數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及9張CAD圖
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摘要
數(shù)控彎板機(jī)是在工廠里面廣泛使用的金屬加工工藝機(jī)械設(shè)備，而金屬板材的角度彎折技術(shù)和板件加工成形技術(shù)存在一些諸如操作技術(shù)很復(fù)雜，金屬板材彎曲后質(zhì)量較差，且需要經(jīng)常更換整體模具導(dǎo)致費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)效益低，同時(shí)產(chǎn)生了環(huán)境污染等問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)彎板機(jī)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等結(jié)構(gòu)。利用活絡(luò)方形壓頭的可變性，頂模和底模的可替換性，以及上下模非對(duì)壓方式進(jìn)行金屬板材的加工彎曲，可以較高質(zhì)量的保證板材沖壓成形，同時(shí)節(jié)省了很多人力，物力，避免加工時(shí)由于板材和壓頭模具接觸面積小，不夠全面所產(chǎn)生的剪力，導(dǎo)致板材產(chǎn)生壓痕，褶皺等缺陷，對(duì)于環(huán)境更加友好，減少了樣板的制作，提高了加工效率。
關(guān)鍵詞：彎板機(jī) 機(jī)械結(jié)構(gòu) 模具離散化 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
Abstract
Numerical control bending machine is widely used in the metal processing machinery and equipment in the factory, but there are some problems in the angle bending technology and the sheet metal processing and forming technology, such as the complex operation technology, the poor quality of the sheet metal after bending, and the need to replace the whole mold frequently, which leads to high cost, low economic efficiency, and environmental pollution.In this article, I designed a bending machine structure, covering the top mold power trough frame,alternative top mold, alternative bottom mold, bending top cover, base, bending machine crossbar bracket, beam, bending machine column and other structures. By using the variability of the movable square indenter, the replaceability of the top mold and the bottom mold, as well as the processing and bending of the sheet metal by the upper and lower mold, the sheet metal stamping could be guaranteed with high quality, a large number of labor force and natural resources also could be saved, so as to avoid the shear force caused by the tiny touch with part between the metal plates and the indenter mold, which leads to the indentation and pleat of the sheet metal Wrinkle and other defects,which are more environmentally friendly, reduce the production of the model, inproved processing efficiency.
Key Words : Bending machine;Mechanical structure;Die discretization；Structural optimization;
II
目錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1引言 1
1.2數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1
1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容 2
第2章 彎板機(jī)力學(xué)簡(jiǎn)圖與受力分析 3
2.1 彎板機(jī)類型 3
2.1.1 三輥式彎板機(jī) 3
2.1.2三維數(shù)控彎板機(jī) 3
2.2 彎板機(jī)力學(xué)模型 3
2.3 彎板機(jī)力學(xué)分析與力學(xué)簡(jiǎn)圖 4
2.3.1 彎板機(jī)立柱強(qiáng)度計(jì)算 4
2.3.2 彎板機(jī)頂蓋的強(qiáng)度校核計(jì)算 4
2.3.3 彎板機(jī)底座強(qiáng)度校核計(jì)算 5
第3章 三維數(shù)控彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1 彎板機(jī)主要零部件設(shè)計(jì) 7
3.1.1彎板機(jī)頂蓋 7
3.1.2彎板機(jī)底座 7
3.1.3彎板機(jī)立柱 8
3.1.4彎板機(jī)橫梁 8
3.1.5彎板機(jī)橫桿支架 9
3.1.6彎板機(jī)頂模動(dòng)力槽架 9
3.2彎板機(jī)總裝三維圖 10
第4章 數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 12
4.1單元體壓頭設(shè)計(jì) 12
4.1.1單元體壓頭主要構(gòu)成 12
4.1.2單元體壓頭受力分析 12
4.1.3單元體壓頭非對(duì)壓成形 12
4.2 彎板機(jī)單元體壓頭控制系統(tǒng) 13
4.3通訊總線 14
4.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn) 14
4.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇 14
4.4液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
4.4.1 運(yùn)動(dòng)控制 14
4.4.2 保護(hù)功能 15
4.5 電機(jī)選擇 15
4.6 數(shù)控彎板機(jī)加工流程 15
第5章 彎曲成形實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析 17
5.1實(shí)驗(yàn)基本情況介紹 17
5.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?17
5.1.2 實(shí)驗(yàn)主體 17
5.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 17
5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 18
5.2.1帆形件實(shí)驗(yàn)過(guò)程 18
5.2.1鞍形件實(shí)驗(yàn)過(guò)程 20
5.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 21
5.3.1帆形件分析 21
5.3.2鞍形件分析 21
第6章 經(jīng)濟(jì)分析與綠色工業(yè)發(fā)展 23
6.1經(jīng)濟(jì)成本預(yù)算 23
6.2項(xiàng)目管理 24
6.2.1項(xiàng)目時(shí)間管理 24
6.2.2項(xiàng)目成本與質(zhì)量管理 24
6.2.3項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析 24
