（机械工程专业论文）数控弯管机程序的二次开发与应用.pdf

工程硕士学位论文 摘要 机车管道系统是机车制动系统的一个重要组成部份，是制动系统作用的载体， 管道系统的产品质量的好坏直接影响到机车制动机的性能，关系到机车行车的安 全。同时，机车管道型号规格多，台车管道数量大，客户对管道系统的产品质量 要求也越来越高，现公司组装分厂购买的“和和”牌数控弯管机已不适应公司快速 发展的要求，为了更好地提高管道弯制的工作效率及产品质量，有必要对“和和” 牌数控弯管机的数控程序进行优化和更新。 本文综述了管道系统在机车制动系统的重要地位和作用，重点阐述了管道弯 制的工艺分析结果以及对数控弯管机的相关研究结果，研究了管道弯制的各种数 学算法设计，建立了管道弯制的数学模型，分析了“和和”牌数控弯管机自带数控 程序，制定了新开发弯管机数控程序的流程。 新开发的弯管机数控程序采用的是v b 软件开发工具和a c c e s s 数据库，该文 对新开发的弯管机数控程序的功能进行了细致地阐述，同时对新开发的弯管机数 控程序的操作界面及使用功能进行了详细地介绍。 通过对管道弯制的工艺分析及“和和”牌数控弯管机数控程序的分析，制定了 弯管机数控程序的开发流程，开发了弯管机的数控程序，基本上解决了“和和”牌 数控弯管机自带数控程序的缺陷与不足，方便了作业员工和工艺人员的操作。管 道弯制完成后不需经过矫正，大幅度提高了管道弯制的生产效率和产品质量，完 全能达到公司对管道弯制的要求。 本文的理论分析和研究结果已用于指导生产，创造了较好的社会效益和经济 效益，也为今后管道弯制提供了有价值的依据和方法。 关键词：管道系统、制动系统、管道弯制、数控弯管机、数控程序、程序开发 l i 数控弯管机程序的二次开发与应用 a b s t r a c t t h ep i p i n gs y s t e mo f l o c o m o t i v ei sa ni m p o r t a n tp a r to fb r a k i n gs y s t e m ，w h i c h i st h ec a r r i e ro fb r a k i n gs y s t e mf u n c t i o n s t h ep e r f o r m a n c eo fl o c o m o t i v eb r a k ei s a f f e c t e dd i r e c t l yb yt h eq u a l i t yo fp i p i n gs y s t e m ，r e l a t i n gt ot h eo p e r a t i o ns a f e t yo f l o c o m o t i v e t h e r ea r em a n yk i n d so fl o c o m o t i v ep i p el i n e sa n dl a r g en u m b e ro ft u b e s i tr e q u i r e m e n t so ft h ec u s t o m e rf o rt h ep r o d u c tq u a l i t yo fp i p i n gs y s t e ma r eh i g h e r a n dh i g h e r a tp r e s e n t ，t h es o c oc n ct u b eb e n d i n gm a c h i n ep u r c h a s e db ya s s e m b l y w o r k s h o pc a nn o tm e e tt h ed e m a n d so ff a s td e v e l o p m e n ti nc s r z h u z h o ue l e c t r i c l o c o m o t i v ec o ，l t d ( h e r e i n a f t e rr e f e r r e dt oa sc s rz e l c ) i no r d e rt ob e t t e r i m p r o v et h ew o r k i n ge f f i c i e n c ya n dp r o d u c tq u a l i t yo ft u b eb e n d i n g ，i ti sn e c e s s a r yt o o p t i m i z ea n du p d a t et h en cp r o g r a mo fs o c oc n ct u b eb e n d i n gm a c h i n e t h i sa r t i c l es u m m a r i z e st h ei m p o r t a n c ea n df u n c t i o no fp i p i n