数控弯管机液压系统设计-开题报告

前 言弯管机是我国基础建设的关键设备。不仅在电力，石油化工等工业，另外在天然气，集中供热等输送工程中，需要大量的弯管，弯头，而且在冰箱、空调和循环冷却系统等机械设备中有很大的使用价值。所以弯管机是重要生产设备之一，它的安全、可靠、高效运行，直接关系到自动化生产线的生产效率和加工质量。目前弯管机种类繁多且结构比较复杂，主要是在弯管的过程中对管的伤害比较大：在弯曲的过程中，管的外壁被拉伸而内壁被压缩，存在应力集中，且在使用过程中承受（主要是来自弯管内液体或者气体）的压力范围较小，在外壁被拉伸处容易产生裂纹和泄露。自动弯管机共有两部分组成：校直截断机和自动弯管机。校直截断机由导轮、滚筒、两台校直机、高速电机及砂轮，PLC 控制部分组成。其功用是将原材料管材校直后，再按照一定的长度截断，并保证其断口是平整的，长度是一致的。自动弯管机由步进电机、摆动液压缸及附属部分、PLC 控制部分、限位开关等组成，能够实现进料、弯曲、旋转的功能。本文主要针对冰箱、汽车空调冷凝器等家用电器中直径较小的管进行弯曲加工的阐述。这些设备中的弯管都是反复的 U 型结构（弯曲 180） ，本文设计弯管机采用滚弯式，根据工业现场以及现实使用的情况，精度可靠且几乎对管材“零伤害” 。一、弯管机概述弯管机，顾名思义是用于弯曲管子的机器，可以加工制造出 C 型、S 型、U 型等多种弯曲形状的管子。广泛应用于压力容器、锅炉、汽车、航空航天以及石油石化工程等各种领域，为促进国民经济的发展作出了重要贡献。早期传统的弯管机械凭借操作者的经验和技术熟练程度来控制产品质量。因此，管型异常较大且校正量大，大管径导管弯曲质量尤其难以保证，往往产生圆度超差，内壁半径处起皱、管腔内的填充物清楚不干净等问题，而且传统的弯管工序很多，操作过程繁杂。经过一段时间的发展，从早期的手工弯管到现在的机器自动弯管。不仅降低了生产成本，提高了生产效率，保证了加工质量，而且精度也有了很大提高。为满足生产出不同弯曲程度与弯曲半径的管子的要求，弯管机的类型也在不断改进、提高，目前市场上主要有电动弯管机、液压弯管机、CNC控制自动弯管机。 虽然弯管机种类众多，但是从常规弯管工艺稍加分析，就不难看出弯制主要可以归结为三个基本加工动作：（1）直线送进： （2）空间转角：（3）弯曲。当然，欲弯制一根管子，还需要一些弯管辅助动作，如加紧管子、夹模或压模的夹紧与松开、弯模的复位等等。有的弯管机如锅炉厂里经常使用的液压双向弯管机，主要加工 S 型、蛇形管子。在弯制管子时需要增加换向动作，模子转向、提升、下降等更好的完成弯管动作。二、弯管机发展现状国内传统的弯管工艺都是设备定型投产后的导管（或管型） ，标准样件在弯曲夹具或弯管机上弯曲，在型面检验夹具上进行验收的。由于管子的弯曲角度、两相邻弯平面间的空间的夹角，以及两个弯之间的直线距离，都不能进行直接测量或很难测量准确。另外再加上弯管过程中的回弹等一系列工艺和操作问题，在弯制管子时，可完全凭借操作者的经验和技术熟练程度。因此，每根管子 在验收之前，大都要进行手工校正，而且难免会出现“反复”弯曲、 “串弯”等现象。这样，不但弯管质量不易管控、生产效率很低、劳动强度很大，而且需要相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和型面检验夹具。此外，为了使同一型号的发动机上的管子能够互换，标准样件必须妥善保管，以作为每批生产时的依据和验收标准。 不仅是正在生产的发动机的标准样件，而且包括过去所有生产过的不同型号的发动机的标准样件。由于要提供备件，都必须储存起来，以保证用户的需要。每生产一种新型号的发动机，都要制造和储存这些标准样件，甚至还要储存弯管的夹具和检验夹具。