6.3環(huán)境影響與可持續(xù)發(fā)展 24
6.3.1數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的環(huán)境影響 24
6.3.2 工業(yè)三廢的處理 25
6.3.3 數(shù)控彎板機(jī)制造的可持續(xù)發(fā)展 25
第7章 研究展望與總結(jié) 26
7.1總結(jié) 26
7.2研究展望 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
25
第1章 緒論
1.1引言
眾所周知，金屬板材在我們的日常生活當(dāng)中起到十分重要的作用，它們擁有很高的使用價(jià)值和優(yōu)點(diǎn)，例如加工難度較低，質(zhì)量小，重量輕，利用率高，價(jià)格便宜，生產(chǎn)效率高，在汽車、食品、化工等領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用十分廣泛。金屬板材的加工一直是金屬加工工藝研究的重要內(nèi)容，而數(shù)控彎板機(jī)則是用于金屬板材彎曲的一種重要機(jī)械設(shè)備，不同類型的彎板機(jī)，進(jìn)行加工彎曲的原理有所不同。對(duì)于生產(chǎn)數(shù)量多，加工規(guī)模大的金屬板材，我們可以利用彎板機(jī)的整體模具對(duì)板材進(jìn)行沖壓成形，由于模具不變，不需要替換，所以這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是加工效率高，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，節(jié)省人工成本，但是當(dāng)加工目標(biāo)數(shù)量少甚至是單件生產(chǎn)時(shí)，我們需要經(jīng)常更換模具，這使得加工成本大大提高，浪費(fèi)人力、物力以及時(shí)間，因此采用固定的模具對(duì)板材進(jìn)行沖壓成形只適用于低端和普遍加工的情況。為了提高加工精度和加工的效率，我們可以采用離散化模具來(lái)對(duì)金屬板材進(jìn)行自動(dòng)化沖壓成型加工，運(yùn)用可重構(gòu)模具的概念和多點(diǎn)成形技術(shù)可以使得模具任意變化，隨著各種類型的金屬板材以及加工要求的變化及時(shí)調(diào)整。將整體模具離散化，即將整塊模具分成許多塊微細(xì)的基本體，我們也可以稱其為單元體，每一塊微小的單元體都可以控制升降，調(diào)整高度，模具的離散性和可替換性使得金屬板材加工的工藝效率大大提高，精度也隨之改善。
1.2數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
有關(guān)于數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了非常深入的研究，對(duì)于本課題的開(kāi)展具有較大借鑒意義。國(guó)外著名的大學(xué)麻省理工學(xué)院也成功研發(fā)出一種新型裝置，這種新型裝置可以進(jìn)行金屬薄板拉壓成形原理的研究，研究產(chǎn)生的結(jié)論和成果繼續(xù)和多點(diǎn)成形技術(shù)相結(jié)合，并延伸出更多的新型多點(diǎn)成形裝置用于金屬板材的彎曲加工。
國(guó)內(nèi)有關(guān)彎板機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)也從未停止前進(jìn)的步伐，吉林大學(xué)李明哲教授和其率領(lǐng)的優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)也取得了很大進(jìn)展，利用多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行深入全面的研究，創(chuàng)造出了一種運(yùn)用空間上多個(gè)點(diǎn)，以點(diǎn)與點(diǎn)形成包絡(luò)面，以此進(jìn)行金屬板材的加工彎曲，這種方法被命名為多點(diǎn)成形法。應(yīng)用多點(diǎn)成形技術(shù)的可重構(gòu)模具進(jìn)行板材彎曲成型的效率很高，加工精度也更加細(xì)致，對(duì)于復(fù)雜彎曲面也能保證較高精度和成形質(zhì)量。但是多點(diǎn)成形裝置也有缺陷和弊端，在金屬板材進(jìn)行加工彎曲時(shí)，單元體的壓頭與被加工的材料所接觸的面積小，單元體壓頭并沒(méi)有全面覆蓋住被加工板材的所有面積，這使得板材未被覆蓋的部分產(chǎn)生了局部剪切力，因此彎曲成型后的板材很易產(chǎn)生局部褶皺、受壓痕跡大等缺陷。國(guó)內(nèi)外的研究人員針對(duì)以上產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了一些改進(jìn)措施，為了使金屬板材所受壓力均衡，可以在單元體壓頭與板材相接觸的部位使用彈性墊或橡膠墊，以此減小受壓所產(chǎn)生的壓痕，同時(shí)也可以減小局部褶皺。以上的改進(jìn)措施能夠有效保證金屬板材彎曲的質(zhì)量，但是也增加了金屬板材成形的難度和加工成本。 我們通過(guò)對(duì)各種類型的彎板機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，可以得出彎板機(jī)在對(duì)金屬板材彎曲加工過(guò)程中易產(chǎn)生的缺陷和制約因素，并在前人研究的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。
1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容
針對(duì)目前彎板機(jī)對(duì)金屬板材的加工成形技術(shù)，本文對(duì)彎板機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，提高加工精度，板材成形效率。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)利用離散化模具的彎板機(jī)單元體采用了半圓球形壓頭，這種半圓球形壓頭使得加工接觸方式為點(diǎn)接觸，由多個(gè)空間點(diǎn)組成的包絡(luò)面與真正的空間曲面區(qū)別較大，上下單元體的壓頭也采用了對(duì)壓方式，上下單元體的中心線都在一條直線上，以上問(wèn)題使得單元體壓頭和被加工金屬板材不具備很大的接觸面積，單元體壓頭沒(méi)有覆蓋住全部的被加工金屬板材表面，導(dǎo)致金屬板材部分產(chǎn)生了剪切力，剪切力使得被加工板材出現(xiàn)較深的壓痕、板材局部產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象。
針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種利用模具離散化、可重構(gòu)型模具的金屬板材彎曲成型技術(shù)，設(shè)計(jì)出了彎板機(jī)的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)點(diǎn)是單元體壓頭與金屬板材相接觸的面積形狀為正方形，模具的上下壓頭進(jìn)行錯(cuò)位，每一個(gè)單元體上下不在同一軸線上的非對(duì)壓方式，從多個(gè)空間點(diǎn)組成的包絡(luò)面轉(zhuǎn)換為多個(gè)面組成的包絡(luò)面，強(qiáng)化了板材彎曲的精度，可以解決更加復(fù)雜，要求更加細(xì)致的板材彎曲問(wèn)題。
第2章 彎板機(jī)力學(xué)簡(jiǎn)圖與受力分析
2.1 彎板機(jī)類型
根據(jù)對(duì)板材的不同彎曲方式，簡(jiǎn)要介紹以下兩種不同的彎板機(jī)類型，第一種是對(duì)板材進(jìn)行滾彎成形的三輥彎板機(jī)，第二種則是模具離散化的三維數(shù)控彎板機(jī)。
2.1.1 三輥式彎板機(jī)
機(jī)械傳動(dòng)的三輥式彎板機(jī)是利用上輥的垂直移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)板材彎曲的半徑大小，然后利用兩個(gè)下輥的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)達(dá)到板材彎曲的目的。若選擇三輥式彎板機(jī)就需要對(duì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的上下支撐輥、上下工作輥、上橫梁以及底座進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇合適的金屬材料和加工方式來(lái)保證加工的精度和導(dǎo)向精確。
三輥式彎板機(jī)如圖2-1所示。