gs y s t e mt o l o c o m o t i v eb r a k i n gs y s t e m ，p o i n t so u tt h er e s e a r c hc o n t e n t sa n ds i g n i f i c a n c eo ft h i s a r t i c l e ，f o c u s e so np r o c e s sa n a l y s i sr e s u l t so ft u b eb e n d i n ga n dr e s e a r c hr e s u l t sr e l a t e d t oc n ct u b e b e n d i n gm a c h i n e ，d i s c u s s e ss o m ea l g o r i t h md e s i g n ，s e t su pt h e m a t h e m a t i c a lm o d e la n da n a l y z e sn cp r o g r a mc a r r i e db ys o c oc n ct u b eb e n d i n g m a c h i n ea sw e l la sf o r m u l a t e st h ef l o wo fn e w l yd e v e l o p e dc np r o g r a mo ft u b e b e n d i n gm a c h i n e t h en e w l yd e v e l o p e dn cp r o g r a mo ft u b eb e n d i n gm a c h i n ea d o p t sv bs o f t w a r e d e v e l o p i n gt o o la n da c c e s sd a t a b a s e t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ef u n c t i o no fc n p r o g r a mf o rn e w l yd e v e l o p e dt u b eb e n d i n gm a c h i n e ，m e a n w h i l e ，i n t r o d u c e st h e o p e r a t i o ni n t e r f a c ea n df u n c t i o no fi ti nd e t a i l t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h ep r o c e s so ft u b eb e n d i n ga n dn cp r o g r a mo fs o c o c n ct u b eb e n d i n gm a c h i n e ，i th a sf o r m u l a t e dt h ed e v e l o p m e n tf l o wo fc np r o g r a m o ft u b eb e n d i n gm a c h i n e ，d e v e l o p e dt h ec n cp r o g r a ma n ds o l v e dt h ed e f e c t sa n d l i m i t a t i o no fn cp r o g r a mc a r r i e db ys o c oc n ct u b eb e n d i n gm a c h i n ea sw e l la s f a c i l i t a t e dt h eo p e r a t i o nf o ro p e r a t i n gs t a f fa n dt e c h n o l o g i s t i td o e s n tn e e dt oc o r r e c t a f t e rt u b eb e n d i n gi sf i n i s h e d i th a sc o n s i d e r a b l yi m p r o v e dt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i i i 工程硕士学位论文 a n dp r o d u c tq u a l i t yo ft u b eb e n d i n g ，w h i c hh a sm e tt h er e q u i r e m e n t so fc s rz e l c f o rt u b eb e n d i n g t h et h e o r e t i c a la n a l y s e sa n dr e s