JD01-092@立式液压驱动数控滚弯机机械系统设计
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机械毕业设计全套
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JD01-092@立式液压驱动数控滚弯机机械系统设计,机械毕业设计全套
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1 附件一 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目 立式 液压 驱动数控滚弯机机械系统设计 学院名称 机汽学院 专 业 （班 级） 机设 07-5 班 姓 名 （学 号） 吴钊 指 导 教 师 王伟 系（教研室）负责人 nts 2 一、 毕业设计（论文）的主要内容及要求 （任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力） 滚弯是坯料在滚轮施加弯矩的作用下逐渐被弯曲成形的工艺过程。型材滚弯成形工艺在飞机弯曲件的制造中得到了非常广泛的应用。 1.查阅国内外 滚弯机 的最新研究成果，以综述的形式在论文中对当前的研究现状予以总结和评论。该阶段应充分利用网络手段，理解文献检索的意义、熟悉文献获取的途径、掌握文献检索的技巧，为日后针对特定目的的文献检索打下基础。 2.利用任意机械三维和二维绘图软件，绘制挤压研磨机的三维和二维图。该阶段注重提高机械制图软件的使用能力。 3.对关键部件进行校核或有限元分析。 4.主要指标：立式、 夹紧 动力为液压 、 弯矩动力为液压 马达 ，电控系统为数控，功率 35kW。 5.按照学校对毕业设计（论文）格式的要求，撰写说明书或论文，并用计算机打印后装订成册。 二、 应收集的资料及主要参考文献 1周养萍 ,. 型材滚弯加工现状与展望 Z. 锻压装备与制造技术 : 2010,03. 2周养萍 ,亓江文 ,. 型材变曲率滚弯过程有限元模拟 J. 机械科学与技术 ,2008,(8). 3徐义 ,李落星 ,李光耀 ,钟志华 ,. 型材弯曲工艺的现状及发展前景 J. 塑性工程学报 ,2008,(3). 4李克彬 ,王淑琴 ,林伟明 ,. 三维数控弯管机的研究与开发 J. 轻工机械 ,2008,(3). 5周养萍 ,. 变曲率型材数控滚弯加工的实现 J. 锻压装备与制造技术 ,2008,(1). 6邓援超 ,赖晓桦 ,王为 ,. 三辊滚弯机的成型半径与位移量的分析计算 J. 湖北工业大学学报 ,2007,(4). 7于长生 ,鲁世红 ,王静 ,. 柔性滚弯成形的技术方案设计 J. 新技术新工艺 ,2006,(3). 8胡军峰 ,杨建国 ,方洪渊 ,傅卫 . 滚弯过程的三维动态仿真模拟 J. 塑性工程学报 ,2005,(3). 9龚发云 ,王训响 . 非对称式三辊弯板机卷板数学模型的研究 J. 湖北工业大学学报 ,2005,(3). 三、毕业设计（论文）进度计划 起 迄 日 期 工 作 内 容 备 注 2011.1 2011.2 2011.2 2011.3 2011.3 2011.4.30 2011.5.1 2011.5.15 2011.5.16 2011.6.5 2011.6 中旬 熟悉毕业设计任务，完成外文翻译。 资料查阅、进行毕业实习，并完成开题报告、文献综述。 提出设计方案、完成设计草案。 修改、完善，结束全部设计和制图工作。 校核、返修，撰写毕业论文。 完成答辩前的准备工作、毕业答辩。 nts 3 开 题 报 告 （ 该表格由学生独立完成 ) 建议填写以下内容 ： 1.简述课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。 2.重点介绍完成任务的可能思路和方案； 3.需要的主要仪器和设备等； 4.主要参考文献。 滚弯技术的作用与意义 滚弯是坯料在滚轮施加弯矩的作用下逐渐被弯曲成形的工艺过程。型材 滚弯成形工艺在飞机弯曲件的制造中得到了非常广泛的应用。飞机生产中，滚弯工艺主要用于成形框肋缘条、机身前后段和发动机短舱的长桁 。这些都是尺寸大、相对弯曲半径大的变曲率型材弯曲件，由于他们是组成飞机骨架的受力零件，并且直接影响到飞机的气动力外形，因而形状精度要求很高。因此，进行滚弯工艺的研究对提高飞机滚弯零件的质量有着十分重要的意义。 