圖2-1 三輥式實(shí)體圖
2.1.2數(shù)控彎板機(jī)
數(shù)控彎板機(jī)則比較先進(jìn)，針對(duì)離散化模具的數(shù)控彎板機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是四柱式壓力機(jī)的整體外觀，包括頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)三維激光進(jìn)行掃描調(diào)形。穩(wěn)定優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)加上活絡(luò)方形壓頭保證了板材彎曲成形的加工精度和彎曲成形后的質(zhì)量。
數(shù)控彎板機(jī)如圖2-2所示。
圖2-2 數(shù)控彎板機(jī)整體效果圖
2.2 彎板機(jī)力學(xué)模型
要進(jìn)行彎板機(jī)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先要設(shè)計(jì)彎板機(jī)結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，并對(duì)彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行力學(xué)分析和彎曲變形計(jì)算。根據(jù)彎板機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)我們可以假設(shè)：四根相互平行的立柱，立柱的橫截面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體工作臺(tái)的面積，在計(jì)算其中心變形時(shí)，只考慮工作臺(tái)四周邊角設(shè)為彈性支點(diǎn)，所以立柱在工作過(guò)程產(chǎn)生的彎曲變形，拉伸剛度相同。
彎板機(jī)的力學(xué)模型如下圖2-3所示。
圖2-3 彎板機(jī)力學(xué)模型
2.3 彎板機(jī)力學(xué)分析與力學(xué)簡(jiǎn)圖
2.3.1 彎板機(jī)立柱強(qiáng)度計(jì)算
彎板機(jī)整體工作臺(tái)中最易變形且受工作載荷最大的部件為彎板機(jī)立柱，在金屬?zèng)_壓成形過(guò)程中，由于立柱所受載荷大，可能會(huì)導(dǎo)致立柱發(fā)生拉長(zhǎng)，彎曲等變形，進(jìn)而影響整個(gè)彎板機(jī)工作臺(tái)的穩(wěn)定，所以針對(duì)彎板機(jī)立柱進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
立柱的材質(zhì)選用為45號(hào)鋼，所以取安全系數(shù)n=5，所以
σ=σbn=120MPa （2-1）
每根立柱受到的載荷為：
F=150×10004=37500N，4FπD2≤σ （2-2）
最終得到立柱直徑D=65mm，考慮到在彎板機(jī)頂蓋與底座中間留有加工空間，最終確定立柱長(zhǎng)度為1000mm。
2.3.2 彎板機(jī)頂蓋的強(qiáng)度校核計(jì)算
雖然彎板機(jī)頂蓋設(shè)計(jì)的形狀為箱體，由于對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，故對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，力學(xué)簡(jiǎn)圖為簡(jiǎn)支梁。
參考實(shí)際彎板機(jī)工作臺(tái)的尺寸，設(shè)彎板機(jī)頂蓋的高度為H=100mm，彎板機(jī)頂蓋的力學(xué)簡(jiǎn)圖如圖2-4所示。
圖2-4 彎板機(jī)頂蓋力學(xué)簡(jiǎn)圖
首先最大彎矩的數(shù)學(xué)公式為：
（2-3）
將數(shù)據(jù)代入公式（2-3）得到中心截面處的強(qiáng)度，也就是該簡(jiǎn)支梁的最大彎矩處：
（2-4）
其中是最大彎矩，h1是最外面的點(diǎn)到截面形心處的距離。
I是我們所要計(jì)算的截面處慣性矩，
（2-5）
是材料的許用應(yīng)力，由于彎板機(jī)頂蓋材料為Q345鋼，
將數(shù)據(jù)代入公式（2-4）得到：
立柱主要負(fù)載了彎板機(jī)頂蓋的剪切應(yīng)力，設(shè)其截面為矩形，高度為L(zhǎng)，厚度為T，則最大的剪切應(yīng)力在形心軸：
（2-6）
，代入公式（2-6）得到：
經(jīng)校核完畢，彎板機(jī)頂蓋的許用應(yīng)力與剪力符合，強(qiáng)度足夠。
2.3.3 彎板機(jī)底座強(qiáng)度校核計(jì)算
彎板機(jī)底座與彎板機(jī)頂蓋結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)實(shí)際彎板機(jī)工作臺(tái)尺寸，設(shè)其高度為h=150mm。彎板機(jī)底座的力學(xué)簡(jiǎn)圖如圖2-5所示。
圖2-5 彎板機(jī)底座力學(xué)簡(jiǎn)圖
由于均布載荷的數(shù)學(xué)公式為：
（2-7)
(2-8)
中心截面強(qiáng)度為：
(2-9)
將數(shù)據(jù)代入（2-9）得：
因此形心處的剪切應(yīng)力應(yīng)符合：
（2-10）
代入公式（2-10）得到：
經(jīng)校核完畢，彎板機(jī)底座許用應(yīng)力和剪切應(yīng)力都符合，可以使用。
第3章 三維數(shù)控彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在確定彎板機(jī)的方案選擇后，開(kāi)始設(shè)計(jì)數(shù)控彎板機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，分別對(duì)彎板機(jī)的主要部件：頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.1 彎板機(jī)主要零部件設(shè)計(jì)
3.1.1彎板機(jī)頂蓋
鋼結(jié)構(gòu)具備很多優(yōu)點(diǎn)，抗震性強(qiáng)、安裝方便、用于設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)重量輕、強(qiáng)度大。而Q345材質(zhì)鋼具備非常好的力學(xué)性能，鋼材韌性大，抗拉壓能力強(qiáng)，同時(shí)它的焊接性能良好，十分適合制作彎板機(jī)頂蓋與底座，所以彎板機(jī)頂蓋的制作材料采用Q345材質(zhì)的鋼板，利用鑄造方式，鑄造過(guò)程要保證不得產(chǎn)生氣孔、砂眼、組織松散等情況。
彎板機(jī)頂蓋設(shè)計(jì)為正方形結(jié)構(gòu)，在頂蓋周圍設(shè)計(jì)了四個(gè)R100mm的倒角，保證了安全性與美觀性。彎板機(jī)頂蓋位于立柱上部，四角處設(shè)置有四個(gè)立柱孔，立柱孔四角處的立柱孔可用彎板機(jī)立柱與彎板機(jī)底座進(jìn)行連接，立柱孔與立柱的配合為H9/f9，剛好滿足機(jī)體的工作需要。依靠四個(gè)彎板機(jī)立柱組成一個(gè)剛性框架，增加機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證了結(jié)構(gòu)的緊湊性。
彎板機(jī)頂蓋的設(shè)計(jì)圖如圖3-1所示。
圖3-1 彎板機(jī)頂蓋
3.1.2彎板機(jī)底座
彎板機(jī)底座的制作材料同樣選擇Q345材質(zhì)鋼，底座設(shè)計(jì)也采用正方形結(jié)構(gòu)，四角處通過(guò)四個(gè)彎板機(jī)立柱與彎板機(jī)頂蓋連接，整個(gè)結(jié)構(gòu)焊接成一體，使彎板機(jī)底座承載面積大，受力分布更加均勻。彎板機(jī)底座底部四周設(shè)計(jì)有四個(gè)螺釘孔，用于安裝地腳螺釘，通過(guò)地腳螺釘使得彎板機(jī)底座穩(wěn)定的固定在地面。
彎板機(jī)底座的設(shè)計(jì)圖如圖3-2所示。
圖3-2 彎板機(jī)底座
3.1.3彎板機(jī)立柱
彎板機(jī)立柱連接了彎板機(jī)的頂蓋與底座，四根彎板機(jī)立柱形成了更加穩(wěn)定的剛性結(jié)構(gòu)。同時(shí)，彎板機(jī)立柱為整個(gè)數(shù)控彎板機(jī)工作臺(tái)提供了較大的視覺(jué)空間和操作空間，彎板機(jī)頂蓋與彎板機(jī)底座中間很大的空余空間可以安裝單元體壓頭和可調(diào)形的上下模具，為多點(diǎn)成形加工提供了操作空間和方便。
四根彎板機(jī)立柱設(shè)計(jì)形狀為細(xì)長(zhǎng)軸，材質(zhì)選用優(yōu)質(zhì)45號(hào)鋼，立柱高度設(shè)為1000mm，直徑為65mm。立柱表面采用中頻淬火處理，并進(jìn)行鍍鉻和拋光，保證立柱的硬度，抗腐蝕性和耐磨性，延長(zhǎng)了立柱的使用壽命。