e a r c hr e s u l t si nt h isa r t i c l eh a v eb e e nu s e dt o d i r e c tp r o d u c t i o n ，a n dh a v ea c h i e v e dr e m a r k a b l es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t sa n d a l s op r o v i d ev a l u a b l ef o u n d a t i o na n dm e t h o df o rt u b eb e n d i n gi nf u t u r e k e yw o r d s ：t u b eb e n d i n g ，c n ct u b eb e n d i n gm a c h i n e ，d a t af o r m a ts o l u t i o n ，s o f t w a r e d e v e l o p m e n t i v 数控弯管机程序的二次开发与应用 插图索引 图2 1 总风缸管图5 图2 2 管道示意图。6 图2 3 管道矢量示意图7 图2 4 管道示意图8 图2 5 矢量图一9 图2 6 矢量9 图3 1 和和数控弯管机1 4 图3 2 参数1 界面1 5 图3 3 参数2 界面1 6 图3 4 参数3 乔面一1 6 图3 5 参数4 界面1 7 图3 6 管件规格界面1 7 图3 7 模具年号界面1 8 图3 8x y z 界面18 图3 9y b c 界面1 9 图4 1 登陆界面2 5 图4 2 主界面2 6 图4 3 下拉菜单2 6 图4 4 打开文件对话框2 7 图4 5 保存文件对话框一2 7 图4 6x y z 菜单2 7 图4 7y b c 菜单2 8 图4 8 查看数据菜单2 8 图4 9 数据库菜单2 8 图4 1 0 机床参数菜单2 8 图4 1 1 设置菜单。2 9 图4 1 2 用户管理菜单2 9 图4 1 3 管道信息标志菜单2 9 图4 1 4 状态栏3 0 图4 15x y z 界面3 0 图4 1 6y b c 界面3 1 v i i 工程硕士学位论文 图4 1 7 数据查看界面3 2 图4 1 8 参数l 界面3 2 图4 1 9 参数2 界面3 3 图4 2 0 参数3 界面3 3 图4 2 1 参数4 界面3 4 图4 2 2 管子规格和速度设定界面3 4 图4 2 3 数据库界面3 5 图4 2 4 路径设置界面3 5 图4 2 5 管道明细表界面3 6 图4 2 6 修正参数设置界面3 7 图4 2 7 模具设置界面3 7 图4 2 8 车型设置界面3 8 图4 2 9 系统调置界面3 9 图4 3 0 密码更改界面3 9 图4 31 用户管理界面4 0 v l i i 工程硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 在我国改革开放，国民经济持续稳定发展的今天，关系到国计民生的铁路行 业得到了迅猛发展。通过近几年的艰苦努力，铁路已经实现了从轻载到重载、从 低速到高速、从直流传动到交流传动三大历史性跨跃。尤其是高速铁路的发展为 世人瞩目。根据我国铁路发展规划，国家已将铁路机车车辆工业的发展摆在重要 位置，其中电力机车是发展的重点，要求客运机车具有安全、高速、舒适、美观， 以及货运机车具有安全、高效、快捷、实用、重载的特点。铁道部计划在2 0 1 0 年全国铁路营业里程达到9 0 0 0 0 公里，其中电气化铁路达到4 5 以上，建立以北 京、上海、广州和武汉为中心，连接全国主要大中城市，总规模达到2 0 0 0 0 公里 以上的快速客运网络；重点围绕十大煤炭外运地区运输需求，建设形成煤炭通道 总能力达每年1 5 亿吨以上的煤炭运输通道。我国高速铁路客运运行速度将达到 3 5 0k m h ，货运速度达到1 2 0 - - - 1 6 0k m h t l l 。但是，根据我国目前铁路机车车辆工 业现状，无论是从安全性、可靠性、舒适度、实用性来看，还是从运行速度及制 运性能来说，我国机车均处于较低水平状态，难以适应铁路高速、快捷、安全、 舒适的要求。因此，具备当今世界先进水平机车的研制成为铁路机车车辆工业关 注的重点，将成为铁路轨道牵引动力设备发展的方向【2 】。机车管道系统是机车制 动机的一个重要组成部分，是制动系统作用的载体，直接影响制动机的性能，关 系到行车的安全，因此，利用高效率、高质量数控设备来制作管道系统是势在必行 的。 随着中国国民经济的迅猛发展，国内铁路交通运输也相应得到快速的发展， 机车车辆的市场需求骤增。机车管道系统是机车制动系统的重要组成部份，管道 系统的产品质量的好坏直接影响机车制动性能，关系到机车运行的安全【1 1 。