【溫馨提示】壓縮包內(nèi)含CAD圖有下方大圖片預(yù)覽，下拉即可直觀呈現(xiàn)眼前查看、盡收眼底縱觀。打包內(nèi)容里dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，所見才能所得，請見壓縮包內(nèi)的文件及下方預(yù)覽，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：11970985或197216396
摘要：彎管機(jī)是我國基礎(chǔ)建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備。不僅在電力，石油化工等工業(yè)，另 外在天然氣，集中供熱等輸送工程中，需要大量的彎管，彎頭，而且在冰箱、空調(diào) 和循環(huán)冷卻系統(tǒng)等機(jī)械設(shè)備中有很大的使用價值。所以彎管機(jī)是重要生產(chǎn)設(shè)備之一， 它的安全、可靠、高效運(yùn)行，直接關(guān)系到自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 目前彎管機(jī)種類繁多且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要是在彎管的過程中對管的傷害比較 大：在彎曲的過程中，管的外壁被拉伸而內(nèi)壁被壓縮，存在應(yīng)力集中，且在使用過 程中承受（主要是來自彎管內(nèi)液體或者氣體）的壓力范圍較小，在外壁被拉伸處容 易產(chǎn)生裂紋和泄露。 自動彎管機(jī)共有兩部分組成：校直截斷機(jī)和自動彎管機(jī)。校直截斷機(jī)由導(dǎo)輪、 滾筒、兩臺校直機(jī)、高速電機(jī)及砂輪，PLC 控制部分組成。其功用是將原材料管材 校直后，再按照一定的長度截斷，并保證其斷口是平整的，長度是一致的。自動彎 管機(jī)由步進(jìn)電機(jī)、擺動液壓缸及附屬部分、PLC 控制部分、限位開關(guān)等組成，能夠 實現(xiàn)進(jìn)料、彎曲、旋轉(zhuǎn)的功能。 本文主要針對冰箱、汽車空調(diào)冷凝器等家用電器中直徑較小的管進(jìn)行彎曲加工 的闡述。這些設(shè)備中的彎管都是反復(fù)的 U 型結(jié)構(gòu)（彎曲 180°） ，本文設(shè)計彎管機(jī)采 用滾彎式，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場以及現(xiàn)實使用的情況，精度可靠且?guī)缀鯇懿摹傲銈Α?。 關(guān)鍵詞： 校直截斷機(jī) 自動彎管機(jī) 擺動液壓缸 滾彎式 1 Abstract：Pipe bender is the key of construction of our country's basic equipment,Not only in electric power, petroleum chemical industry and natural gas, such as the central heating in conveying engineering, need a lot of bend pipe, elbow，but also in the refrigerator, air conditioner and circulating cooling system has a lot of use the use value. So pipe bender as one of important production equipment, it's safe, reliable and efficient operation, directly related to the production efficiency white move and processing quality. At present various kinds of bender and structure is more complex, mainly in the tube bending process on the pipe of the damage is bigger: In the process of bending, the walls of the tube is stretched and compressed wall, stress concentration exists, and in use process bear (mainly from bending tube liquid or gas) pressure range of small, vulnerable to crack and leaking. Automatic pipe bender has two parts: the straightening truncation machine and automatic pipe bender. Straightening truncation machine, roller, guide by two sets of straightening machine, high speed motor and grinding wheel, PLC control parts.Its function is to raw material pipe straightening again after according to certain length truncation, and ensure the fracture surface is smooth, length is consistent.Automatic pipe bender by step motor, swinging hydraulic cylinder and accessary part, PLC control section, limit switches and other components, can realize feeding, bending, rotation, bending function. This article mainly aims at the refrigerator, air conditioner condenser car such as the diameter of the smaller pipes were bending machining instructions. These devices are repeated the tube bending the U structure (bending 180 °), the pipe bender using the roll bending type, according to industry site and reality used, precision reliable and almost of pipes “zero damage“. Key words：Straightening truncation machine Automatic pipe bender Swinging hydraulic cylinder Roll bending type 2 目錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 ABSTRACT1 KEY WORDS.2 1. 緒論 3 1.1 本課題研究目的和意義 3 1.2 彎管機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 2.彎管機(jī)概述 .10 2.1 彎管機(jī)種類 .11 3.數(shù)控彎管機(jī) .12 3.1 數(shù)控彎管機(jī)工作原理簡介 .12 3.2 數(shù)控彎管機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .13 4.彎管機(jī)總體設(shè)計思路 .15 5. 校直截斷機(jī) 16 5.1 校直機(jī)的功用 .17 5.2 截斷部分的組成和功用 .19 5.3 控制部分 .22 6. 彎管機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 6.1 彎管機(jī)的彎管工藝特點(diǎn) .23 6.2 彎管機(jī)各組成部分的設(shè)計 .25 6.3 彎管機(jī)進(jìn)料部分 .25 6.4 彎曲部分 .28 6.5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計要求 .34 3 7 計算 .35 7.1 計算擺動液壓缸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩 .35 7.2 計算彎曲力矩 .36 7.3 計算彎曲臂動輪的角速度和線速度 .37 參考文獻(xiàn) .38 致謝 .39 1 1. 