而且数控弯弧机适合各种桥梁、火车、钢结构、钢管等等金属型材或异型型材弯弧。在我们平时生活中家具厂用来弯圆弧家具或铁艺工程， 金属门窗厂用来弯圆弧型铁门窗或铝合金门窗等等。 型材弯曲成 形过程中普遍存在有回弹问题，特别在大尺度零件的滚弯过程中回弹现象更为严重，回弹对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响，为此，有必要对其进行深入的研究和有效的控制。 在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题 HansenNE 将板材与滚弯机组成的力学系统抽象为简支梁受集中载荷作用的力学模型。 日本的曾田、小西对滚弯过程的分析，着重于零件成形过程中几何尺寸的变化，被弯曲部分既有弹塑性弯曲段，也有弯曲以后的卸载过渡段，但由于滚弯过程的复杂性，在整个分析过程中，他们作了许多近似假设，如弯矩沿板材弧 长上呈线性分布，在利用曲线挠度角、曲率等关系进行有关公式的推导中也作了许多近似处理。上述分析方法，后经山川俊夫等人的处理，使之利用计算机的逐点迭加运算， 可以用于变曲率滚弯过程的理论分析。 1979 年丹麦的 HANSEN 和 Jannerup 发表了一篇有关分析矩形截面钢梁在对称式三辊弯板机上滚弯成形的文章。文章着重研究了滚弯成形过程中各几何参数的变化，并假设各辊间的弯矩呈三角形分布，考虑实际材料的应力应变关系，利用滚弯过程中弯曲曲率、弧长、挠度角与所直角坐标系的简单关系，建立了具有对称截面的钢梁在对称式三辊弯板机上滚 弯成形时的数学模型。 型材滚弯研究展望 陈待解决的问题主要有： 1.对滚弯成形过程的研究大部分处于理论分析阶段，对实际工艺参数的研究较少，而生产加工过程中工艺参数的确定直接影响到零件的加工质量。 2.板材的滚弯成形理论已发展到比较成熟的阶段，而型材的滚弯成形理论期待进一步的完善。 3.滚弯成形的精度陈待提高，特别是对弯曲回弹的控制。随着一些基础性问题的解决，型材滚弯成形研究工作需集中于以下几个方面 :1.基于弹塑性理论对型材滚弯成形的基本原理及滚弯成形中的弹性回复进行研究，推导出型材滚弯成形回弹半径的表达式，理论分 析影响滚弯回弹量的因素。为数控滚弯成形中解决回弹问题奠定理论基础。 2.对滚弯成形的工装设计进行研究，提出滚轮结构的设计方法， 设计成形零件的滚轮结构，并在实验过程中总结出合理的工艺参数。 3.一变曲率型材零件为加工对象，在充分考虑回弹的基础上，实现变曲率型材零件数控滚弯加工。 4.采用有限元法建立型材滚弯成形弹塑性有限元模型，分析变曲nts 4 率型材零件滚弯成形后的参与应力分布规律。研究不同滚弯半径时型材截面的应力应变，总结滚弯半径对型材截面应力应变的影响规律。分析滚弯成形后型材剖面角度的变化。研究弯曲半径、型材厚度、应变 刚模量对回弹半径的影响规律。为进一步提高滚弯成形零件加工精度奠定基础。 完成任务的可能思路和方案 由于所要求的滚弯机 主要指标 为 ：立式、夹紧动力为液压、弯矩动力为液压马达，电控系统为数控，功率 35kW。所以针对所要求的指标，可以了解到所加工的零件尺寸较大，对加紧力和弯矩动力的要求较高 。 而且又需要液压马达作为旋转的驱动力，那到底是每个滚轴独立配备液压马达，还是中心滚轴和前滚轴 分两类配备 液压马达 ，这都是可能的思路和方案， 首先先明了滚弯工作原理： 型材放在呈锯齿排列的辊间 ， 靠辊转动时产生的摩擦力带动型材运动 ， 并将之弯曲成一定的形状 ， 通常每次弯曲过程 ， 辊来回做多次转动 ， 使弯曲型材获得均匀的塑性变形和弯曲半径。辊之间的相对位置决定了弯曲力矩的不同 ， 也决定了弯曲后型材的曲率。四棍弯曲同三辊弯曲原理一样 ， 但相对于三辊弯曲而言 ， 第四辊的存在提高了型材的弯曲成形精度 ， 减小了截面变形的发生 ， 因而也更适合薄壁型材的弯曲。对于异型截面型材的弯曲 ， 可以将辊的轮廓加工成与型材接触部分的形状相一致 ， 这样有利于在弯曲时对型材有着支撑作用 ， 保证弯曲时型材截面不发生变形 ， 以提高弯曲质量 。 在获得不同弯曲角度和曲率型材时需要不同模具的要求 ， 该工 艺有一个明显的优点 ， 就是只需调节辊与辊之间的相对位置 ， 这样既节省了时间 ， 又减少了生产成本。该工艺也有其缺点 ， 就是弯曲后型材会有直边 ， 即在型材的前后端各有一段不能弯曲的部分 ， 这段长度取决于中心辊到旁边两辊的距离 ， 减小直边的长度必须缩小辊距 ， 这个缺点在一定程度上限制了该工艺的应用。 