这样，就需要 庞大的仓库或车间。因此，解决弯管设备和工艺，已经成为长期以来世界各国航空工业领域研究的一个重要课题。从常规弯管工艺稍加分析，就不难看出，管子的弯制主要可以归结为三个基本动作，即直线 送进、空间转角、弯曲。全部弯管动作就是这些简单机械动作按照一定顺序进行的组合。 通过大量的实践活动， 人们已经掌握了弯管的动作规律，从而就可能把这些简单的动作按一定顺序连贯起来。并加以控制，实现弯管机机械化、自动化。采用数控技术，不但可使导管的弯曲质量有了可靠的保证，而且也使生产效率大大提高，从而改变了手工弯管的落后面貌。但是，由于导管的空间几何形状很复杂，很难用设计图纸把它准确 的表达出来； 而且对管形标准样件进行测量也相当困难，于是编辑“弯管程序”已成为当前采用数控弯管机要解决的新问题。目前，只能通过逐个弯管试弯定初始数据试弯整个管形修正数据 最后确定数据的办法来编制弯管程序。这样，不仅报废一定数量的管子，而且效率也很低。 从国际情况上看，弯管机的发展已有一段历史，并达到一定高度。其中处于高水平阶段的企业单位有：意大利的 BLMGROUP、博利马机械设备有限公司、意图奇（上海）国际有限公司等等。其中意大利的 BLMGROUP 作为世界最大的管材加工设备的生厂商，其产品遍布全球的航空航天，汽车，空调，家具等多个行业。其产品包括：数控弯管机，管端成型机，激光切割机，其中数控弯管机是在弯管机行业起着领头羊的作用，技术水平含量很高。为适应用户对管加工机床功能、精度及效率的要求。意大利的博利马（BLMGROUP）公司推出了代表当今弯管机最高水平的全电动数控弯管机（见图 1-1） 。他们最大的加工管径分别为76mm 及 90mm，可以实现最小弯管半径小于 1D。美国自 20 世纪 60 年代就开始使用垂直液压(即立式 )弯管机，可以弯制 152.4762mm (630 英寸) 各种壁厚的钢管。图1-1 全电动弯管机博利马（BLM GROUP）公司生产的全电动弯管机最大的特点在于：（1）提高弯管精度全电动机床采用伺服电机作为驱动装置，完全排除了液压系统对机床精度的影响，极大的提高了弯管弯曲的精度。（2）提高生产效率采用全电动控制后，模具的安装调整变得简便快速。夹模及跟进模夹紧位置为可编程电动控制，这样安装模具后可通过程序的编制直接设定夹模的夹紧位置，不需再手动调整它们的位置。极大的降低了加工准备时间。（3）机床采用了最新的图形对话编程软件。所有数据均为对话式输入，这大大降低了对操纵者专业技能的要求减少了对操纵人员的培训时间。机床的三维图形仿真模拟系统可以检测机床加工该产品时是否会发生干涉并显示干涉部位，无须进行实际试加工来检测程序的可行性。（4）使得弯管半径小于 1D 成为可能由于机床配备了单独驱动的弯管助推装置，50000N 的助推力，助推力及定位均为可编程控制。同时弯管臂也是由大功率伺服电机驱动，专业的变速机构传动，使得小于 1D 的加工成为可能。从国内情况看，弯管机产业和产品尚处于发展期，产品技术仍需发展完善；产品适用范围和使用量尚未得到足够拓展；市场经济环境下的产业自然调整仍处于初级阶段。然而，也有不少企业和公司在自主创业的基础上，加强与国际先进技术的公司合作，不断接近世界水平。在国内弯管机产业发展的比较好的公司有陕西深信科技发展有限公司、张家港市明华机械有限公司、昆山富邦机械有限公司、哈尔滨锅炉厂等等。他们可以通过各种弯管机设备如:NC 控制自动弯管机，数控弯管机，液压弯管机（单头、双头） ，电动弯管机等加工出多种不同弯曲程度与弯曲半径的管子，较之以前的手动弯管机降低了生产成本，提高了生产效率，保证了加工质量，精度也有了很大提高。明华机械制造有限公司作为国内弯管行业中的高技术公司，在弯管机的发展中起着重要的作用。