緒論 彎管機(jī)，顧名思義是用于彎曲管子的機(jī)器，可以加工制造出 C 型、 S 型、U 型 等多種彎曲形狀的管子。廣泛應(yīng)用于壓力容器、 鍋爐、汽車、航空航天以及石油石 化工程等各種領(lǐng)域，為促進(jìn) 國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。 早期傳統(tǒng)的彎管機(jī)械憑借操作者的經(jīng)驗和技術(shù)熟練程度來控制產(chǎn)品質(zhì)量。因 此，管型異常較大且校正量大，大管徑導(dǎo)管彎曲質(zhì)量尤其難以保證，往往 產(chǎn)生圓 度超差，內(nèi)壁半徑處起皺、管腔內(nèi)的填充物清楚不干凈等問題，而且 傳統(tǒng)的彎管 工序很多，操作過程繁雜。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，從早期的手工彎管到現(xiàn)在的機(jī) 器自動彎管。不僅降低了生 產(chǎn)成本，提高了生 產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量，而且精度 也有了很大提高。為滿足生 產(chǎn)出不同彎曲程度與彎曲半徑的管子的要求，彎管機(jī) 的類型也在不斷改進(jìn)、提高，目前市場上主要有電動 彎管機(jī)、液 壓彎管機(jī)、CNC 控 制自動彎管機(jī)。 雖然彎管機(jī)種類眾多，但是從常規(guī)彎管工藝稍加分析，就不難看出彎制主要 可以歸結(jié)為三個基本加工動作： （1）直線送進(jìn)： （2）空間轉(zhuǎn)角： （3）彎曲。 當(dāng)然，欲彎制一根管子，還需要一些彎管輔助動作，如加緊管子、夾?；驂耗?的夾緊與松開、彎模的復(fù)位等等。有的彎管機(jī)如鍋爐廠里經(jīng)常使用的液壓雙向彎 管機(jī)，主要加工 S 型、蛇形管子。在彎制管子時需要增加換向動作，模子轉(zhuǎn)向、提 升、下降等更好的完成彎管動作。 2 1.1本課題研究目的和意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,產(chǎn)品的多樣化及對 市場的快速反應(yīng)已經(jīng)成為企業(yè)能否在激烈的市場競爭中處于有利位置的必要競爭力。 這就對企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。如何提高生產(chǎn)設(shè)備的柔性和效率,滿足產(chǎn) 品的多樣化的需求,是每個企業(yè)都面臨著的一個重要問題。彎管機(jī)是我國基礎(chǔ)建設(shè)的 關(guān)鍵設(shè)備，不僅在電力，石油化工等工業(yè)和天然氣，集中供熱等輸送工程中，需要 大量的彎管，彎頭，而且在冰箱、空調(diào)和循環(huán)冷卻系統(tǒng)等中的利用有很大的利用價 值。所以彎管機(jī)已經(jīng)成為重要生產(chǎn)設(shè)備之一，它的安全、可靠、高效運(yùn)行，直接關(guān) 系到自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。彎管機(jī)在機(jī)械工業(yè)中的地位之高，各種管 型品種之多、數(shù)量之大、形狀之復(fù)雜，都給彎管的加工帶來了不少的困難。對于許 多小企業(yè)、家庭作坊或者大企業(yè)中需要配管的場合。如工程機(jī)械上的壓力油管，機(jī) 床廠的液壓管道、發(fā)動機(jī)的油管健身器材中的彎管等等這些場合?？赡懿恍枰δ?全的彎管機(jī)且加工的管件的難度不高，簡易手動型的彎管機(jī)很容易適應(yīng)。該系列彎 管機(jī)采用手動夾緊，機(jī)械彎曲，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，控制元件極少，因此價格上比較容 易被客戶接受。 無論是哪一種機(jī)器設(shè)備，幾乎都有導(dǎo)管，用以輸油、輸氣、輸液等。而彎管在 飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)上占有相當(dāng)重要的地位。各種導(dǎo)管品種繁多、利用量大、形狀非常 復(fù)雜，給導(dǎo)管的加工帶來了一定的困難。傳統(tǒng)的彎管是采用成套彎曲模具進(jìn)行彎曲 的。現(xiàn)在市面上現(xiàn)有的自動彎管機(jī)大多數(shù)是液壓的、數(shù)控的，也有機(jī)械傳動的，但 它們的占地面積較大(長度在 2500——4000mm 之間)，然而大多數(shù)用戶的需求都是 那種占地面積小，價格便宜，使用方便的彎管機(jī)。 此設(shè)計是針對這方面的用途，精心設(shè)計的自動彎管機(jī)。是占地面積小,使用方便 的自動彎管機(jī) ，它能彎曲不同口徑或不同材料的彎管。采用擺動液壓缸電機(jī)以提高 彎曲機(jī)的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)，方便操作。 本次研究的自動彎管機(jī)由校直截斷機(jī)和彎管機(jī)的彎曲部分組成。校直截斷機(jī)由 導(dǎo)輪、滾筒、兩臺校直機(jī)、高速電機(jī)及砂輪，PLC 控制部分組成。其功用是將原材 料管材校直后，再按照一定的長度截斷，并且保證其斷口是平整的，長度是一致的。 3 自動彎管機(jī)由步進(jìn)電機(jī)、擺動液壓缸及附屬部分、PLC 控制部分、限位開關(guān)、加緊 裝置、彎曲裝置等組成。它能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)料、彎曲、旋轉(zhuǎn)、的功能。設(shè)備參數(shù)主要有 管子直徑、彎曲半徑、工作油壓等。 彎管機(jī)在彎管時需要注意的工藝方法如下： （1）彎管設(shè)計中夾緊部分不能過短，否則可能造成管子變形。 （2）在彎材料較軟或較薄的管子時，在夾緊部分應(yīng)穿心軸，防止變形。 （3）夾模與輪模是同時旋轉(zhuǎn)彎管的，不需太大的夾緊力，故夾模的夾緊力根據(jù) 管子直徑、管壁 厚度適當(dāng)夾緊，察看管子沒有變形即可。否則用力過大， 管子會 產(chǎn)生變形(因輪模是兩面受力，夾模是兩條線夾緊的)。 如何將管子折彎成反復(fù)的 U 型管是加工的主要環(huán)節(jié)。當(dāng)一段被加工的管子到達(dá) 指定位置時候，加緊裝置工作，以適當(dāng)?shù)膴A緊力夾緊；夾緊后彎曲部分開始工作， 彎曲部分以一定速度和力矩將被加工管子折彎成一定的角度，彎曲部分回位，加緊 裝置松開，完成一次折彎作業(yè)。 1.2 彎管機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)傳統(tǒng)的彎管工藝都是設(shè)備定型投產(chǎn)后的導(dǎo)管（或管型） ，標(biāo)準(zhǔn)樣件在彎曲 夾具或彎管機(jī)上彎曲，在型面檢驗夾具上進(jìn)行驗收的。由于管子的彎曲角度、兩相 鄰彎平面間的空間的夾角，以及兩個彎之間的直線距離，都不能進(jìn)行直接測量或很 難測量準(zhǔn)確。另外再加上彎管過程中的回彈等一系列工藝和操作問題，在彎制管子 時，可完全憑借操作者的經(jīng)驗和技術(shù)熟練程度。因此，每根管子 在驗收之前，大都 要進(jìn)行手工校正，而且難免會出現(xiàn)“反復(fù)”彎曲、 “串彎”等現(xiàn)象。這樣，不但彎管 質(zhì)量不易管控、生產(chǎn)效率很低、勞動強(qiáng)度很大，而且需要相當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)管標(biāo)準(zhǔn)樣件、 彎曲夾具和型面檢驗夾具。此外，為了使同一型號的發(fā)動機(jī)上的管子能夠互換，標(biāo) 準(zhǔn)樣件必須妥善保管，以作為每批生產(chǎn)時的依據(jù)和驗收標(biāo)準(zhǔn)。 不僅是正在生產(chǎn)的發(fā) 動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)樣件，而且包括過去所有生產(chǎn)過的不同型號的發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)樣件。由于 要提供備件，都必須儲存起來，以保證用戶的需要。每生產(chǎn)一種新型號的發(fā)動機(jī)， 都要制造和儲存這些標(biāo)準(zhǔn)樣件，甚至還要儲存彎管的夾具和檢驗夾具。