为了 适应公司快速发展的要求，2 0 0 5 年组装分厂新购买了一台国产和和数控弯管机 ( s b 4 0 x 4 a 2 s ) ，但发其在数控程序上存在很大的缺陷和不足，员工操作很不方 便，弯制出来的管子质量不符合实际使用要求，经常造成人工成本和物料的浪费， 制造成本的增加。 为了能够满足生产需要，迫切需要对该台数控弯管机的数控程序进行优化和 更新，以弥补数控弯管机自带数控程序的缺陷，从而提高该弯管机的生产效率和 质量。 本文从立项背景及意义、项目研究内容、管道弯制的工艺过程及数学模型分 数控弯管机程序的二次开发与应用 析、数控弯管机本身数控程序的分析、新数控程序的编制流程、新数控程序的功 能、应用、操作界面及使用进行了详细地介绍【2 1 。 1 2 立项的背景与意义 株洲电力机车有限公司组装分厂的管道车间在负责本单位电力机车管道弯制 工作的同时，还承担了地铁管道的弯制工作，因此，管道弯制对于公司来说是一 个非常重要的环节。 目前管子间管道弯制工作的主要特点有：管道弯制的规格多。比如：有q 8 、 q 1 0 、q 1 3 、9 1 5 、q 1 7 、q 1 8 、q u 2 2 、q 2 7 、p 3 4 、q 4 2 、q 6 0 等十几种规格。管道 弯制的种类多【3 】。根据市场需求的变化，我们经常要在几种车型之间变换，而且 对于同一种车型，还存在几种方案，这样经常要弯制的管道种类很多。管道弯 制的数量多。每年组装分厂管子间要弯制的管道数量达2 万多根。模具更换频 繁。根据生产进度的安排，管道弯制时需要在两台数控弯管机上频繁更换相应的 模具，以满足各种规格管道的弯制。 随着市场竞争的越来越激烈，客户对整机产品的质量要求在逐步提高。公司 近几年也在不断的去开展工艺提升工作，强调精细化作业，贯彻精益求精理念， 在这种氛围下，对管道弯制也提出了更高的要求，要求能够及时的弯制出高质量 的管道产品。 目前，公司拥有两台数控弯管机，一台是1 9 9 8 年从英国进口的a d d s i o n 数 控弯管机，一台是2 0 0 5 年购买的国产的和和数控弯管机( s b 4 0 x 4 a 2 s ) ，这两 台设备在公司中有着非常重要的地位。新购买的和和数控弯管机虽然能够进行管 道弯制，但是它在软件上存在很大的缺陷和不足。其主要表现在：存在算法错 误，对管子的修正计算错误；不能进行自动修正，每弯制一根管子都要先试弯 再对数据进行人工修正；在计算下料长度时没有考虑延伸因素的影响，下料长 度偏长，弯制过后需要再切割；不能对管子的下料长度进行汇总分析，需要人 工抄写：机床参数设置起来很麻烦，不能进行自动设置：程序参数数据无权 限密码保护功能，管理不方便；数据文件的编辑页面与加工执行页面之间无法 直接切换，无法同时工作，很不方便；在软件程序中，只可显示x y z 数据和 y b c 数据，不能显示修正的y b c 数据，而且查看数据不够直观；不能进行可 弯曲性的初步判断和基本处理等等。由于存在这一系列问题，这台机床操作很不 方便，生产效率低，且弯制出来的管道质量达不到要求，经常造成人力和物力的 浪费、造成制造成本的增加。但厂商由于技术能力的限制，没有办法来解决这个 问题，为了能够满足生产的需要，迫切需要针对该弯管机数控程序进行优化，来 弥补数控弯管机自带数控程序的缺陷，从而解决新数控弯管机自带数控程序的缺 陷，提高管道弯制产品的质量，提高生产效率，降低制造成本【4 1 。 2 工程硕士学位论文 1 3 本项目研究的主要内容 1 3 1 工艺研究分析 要开发一个新的切实可用的数控程序，首先要做的是对管道弯制工艺进行深 入研究，主要内容包括：管道弯制的工艺过程，弯管的限制条件，弯制过程中的 变形( 主要是回弹和延伸方面) ，影响管道弯制精度的因素，合理的工艺流程等。 此外，还需熟悉设备的工作原理，参数设置，限制条件等等【5 1 。- 1 - 艺研究分析是 系统开发的基础，它关系到系统的准确性、合理性、实用性和方便性。采用具体 方法：长期的观察、大量的试验、认真的分析、多方面的查阅，这些都必不可少。 在开发该弯管机的数控程序软件之前，还必须对该设备的应用有一个熟悉的了解。 1 3 2 各种算法设计 算法设计是应用软件开发的基础，直接关系到数据的正确性、准确性和实用 性。算法设计包括管道弯制数据的计算算法及各种限制算法设计等等【6 1 。 所谓对管道弯制数据的理论计算是利用空间解析几何把坐标( x ，y ，z ) 转化 为理论( y ，b ，c ) ，即理论上的( 进给，旋转，弯曲) 数据。而对管道弯制数 据的修正计算是利用修正参数对理论数据进行修正，主要是对弯曲角度数据c 和送料小车进给数据y 进行修正计算【| 7 1 。 1 3 3 数控弯管机数控程序的格式 要使该软件系统所生成的数据文件能够被数控弯管机直接调用，必须使该系 统软件生成的数据文件与数控弯管机的数据文件的数据格式相一致。