这只是最原始的原理，而进一步的滚弯形式选择又有很多种选择，比如 多辊，还有一种较为新的形式是柔性滚弯成形技术。 多辊的一个缺陷就是由于滚轮非常多，导致机器非常庞大，而且主要生产曲率半径较大的零件，在常规生产中还较少看见，所以给予排除。柔性滚弯成形技术是一种可以在单一设备上弯曲变曲率板金和型材零件的先进制造工艺，它将运用弹性介质的冲压优势和传统的滚弯原理结合起来，大大提高零件的成形精度和表面质量。 虽然柔性滚弯的技术较新，而且加工质量很高，但是它需要根据产品设计不同的凸模和凹模，对于一些小批量加工和小型公司不太合适，成本过高。 因而综上所述，由于要采用立式液压驱动数控滚弯机，小批量生产， 且要求成产成本要低，成产速率快， 对 占地要求不大，所以选择三辊滚弯机。 然后是针对三辊滚弯机进行大致 设计， 滚弯法的工艺参数主要有两个 ， 辊间的相对位置和弯曲时间 ，这个主要应用有限元模拟的方法，研究了这两个工艺参数 对弯曲结果的影响，具体部分在有限元模拟中阐述，大致的模拟结果是滚弯时间越长，获得的工件各个部分的塑性变形和曲率也越均匀，且趋于一定值，而该定值由 前压量和后压量 决定。 在确定设计前，确定机器的坐标系， X 轴方向为中心滚轴前后移动的方向， Y 轴为前滚轮左右移动的方向， Z 轴则为滚珠上下移动的方向。 首先确定驱动部分设计，课题要求为 驱动部件由于已说明需 要液压驱动辊轴 ，所以选择液压泵为驱动件， 为了避免液压输出的均匀性和合理性， 选择 每个 辊 轴配备 液压马达作为输出件， 由于有 3 个 独立的液压马达作为输出，则需要较大的油箱和功率较大的泵， 根据一些要求初定滚轴直径为 110mm，则泵，油箱马达具体选择将在论文和做图中体现。而且功率大了则发热情况也随之而来，配备风扇选择也需要确定。可预见驱动部分的体积较为庞大，所以在设计时专门独立一个空间给驱动部分和电配部分。 传动部分主要 分为两种，一个是利用液压缸 控制中心滚轴沿 X 轴移动且对被加工零件施加作用力 ，由于靠此液压力夹紧零件，所以缸 直径的选取也最好偏大一定，保证加工过程中的稳定性，具体选择将在以后给出具体参数 ， 另一个是通过丝杠传动控制前滚轮沿 Y 轴的左右移动，考虑到有可能加工非常规异型零件，所以前滚轴的丝杠每个滚轴配备一个，用手动遥柄来控制 ，且还要配备夹紧装置，在加工过程中保证前辊的固定 。 测量系统 也分为两种 ， 一种是前滚轮之间有一个行程传感器，从型材开始滚弯 时测控 一直到型材滚弯完成， 从而达到控制 3 个辊的运动和停止 ， 行程传感器的两个核心部件分别为与型nts 5 材相切的测量行程小轮，还有一个就是测量小轮滚过多少角度或者路程的传感器 ，以及转换数据的编码器 。而中心辊轴的前后运动的 移动距离 测量主要 由 安装在机身一侧的齿轮齿条结构来实现，然后通过 与小齿轮配合的编码器 转化为数控形式传给 PLC 来控制。 而至于控制部分，主要有液压系统和数控系统组成，液压系统主要由一 系列 换向阀来控制，而数控系统由传感器， PLC，数控面板和伺服系统组成。数控系统的具体在设计方面就不展开阐述。而执行部分还是主要一液压部分为主，执行部件是3 个分别独立的液压马达来执行。一个注意事项是液压油的选择要求较高，举例选择可为 BP HLP 46。在泵的选择方面，初步选择功率为 11KW，电力提供为 400V,40A，该机器每个辊轴最大转矩初定为3000Nm，前轮调节距离为 360-1100mm，滚轴直径为 105mm。 参考文献 1周养萍 ,. 型材滚弯加工现状与展望 Z. 锻压装备与制造技术 : 2010,03. 2徐义 ,李落星 ,李光耀 ,钟志华 ,. 型材弯曲工艺的现状及发展前景 J. 塑性工程学报 ,2008,(3). 3于长生 ,鲁世红 ,王静 ,. 柔性滚弯成形的技术方案设计 J. 新技术新工艺 ,2006,(3). 4王元生 ,.冷弯型钢滚弯解决方案探讨 J. 中国农机化 .2005.(5). 指导教师评语： （ 建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） 指导教师签名： 20 年 月 日 毕业设计过程记录表 （教师填写） nts 6 序号 检查 时间 检查 内容 指导教师阶段检查评语 （要指出该阶段存在的问题及解决的方法） 指导教师
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