這樣，就需 要 龐大的倉庫或車間。因此，解決彎管設(shè)備和工藝，已經(jīng)成為長期以來世界各國航 4 空工業(yè)領(lǐng)域研究的一個重要課題。 從常規(guī)彎管工藝稍加分析，就不難看出，管子的彎制主要可以歸結(jié)為三個基本 動作，即直線 送進(jìn)、空間轉(zhuǎn)角、彎曲。全部彎管動作就是這些簡單機(jī)械動作按照一 定順序進(jìn)行的組合。 通過大量的實踐活動， 人們已經(jīng)掌握了彎管的動作規(guī)律，從 而就可能把這些簡單的動作按一定順序連貫起來。并加以控制，實現(xiàn)彎管機(jī)機(jī)械化、 自動化。采用數(shù)控技術(shù)，不但可使導(dǎo)管的彎曲質(zhì)量有了可靠的保證，而且也使生產(chǎn) 效率大大提高，從而改變了手工彎管的落后面貌。但是，由于導(dǎo)管的空間幾何形狀 很復(fù)雜，很難用設(shè)計圖紙把它準(zhǔn)確 的表達(dá)出來； 而且對管形標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行測量也 相當(dāng)困難，于是編輯“彎管程序”已成為當(dāng)前采用數(shù)控彎管機(jī)要解決的新問題。目 前，只能通過逐個彎管試彎定初始數(shù)據(jù)—試彎整個管形—修正數(shù)據(jù)— 最后確定數(shù)據(jù) 的辦法來編制彎管程序。這樣，不僅報廢一定數(shù)量的管子，而且效率也很低。 從國際情況上看，彎管機(jī)的發(fā)展已有一段歷史，并達(dá)到一定高度。其中 處于高水 平階段的企業(yè)單位有：意大利的 BLMGROUP、博利馬機(jī)械設(shè)備有限公司、意圖奇（上海） 國際有限公司等等。其中意大利的 BLMGROUP 作為世界最大的管材加工設(shè)備的生廠商， 其產(chǎn)品遍布全球的航空航天，汽車，空 調(diào)，家具等多個行業(yè)。其產(chǎn)品包括：數(shù)控彎管機(jī)， 管端成型機(jī)，激光切割機(jī)，其中數(shù)控彎管機(jī)是在彎管機(jī)行業(yè)起著領(lǐng)頭羊的作用，技 術(shù) 水平含量很高。 為適應(yīng)用戶對管加工機(jī)床功能、精度及效率的要求。意大利的博利馬 （BLMGROUP）公司推出了代表當(dāng)今彎管機(jī)最高水平的全電動數(shù)控彎管機(jī)（見圖 1-1）。 他們最大的加工管徑分別為 Φ76mm 及 Φ90mm，可以 實現(xiàn)最小彎管半徑小于 1D。美國 自 20 世紀(jì) 60 年代就開始使用垂直液壓(即立式)彎管機(jī)，可以彎制 152.4～762mm (6～30 英寸)各種壁厚的鋼 管。 5 圖1-1 全電動彎管機(jī) 博利馬（BLM GROUP）公司生產(chǎn)的全電動彎管機(jī)最大的特點(diǎn)在于： （1）提高彎管精度 全電動機(jī)床采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動裝置，完全排除了液壓系統(tǒng)對機(jī)床精度的影 響，極大的提高了彎管彎曲的精度。 （2）提高生產(chǎn)效率 采用全電動控制后，模具的安裝調(diào)整變得簡便快速。夾模及跟進(jìn)模夾緊位置為可 編程電動控制，這樣安裝模具后可通過程序的編制直接設(shè)定夾模的夾緊位置，不需再 手動調(diào)整它們的位置。極大的降低了加工準(zhǔn)備時間。 （3）機(jī)床采用了最新的圖形對話編程軟件。 所有數(shù)據(jù)均為對話式輸入，這大大降低了對操縱者專業(yè)技能的要求減少了對操 縱人員的培訓(xùn)時間。機(jī)床的三 維圖形仿真模擬系統(tǒng)可以檢測機(jī)床加工該產(chǎn)品時是否 會發(fā)生干涉并顯示干涉部位，無須進(jìn)行實際試加工來檢測程序的可行性。 （4）使得彎管半徑小于 1D 成為可能 由于機(jī)床配備了單獨(dú)驅(qū)動的彎管助推裝置，50000N 的助推力，助推力及定位均為 可編程控制。同時彎管臂也是由大功率伺服電機(jī)驅(qū)動，專業(yè)的變速機(jī)構(gòu)傳動，使得小 于 1D 的加工成為可能。 從國內(nèi)情況看，彎管機(jī)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品尚處于發(fā)展期， 產(chǎn)品技術(shù)仍需發(fā)展完善；產(chǎn)品 6 適用范圍和使用量尚未得到足夠拓展；市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)自然調(diào)整仍處于初級階 段。然而，也有不少企業(yè)和公司在自主創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)與國際先進(jìn)技術(shù)的公司合 作，不斷接近世界水平。在國內(nèi)彎管機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的比較好的公司有陜西深信科技發(fā)展 有限公司、張家港市明華機(jī)械有限公司、昆山富邦機(jī)械有限公司、哈爾濱鍋爐廠等等。 他們可以通過各種彎管機(jī)設(shè)備如:NC 控制自動彎管機(jī)，數(shù)控彎管機(jī)，液壓彎管機(jī)（單頭、 雙頭），電動彎管機(jī)等加工出多種不同彎曲程度與彎曲半徑的管子，較之以前的手動 彎管機(jī)降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率， 保證了加工質(zhì)量，精度也有了很大提高。 明華機(jī)械制造有限公司作為國內(nèi)彎管行業(yè)中的高技術(shù)公司，在彎管機(jī)的發(fā)展中 起著重要的作用。公司生產(chǎn) 的單（雙）頭彎管機(jī)、特殊型彎管機(jī)、立體液 壓彎管機(jī)（如 圖 1-2 所示）及 CNC 彎管機(jī)都是高性能的彎管機(jī)（如圖 1-3 所示），廣泛應(yīng)用在管子的 彎曲加工行業(yè)中。 圖1-2 CNC 彎管機(jī) 圖1-3 立體液壓彎管機(jī) （1）立體液壓彎管機(jī) 立體液壓彎管機(jī)采用液壓系統(tǒng)為整個彎管機(jī)裝置提供動力，完成管子的彎制，最 主要的特點(diǎn)是：彎制過程中采用液壓夾管，自動鎖角，機(jī)械定長；具有空間轉(zhuǎn)角裝置， 可彎出多角度三維立體管件；內(nèi)存增大，可以存 60組加工程序，每組可設(shè)定 16 個任 7 意角度，彎管轉(zhuǎn)角均采用編碼器控制；最大的彎管能力 Φ50×2mm；彎曲半徑范圍： 35mm~250mm。 （2）CNC 彎管機(jī) CNC 彎管機(jī)的主要特性是： 機(jī)床/工件動力特性自動識別--加工既快又好慢推芯，小車助推改變彎角外觀。 圖形化編程系統(tǒng)--在屏幕立體管形上畫制/修改，即得加工程序。非常簡便、快速、 準(zhǔn)確的編程。其最大彎曲半徑：175mm；最大彎曲角度：190° 回彈測量—對批次管材特性可比較測量，計算回彈量。 單步調(diào)試功能—模具試制時管材并行過程觀察。 入微自動繪制模具圖—對研究新品幫助明顯。 全面檢測—液壓/電機(jī)/傳動系統(tǒng)，電機(jī)缺相/反轉(zhuǎn)，電壓、溫度、油 壓并自動診斷 故障。 我國的彎管機(jī)早在青銅器時代就已經(jīng)開始萌芽，并逐步發(fā)展和改進(jìn)。但是到清 代時候，政府的腐敗導(dǎo)致了彎管機(jī)及其他機(jī)床無法生產(chǎn)，一度陷入衰退時期。建國 之初，我國主要是依靠模仿外國的機(jī)器的來制造彎管機(jī)，但是產(chǎn)品的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不 到要求。并且功能較少，自動化程度低。一些精密的機(jī)械上需要的彎管還要靠進(jìn)口 的彎管機(jī)來生產(chǎn)。自中國加入世貿(mào)組織后，國家和政府越來越重視彎管機(jī)行業(yè)的發(fā) 展。國內(nèi)的彎管機(jī)行業(yè)要力爭趕超國外技術(shù)水平，要強(qiáng)化“自主創(chuàng)新，精細(xì)制造” 的理念，加快自主創(chuàng)新步伐，改變國內(nèi)產(chǎn)品落后于國外的不足。不能總是跟在別人 后面仿造，強(qiáng)化精細(xì)化制造，提高產(chǎn)品的制造工藝水平與質(zhì)量。包括各種功能部件 及相關(guān)配套件，這兩條是提高技術(shù)的根本保證。這樣才有利于中國制造的彎管機(jī)盡 快打入國際市場，增強(qiáng)國際競爭力。過去手動式彎管機(jī)到近年來的液壓彎管機(jī)、半 自動彎管機(jī)、單頭彎管機(jī)。