公司生产的单（双）头弯管机、特殊型弯管机、立体液压弯管机（如图 1-2 所示）及 CNC 弯管机都是高性能的弯管机（如图 1-3 所示） ，广泛应用在管子的弯曲加工行业中。图1-2 CNC 弯管机 图1-3 立体液压弯管机 （1）立体液压弯管机立体液压弯管机采用液压系统为整个弯管机装置提供动力，完成管子的弯制，最主要的特点是：弯制过程中采用液压夹管，自动锁角，机械定长；具有空间转角装置，可弯出多角度三维立体管件；内存增大，可以存 60 组加工程序，每组可设定 16 个任意角度，弯管转角均采用编码器控制；最大的弯管能力 502mm；弯曲半径范围：35mm250mm。（2）CNC 弯管机CNC 弯管机的主要特性是：机床/工件动力特性自动识别-加工既快又好慢推芯，小车助推改变弯角外观。图形化编程系统-在屏幕立体管形上画制/修改，即得加工程序。非常简便、快速、准确的编程。其最大弯曲半径：175mm；最大弯曲角度：190回弹测量对批次管材特性可比较测量，计算回弹量。单步调试功能模具试制时管材并行过程观察。入微自动绘制模具图对研究新品帮助明显。全面检测液压/电机/传动系统，电机缺相/反转，电压、温度、油压并自动诊断故障。我国的弯管机早在青铜器时代就已经开始萌芽，并逐步发展和改进。但是到清代时候，政府的腐败导致了弯管机及其他机床无法生产，一度陷入衰退时期。建国之初，我国主要是依靠模仿外国的机器的来制造弯管机，但是产品的精度远远达不到要求。并且功能较少，自动化程度低。一些精密的机械上需要的弯管还要靠进口的弯管机来生产。自中国加入世贸组织后，国家和政府越来越重视弯管机行业的发展。国内的弯管机行业要力争赶超国外技术水平，要强化“自主创新，精细制造”的理念，加快自主创新步伐，改变国内产品落后于国外的不足。不能总是跟在别人后面仿造，强化精细化制造，提高产品的制造工艺水平与质量。包括各种功能部件及相关配套件，这两条是提高技术的根本保证。这样才有利于中国制造的弯管机尽快打入国际市场，增强国际竞争力。过去手动式弯管机到近年来的液压弯管机、半自动弯管机、单头弯管机。随着社会科学的发展，数控弯管机研制出来了，液压弯管机的弯曲弯管角度需要手工做调整的，手动送料式 精确度达不到要求。而且工作效率也有了大大的折扣， 也费人力。现代数控弯管机将改变以往状况，它工作效率高，精确度高，对于管材弯曲加工要求高的市场来说非常受欢迎，数控弯管机，全自动弯管机，采用 CNC 数控控制系统。数控弯管机介绍：数控弯管机是数控技术与传统弯管工艺相结合，随着机床工业的发展而出现的。其自动化程度高、效率高，适合于快速精确地弯制复杂的空间弯曲件。作为数控弯管机的核心，控制系统的性能优劣对整个设备的精度和效率影响甚大。因此，研究开发出先进的弯管控制系统具有重大的现实意义。伴随着科学技术的不断发展，弯管性能也在大幅度地提高。特别是微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使得传统弯管机的功能日趋完善，数控弯管机、PLC 弯管机、单片机弯管机等自动化的弯管机将取代传统弯管机而成为现代弯管的主要设备。传统的二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要。三维数控弯管机正是在这一背景下逐渐开发并成熟起来的。可程序设计控制器（PLC）在弯管机控制系统中的应用给复杂要求的弯管系统提供了技术支持。到现在，由于国内空调，汽车等行业的兴起对于弯管机的需求产生了由量到质的转变。所以同样催生了弯管机技术的飞跃，数控技术终于引入到了弯管机行业，数控的介入是弯管行业的一次技术革命，不管从弯管速度、精度上都是具有具有相当大的优势。