彎板機(jī)立柱的設(shè)計(jì)圖如圖3-3所示。
圖3-3 彎板機(jī)立柱
3.1.4彎板機(jī)橫梁
彎板機(jī)橫梁承載了頂模的動(dòng)力槽架，設(shè)計(jì)的形狀為長(zhǎng)方形，加工方式采用鑄造，降低了加工成本。彎板機(jī)橫梁利用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)向，使得彎板機(jī)立柱不再承擔(dān)導(dǎo)向作用，這樣的優(yōu)點(diǎn)為：對(duì)彎板機(jī)立柱的加工要求可適當(dāng)降低，減少加工成本，同時(shí)在加工過(guò)程中立柱長(zhǎng)時(shí)間工作所導(dǎo)致的變形不會(huì)影響到橫梁導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的精度，保證了加工的精準(zhǔn)度。
彎板機(jī)橫梁的設(shè)計(jì)圖如圖3-4所示。
圖3-4 彎板機(jī)橫梁
3.1.5彎板機(jī)橫桿支架
彎板機(jī)橫桿支架固定在四根彎板機(jī)立柱上，承擔(dān)了承載彎板機(jī)移動(dòng)橫梁的功能。 由于彎板機(jī)自身整體結(jié)構(gòu)重量大，在金屬板材彎曲加工過(guò)程中，會(huì)造成整個(gè)工作臺(tái)的震動(dòng)和偏轉(zhuǎn)，這可能會(huì)影響彎板機(jī)橫桿支架的緊固程度，導(dǎo)致彎板機(jī)橫桿支架出現(xiàn)松動(dòng)狀況，以此會(huì)影響到支柱的受力不等，載荷過(guò)大，對(duì)整個(gè)工作臺(tái)造成巨大影響。為了預(yù)防上述現(xiàn)象，在彎板機(jī)橫桿支架上設(shè)計(jì)了多個(gè)螺母孔來(lái)加強(qiáng)固定作用，同時(shí)彎板機(jī)橫桿支架加工過(guò)程應(yīng)盡量精確，保證其余立柱的配合精度。
彎板機(jī)橫桿支架的設(shè)計(jì)圖如圖3-5所示。
圖3-5 彎板機(jī)橫桿支架
3.1.6彎板機(jī)頂模動(dòng)力槽架
彎板機(jī)頂模動(dòng)力槽架的作用是安裝可調(diào)形上模，上面安裝有很多單元體方形壓頭，動(dòng)力槽架受導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的控制，在彎板機(jī)橫梁上移動(dòng)至被加工金屬板材上方，再進(jìn)行下一步?jīng)_壓成形等過(guò)程。頂模動(dòng)力槽架的制作材料選用Q345材質(zhì)鋼。
彎板機(jī)頂模動(dòng)力槽架的設(shè)計(jì)圖如圖3-6所示。
圖3-6 彎板機(jī)頂模動(dòng)力槽架
3.2彎板機(jī)總裝三維圖
經(jīng)過(guò)對(duì)三維數(shù)控彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)后，將頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等零件進(jìn)行組裝，得到彎板機(jī)結(jié)構(gòu)總裝三維圖如圖3-7所示。
圖3-7 彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝三維圖
該數(shù)控彎板機(jī)實(shí)現(xiàn)了金屬板材彎曲加工全過(guò)程自動(dòng)化，仿真運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要為彎板機(jī)上頂模動(dòng)力槽架從設(shè)備右端在彎板機(jī)橫梁上開(kāi)始移動(dòng)，到達(dá)被加工金屬板材上方，如圖3-8所示。
圖3-8 彎板機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖（1）
當(dāng)可調(diào)形上模到達(dá)被加工金屬板材上方后，所有的單元體方形壓頭都安裝在彎板機(jī)上下可調(diào)形模具內(nèi)的支撐板上。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制彎板機(jī)下模的單元體壓頭高度，以此來(lái)構(gòu)成加工目標(biāo)所需彎曲成形的曲面。彎板機(jī)上模的單元體方形壓頭利用液壓控制系統(tǒng)提供動(dòng)力，開(kāi)始下壓，采用非對(duì)壓技術(shù)，上下單元體壓頭錯(cuò)位排列的方法可以形成完整細(xì)密的加工包絡(luò)面，使上下壓頭緊密接觸，被加工金屬板材受力情況改善，受壓痕跡小，與理想加工情況貼合。彎板機(jī)可調(diào)形上模下壓過(guò)程如圖3-9所示。
圖3-9 彎板機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖（2）
第4章 數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
4.1單元體壓頭設(shè)計(jì)
4.1.1單元體壓頭主要構(gòu)成
單元體壓頭主要分為上下兩組，壓頭為方形且可以旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，單元體壓頭方形面是與被加工板材的接觸面，中間的支撐體的結(jié)構(gòu)為中空?qǐng)A柱形，另一面是大半球面，大半球面是為了增加壓頭可旋轉(zhuǎn)角度和與中空?qǐng)A柱形支撐體的接觸面積，大半球面與形狀為凹形的內(nèi)端面相連接。單元體方形壓頭模型與尺寸如下圖4-1所示。
圖4-1 單元體方形壓頭結(jié)構(gòu)
4.1.2單元體壓頭受力分析
分析單元體壓頭受力情況，首先上面壓頭的液壓缸會(huì)對(duì)其施與壓力，我們假設(shè)液壓缸的半徑為R=25mm，相連接的活塞桿的半徑為r=12.5mm，壓強(qiáng)設(shè)為P=15MPa左右。假定接觸面為平面，由于采用上下方形壓頭錯(cuò)位方式，故設(shè)其交錯(cuò)值為半徑大小，因此下面壓頭受到的正壓力Fn=1/4*[P*3.14(4R2-4r2）cosa]，摩擦力F=fFn,其中f我們?nèi)?.15, 摩擦力方向及受力分析如圖4-2所示。
圖4-2 單元體壓頭受力分析
4.1.3單元體壓頭非對(duì)壓成形
當(dāng)單元體壓頭與被加工板材相接觸時(shí)，我們需要構(gòu)造一個(gè)單元體壓頭與壓頭之間間隙小，接觸密集的加工曲面，這樣可以使得加工壓合面積達(dá)到最大，加工效果達(dá)到最好，所以采用非對(duì)壓成形即上下壓頭錯(cuò)位排列可以形成一個(gè)連續(xù)的包絡(luò)面，這樣可以有效的減小未接觸面所產(chǎn)生的剪力導(dǎo)致的受壓痕跡大、被加工板材產(chǎn)生褶皺的影響。單元體方形壓頭錯(cuò)位排列非對(duì)壓成形和多點(diǎn)對(duì)壓成形如下圖4-3，圖4-4所示。
圖4-3 錯(cuò)位排列
圖4-4 對(duì)稱排列
4.2 彎板機(jī)單元體壓頭控制系統(tǒng)
三維數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)采用活絡(luò)式多壓頭成形設(shè)備，所以控制每個(gè)壓頭的控制系統(tǒng)是整體設(shè)計(jì)中很關(guān)鍵的一部分，控制系統(tǒng)保證了加工的精度以及被加工板材的成形質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)主要分為兩大部分，分別為硬件部分與軟件部分，其中硬件的主要設(shè)備為工控機(jī)，工控機(jī)可以控制所有單元體壓頭以此來(lái)調(diào)形，也被稱為控制中心，在板材加工過(guò)程中，應(yīng)用三維激光掃描儀來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控和測(cè)量板材成形的形狀。軟件部分根據(jù)被加工的材料和工藝要求的不同來(lái)進(jìn)行不同的加工計(jì)算，編程出現(xiàn)符合其加工工藝的數(shù)據(jù)和文件，將生成的數(shù)據(jù)文件傳送給上位機(jī)，最后通過(guò)壓力機(jī)對(duì)被加工板材進(jìn)行多次彎曲成形，直至被加工板材達(dá)到要求的彎曲工藝目標(biāo)。
控制系統(tǒng)的主要功能如下：
1. 數(shù)據(jù)通信功能，這可以使加工的數(shù)據(jù)文件在上位機(jī)和下位機(jī)之間實(shí)現(xiàn)傳輸與通信，以及被加工板材的加工狀態(tài)的反饋和板材加工指令的傳送。