隨著社會科學(xué)的發(fā)展，數(shù)控彎管機(jī)研制出來了，液壓彎 管機(jī)的彎曲彎管角度需要手工做調(diào)整的，手動送料式 精確度達(dá)不到要求。而且工作 效率也有了大大的折扣， 也費(fèi)人力?，F(xiàn)代數(shù)控彎管機(jī)將改變以往狀況，它工作效率 高，精確度高，對于管材彎曲加工要求高的市場來說非常受歡迎，數(shù)控彎管機(jī)，全 自動彎管機(jī)，采用 CNC 數(shù)控控制系統(tǒng)。 8 數(shù)控彎管機(jī)介紹：數(shù)控彎管機(jī)是數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)彎管工藝相結(jié)合，隨著機(jī)床工 業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的。其自動化程度高、效率高，適合于快速精確地彎制復(fù)雜的空間 彎曲件。作為數(shù)控彎管機(jī)的核心，控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣對整個設(shè)備的精度和效率影 響甚大。因此，研究開發(fā)出先進(jìn)的彎管控制系統(tǒng)具有重大的現(xiàn)實意義。 伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，彎管性能也在大幅度地提高。特別是微型計算機(jī)、 單片機(jī)、可編程控制器、先進(jìn)的交流伺服系統(tǒng)以及新型液壓元器件和液壓技術(shù)的應(yīng) 用，使得傳統(tǒng)彎管機(jī)的功能日趨完善，數(shù)控彎管機(jī)、PLC 彎管機(jī)、單片機(jī)彎管機(jī)等 自動化的彎管機(jī)將取代傳統(tǒng)彎管機(jī)而成為現(xiàn)代彎管的主要設(shè)備。 傳統(tǒng)的二維式的彎管機(jī)已無法滿足復(fù)雜的工業(yè)需要。三維數(shù)控彎管機(jī)正是在這 一背景下逐漸開發(fā)并成熟起來的。可程序設(shè)計控制器（PLC）在彎管機(jī)控制系統(tǒng)中的 應(yīng)用給復(fù)雜要求的彎管系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。到現(xiàn)在，由于國內(nèi)空調(diào)，汽車等行業(yè) 的興起對于彎管機(jī)的需求產(chǎn)生了由量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變。所以同樣催生了彎管機(jī)技術(shù)的飛 躍，數(shù)控技術(shù)終于引入到了彎管機(jī)行業(yè)，數(shù)控的介入是彎管行業(yè)的一次技術(shù)革命， 不管從彎管速度、精度上都是具有具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。自工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的上世 紀(jì)90年代后以來，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)廠房、設(shè)備、交通設(shè)施需求急劇增加，各種金屬管 的需求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。許多金屬管的形狀要求也不斷復(fù)雜化，從而催生了彎 管機(jī)系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。臺達(dá)作為行業(yè)的領(lǐng)軍者率先利用產(chǎn)品的優(yōu)勢以及中達(dá)電通的 整合技術(shù)銷售給行業(yè)帶了更強(qiáng)的生命力。 現(xiàn)今，我國彎管機(jī)制造也已基本上能夠滿足工業(yè)需求了，特別是在普通彎管機(jī) 上。目前，國內(nèi)研制的中頻加熱彎管機(jī)基本上可以顯示我國的自動彎管機(jī)發(fā)展進(jìn)程。 它是以液壓、機(jī)械機(jī)構(gòu)、中頻加熱為主要的運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以可編程控制器 （PLC ）為控制機(jī)構(gòu)來進(jìn)行工作的。這種彎管機(jī)廣泛用于直徑較大且管壁較厚的管 材。彎曲效果很好，應(yīng)力集中不明顯，這種彎管機(jī)用于加工輸送石油，天然氣等易 泄露物料彎管。 中國作為全球最大機(jī)床生產(chǎn)國、進(jìn)口國和消費(fèi)國,早期的機(jī)床均屬國營，生產(chǎn)效 率不佳，出口比例較低；目前管類加工機(jī)床彎管機(jī) 及其行業(yè)機(jī)床正在逐漸成熟 走 向國際市場。 在國內(nèi)機(jī)床企業(yè)大力改革、裁汰冗員，大量崛起“人員精簡、產(chǎn)值高” 的民營企業(yè)等事件后，情況得到好轉(zhuǎn)。同時，隨著逐步學(xué)習(xí)日本、美國的技術(shù)設(shè)計 理念，把主要市場投向汽車、模具、電子等高端產(chǎn)業(yè)。管材類機(jī)械 主要有彎管機(jī)、 9 及數(shù)控彎管機(jī)等。采用技術(shù)合作或引進(jìn)外資的方式吸引日本、臺灣企業(yè)，使機(jī)床產(chǎn) 業(yè)得到大幅度的發(fā)展。彎管機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景樂觀，專家預(yù)測，在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國家 政策大力支持、上下游產(chǎn)業(yè)振興等背景下，機(jī)床行業(yè)的旺盛需求仍將保持高速增長。 但對高檔數(shù)控機(jī)床需求將不斷上升，對中低檔機(jī)床工具產(chǎn)品的需求則將不斷下降， 升級改造應(yīng)注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)狀來看，我國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)鏈，雖然高檔、 中檔、低檔產(chǎn)品對應(yīng)著不同的市場和用戶群，但是產(chǎn)品卻存在著相同問題，即產(chǎn)品 的質(zhì)量和效率不高。比如機(jī)床制造業(yè)，無論是滿足高精度要求的高端機(jī)床或數(shù)控管 材數(shù)控彎管機(jī)機(jī)床，還是普通、量大、面廣的中低檔機(jī)床，首先要保證機(jī)床產(chǎn)品的 質(zhì)量和安全性。因此，傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)，其產(chǎn)業(yè)升級改造，關(guān)鍵在于提高產(chǎn)品質(zhì)量 和效率。 未來彎管機(jī)應(yīng)該朝著更加智能化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。用弱電控制強(qiáng)電來提高精度， 用 PLC 或者單片機(jī)控制來替代傳統(tǒng)的手工目測控制。而一些直徑較小的鋁管或者銅 管的彎管機(jī)應(yīng)與截斷的機(jī)器合并在一起，使彎管機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，更容易控制。雖 然我國的彎管機(jī)行業(yè)技術(shù)水平和發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。但是，我認(rèn)為隨著我 們工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，趕上世界先進(jìn)技術(shù)要求還是很有希望的。 2.彎管機(jī)概述 彎管機(jī)是我國基礎(chǔ)建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備，不僅在石油化工、電力等工業(yè)和天然氣， 集中供熱等輸送工程中，需要大量的彎管，彎頭。而且在冰箱、空調(diào)和循環(huán)冷卻系 統(tǒng)等機(jī)械產(chǎn)品中的利用有很大實用性。所以彎管機(jī)作為重要生產(chǎn)設(shè)備之一，在人們 的日常生活中有著很重要的地位。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對產(chǎn)品質(zhì)量的提高,產(chǎn) 品的多樣化及對市場的快速反應(yīng)是企業(yè)能否在激烈的市場競爭中處于有利位置的必 要能力。