采取的具体 解决方法是：不断修改程序界面中的相关数据，然后查看分析数据文件中的数据 变化，不断修改数据文件中的数据，然后再查看分析程序界面中的数据变化，检 验程序的正确性【8 j 。 1 3 4 弯管机数控程序功能的需求 在管道弯制的工艺研究及算法设计，以及数控弯管机数据文件格式分析的基 础上，通过分析，获取所需编制软件的主要功能：自动分析计算功能，能自动 根据x y z 坐标计算出理论的y b c ，并根据设置的修正参数自动的计算出y b c 的 补偿值和修正值；设置数控弯管机加工参数功能，能对应数控弯管机的加工参 数设置相应的界面，并可根据一定的规律自动进行计算分析，自动修改、设置加 工参数；管道标志信息以及数据信息的编辑和显示功能，可以在软件界面中编 辑和显示管道标志信息，如图号、名称、台量、规格、车型、编号、备注等； 文本文件数据与程序数据的双向转换功能，可以生成可供数控弯管机执行的文本 文件数据，也可把这些文本文件数据导入程序，实现双向转换【9 】；数据库功能， 数控弯管机程序的二次开发与应用 能将所有的数据保存在数据库中，记录管道的加工数据，也可查询想要的管道数 据；批处理功能，由于车型更改，管道弯制的模具换装后，可对相应的管道弯 制的修正参数进行批量修正；管道下料信息的汇总功能，可按照一定的条件获 得管道记录集合后，获得该记录集合的下料信息报表；用户分级与密码保护功 能，为了数据的安全，可对用户使用的权限进行不同的设置，实现不同级别的用 户有不同的权限；操作的实时跟踪记录功能，可对操作人员和操作日期自动的 记录到数据和文本文件中；0 0 ) n 工设置的自动分析设置功能，可以根据编辑的主 要信息进行自动分析、生产相关的设置【1 0 】。 1 3 5 弯管机数控程序的编制 由于v b 和a c e s s 软件具有操作简单、方便、实用、可靠等性能，这里使用 的是v b 软件开发工具，a c c g s s 数据库等。其目标主要是满足管道弯制的准确性、 实用性和方便性【1 1 1 。 1 4 小结 从上面讨论可知，株洲电力机车有限公限公司组装分厂的管道弯制工序已成 为分厂机车制造的瓶颈工序，严重影响机车制造计划的完成进度，且管道弯制质 量得不到保证，满足不了铁路跨跃式发展的要求，所以研发一个弯管机数控程序迫 在眉睫。另外本章还着重从管道弯制的工艺研究、各种算法设计、弯管机数控程 序格式的确定、弯管机数控程序功能的需求及数控程序的编制方面介绍了本项目 研究的内容。 4 工程硕士学位论文 第2 章管道弯制工艺分析及计算方法 2 1 管道弯制的工艺分析 管道弯制零件图上标注的是线形尺寸和角度尺寸，而这些数据信息是不能直 接得出管道弯制数据信息的。这需要一定的数据转换和数据计算。把图纸标注尺 寸数据转换为各个节点( 中心线的交叉点) 的绝对坐标( r ：，v ：，：；) 或相对坐 标( x i ，y ，z f ) ，然后利用坐标数据信息计算出管道弯制数据( y ，b ，c ) ，即( 进 给，旋转，弯曲) 的值。其中绝对坐标指的是各个节点相对于一个固定点( 一般 是首端) 的坐标值，而相对坐标指的是各个节点相对于上一个节点的坐标值【1 2 j 。 管道弯制零件图纸一般是按照机械制图的规则绘制的。我们可以利用笛卡儿坐标 系，在各个视图上进行投影，定义各个视图的坐标轴。只要符合右手法则，就可 以给出坐标轴的定义【1 3 】。 总风缸管图如图( 2 1 ) 所示，按照我们上面所定义的坐标轴，各个节点的相 对坐标为：p 1 ( 2 5 0 ，0 ，0 ) ，p 2 ( 0 ，0 ，2 0 0 ) ，p 3 ( o ，1 5 0 ，0 ) ；如果采用绝对 坐标( 令端点作为坐标原点) ，则绝对坐标为：p 1 ( 0 ，0 ，0 ) ，p 2 ( 2 5 0 ，0 ，0 ) ， p 3 ( 2 5 0 ，0 ，2 0 0 ) ，p 4 ( 2 5 0 ，1 5 0 ，2 0 0 ) 。 图2 1 总风缸管图 如果对管道零件图纸进行分解，可分为直线段、圆弧两部分，直线段与圆弧 的相切点理论上为管道各弯曲部分的起弯点，如图( 2 2 ) 所示。 图2 2 管道示意图 不管是用数控弯管还是手动液压弯管，其过程一般都可以分为移动( 前进) 、 旋转、弯曲三种运动形式；移动( 前进) 的距离其实就是管子的直线段的长度值。 弯曲的角度其实就是两个相临的直线段的夹角的补角；旋转的角度是上一个加工 面( 弯曲平面) 和下一个加工面( 弯曲平面) 之间两个平面的夹角【l4 1 。至于旋转 的方向要根据两个弯曲平面的位置关系确定。旋转角度的计算在管道的弯制数据 计算中是一个难点。以待弯曲平面为基准，看上一个弯曲平面在顺时针还是逆时 针方向上的角度大小。旋转的位置可以从顺时针和逆时针两个方向来完成，只要 最终位置一样就行了。这要根据管子的形状及模具的限制来判别【l5 1 。不管是哪种 弯管过程，其实质都是一样的，起弯点都是直线段与圆弧的切点。要移动的距离 都是中间直线段的长度，要旋转的角度也一样。