2. 板材成形控制功能，控制壓力機(jī)其中的液壓動(dòng)力系統(tǒng)為其提供動(dòng)力，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的動(dòng)作指令，例如可以進(jìn)行送料，退料，模具的上升和下壓，調(diào)形等一系列動(dòng)作指令。
3. 單元體調(diào)形功能，根據(jù)不同的加工要求產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)文件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)所有單元體的升降情況，形成密集的包絡(luò)面結(jié)構(gòu)，保證加工的精確度和成形質(zhì)量。
4. 智能化人機(jī)交互功能，可以與PC工作站進(jìn)行智能的人機(jī)交互，實(shí)時(shí)顯示實(shí)際加工情況與理想加工情況的誤差，并將錯(cuò)誤和誤差反饋，進(jìn)行不斷的修正與改進(jìn)。
控制系統(tǒng)的流程圖如下圖4-5所示。
圖4-5 控制系統(tǒng)流程圖
4.3通訊總線
通訊總線的功能為傳遞數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，CAD/CAM產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件會(huì)通過(guò)通訊總線傳遞到控制各單元體上下移動(dòng)高度的電機(jī)控制器，使每個(gè)單元體壓頭形成密集的包絡(luò)面，最后壓力機(jī)向下移動(dòng)對(duì)板材進(jìn)行彎曲加工。
4.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線如今被廣泛應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域及制造業(yè)、建筑行業(yè)、交通工程內(nèi)，是一種在自動(dòng)控制裝置間傳遞數(shù)字通信信息的的數(shù)據(jù)總線。
現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)如下：
1. 總的通信協(xié)議相同，因此不同工廠生產(chǎn)的設(shè)備也不會(huì)相沖突。
2. 系統(tǒng)的開(kāi)放性，用戶可以實(shí)現(xiàn)高自由度的自主設(shè)計(jì)。
3. 系統(tǒng)開(kāi)放性，傳輸效率高，維修便宜，消耗費(fèi)用低。
4.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇
現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇主要從RS-485總線與CAN總線中選擇。RS-485總線具有的優(yōu)點(diǎn)是輸出驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，輸入范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)多站分時(shí)通信，即使信號(hào)在很遠(yuǎn)的距離依舊可以保證傳輸性,RS-485總線是半雙工的工作方式，所以它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只允許接入32個(gè)智能節(jié)點(diǎn)。CAN總線分為物理層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)鏈路層，CAN總線相對(duì)于RS-485總線的優(yōu)勢(shì)是它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以達(dá)到110個(gè)智能節(jié)點(diǎn)。雖然價(jià)格方面RS-485數(shù)據(jù)總線更為便宜，成本較低，但由于本身的缺點(diǎn)即總線節(jié)點(diǎn)過(guò)少，所以最終選擇CAN總線。
4.4液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.4.1 運(yùn)動(dòng)控制
多壓頭成形設(shè)備其中液壓控制系統(tǒng)的工作原理涉及到能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題。首先液壓泵通過(guò)把動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓泵中液體的壓力，最后利用液體壓力大小的變換進(jìn)行能量的傳遞，而油缸又將液體的壓力轉(zhuǎn)換為活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控彎板機(jī)上模對(duì)被加工金屬板材的整個(gè)加工彎曲運(yùn)動(dòng)過(guò)程。上模沖壓過(guò)程如圖4-6所示。
圖4-6 沖壓流程圖
4.4.2 保護(hù)功能
在金屬板材彎曲加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生負(fù)載過(guò)高，電機(jī)故障等問(wèn)題，因此控制系統(tǒng)中安裝了熱繼電器、溫度檢測(cè)器來(lái)檢查電機(jī)和加工過(guò)程中是否存在油溫過(guò)高等問(wèn)題，及時(shí)反饋和報(bào)警警戒。
4.5 挑選電機(jī)
挑選電機(jī)，我們可以挑選伺服電機(jī)，另一種則可以挑選步進(jìn)電機(jī)，伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象比較精。其中直流伺服電動(dòng)機(jī)具有的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)優(yōu)秀，反應(yīng)速度快，但是直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速并不均勻。
而步進(jìn)電機(jī)的維修比較方便，操作簡(jiǎn)單，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也很穩(wěn)定。同時(shí)考慮到多壓頭成形設(shè)備單元體壓頭數(shù)量大，每個(gè)單元體配合響應(yīng)的電機(jī)，所以整體所需成本很高，綜合考慮最終選擇步進(jìn)電機(jī)。
4.6 數(shù)控彎板機(jī)加工流程
三維數(shù)控彎板機(jī)的整個(gè)加工流程如下：
1. 選取被加工的零件種類、類型；
2. 將被加工板料送進(jìn)彎板機(jī)加工位置內(nèi)；
3. 多壓頭控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行調(diào)形計(jì)算；
4. 彎板機(jī)可替換下模造型；
5. 多壓頭上模由液壓控制系統(tǒng)提供動(dòng)力進(jìn)行沖壓；
6. 被加工金屬板材回彈；
7. 測(cè)量被加工金屬板材的回彈曲面；
8. 將測(cè)量所得數(shù)據(jù)與目標(biāo)理想曲面進(jìn)行比較；
9. 衡量所加工板材的誤差是否在允許范圍內(nèi)；
10. 符合誤差允許，則加工過(guò)程結(jié)束。
數(shù)控彎板機(jī)加工流程圖如圖4-7所示。
圖4-7 數(shù)控彎板機(jī)加工過(guò)程
第5章 彎曲成形實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析
為了驗(yàn)證金屬板材彎曲加工快速?zèng)_壓成形的技術(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)兩種十分常見(jiàn)的板材彎曲形狀：帆形板、馬鞍形板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，考察板材彎曲成形的效果和方法可行性，實(shí)驗(yàn)分析被加工金屬板材的彎曲成形情況，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。
5.1實(shí)驗(yàn)基本情況介紹
5.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
由于水火彎板成形技術(shù)對(duì)操作人員需要有高要求的專業(yè)能力，同時(shí)耗費(fèi)資源多，需要制作樣板，不符合綠色工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而三維數(shù)控彎板機(jī)的研制可以很好的解決水火彎板成形技術(shù)的缺陷，且高度自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，具有非常好的發(fā)展前景。