這就對企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高地要求。如何提高生產(chǎn)設(shè)備的柔性和加 工效率,滿足產(chǎn)品的多樣化的需要,是每個企業(yè)都面臨著的一個重要問題。 國內(nèi)傳統(tǒng)的彎管工藝都是設(shè)備定型投產(chǎn)后的導(dǎo)管（或管型）標(biāo)準(zhǔn)樣件在彎曲夾 具或 彎管機(jī)上彎曲，在型面檢驗夾具上進(jìn)行驗收的。由于管子的彎曲角度、兩相鄰 彎平面間的空間夾 角以及兩個彎之間的直線距離都不能進(jìn)行直接測量或很難測量準(zhǔn) 確， 再加上彎管過程中的回彈等 一系列工藝和操作問題，在彎制管子時完全憑借 10 操作者的經(jīng)驗和技術(shù)熟練程度，因此，每根管子 在驗收之前，大都要進(jìn)行手工校正， 而且難免會出現(xiàn)“反復(fù)”彎曲、 “串彎”等現(xiàn)象。這樣，不 但彎管質(zhì)量不易控制， 生產(chǎn)效率很低，勞動強(qiáng)度很大，而且需要相當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)管標(biāo)準(zhǔn)樣件、彎曲 夾具和型 面檢驗夾具。 此外，為了使同一型號的發(fā)動機(jī)上的管子能夠互換，標(biāo)準(zhǔn)樣件必須妥善保管， 以作為每批生產(chǎn)時 的依據(jù)和驗收標(biāo)準(zhǔn)。 不僅正在生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)樣件， 而且 包括過去所有生產(chǎn)過的不同型號的 發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)樣件，由于要提供備件，都必須儲 存起來，以保證用戶的需要。每生產(chǎn)一種新型號 的發(fā)動機(jī)，都要制造和儲存這些標(biāo) 準(zhǔn)樣件，甚至還要儲存彎管的夾具和檢驗夾具。這樣，就需要龐大的倉庫或車間。 因此，解決彎管設(shè)備和工藝，成為長期以來世界各國航空工業(yè)所研究的一個 課題。 從常規(guī)彎管工藝稍加分析，就不難看出，管子的彎制主要可以歸結(jié)為三個基本動作， 即直線 送進(jìn)、空間轉(zhuǎn)角、彎曲。當(dāng)然，欲彎制一根管子，還需要一些彎管輔助動作， 如夾?；驂耗５膴A 緊、松開，彎模的復(fù)位等。全部彎管動作就是這些簡單機(jī)械動作 的一定順序的組合。 通過大量的實踐活動，人們已經(jīng)掌握了彎管的動作規(guī)律，從而就有可能把這些 簡單的動作按 一定順序連貫起來，并加以控制，實現(xiàn)彎管機(jī)械化、自動化。 采用 數(shù)控技術(shù)，不但可使導(dǎo)管的彎曲質(zhì)量有了可靠的保證，而且生產(chǎn)效率也大大提高， 從而 改變了手工彎管的落后面貌。但是，由于導(dǎo)管的空間幾何形狀很復(fù)雜，很難用 設(shè)計圖紙把它準(zhǔn)確 的表達(dá)出來； 而且對管形標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行測量也相當(dāng)困難， 于是 編輯“彎管程序”已成為當(dāng)前采用 數(shù)控彎管要解決的新問題。目前，只能通過逐個 彎試彎—初記數(shù)據(jù)—試彎整個管形—修正數(shù)據(jù)— 最后確定數(shù)據(jù)的辦法來記錄彎管程 序。這樣，不僅報廢一定數(shù)量的管子，而且效率也很低。 2.1 彎管機(jī)種類 顧名思義，彎管機(jī)是將一定直徑的金屬管子按照規(guī)定的角度折彎或一定半徑的 圓角將管子進(jìn)行折彎處理的裝置，折彎過程中，金屬管材料發(fā)生了塑性變形，特點(diǎn) 是彎曲處內(nèi)壁和外壁不可避免地有一定的厚度差。目前彎管機(jī)有電動式，液壓式和 數(shù)控彎管機(jī)三大類。不論彎管機(jī)的有多么復(fù)雜，控制部分如何變化，但是其中的彎 曲部分是最主要的工作部分，現(xiàn)今天廠家主要生產(chǎn)的彎管機(jī)按照其彎曲原理不同彎 11 曲部分分為以下兩種形式，如圖2-1 所示： 一是滾彎形式；二是纏繞形式 加加加 圖2-1 彎管機(jī)兩種彎曲原理 兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)：滾彎式的彎管機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，彎曲過程中對管材料幾乎沒有損 傷，但是對方形管材的彎曲卻沒有纏繞式的好，纏繞式的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 由于數(shù)控彎管機(jī)結(jié)合了電動式和液壓式的優(yōu)勢，所以以數(shù)控彎管機(jī)為例說明彎管 機(jī)的組成和工作原理。 3.數(shù)控彎管機(jī) 3.1 數(shù)控彎管機(jī)工作原理簡介 數(shù)控彎管機(jī)是用來生產(chǎn)空間多彎、外形尺寸要求較高、相對彎曲半徑大的空心 管件，尤其是 汽車上的排氣管、發(fā)動機(jī)上的油管。 圖 3-1 為數(shù)控彎管機(jī)工作原理圖，主要由彎曲旋轉(zhuǎn)軸裝置、 Y、B 軸組合機(jī)構(gòu) 和調(diào)整裝置以及芯棒進(jìn)給裝置四部分組成。實現(xiàn)對運(yùn)送、翻轉(zhuǎn)、彎曲 三軸的空間控 制，完成具有復(fù)雜空間形狀的空心管加工。 12 加θ加Q12加加V1加3加 圖 3-1 數(shù)控彎管機(jī)工作原理圖 彎曲旋轉(zhuǎn)裝置繞旋轉(zhuǎn)中心 O 轉(zhuǎn)動， 其轉(zhuǎn)動角位移 θ、 角速度 ω 和轉(zhuǎn)動 力矩 M 是主要控制 對象；鉗口將管件壓緊到旋轉(zhuǎn)臺上的彎曲模具中，隨著彎曲旋 轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動，從而將管件彎 曲成形； 彎曲軸的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)角以及轉(zhuǎn)矩的控制是通 過彎曲軸上蝸輪蝸桿的伺服電機(jī)來實現(xiàn)的。 3.2 數(shù)控彎管機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.2.1 管材彎曲力矩的計算 管材彎曲力矩的計算是確定彎管機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 計算出管材的彎曲力矩 后， 才能確定彎 管機(jī)所需的驅(qū)動力矩、伺服電機(jī)的功率、主傳動軸機(jī)構(gòu)各部件結(jié) 構(gòu)尺寸、夾緊力大小等一系 列參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗公式 SxWRkM?)4(01?? 其中， ， ,tDk3275.1?x??Dd32)( 4?? 求彎曲力矩。本彎管機(jī)彎管最大規(guī)格為 Φ60mm，一般管坯材料為 20 號鋼，按規(guī)格 為 Φ60×4mm 的管子來確定彎管機(jī)的最大彎曲力矩，將具體參數(shù)：D =60mm，t = 4mm，d =52mm， ρ = 120mm， K 0 = 11.6mm 和 σ s = 240 MPa ，代入上面公式， 得 彎曲力矩為 M =6280.04N·m。 K 0 ——材料相對強(qiáng)系數(shù)； σ s ——材料屈服 13 限（MPa） D ——管材外徑（mm） t ——管 材壁厚（ mm） d ——管材內(nèi)徑（mm） ρ ——彎曲半徑（mm） 3.2.2 彎曲軸及彎曲臂設(shè)計 彎曲軸是彎管機(jī)中重要的部件，由于彎曲力很大，彎曲軸承受很大的扭矩，軸 的材料選擇合金鋼，同時用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度 。 軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸是根據(jù)軸上零 件的安裝、定位以及軸的制造工藝等要 求確定 的。彎管機(jī)工作過程中，彎曲軸帶動彎曲臂及彎曲臂上的一些輔助機(jī)構(gòu)。 通過彎曲 臂上的鉗口夾緊工件，鉗口由液壓缸實現(xiàn)夾緊。彎曲臂的外形尺寸是根 據(jù)彎曲臂上 的夾模座及夾模座導(dǎo)軌來確定的。 3.2.3 調(diào)整裝置設(shè)計 調(diào)整裝置，由絲杠、隨動模具、防皺模具和隨動油缸、夾緊油缸 等組成。