工具头，中间的刀柄同轴连接有中间工具头8；

在本实施例中，中间工具头8和中间刀柄为一体式结构，在其他的实施例中，为了满足中间区域的渐进成形需求，可以更换中间工具头，换用其他结构或规格工具头，以满足不同的加工成形需要。

采用保护壳和保护套对工具头进行安装和集成，能够使得其作为一个整体的刀具安装在机床主轴上，从而能够利用现有的机床来进行渐进成形加工，三个工具头同时进行操作，无需重复多次加工相同的轨迹，提高了加工效率。

三个工具头作为整个成形装置的执行末端，刀柄上均配合有传动齿轮，相邻刀柄对应的传动齿轮相啮合，传动齿轮在第一驱动机构作用下带动刀柄绕对应轴线自转，维持侧工具头和中间工具头轴线共面，并改变两个侧工具头的间距；

对于刀柄，其分别与保护壳配合，刀柄一端穿过保护壳连接工具头，另一端位于保护壳内与保护壳转动连接，第一驱动机构输出端通过齿轮与中间刀柄上的传动齿轮啮合传动；

对于曲柄，曲柄一端对接刀柄，另一端对接侧工具头，侧工具头轴线与对应的刀柄轴线平行且呈间隔布置，两个侧工具头对应的两个曲柄结构相同，分别在对应刀柄的驱动下绕刀柄轴线转动改变与中间工具头的间距。

具体的，在本实施例中，曲柄有两个，曲柄两端分别设有内螺纹，对于第一曲柄6，一端配合第一侧工具头7形成螺纹连接，另一端配合第一刀柄11形成螺纹连接，第一曲柄、第一侧工具头和第一刀柄组成第一曲柄式成形工具头；

同样的，对于第二曲柄10，一端配合第二侧工具头9形成螺纹连接，另一端配合第二刀柄24形成螺纹连接，第二曲柄、第二侧工具头和第二刀柄组成第二曲柄式成形工具头。

可以理解的是，曲柄结构，其可以布置为可拆卸结构，按照实际加工技术要求，可以选择不同长度的曲轴和不同直径的工具头，扩大了间距可调的柔性渐进成形工具的适用范围。

对于刀柄和保护壳的具体配合，所述第一刀柄11和第二刀柄24利用双向推力轴承安装在保护壳5上，所述第一刀柄对应的双向推力轴承利用第一定位套筒15实现轴向定位；所述第二刀柄对应的双向推力轴承利用第三定位套筒22实现轴向定位；所述中间工具头8通过双向推力轴承25和第二定位套筒21安装在保护壳5上。

所述第一刀柄11通过平键与第一传动齿轮12相连接，所述第一传动齿轮12利用第一定位套筒15和第一刀柄11的轴肩实现轴向定位；

第二刀柄24通过平键与第三传动齿轮23相连接，所述第三传动齿轮23利用第三定位套筒22和第二刀柄的轴肩实现定位；

由于在本实施中，中间工具头为直线结构，无需主动动作改变与其他工具头的间距，因此，第二传动齿轮16可以安装在保护壳上，并利用保护壳上预设的轴肩实现定位；

第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮依次啮合，形成齿轮传动机构；所述传动齿轮配合有锁止机构，用于在调整工具头间距后锁定刀柄转动；

齿轮传动机构的第一传动齿轮12、第二传动齿轮16和第三传动齿轮23由第一驱动电机13驱动，并由锁止电机26锁止，实现多工具头的间距调整。

通过第一螺栓将保护壳5和连接端盖4连接，所述连接端盖4的轴上设有螺纹，所述螺纹与连接盖20的内螺纹配合。

保护壳远离工具头的一端转动连接有保护套，保护壳通过相对于保护套的转动带动工具头改变与保护套的相对夹角；

所述保护壳通过转动副连接保护套，转动副的转动轴线、保护壳轴线、保护套轴线和中间刀柄轴线共线，第二驱动机构配合传动副驱动保护壳相对于保护套转动；

所述连接盖20通过推力轴承安装在外端保护套2的内径上，可以实现相对与外端保护套2的旋转运动。

具体的，所述外端保护壳2的底端设有锥齿轮，所述锥齿轮与驱动锥齿轮18形成齿轮副，所述的驱动锥齿轮18固联在第二驱动电机17的输出轴上，所述第二驱动电机17安装固定在连接端盖4的凸台上，所述凸台上加工有安装第二驱动电机17的槽。由驱动锥齿轮18和外端保护套2底端的锥齿轮形成的锥齿轮传动机构，实现成形工具的角度调节。