因此本次實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的數(shù)控彎板機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的可行性，以及多壓頭成形設(shè)備對(duì)金屬板材彎曲加工的效果。
5.1.2 實(shí)驗(yàn)主體
本次實(shí)驗(yàn)主體為具有活絡(luò)模具方形壓頭的數(shù)控彎板機(jī)設(shè)備，設(shè)備主體的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)為四柱式壓力機(jī)，包含頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具，并采用上下壓頭錯(cuò)位非對(duì)壓成形原理，高效的保證板材彎曲成形質(zhì)量。
所具有的主要功能包括：進(jìn)料、退料、金屬板材沖壓成形、測(cè)量調(diào)形等。
5.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備為國(guó)產(chǎn)SKWB-2500曲面三維彎板機(jī)，該設(shè)備是一個(gè)高度智能化的曲面板材加工設(shè)備，突破了造船板材效率低下的難題，集成了光、機(jī)、電、控、液技術(shù)，是金屬板材加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重大工藝變革。
該設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成包括進(jìn)料裝置，數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，多壓頭成形裝置，三維激光測(cè)量系統(tǒng)等。
金屬板材加工方法采用活絡(luò)式可調(diào)模具，方形壓頭的形狀，采用非對(duì)壓成形技術(shù)，上壓頭群采用液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，下模采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，加工過(guò)程中，細(xì)密的壓頭群形成對(duì)金屬板材完整的包絡(luò)面，解決了被加工板材受壓痕跡大，未加工接觸面容易產(chǎn)生褶皺的現(xiàn)象，滿足了多種復(fù)雜曲面加工成形的需求。
在數(shù)據(jù)接口方面，該設(shè)備可以與CATIA，TRIBON，SPD等軟件進(jìn)行接口，數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，高效的滿足了用戶的需求。
該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表5-1所示。
表5-1 SKWB-2500三維數(shù)控彎板機(jī)技術(shù)規(guī)格表
5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
5.2.1帆形件實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1. 由于帆形件的加工特點(diǎn)是被加工板料較薄，彎曲程度不大，所以利用活絡(luò)式可調(diào)方形壓頭加工容易得到目標(biāo)形狀；
2. 計(jì)算數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，調(diào)節(jié)單元體壓頭高度和三維坐標(biāo)，使其成為帆形曲面，上模進(jìn)行下壓，對(duì)板材沖壓成形；
3. 分析被加工金屬板材成形后的質(zhì)量和誤差，用激光掃描儀進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)結(jié)果再次調(diào)節(jié)單元體壓頭高度，對(duì)金屬板材回彈量進(jìn)行補(bǔ)償后，再次加工成形，直至達(dá)到理想要求效果范圍內(nèi)。
加工完畢后，取10mm厚帆形板件的Y軸與X軸上的各點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)加工成形的實(shí)際數(shù)值與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行考察，分析是否在誤差允許范圍內(nèi)。10mm厚帆形板件測(cè)量結(jié)果與分析表格如下表5-2所示。
表5-2 10mm帆形板成形數(shù)據(jù)對(duì)比
X
Y
Z(理論值）
第一次成型數(shù)值
第二次成型數(shù)值
誤差
-360
0
38.54
47.15
37.25
-1.29
-300
0
26.66
37.60
25.60
-1.06
-240
0
17.00
31.00
17.80
0.80
-180
0
9.55
25.30
9.20
-0.35
-120
0
4.25
20.05
2.95
-1.30
-60
0
1.05
18.47
1.75
0.70
0
0
0
18.06
-0.10
-0.10
60
0
1.05
18.74
2.65
1.60
120
0
4.25
22.55
2.50
-1.75
180
0
9.55
27.13
8.35
-1.20
240
0
17.02
34.70
15.50
-1.52
300
0
26.69
43.88
28.15
1.46
360
0
38.55
56.55
45.56
7.01
0
-360
38.55
46.48
39.04
0.49
0
-300
26.69
36.93
26.68
-0.01
0
-240
17.02
30.01
16.75
-0.27
0
-180
9.55
23.74
8.30
-1.25
0
-120
4.25
19.02
3.55
-0.70
0
-60
1.05
17.96
1.86
0.81
0
60
1.05
19.35
1.30
0.25
0
120
4.25
21.88
3.26
-0.99
0
180
9.55
24.25
7.72
-1.83
0
240
17.02
31.55
15.73
-1.29
0
300
26.69
39.88
25.39
-1.30
0
360
38.55
49.70
39.67
1.10
平均誤差：-0.08
5.2.1鞍形件實(shí)驗(yàn)過(guò)程
鞍形件的實(shí)驗(yàn)過(guò)程與帆形件基本相同，加工過(guò)程完畢后，同樣對(duì)10mm厚的鞍形件測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，10mm厚鞍形板件測(cè)量結(jié)果與分析表格如下表5-3所示。
表5-3 10mm鞍形板成形數(shù)據(jù)對(duì)比
X
Y
Z(理想值）
第一次成形數(shù)值
第二次成形數(shù)值
誤差
-360
0
87.31
87.93
87.65
0.34
-300
0
74.11
74.73
73.83
-0.28
-240
0
63.31
64.28
63.56
0.25
-180
0
54.89
55.20
54.38
-0.51
-120
0
48.90
48.15
58.16
-0.74
-60
0
45.30
43.90
43.71
-1.59
0
0
44.10
43.53
42.86
-1.24
60
0
45.30
46.63
45.76
0.46
120
0
48.90
49.13
48.81
-0.09
180
0
54.90
55.68
56.64
1.76
240
0
63.31
64.25
65.71
2.40
300
0
74.11
74.30
76.71
2.60
360
0
87.30
87.21
90.13
2.83
0
-360
11.71
23.13
11.44
-0.25
0
-300
21.60
30.67
21.41
-0.19
0
-240
29.71
35.06
29.97
0.26
0
-180
36.00
38.82
35.84
-0.14
0
-120
40.49
43.36
39.83
-0.66
0
-60
43.20
42.76
41.77
-1.43
0
60
43.20
41.18
41.64
-1.56
0
120
40.49
39.87
39.65
-0.84
0
180
36.00
37.79
35.75
-0.25
0
240
29.71
32.57
28.89
-0.82
0
300
21.60
28.19
20.19
-1.41
0
360
11.71
21.03
10.33
-1.38
平均誤差：-0.09
5.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