絲杠 起微調(diào)作用。 軸夾緊油缸驅(qū)動絲杠帶動工裝夾具來實現(xiàn)模具的對中和方便操作者裝 卸管件。隨動模具由隨動油缸驅(qū)動，隨動模在彎管過程中也 起到舉足輕重的作用, 為了防止管件被彎癟和拉裂，隨動模先在夾緊油缸的作用 下把管件壓緊在防皺模中， 而后隨彎曲軸的旋轉(zhuǎn)而沿管件表面跟隨移動。 3.2.4 Y－B 軸組合機(jī)構(gòu)設(shè)計 Y－B 軸組合機(jī)構(gòu)，包括傳動部件和執(zhí)行部件。Y 向進(jìn)給運(yùn)動采用 齒輪齒條傳 動，這樣傳動平穩(wěn)。B 向轉(zhuǎn)動采用圓柱直齒輪傳動。Y 向和 B 向的 動力機(jī)構(gòu)是交 流伺服電電機(jī)功率均為 3.5KW。 向和 B 向都有 CNC Y 機(jī)，裝置?？紤]到結(jié)構(gòu)既要 輕便又要合理， 小車車身采用箱體式結(jié)構(gòu)。 三角卡盤是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過三角卡盤 實現(xiàn)管件的夾緊與放松，在管件夾由蝸輪蝸桿傳動帶動夾緊的管件向緊狀態(tài)下，前 運(yùn)動，能實現(xiàn)大的傳速比，傳遞大的扭矩。 3.2.5 床身設(shè)計 Y－B 軸組合機(jī)構(gòu)機(jī)座和箱體等零件，在一臺機(jī)器的總質(zhì)量中占有很大的比例 （例 如在機(jī)床中約占總質(zhì)量 的 70% ~ 80%） ，同時在很大程度上影響著機(jī)器的工作 精度及振動性能；所以正 確選擇機(jī)座和箱體等零件的材料和正確設(shè)計其結(jié)構(gòu)形式及 尺寸，是減小機(jī)器質(zhì) 量、提高工作精度、增強(qiáng)機(jī)器剛度及耐磨性等的重要途徑。本 彎管機(jī)床身通 過鑄造和焊接方式實現(xiàn)。箱體受力情況比較復(fù)雜，當(dāng)受到彎曲或扭轉(zhuǎn) 14 時，截面形 狀對于它的強(qiáng)度和剛度有著很大的影響。本機(jī)床床身采用臥式結(jié)構(gòu)，材 料選用普 通灰鑄鐵。 3.2.6 數(shù)控彎管機(jī)運(yùn)動過程仿真 對設(shè)計的產(chǎn)品在加工之前進(jìn)行運(yùn)動模擬仿真，能夠生動形象地進(jìn)行產(chǎn)品運(yùn)動的 模擬，并能制作成清晰的 MPEG 格式的影片，從而使電腦中的虛擬樣機(jī)更加清晰地 展現(xiàn)在設(shè)計人員和客戶面前 ，為設(shè)計的產(chǎn)品盡快投產(chǎn)提供了很大幫助，大大提高了 設(shè)計效率。本次仿真主要在彎管機(jī)的 Y 方向、 X 方向、Z 方向、B X 隨動模的運(yùn) 動方向、C 方 向、芯棒的運(yùn)動方向六個方向進(jìn)行運(yùn)動仿真，將 Y 軸的送料、空間 的旋轉(zhuǎn)、隨 動模的移動和彎曲軸的轉(zhuǎn)動等運(yùn)動在三維空間動態(tài)實時地顯示，這樣在 機(jī)床投入生產(chǎn)之前能很好的了解各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況，便于對設(shè)計進(jìn)行修改和完善， 縮短 彎管機(jī)設(shè)計周期，大大提高彎管機(jī)設(shè)計可靠性；同時也方便操作者觀察加工過 程 和檢測機(jī)床故障。 本次設(shè)計是利用三維繪圖軟件實現(xiàn)了數(shù)控彎管機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計出了一 套比 較完整的機(jī)械三維圖，圖形直觀和逼真。并將彎管機(jī)的整個彎管工藝過程通過三維 仿真軟件進(jìn)行動態(tài)模擬，將諸如 Y 軸的送料、空間的旋轉(zhuǎn)、隨動模的移動和彎曲軸 的轉(zhuǎn)動等運(yùn)動都在三維空間動態(tài)實時顯示，方便了操作者觀察加工過 程和檢測機(jī)床 故障。仿真降低了工程設(shè)計難度，使設(shè)計周期大大縮短，節(jié)約了資金，更大大提高 了設(shè)計效率。 4.彎管機(jī)總體設(shè)計思路 彎管機(jī)彎管前一定要將管子校直，故要用到校直機(jī)。而在管子校直后需要將它 截斷成需要的長度，故要用到截斷設(shè)備。 考慮到管子材料是鋁材，有質(zhì)軟的物理性 質(zhì)，本文采用高速砂輪機(jī)設(shè)備，以快速，進(jìn)給慢的方法將管子截斷，可以減少管子 被擠扁的幾率。 由于要生產(chǎn)的彎管是“蛇”形的，故設(shè)計的彎管機(jī)主要的彎曲結(jié)構(gòu) 采用定輪不動，動輪圍繞定輪轉(zhuǎn)動的方法進(jìn)行彎曲。 本文研究的課題是彎管機(jī)部分，簡要說明校直截斷機(jī)部分。 5. 校直截斷機(jī) 15 顧名思義，校直截斷機(jī)是有兩部分組成的：一是校直部分，二是截斷部分。它 是在彎管前必要做的準(zhǔn)備工作。圖5-1為校直截斷機(jī)的總體結(jié)構(gòu)簡圖 圖5-1 校直截斷機(jī)的總體結(jié)構(gòu)簡圖 校直截斷機(jī)工作步驟： 將管從儲料輪取出并反向通過滾筒進(jìn)入校直機(jī) ? ?? 傳感器發(fā)出并 觸 動 傳 感 器校 直 后 的 管 被 導(dǎo) 輪 拉 住此 過 程 是 人 工 完 成????? ?? ??????? 被 步 進(jìn) 電 機(jī) 帶 動 的 導(dǎo) 輪 信號 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)5周后停止先 旋 轉(zhuǎn) 一 周發(fā) 出 指 令 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 預(yù)傳 感 器 PLC??? ???? 步 進(jìn) 電 機(jī) 液壓缸換向電磁閥工作 缸內(nèi)活塞推動高速???????? 秒給 步 進(jìn) 電 機(jī) 信 號 停 止 6PLC ???????? 秒給 電 磁 閥 指 令 持 續(xù) 3PLC 電機(jī)和砂輪切斷管子 活塞帶動高速電機(jī)回位 活塞3秒后???? 液 壓 缸 活 塞 ?????? ?? 電 磁 閥 失 電 ， 油 液 倒 流 完全復(fù)位，管被切斷取出（完成一次切割） 導(dǎo)輪再轉(zhuǎn)動5周停止 液壓? ?? ???? 指 令PLC 缸活塞動作，將管子切斷。過程循環(huán)，直至儲料輪內(nèi)管子用完。 簡要說明校直截斷機(jī)的組成部件，以及各個部件的作用。 5.1 校直機(jī)的功用 校直機(jī)裝置主要功用是將纏繞在儲料輪上的彎管子進(jìn)行校直，為截斷加工做好 16 前期準(zhǔn)備。校直是進(jìn)行截斷作業(yè)前進(jìn)行的必要步驟，只有前期做好準(zhǔn)備，生產(chǎn)的彎 管工件才能保證精度。兩臺校直機(jī)必須是同一規(guī)格的，盡量減少速度差。 校直機(jī)進(jìn)行校直的時候,輥子的位置與被校直制品運(yùn)動方向成某種角度，兩個或 三個大的是主動壓力輥，由電動機(jī)帶動作同方向旋轉(zhuǎn)，另一邊的若干個小輥是從動 的壓力輥，它們是靠著旋轉(zhuǎn)著的圓棒或管材摩擦力使之旋轉(zhuǎn)的。為了達(dá)到輥子對制 品所要求的壓縮，這些小輥可以同時或分別向前或向后調(diào)整位置，一般輥子的數(shù)目 越多，校直后制品精度越高。制品被輥子咬入之后，不斷地作直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因 而使制品承受各方面的壓縮、彎曲、壓扁等變形，最后達(dá)到校直的目的。圖 5-2 為 校直機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖 圖5-2 校直機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖 此次設(shè)計截斷機(jī)截斷管材長度500mm,直徑12mm，管壁厚1.5mm。校直機(jī)有儲存管 子的輪子、滾筒、兩臺校直機(jī)、導(dǎo)輪和 PLC 控制部分等組成。 當(dāng)前市面上的校直機(jī)和截斷機(jī)是分開的，即先將管子從儲料輪上拉下來進(jìn)行預(yù) 校直，再進(jìn)行截斷，然后再進(jìn)行整體校直，校直后最終進(jìn)行彎曲作業(yè)，最后還要去 掉多余的料，此方法作業(yè)量大，所需要的人工比較多，對企業(yè)來說，是不經(jīng)濟(jì)的。 