自工业经济快速发展的上世纪90年代后以来，基础设施建设厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足需求。许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。台达作为行业的领军者率先利用产品的优势以及中达电通的整合技术销售给行业带了更强的生命力。现今，我国弯管机制造也已基本上能够满足工业需求了，特别是在普通弯管机上。目前，国内研制的中频加热弯管机基本上可以显示我国的自动弯管机发展进程。它是以液压、机械机构、中频加热为主要的运动执行机构，以可编程控制器（PLC）为控制机构来进行工作的。这种弯管机广泛用于直径较大且管壁较厚的管材。弯曲效果很好，应力集中不明显，这种弯管机用于加工输送石油，天然气等易泄露物料弯管。中国作为全球最大机床生产国、进口国和消费国,早期的机床均属国营，生产效率不佳，出口比例较低；目前管类加工机床弯管机 及其行业机床正在逐渐成熟 走向国际市场。 在国内机床企业大力改革、裁汰冗员，大量崛起“人员精简、产值高”的民营企业等事件后，情况得到好转。同时，随着逐步学习日本、美国的技术设计理念，把主要市场投向汽车、模具、电子等高端产业。管材类机械 主要有弯管机、及数控弯管机等。采用技术合作或引进外资的方式吸引日本、台湾企业，使机床产业得到大幅度的发展。弯管机产业发展前景乐观，专家预测，在经济的发展、国家政策大力支持、上下游产业振兴等背景下，机床行业的旺盛需求仍将保持高速增长。但对高档数控机床需求将不断上升，对中低档机床工具产品的需求则将不断下降，升级改造应注重产品结构。从现状来看，我国机械工业产品及产业链，虽然高档、中档、低档产品对应着不同的市场和用户群，但是产品却存在着相同问题，即产品的质量和效率不高。比如机床制造业，无论是满足高精度要求的高端机床或数控管材数控弯管机机床，还是普通、量大、面广的中低档机床，首先要保证机床产品的质量和安全性。因此，传统的机械行业，其产业升级改造，关键在于提高产品质量和效率。 未来弯管机应该朝着更加智能化、标准化发展。用弱电控制强电来提高精度，用 PLC 或者单片机控制来替代传统的手工目测控制。而一些直径较小的铝管或者铜管的弯管机应与截断的机器合并在一起，使弯管机结构更加紧凑，更容易控制。虽然我国的弯管机行业技术水平和发达国家相比还有一定差距。但是，我认为随着我们工业技术的发展，赶上世界先进技术要求还是很有希望的。三、弯管机种类顾名思义，弯管机是将一定直径的金属管子按照规定的角度折弯或一定半径的圆角将管子进行折弯处理的装置，折弯过程中，金属管材料发生了塑性变形，特点是弯曲处内壁和外壁不可避免地有一定的厚度差。目前弯管机有电动式，液压式和数控弯管机三大类。不论弯管机的有多么复杂，控制部分如何变化，但是其中的弯曲部分是最主要的工作部分，现今天厂家主要生产的弯管机按照其弯曲原理不同弯曲部分分为以下两种形式，如图2-1 所示：一是滚弯形式；二是缠绕形式 加加加图2-1 弯管机两种弯曲原理两者各有优缺点：滚弯式的弯管机结构较为简单，弯曲过程中对管材料几乎没有损伤，但是对方形管材的弯曲却没有缠绕式的好，缠绕式的结构较复杂。由于数控弯管机结合了电动式和液压式的优势，所以以数控弯管机为例说明弯管机液压系统的组成和工作原理。四、设计预期达到目标通过设计，使所设计哦弯管机能弯曲金属管材，可一次弯制半径相同的多弯头和任意空间角度的管子。五、设计思路分析拟研究主要内容：汽车空调中冷凝器 U 型 (蛇形) 管的弯管过程，此过程弯管角在同一个平面内，但是弯管角度总是往复的180并且弯管半径不能太大。弯管机总体设计。主要是管材的进给部分、弯曲部分、驱动部分的结