不同的是一个要靠人来操作，需 要对起弯点进行画线，所有的工步都需要人来操作，而数控弯管机是自动完成的。 数控弯管机中的y 、b 、c 数据与进给、旋转、弯蓝三个动作一一对应【l 6 1 。 直接用图纸分解的y b c 数据去进行管道弯制是不行的，因为钢管在弯曲的 过程中一般要发生延伸和回弹。延伸是管子在弯曲的过程中由于模具的作用会被 拉长；回弹则是管子在弯曲的过程中有适量的回弹量【1 7 】。回弹因素不会对下料长 度造成影响，延伸因素影响下料长度，管道弯制实际需要的下料长度等于管道的 展开长度减去相应的延伸量【l 引。 在进行管道弯制的过程中，常常受到很多条件的限制。主要是设备和模具的 限制。管道弯制零件的设计者可能对这种情况考虑不够，经常出现设计的管道无 法弯制，或者需要对首端或末端进行加长才能弯制。一般情况下，出现不能弯制 的情况有：中间直线段太短；在旋转的过程中管道碰地；在旋转的过程中 碰模具；末端太短，导致模具自身发生碰撞；首端太短，管道无法夹持或导 致管道端口变形严重。对于和的情况一般可以采取端部加长的方法来解决， 在弯制过后再进行切割，而对于和的情况，有时可采取掉头弯制的方法来解 6 工程硕士学位论文 决。如果没有办法进行弯制，那只有修改管道零件设计了【19 1 。 2 2 管道弯制的数学模型分析 2 2 1 管子设计数据的采集 首先需要知道各个节点的相对坐标x i ，y i ，z i ( i = 1 n ) 或者绝对坐标x ；，j ，；， z ；( i _ o n ) ；管子的总段数1 1 ( 或者拐角的个数) ；管子的弯曲半径r 。根据图 纸信息及相应的规则可以确定。其中绝对坐标和相对坐标的相互转换关系为【1 9 】： ( i = l n ) 2 2 2 理论y b c 数据的计算 ( 2 1 ) 通过设计数据，不考虑其他因素，计算出未修正的y b c 值，也就是图纸的分，? 解数据。其计算过程如下： 2 2 2 1 计算各线段的实际长度l i 即各个节点之间的长度 l ；= 扛f f 虿 ( i = 1 n ) 2 2 2 2 计算各个弯曲角度 ( 2 2 ) 各个弯曲角其实就是相临两段管子的中心线的两个有向线段( 矢量) l i + l 与 l i 之间的夹角，如图( 2 3 ) 所示。其中l i + 1 的方向矢量为( 墨+ l ，珞。，五十。) ；l i 的方 向矢量为( 置，r ，z ，) ； 三川 图2 3 管道矢量示意图 根据空间解析几何的知识，则两有向线段的夹角余弦为： 7 协 知 一0一 厂j弋l 数控弯管机程序的二次开发与应用 一x i h x i + y i “y l + z i “z i c 0 孵，2 了亍亍型宇f 尹百 吣x i “+ y t + 1 - i - z i + 、吣x l + y i + z l 两有向线段的夹角为： 2 撒8 了麦等薏等羝( 弧度)吣x t n + y 。“+ z t n 心x t + y t + z t ( 2 3 ) ( 2 4 ) 即弯曲的角度为： 。s 荸等熄了1 8 0 “。1 n 。1 ( 2 5 ) 吨x i + t + y t h + z i 1 吨x t 七y t + z t “ 2 2 2 3 计算各直线段的距离l o i 谷i 、需蛋日u 近阴圯呙l o i 共- 头就是香段官于阴长厦藏云圆弧阴所剁f 、嗣那段 直线段的距离【2 0 1 ，如图( 2 4 ) 所示。因此 r 一一怡h 剀 a 2 ( i ) ，如图( 2 5 ) 所示，则 i = 1 8 0 0 或一1 8 0 0 图2 5 矢量图 若a 1 ( i ) a 2 ( i ) ，如图( 2 6 ) 所示。 i = 0 若 i 差；复：- 。1 乏：- 。i l 。 图2 6 矢量 则要用两平面的法矢量来计算旋转角的大小，利用 断旋转的方向。 2 2 2 5 求旋转角i 的大小 9 ( 2 8 ) 厶一。厶一。l 厶厶+ 。l 的正负来判 厶 厶l 数控弯管机程序的二次开发与应用 三点( 或两个相交直线) 可以确定一个平面，他们的平面方程可以用三个点 的坐标来确定。 平面i 的方程为( 三点式) 为： 即 i 工一x i i x i _ l x i i k 1 4 - | z ， 工一x i xo x i + 1 ) ，一y ， y h y ， y 1 + i y t y yt yl 少m g - - z 1 i z “一z ，i = 0 i z m z ，i z zj z o z 1 + 1 = 0 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) 展开后得： 因为平面的一般方程为：i z ：i 扣一x ：) 一窿：- 剥z i ( y y ：) + - x 1 - 儿y 。 i l ( z z ：) = 。 