文章試將進(jìn)料機(jī)構(gòu)、校直機(jī)構(gòu)、截斷機(jī)構(gòu)結(jié)合再一起，在不間斷的情況之下， 連續(xù)實現(xiàn)進(jìn)料、校直、截斷作業(yè)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。 17 5.1.1 儲管輪 儲存管子的輪子（儲料輪）是用來存儲那些細(xì)管子的。這些較細(xì)的管子分為若 干層并纏繞在這些輪子上，這樣便于攜帶和運(yùn)輸，也減少了占地面積。 在截斷管子時候也很方便，只需將管子通過校直機(jī)就行了，用過的輪子還可以 重復(fù)利用，儲料輪材料一般為塑料或木材，如圖5-3所示為儲料輪簡圖。 圖5-3 儲料輪簡圖 5.1.2 導(dǎo)向滾筒 滾筒表面光滑，除了有一定支撐和導(dǎo)向作用之外，還有將從儲料輪上的管子進(jìn) 行初步校直的作用，為下一步進(jìn)入校直機(jī)作基礎(chǔ)。為了減小管子與滾筒的摩擦力， 要在滾筒上涂上一層黃油膜。圖5-4 滾筒簡圖. 18 4961048357332 0-.7 圖5-4 滾筒結(jié)構(gòu)簡圖 5.2 截斷部分的組成和功用 截斷部分功用是將校直機(jī)引導(dǎo)的管子準(zhǔn)確截斷，為彎管機(jī)進(jìn)行彎管做準(zhǔn)備。由 于校直機(jī)校直后的管子是筆直的，這樣在截斷時候斷面才能保證是平齊的，避免截 面是橢圓形的。截斷部分的組成有導(dǎo)輪、高速電機(jī)、機(jī)架、砂輪及其附屬部分組成。 5.2.1 導(dǎo)輪及其作用 導(dǎo)輪是關(guān)鍵部件。它不僅是管子向前運(yùn)動的動力源泉，還是測量管子運(yùn)動長度 的主要裝置。導(dǎo)輪表面緊套著一層較為厚的橡膠，目的是為了減少對管子的磨損， 又增大了輪子與管子的摩擦力。導(dǎo)輪與管子的總摩擦力要大于管子在校直機(jī)里的摩 擦力才能將管子從校直機(jī)里拉出來。導(dǎo)輪設(shè)計四組，同時用步進(jìn)電機(jī)帶動使四組導(dǎo) 輪旋轉(zhuǎn)，用 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，保證精度要求。在最后一組導(dǎo)輪上裝有 接觸式傳感器，來檢測管子是否與導(dǎo)輪準(zhǔn)確接觸。為了便于砂輪機(jī)對管子的切割， 被切割的管子要預(yù)先留出一部分。設(shè)計導(dǎo)輪圓周周長是100mm，假如要切割一段 500mm 長的管子，則導(dǎo)輪第一次轉(zhuǎn)動的時候要預(yù)先轉(zhuǎn)動一周砂輪才能準(zhǔn)確方便地切 割，即導(dǎo)輪要轉(zhuǎn)6圈才能停止，但是第二次切割的時候就要確定轉(zhuǎn)動5圈才能停下的， 因為第一次已經(jīng)留下了預(yù)切割部分了。為了能夠加緊管子，一組導(dǎo)輪的兩個半徑 R 19 加在一起2R 應(yīng)該小于管子的直徑 D。即2R 小于 D。導(dǎo)輪簡圖如5-5所示。導(dǎo)輪運(yùn)動簡 圖如圖5-6 所示。 加60R521 圖5-5 導(dǎo)輪簡圖 當(dāng)每組導(dǎo)輪完全夾住管子開始工作時候，設(shè)計導(dǎo)輪的周長是100mm。 圖5-6 導(dǎo)輪運(yùn)動簡圖 5.2.2 高速電機(jī)和砂輪 1、高速電機(jī)和砂輪也是很主要的部件。它是決定斷面是否是正圓或橢圓的關(guān) 20 鍵工步。 在進(jìn)給量一定情況下，如果砂輪轉(zhuǎn)速過低則容易將管子切口斷面“擠壓”致橢 圓形，不僅如此，還有可能將管子“壓彎”了還沒有完全切斷，這兩次失誤最終導(dǎo) 致加工的失敗。所以要選擇高速電機(jī)和比較硬質(zhì)的砂輪避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。選擇 常州杰思特公司 JGD-80B 電機(jī)。 銘牌如下： 型號：JGD-80B 功率：2.2KW 外徑尺寸： 80*205? 軸承個數(shù)：3個 額定頻率：400 額定電壓：200V/300V 額定轉(zhuǎn)速：20000r/min 刀頭直徑：ER-20 2、砂輪 砂輪材料軟硬程度也會對管材造成影響。宜硬不宜軟，如果過軟則會造成砂輪 切不斷管材，而且會減少砂輪壽命，更換頻率高。砂輪選取 深圳市南熊砂輪有限公 司生產(chǎn)的南熊超薄片砂輪，該砂輪具有不燒焦、切削鋒利、耐磨性能好、光潔度高、 切削效率高的特點(diǎn)，對被切割的管材不會附加任何其他的傷害。如圖5-7為高速砂輪。 21 圖5-7 高速砂輪 型號：100*1.2*20 內(nèi)經(jīng)：20mm 外徑：100mm 厚度：1.2mm 最大線速度：110m/s 適用范圍：磨削金屬、不銹鋼、有色金屬、軟金屬等。 5.2.3 機(jī)架部分 機(jī)架是支撐部分也是承載整臺機(jī)器的載體，機(jī)架的剛度不夠則會造成精度不足， 造成切割失敗。在管子被導(dǎo)輪推出后，管子會走一段含有軌道的“下坡路” ，目的 是避免推出去的那一部分管材由于自身重力作用發(fā)生彎曲變形。機(jī)架為保證機(jī)器的 正常運(yùn)轉(zhuǎn)和有效做功，機(jī)架必須具有足夠的剛性強(qiáng)度。為防止機(jī)架過于笨重，故選 用8號槽鋼焊接而成。 5.3 控制部分 在最后一組導(dǎo)輪上安裝適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎?dāng)校直后的管子通過導(dǎo)輪時，一組導(dǎo)輪 的橡膠輪緣會“抱緊”管子而被管子反向擠壓，傳感接受信號便開始向 PLC 提供信 息。在第一次切割時候，為了便于切割，管子得預(yù)先從最后一組導(dǎo)輪中出來，才能 開始切割。所以這時候 PLC 的計時器并沒有開始“真正”計時，而是先將信號傳給 步進(jìn)電機(jī)，讓步進(jìn)電機(jī)預(yù)先轉(zhuǎn)動一周。 轉(zhuǎn)動一周后開始計時，這時候計數(shù)器開始真 22 正的計時，計時就是讓步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一定的圈數(shù)。因為導(dǎo)輪的周長是確定的，所以 導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)就直接反映了要截取的管子的長度。在第二次截取的時候就不用預(yù) 先轉(zhuǎn)動了。因為第一次已經(jīng)留下預(yù)截長度了，此后開始正常計時，直至管料被用完。 在編制具體程序時,主要采用了狀態(tài)轉(zhuǎn)移的選擇性分支與合并的處理方法。使不 同的零件對應(yīng)不同的控制過程。這里控制程序所對應(yīng)的狀態(tài),利用 FX0N-60M(R)型可 編程序控制器中的特殊計數(shù)器和狀態(tài)寄存器進(jìn)行程序運(yùn)行狀態(tài)的停電記憶與保護(hù)。 要強(qiáng)調(diào)指出的是該可編程序控制器的 C16-C31為16個保持用16位計數(shù)器,S0-S127為 128個保持用狀態(tài)寄存器。雖然這些器件實際上是可編程序控制器內(nèi)部的軟元件,但 是當(dāng)斷電時,這些計數(shù)器的當(dāng)前值、其輸出觸點(diǎn)的置位或復(fù)位狀態(tài)、狀態(tài)寄存器的當(dāng) 前狀態(tài)能夠同用戶程序本身那樣保存。而不是象普通的隨機(jī)存儲器的內(nèi)容那樣,一旦 停電,即刻丟失。這為避免由于突然停電導(dǎo)致彎管工藝流程中斷,來電后無法恢復(fù)并 且接著進(jìn)行下一個工藝動作而產(chǎn)生廢品，提供了必要的條件。 6. 彎管機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 彎管機(jī)結(jié)構(gòu)主要有尾座架、尾座步進(jìn)電機(jī)、絲杠、螺母總成、螺母步進(jìn)電機(jī)、 進(jìn)給彎曲螺母及其動輪、定輪、液壓缸等組成?？傮w結(jié)構(gòu)示意圖如 6-1 圖所示。30 2032 圖 6-1 彎管機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖） 6.1 彎管機(jī)的彎管工藝特點(diǎn) 23 彎管機(jī)進(jìn)行管材的彎曲和板料的彎曲一樣。在純彎曲的情況下，外徑為 D，壁 厚為 t 的管子受外力矩 M 的作用發(fā)生彎曲時，中性層外側(cè)管壁受拉應(yīng)力 σ1 作用， 管壁變??；中性層內(nèi)側(cè)管壁受拉應(yīng)力 σ1 作用，管壁變厚。而且，橫截面的形狀由 于受合力的作用由圓形變?yōu)榻茩E圓形，當(dāng)變形量過大時，外側(cè)管壁會產(chǎn)生裂紋， 內(nèi)側(cè)管壁會出現(xiàn)起皺。 