所述外端保护壳2设由螺纹，所述螺纹与保护套3的内螺纹相配合，保证锥齿轮传动机构的工作环境。所设外端保护套2通过螺栓与夹持端盖1相连接。据此形成间距可调的柔性渐进成形工具。

如图4所示，齿轮12、齿轮16和齿轮23的轴心分别是O1、O2、O3，三个工具头的连线为直线l，曲柄10和曲柄6在俯视图上的投影分别为O1A和O3B。|AO2|为曲柄式工具头9到中间工具头8的间距，|BO2|为曲柄式工具头7到中间工具头8的间距，其大小随着曲柄10和曲柄6的旋转而改变。此时，直线l的角度β偏离由成形工具角度调节装置调整。工具头距离的具体表达式如下：

L2＝R2+r2-2Rrcosα

工具头连线l偏移角度的具体表达式如下：

其中，r是曲柄长度；R是齿轮12和齿轮16的轴心距离；L是曲柄式工具头和中间工具头的距离；α是曲柄的旋转角度；β是工具头连线l的偏移角度。

所述多工具头间距调节装置和成形角度调节装置同时受轨迹指令控制，精确地实现轨迹加工。所述轨迹信息包括工具头间距、成形工具角度和主轴运动轨迹。

通过操作曲柄，改变曲柄在刀柄转动下的角度，能够对工具头的相对位置进行调整，从而依据目标加工需求，更换满足加工需求的合适尺寸的曲柄和工具头，组装间距可调的柔性渐进成形工具，可按照不同的加工技术要求，选择不同长度的曲轴和不同直径的工具头，扩大了间距可调的柔性渐进成形工具的适用范围。

对于第一驱动机构对应的第一驱动电机和第二驱动机构对应的第二驱动电机的电路布置，通过导电滑环获取供电；

具体的，过孔导电滑环19的外圈与外端保护套2的内径利用过盈配合相连接，过孔导电滑环19的内圈固定在连接端盖4的轴上。外端保护套2和夹持端盖1上设有通孔，连接过孔导电滑环19的控制电流导线从此接入。所述过孔导电滑环19的第一条输出导线将控制电流传递给第二驱动电机17。所述连接端盖4上设有通孔，所述过孔导电滑环19的第二条输出导线通过此通孔将控制电流传递给第一驱动电机13。

将多个工具头安装在保护壳上，整体能够安装于机床主轴，解决了数控机床上不能直接实现多点渐进成形和多工具头间距无法调节的问题，提高了渐进成形技术的加工效率。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种柔性渐进成形方法。

利用如实施例1中所述的多工具头柔性渐进成形装置；

将多工具头柔性渐进成形装置安装在数控机床主轴上，对夹持被进行坐标标定的后的板材进行加工；

依据所需加工轨迹驱动刀柄转动改变侧工具头与中间工具头的间距，调节至所需状态；在调整工具头的间距到满足需求后，利用锁止机构配合第一驱动机构对传动齿轮进行锁止；

主轴带动工具头移动，在主轴带动工具头进行移动的同时，调整工具头与板材的相对位置，使得工具头轴线所在的平面垂直于加工轨迹的方向；工具头对板件进行渐进成形加工。

工具头所配合的刀柄在传动齿轮作用下进行转动，从而在加工过程中，能够及时调整由于曲柄工具头旋转导致的角度偏移，方便及时的进行加工过程的角度修正，提高加工精度。

具体的，结合附图，对于其加工方法，详细描述如下：

1)按照目标零件设计图纸和加工要求，选择合适尺寸的曲柄和工具头，组装间距可调的柔性渐进成形工具；

2)按照加工要求，通过编程生成加工轨迹及加工程序；

3)将组装后的间距可调的柔性渐进成形工具通过刀柄安装在数控机床的主轴；

4)将板材夹持在机床上，进行坐标标定；

5)根据加工程序，机床控制柔性渐进成形工具开始加工板材；

6)工具头间距调节装置自动调整工具头之间的距离后，启动锁止电机和第一驱动电机一起锁止齿轮传动机构；

7)控制第二驱动电机，驱动锥齿轮，按照加工程序调整间距可调的柔性渐进成形工具的整体角度，使工具头的连线垂直于加工轨迹方向；

8)加工完成后，取下板材、渐进成形工具。

通过多工具头间距调节装置可在加工时调整工具头间距，无需二次拆卸替换工具头即可完成工具头的间距调节，减少了拆卸次数，从而避免了多次安装带来的累计误差，提高了成形板材的加工精度和成形性能。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

一种多工具头柔性渐进成形装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。