血+ 缈+ q + d = 0 ( 2 1 1 ) 它的法矢量为0 ，b ，c ) 。因此平面i 的法矢量1 1 i 茭t j ( a i ，b i ，c i ) ，其中： 肝卜 l y m ( i = l - n - 1 ) ( 2 1 2 ) 召，= 一= 一l ：l ：| 妻。主：。i ( i = l - n - 1 ) c 2 m ， c ，= 置牛x i 。刊( i = l - n - 1 ) 亿 根据两平面的夹角的大小就是两平面的法矢量的夹角的大小的原理，我们 可以得到两平面夹角i 的余弦： 则 删，2 瑶筹羰 1 0 ( 2 1 5 ) ( 弧度) ( 2 1 6 ) z 历 ， hy 只 一 = 誓 乳 工程硕士学位论文 阡躺c o s 方訾裂粉了1 8 0 ( o ) ( 2 1 7 ) 尸 么：。+ b ：。+ c ：，彳) 曰) c ； 万 ( 。) ( 2 1 。7 ) l 。= o 旧一s 孝卷豢了1 8 0 “之 n _ 。 q j 趵 旋转角度i 的正负可以利用组成两个平面的三个有向线段l i - l ，l i ，l i + l 的混合积( l i 1 ，l i ，l i + 1 ) 正负来判断旋转的方向。 忆h 三，以三h i 即可求出k 。1l m 厶+ 。l 的值，然后利用其正负来判断旋转角度i 的正负。 l 三，三，i i 当混合积( l i 1 ，l i ，l i + 1 ) 的值为正时，旋转角度i 为正，也就是逆时针 旋转； i i 当混合积( l i 1 ，l i + 1 ，l i ) 的值为负时，旋转角度i 为负，也就是顺时针 旋转。 这样就完成了各个理论的y b c 值即( l o f ，屈，) 的计算。这是计算修正 的y b c 的基础。 2 3 修正的y b c 的计算 2 3 1 考虑回弹因素的y b c 计算 回弹因素其实是由比例回弹率k 和固定回弹b 两个因素组成。我们目前的设 备一般都是靠测量在输入2 0 。和1 2 0 。两个角度的回弹量来计算的2 3 1 。假如测得2 0 0 的弯制过后的测量角度为b 1 ，测得1 2 0 。弯制过后的测量角度为b 2 ，则2 0 。和1 2 0 0 回弹量a 1 和a 2 为： a 1 = 2 0 0 8 1 ， a 2 = 1 2 0 0 b 2 七：i a l - a 忑2 b ：a 1 一七b 1 ( 2 1 9 ) 曰1 一曰2 、 则c 值也就是口，的回弹值谚为： 瓯= 尼木优+ 6 ( 2 2 0 ) 那么修正的c 值也就是为口，： 口。= 口，+ 4( 2 2 1 ) 数控弯管机程序的二次开发与应用 由于管子的回弹需要进行补偿，但是，在对角度进行补偿时，加大了弯曲角 度，加大了4 ，而经过回弹后其弯曲角度仍是口，那么4 角度的圆弧就变成了直 线段，加工后的直线段就会变长【2 0 1 。因此为了保证加工后的管子与实际图纸相符， 在设置进给运动的长度时，必须减去把该因素造成的长度增加值。 因此对该因素造成的线形尺寸方面也就是修正的y 值为： rl o ；乩o l - 鲁娜孟 i ：l i 恤划，一( 鲁+ 等) 胁孟 i = 2 - n - 1 ( 2 2 2 ， i h 堋。一等沁孟 商 由于该因素的影响，我们只需对直线段和弯曲角度进行修正，而对总的料长计算 没有影响【2 3 1 。 2 3 2 考虑延伸因素的y b c 计算 管道在弯制的过程中，会有一定的延伸，折弯臂靠折弯模夹持管道弯制，送 料小车被拉着进给，假如弯曲半径为r ，弯曲的角度( 实际轨迹) 为c ，而小车 被动拉的距离为y ，则延伸率e ： ? c 孟一】，( 2 2 3 )1 8 0( 2 2 3 ) r c 上l 1 8 0 而每弯曲1 0 延伸的长度p 为 g ：! 竺盘二二( 。)( 2 2 4 ) 4 m m g ： ! 墨q (。) 卜一7 c 数控弯管机的动作可分为送料( 送料小车主动进给) 、旋转、弯曲( 送料小 车被动进给) 。当数控弯管机完成弯曲动作时，小车已经被动移动了位置，此时， 送料小车会以当前位置为基准，按照y 值进行进给，因此该因素对中间直线段没 有影响。但该因素对下料长度和对首段或末段有影响【2 5 1 。至于影响首段或末段那 要看是如何设定管子的送料方式的。也就是以那一端为基准进行计算的。 总的延伸长度e l 为： e l = p 口： ( 2 2 5 ) 一j 、7 如果是以首端为基准( 夹送方式) ，那么末端的直线段三o ：应该再减去e l 的 长度；如果是以末端为基准( 直送方式) ，那么首端的直线段三0 ：应该再减去e l 的长度。而总的料长也应该等于理论的总料长减去e l t 2 6 1 。 