管材的變形程度，取決于相對彎曲半徑 R／D 和相對厚度 t／D 數(shù)值的大小。 R／D 和 t／D 值越小，表示變形程度越大。為保證管件成形質(zhì)量，必須控制變形程 度在許可范圍內(nèi)，管材彎曲成形極限不僅取決于材料的力學(xué)性能和彎曲方法，而且 還考慮管件的使用要求。管件的成形極限應(yīng)包含以下幾個內(nèi)容： 1)中性層外側(cè)拉伸變形區(qū)內(nèi)最大的伸長變形不超過材料塑性允許值而產(chǎn)生破裂； 2)中性層內(nèi)側(cè)壓縮變形區(qū)內(nèi)，受切向壓應(yīng)力作用的薄壁結(jié)構(gòu)部分不致超過失穩(wěn) 而起皺； 3)如果管件有橢圓度的要求時，控制其斷面產(chǎn)生畸變； 4)如果管件有承受內(nèi)壓力的強(qiáng)度要求時，控制其壁厚減薄的成形極限。 由以上特點(diǎn)可以知道，彎管時候彎曲半徑不宜過小，根據(jù)經(jīng)驗公式，管子的最 小彎曲半徑 R=2D。在彎管時候夾持塊應(yīng)該加緊被加工的管子。液壓缸推動加緊塊加 緊管子。夾緊力也是不宜過大的，否則管子也是會夾扁的。由于液壓缸是作用在加 緊塊模具上的，而管子的表面就像一個拱橋的表面，所以夾緊力的確定應(yīng)該根據(jù)加 緊塊模具地受力面積。即在加緊的情況之下，加緊塊的有效夾持長度越長越好的。 本次設(shè)計加工的彎管是反復(fù)的 U 形管，即“蛇”形管如圖6-2所示。由前文可知滾彎 式的彎管機(jī)在加工圓形管方面比纏繞式有一定的優(yōu)勢，故本文設(shè)計的彎管機(jī)彎曲原 理為滾彎式。 24 圖6-2 “蛇”形管 滾彎式彎管機(jī)加工的大致步驟是： 尾座步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)帶動螺母總成向前運(yùn)動 螺母上的步????? ?? 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī)PLC 進(jìn)電機(jī)連同被截斷的管子也向前運(yùn)動 絲杠轉(zhuǎn)動一定圈數(shù)后停下 夾? ?? ????? 控 制 電 機(jī)PLC 緊液壓缸工作 擺動液壓缸以一定的速度旋轉(zhuǎn) 180°停下???????? 控 制 液 壓 缸 電 磁 閥 得 電PLC 擺動液壓缸反轉(zhuǎn) 180°停下 夾緊缸松開（完成???????? 動 作擺 動 缸 工 作 ， 行 程 開 關(guān) ?????? 擺 動 缸 電 磁 閥 控 制 第一次 U 形加工） 尾座步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)一定周數(shù)后停下??????? 加 緊 液 壓 缸 電 磁 閥 失 電 螺母直線向前運(yùn)動的同時螺母上的電機(jī)帶動管子旋轉(zhuǎn)180°停下???? ?? 控 制 電 機(jī)PLC 夾緊液壓缸工作 擺動液壓缸以一定的速度旋??????? 控 制 螺 母 步 進(jìn) 電 機(jī) ??????? ?? 控 制 液 壓 缸 電 磁 閥 得 電PLC 轉(zhuǎn)180°停下 擺動液壓缸反轉(zhuǎn) 180°停下 夾緊缸???????? 動 作擺 動 缸 工 作 ， 行 程 開 關(guān) ?????? 擺 動 缸 電 磁 閥 控 制 松開（完成第二次 U 形加工） ，如此反復(fù)第二次的加工，就加工成了蛇形管，加工完 成之后，兩臺步進(jìn)電機(jī)停止工作，工作人員取下蛇形管。由人工操作，尾座步進(jìn)電 機(jī)要反轉(zhuǎn)，直至復(fù)位。 但是由于蛇形管的彎曲的個數(shù)是一定的，所以在擺動液壓缸行程末端要放置一 個計數(shù)器來計算彎曲的次數(shù)，達(dá)到設(shè)定的次數(shù)就自動停止，以便于自動控制。 6.2 彎管機(jī)各組成部分的設(shè)計 滾彎式彎管機(jī)由進(jìn)料部分和彎曲部分兩大部分所組成。進(jìn)料部分有：尾座、步 進(jìn)電機(jī)、加持塊、PLC 控制部分、絲杠和螺母總成、機(jī)架等組成。彎曲部分有：夾 25 持部分、限位開關(guān)、一組齒輪、擺動液壓缸及附屬部分、定輪模和動模和 PLC 控制 部分等組成。 6.3 彎管機(jī)進(jìn)料部分 6.3.1 尾座 尾座主要由尾座步進(jìn)電機(jī)、絲杠、機(jī)架、固定裝置等組成。尾座作用是支撐絲 杠和步進(jìn)電機(jī)，并且將步進(jìn)電機(jī)上絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動。尾座安 裝的牢固與否，直接直接影響傳動的精度。所以，尾座緊固螺釘要按規(guī)定的扭矩擰 緊。如圖6-3尾座電機(jī)固定支座示意圖。 13506472385x13加9R0 圖6-3 電機(jī)固定支座示意圖 6.3.2 絲杠和螺母總成 絲杠和螺母總成配合的運(yùn)動形成對被加工管子的進(jìn)給。一臺步進(jìn)電機(jī)安裝在尾 座上，電機(jī)的輸出軸通套筒和絲杠相連接，絲杠采用梯形螺紋，絲杠的螺距（2mm） 和絲杠有效行程（700mm）已定。絲杠上面裝有螺母總成，螺母總成上面裝有另一臺 步進(jìn)電機(jī)，螺母和步進(jìn)電機(jī)一方面被套在絲杠上，一方面被螺母下面的軌道支撐著。 當(dāng)尾座步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，輸出軸通過軸套帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠的旋轉(zhuǎn)使螺母做直線 運(yùn)動，螺母上面的步進(jìn)電機(jī)相對于絲杠做直線運(yùn)動，絲杠轉(zhuǎn)動一定周數(shù)后停下，完 成直線進(jìn)給。尾座步進(jìn)電機(jī)，需要在計數(shù)器完成最后一次計數(shù)后反向旋轉(zhuǎn)直至復(fù)位。 如圖6-4所示為螺母總成。圖6-5所示 螺母軌道。 26 絲杠型號：T40*2-8 公稱直徑：40mm 螺距：2mm 精度等級：8 絲杠有效行程：700mm 圖6-4 螺母總成 27 圖6-5 螺母軌道 6.3.3 步進(jìn)電機(jī) 進(jìn)料部分由兩臺步進(jìn)電機(jī)完成順序運(yùn)動，一臺安裝在絲杠上面的螺母總成上， 另一臺安裝在尾座上。螺母步進(jìn)電機(jī)作用是在彎管部分完成第一次彎管而且復(fù)位后 帶動管子旋轉(zhuǎn)180°。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是在尾座步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠停止旋轉(zhuǎn)時進(jìn)行的， PLC 將指令按順序發(fā)給尾座電機(jī)和螺母的電機(jī)上，二者先后動作，完成順序運(yùn)動， 整個進(jìn)給過程完成。步進(jìn)電機(jī)選擇見表6-6。 表6-6 步進(jìn)電機(jī)選擇 對 PLC 控制部分的要求是，PLC 得電后控制尾座電機(jī)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的周數(shù) = ，當(dāng)彎管過程結(jié)束后再控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)相同的周數(shù)停絲 杠 螺 距蛇 形 管 的 直 線 長 度 下，與此同時 PLC 又控制螺母上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)180°，第二次彎管結(jié)束后，PLC 同 時控制尾座步進(jìn)電機(jī)和螺母上的步進(jìn)電機(jī)分別進(jìn)行直線進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，直至彎管 結(jié)束，完成一次加工。 28 6.4 彎曲部分 彎曲部分是彎管機(jī)的核心部分，它決定了彎管的精度和彎曲的角度。滾彎式彎 管機(jī)的工作原理是：動齒輪圍繞定齒輪轉(zhuǎn)動，定齒輪走過的軌跡就是一個弧線。根 據(jù)這個原理設(shè)計的滾彎式彎管機(jī)生產(chǎn)出的彎管內(nèi)壁和外壁厚度相差很小，幾乎應(yīng)力 集中，適合具有一定壓力的場合。 彎曲部分有：夾持部分、限位開關(guān)、一組齒輪、一臺擺動液壓缸及附屬部分、 定輪模和動模和 PLC 控制部分等組成。夾持部分包含夾緊固定部分和動輪加緊部分。 6.4.1 夾持部分 夾持部分主要有液壓缸，還有擋塊、夾