5.3.1 帆形件分析
根據(jù)10mm帆形件測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析，畫出10mm帆形件X軸方向的成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖，如圖5-4所示。
圖5-4 10mm厚帆形件X軸成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖
畫出10mm帆形件Y軸方向的成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖，如圖5-5所示。
圖5-5 10mm厚帆形件Y軸成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖
根據(jù)10mm的帆形件X與Y軸成形數(shù)據(jù)曲線圖分析，帆形件實(shí)際加工結(jié)果與理想結(jié)果相差不大，兩者之間的整體誤差微小，情況基本相符，所以帆形件加工成形精度很高。
5.3.2 鞍形件分析
根據(jù)10mm鞍形件測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析，畫出10mm鞍形件X軸方向的成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖，如圖5-6所示。
圖5-6 10mm厚鞍形件X軸成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖
畫出10mm鞍形件Y軸方向的成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖，如圖5-7所示。
圖5-7 10mm厚鞍形件Y軸成形數(shù)據(jù)對(duì)比散點(diǎn)圖
根據(jù)10mm厚鞍形件X與Y軸成形數(shù)據(jù)對(duì)比曲線圖分析，鞍形件成形效果良好，實(shí)際加工值與理想結(jié)果誤差不大，對(duì)比結(jié)果比較吻合，加工成型效果良好，實(shí)際加工值與理想值都在允許誤差范圍內(nèi)。
第6章 經(jīng)濟(jì)分析與綠色工業(yè)發(fā)展
6.1經(jīng)濟(jì)成本預(yù)算
設(shè)計(jì)完畢后，需要對(duì)三維數(shù)控彎板機(jī)機(jī)械零件的加工工藝進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)成本預(yù)算與分析，力求獲得最優(yōu)質(zhì)的工藝加工方案。
1. 材料方面
三維數(shù)控彎板機(jī)要加工的機(jī)械零件所用材料使用量包括兩部分，分別為實(shí)際機(jī)械制造過(guò)程中的使用量和加工過(guò)程的浪費(fèi)量。如果特定規(guī)格低于此規(guī)格型號(hào)，則損失率為3％。
其中加工需求量小，用量很少的零散材料不計(jì)入使用材料名稱與使用量，統(tǒng)一稱為其他材料費(fèi)用，用單位“元”來(lái)表示加入基價(jià)。
預(yù)算費(fèi)用不包括外包件和協(xié)作件，其用量按照設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行計(jì)算，價(jià)格按照采購(gòu)和協(xié)作合同上的擬定價(jià)格計(jì)算。
2. 機(jī)械方面
預(yù)算費(fèi)用中對(duì)于基價(jià)影響不大的微小型機(jī)械，不單獨(dú)列出計(jì)算，統(tǒng)一歸納為其他機(jī)械費(fèi)用，用單位“元”來(lái)表示加入基價(jià)。
3. 人工方面
人工加工和組裝費(fèi)用按照預(yù)算人工總費(fèi)用的10%計(jì)算，其中工人工資占比25%。
最終得出三維數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)各組件預(yù)估價(jià)格如圖6-1所示。
圖6-1 各組件預(yù)估價(jià)格
序號(hào)
組件部分
數(shù)量/件
預(yù)估價(jià)格/元
1
頂模動(dòng)力槽架
1
20 000
2
可代替底模
1
5 000
3
彎板機(jī)頂蓋
1
6 000
4
彎板機(jī)底座
1
8 000
5
彎板機(jī)橫梁
1
5 000
6
彎板機(jī)立柱
4
15 000
7
彎板機(jī)橫桿支架
4
8 000
8
單元體方形壓頭
16
160 000
9
激光測(cè)量裝置
1
50 000
10
步進(jìn)電機(jī)
16
30 000
11
液壓泵
1
100 000
6.2項(xiàng)目管理
6.2.1項(xiàng)目時(shí)間管理
如何合理的安排制造數(shù)控彎板機(jī)的時(shí)間在整個(gè)項(xiàng)目管理過(guò)程中至關(guān)重要，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量的完成數(shù)控彎板機(jī)制造是我們要做的工作。
1. 項(xiàng)目啟動(dòng)第一個(gè)月：進(jìn)行數(shù)控彎板機(jī)結(jié)構(gòu)分析和系統(tǒng)需求分析；
2. 項(xiàng)目啟動(dòng)第二個(gè)月：數(shù)控彎板機(jī)制造初始方案鎖定；
3. 項(xiàng)目啟動(dòng)第三個(gè)月：彎板機(jī)樣件制作與軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)；
4. 項(xiàng)目啟動(dòng)第四個(gè)月：進(jìn)行數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)測(cè)試；
5. 項(xiàng)目啟動(dòng)第五個(gè)月：數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)調(diào)試和整機(jī)性能調(diào)試；
6. 項(xiàng)目啟動(dòng)第六個(gè)月；進(jìn)行數(shù)控彎板機(jī)鎖定狀態(tài)的零件性能驗(yàn)證；
7. 項(xiàng)目啟動(dòng)第七個(gè)月：數(shù)控彎板機(jī)設(shè)計(jì)出圖，選擇供應(yīng)商定點(diǎn)；
8. 項(xiàng)目啟動(dòng)第八個(gè)月；供應(yīng)商樣件制作完畢，測(cè)試驗(yàn)證完成；
9. 項(xiàng)目啟動(dòng)第九個(gè)月：文件編制完畢，數(shù)控彎板機(jī)批量制造準(zhǔn)備。
6.2.2項(xiàng)目成本與質(zhì)量管理
要保證數(shù)控彎板機(jī)制造項(xiàng)目的質(zhì)量，首先要保證數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)的計(jì)劃完整，整個(gè)計(jì)劃實(shí)施的高效與規(guī)范，同時(shí)科學(xué)的安排項(xiàng)目管理和管控成本。
所以設(shè)計(jì)如下計(jì)劃保證項(xiàng)目質(zhì)量?jī)?yōu)秀：
1. 制定詳細(xì)的的數(shù)控彎板機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)劃；
2. 高效的控制數(shù)控彎板機(jī)硬件與軟件設(shè)計(jì)接口工作；
3. 最后項(xiàng)目完成驗(yàn)收與檢測(cè)時(shí)要求嚴(yán)格。
6.2.3項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析
三維數(shù)控彎板機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)、需求風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等、
1. 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：數(shù)控彎板機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要有高技術(shù)人員，人員缺席會(huì)導(dǎo)致技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
2. 市場(chǎng)需求風(fēng)險(xiǎn)：三維數(shù)控彎板機(jī)目前多用于造船業(yè)船舶彎板加工，對(duì)其余領(lǐng)域內(nèi)需要進(jìn)行一些機(jī)械設(shè)計(jì)改造，以此來(lái)達(dá)到參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的目的。