1 2 工程硕士学位论文 2 - 3 3 综合考虑延伸和回弹因素的y b c 计算 根据上面的论述，关于y b c 的修正的算法如下： 弯曲角度( c 值) 的修正公式为 伉l = a j + 6 i = a i + k a t + b 而直线段的值( y 值) 的修正要分情况而论【2 7 】： 以首段为基准( 采用夹送的送料方式) r 砸堋t 一粤胁孟 ；：， 扣i = l 0 1 - ( 鲁+ 粤) 沁三1 8 0 戡心 i l 加：划。一等啪孟口： 1 。n 以末段为基准( 采用直送的送料方式) 理论的展开长度l 料为： k = y 坐1 8 0 + z l o ， 实际下料长度矗为： k = 面r t z ) r + z l o ： 两者之差： k 一矗= e l = e 口： 2 4 小结 i = 2 - n 1 ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) ( 2 3 0 ) ( 2 3 1 ) 本章对管道弯制进行了工艺分析，初步介绍了管道弯制的基础知识，着重介绍 了管道弯制算法；对其工艺及理论y b c 算法进行了分析、说明，并提出修正y b c 算法的数学方法，并将其作为管道弯制应用软件的基础。 生叭 k 一1 舣 l n分铷咭 足 十 一i 和睁粤 q d 三 = 锄 枷 0 o 口 砸 砸 加 数控弯管机程序的二次开发与应用 第3 章弯管机数控程序分析及编程应用功能介绍 图3 1 为目前所使用的和和牌数控弯管机。下面着重介绍其软件系统：要使 该软件系统所生成的数据文件能够被数控弯管机直接调用，必须使该系统软件生 成的数据文件与数控弯管机的数据文件的格式相一致，这首先就必须对该数控弯 管机的内部程序有相应的深入了解。 3 1 数控弯管机的分析研究 图3 1 和和数控弯管机 国产和和数控弯管机自带软件常用的参数界面主要有参数1 设置、参数2 设 置、参数3 设置、参数4 设置、x y z 界面、y b c 界面等等，这些界面的数据设 置决定了数据文件中的数据【2 引。该数控弯管机的数据文件是文本文件，它的各个 数据与程序界面中的各个数据相对应。要确定其数据格式，首先必须对数控弯管 机的应用原理及自带程序的界面有一个熟悉的掌握。破解数据格式的途径和方法 主要是采用修改界面中的数据和设置，然后再去打开相应的数据文件查看某个数 据变动，或者采用修改数据文件中的某个数据，然后再去查看程序界面中的变动 情况【2 9 1 。 经过分析和不断调试，了解了整个数据文件的格式，它的数据文件中总共有 4 1 4 行，共3 9 4 2 个数据。其中该数据文件的第l 行和第3 9 4 4 1 4 行存储了一个数 据，其他的每行存储了10 个数据。该数据文件中存储的全是整数。在界面中的一 1 4 工程硕士学位论文 些有小数的数据都只保留两位有效数字，在对应的数据文件中乘以1 0 0 转变为整 数。有些参数的设置与数据文件中的数据是采用一定位数的二进制与参数设置相 对应，在数据文件中转化为1 0 进制【2 引。 参数1 界面如图( 3 2 ) 所示，该界面主要设置了送料方式、穿芯棒、管子形状、 芯棒注油、进芯时机、计算首端长度、成品完成时等参数设置。这些设置条件生 成一个数据，存储在数据文件的第一个数据，各个参数设置与1 5 位的二进制数据 来相对应。从右到左：第1 位，送料方式： 直送】( 0 ) 或 夹送】( 1 )；第 2 位，穿芯： 无】( 0 ) 或 有】( 1 ) ；第3 位，数值为0 ，无代表意义；第4 位， 管子形状： 圆管】( o ) 或 方管】( 1 ) ；第5 位， 首弯】( o ) 或【每一弯】( 1 ) ； 第6 位，芯棒注油： 无】( 0 ) 或【有】( 1 ) ；第7 位，计算首端长：无( 0 ) 或【有】 ( 1 ) ；第8 位，成品完成时：【夹紧】( 0 )或【松开】( 1 ) ；第9 1 1 位，数值为 0 ，无代表意义；第1 2 1 5 与进芯时机相对应，0 0 0 1 代表 芯棒+ 夹钳】；0 0 1 0 代 表【芯棒+ 送料】；0 1 0 0 代表 芯棒一夹钳 ；1 0 0 0 代表 芯棒_ 送料】。如果送料方式 选择【夹送】，穿芯选择 无】，管子形状选择【圆管】，芯棒注油选择【无】( 并且选择 的是【 首弯】) ，计算首段长选择【有】，成品完成时选择【松开】，进芯时机选择【芯 棒- 送料】，则生成的1 5 位二进制数据为 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 】，转换为十进制数据 为1 6 5 7 7 ，在数据文件中的数据就为1 6 5 7 7 。 图3 2 参数1 界面 数控弯管机程序的二次开发与应用 厘垂室臣互口厘 亘墓刭 管子长度l 管手前端位置导摸丰夹时问 5 9 5 1 m 一 j 3 0 4 0 0 0 一 0 2 0 ，。 慢退芯角度l定型时间导摸丰开时间 o o o 0 0 0 。 0 5 0 。1 0 0 。 ! 匿l引i 圆l | 圈 夹摸丰夹时间x 轴入辩位置 b 轴八科4 - a 置 匿匪 虱 国 0 0 1 3 5 0 0