解決辦法：制作風(fēng)險(xiǎn)因素預(yù)測(cè)表，加強(qiáng)與技術(shù)人員溝通和制造商對(duì)接，管控技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。了解不同制造業(yè)對(duì)彎板機(jī)的性能需求，爭(zhēng)取擴(kuò)大市場(chǎng)需求量，控制市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
6.3環(huán)境影響與可持續(xù)發(fā)展
6.3.1數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的環(huán)境影響
數(shù)控彎板機(jī)制造項(xiàng)目側(cè)重于綠色工業(yè)發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展道路，力求促進(jìn)綠色工業(yè)區(qū)的建設(shè)，節(jié)約資源，改良工業(yè)用地的合理布局，電力多采用太陽(yáng)能發(fā)電，改善工業(yè)用水的循環(huán)系統(tǒng)，促進(jìn)用電，廢水等綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)改造。
制造材料方面，盡量減少金屬材料浪費(fèi)，保證廢舊金屬回收以及循環(huán)利用，工業(yè)金屬垃圾統(tǒng)一處理。
噪音污染方面，工廠選址在偏遠(yuǎn)工業(yè)區(qū)，遠(yuǎn)離城市區(qū)民區(qū)與住宅區(qū)，制造車間墻壁采用隔音材料，控制加工噪音，保證分貝達(dá)標(biāo)。
6.3.2 工業(yè)三廢的處理
工業(yè)三廢對(duì)我們的環(huán)境產(chǎn)生很大的污染，所以我們要妥善處理工業(yè)三廢。首先工業(yè)區(qū)要遠(yuǎn)離城市水源，其次在工業(yè)區(qū)和居民區(qū)設(shè)立隔離帶以減少工業(yè)三廢帶來(lái)的環(huán)境污染和影響。對(duì)于金屬?gòu)U渣統(tǒng)一回收處理，做到不亂扔。工業(yè)廢水做到清污分流、污污分流，減少工業(yè)廢水中的COD含量。廢氣處理采用專業(yè)的工業(yè)廢氣處理裝置，凈化廢氣。
6.3.3 數(shù)控彎板機(jī)制造的可持續(xù)發(fā)展
改數(shù)控彎板機(jī)的設(shè)計(jì)符合中國(guó)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展理念，可以取代操作復(fù)雜的水火彎板技術(shù)，減少了樣板的制作，節(jié)約了資源，對(duì)環(huán)境友好，可以使金屬加工工藝的生產(chǎn)效率大大提高，也可以與現(xiàn)在主流的各項(xiàng)金屬?gòu)澢庸は到y(tǒng)對(duì)接，符合現(xiàn)代智能化、數(shù)字化的工業(yè)生產(chǎn)方式，可以更好的滿足現(xiàn)代綠色金屬加工行業(yè)的發(fā)展需求。
第7章 研究展望與總結(jié)
7.1總結(jié)
在我國(guó)汽車、造船業(yè)、飛機(jī)制造等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，金屬板材彎曲加工是非常重要的技術(shù)，特別是復(fù)雜曲面的加工一直是一項(xiàng)難題。三維數(shù)控彎板機(jī)結(jié)合了多壓頭成形技術(shù)與非對(duì)壓成形技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)各單元體方形壓頭的高度進(jìn)而形成細(xì)密完成的加工包絡(luò)面，形成不同形狀的曲面，這種可重構(gòu)形模具為多種高難度的曲面加工提供了可能。
總結(jié)全文，本文首先描述了彎板機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，討論了目前最新的板材彎曲成形方法，成形原理等。其后針對(duì)三維數(shù)控彎板機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括頂模動(dòng)力槽架、可替代頂模、可替代底模、彎板機(jī)頂蓋、底座、彎板機(jī)橫桿支架、橫梁、彎板機(jī)立柱等主要部件，并進(jìn)行受力分析，描述了單元體方形壓頭與非對(duì)壓成形技術(shù)，也對(duì)數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，最后結(jié)合兩種普遍典型的板材曲面，帆形面與鞍形面的彎曲成形實(shí)驗(yàn)，通過(guò)的得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出了三維數(shù)控彎板機(jī)加工成形的效果良好。
7.2研究展望
數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)未來(lái)有很大的進(jìn)步空間，我認(rèn)為可以從以下幾方面提出對(duì)未來(lái)研究的展望。
（1）對(duì)彎板機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用更高性能的金屬材料，加強(qiáng)彎板機(jī)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使得改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)更加合理緊湊，保證彎板機(jī)結(jié)構(gòu)變形小，受力情況更加均勻，承載負(fù)荷能力更大。
（2）對(duì)基本體的方形壓頭進(jìn)行尺寸優(yōu)化，第一點(diǎn)是可以使壓頭基本體的尺寸更加精致細(xì)微，從理論上來(lái)說(shuō)，基本體越小，方形壓頭面積越小，會(huì)使壓頭與金屬板材接觸面積越大，可以避免未接觸到的面積產(chǎn)生剪力，從而對(duì)板材彎曲成形的質(zhì)量產(chǎn)生影響。同時(shí)對(duì)于基本體的壓頭，未來(lái)可以設(shè)計(jì)出更加合理的形狀，使得壓頭適應(yīng)復(fù)雜多變的受力和載荷，能應(yīng)對(duì)不同加工要求的金屬板材，這使得加工精度有很大進(jìn)步空間。
（3）如果第二點(diǎn)中的方形壓頭在未來(lái)可以做到更加細(xì)致，可調(diào)模具上的壓頭數(shù)量必然增加，這會(huì)導(dǎo)致控制壓力機(jī)的步進(jìn)電機(jī)負(fù)載增大，其中的驅(qū)動(dòng)器和控制器的性能要求也越來(lái)越高，所以對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的硬件研發(fā)也是有很大遠(yuǎn)景，可以解決控制精度的問(wèn)題。
（4）在金屬板材彎曲加工的過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生各種復(fù)雜的情況，根據(jù)板材成形的變化，應(yīng)該有三維激光掃描技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋金屬板材的加工狀況，實(shí)現(xiàn)智能化控制，根據(jù)進(jìn)展不斷調(diào)形，能夠完美實(shí)現(xiàn)板材的彎曲和對(duì)加工出現(xiàn)的瑕疵進(jìn)行修正。
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致 謝
通過(guò)這次為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我深刻感受到了作為一名工科研究人員的不易，使我更加珍惜所有科研人員的科研成果，敬佩他們的努力與創(chuàng)新。數(shù)控彎板機(jī)系統(tǒng)課題的設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師熊家新的辛勤指導(dǎo)下完成的，從論文開(kāi)始之初的開(kāi)題報(bào)告，到后期的論文完成，老師給了我許多寶貴的意見(jiàn)，使我在完成論文的道路上更加堅(jiān)定，有了明確的方向。同時(shí)在論文完成的過(guò)程中，老師給我講解了許多關(guān)于科研和創(chuàng)新的知識(shí)，培養(yǎng)了我的創(chuàng)新思維，讓我在完成課題的過(guò)程中，順利攻克一道又一道難關(guān)，學(xué)習(xí)到了理論與實(shí)際
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