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内容简介：

毕 业 设 计（论文）任 务 书 毕业设计（论文）题目：数控连续弯管机总体设计 毕业设计（论文）要求及技术参数： 1.设计要求：设计一种数控可以进行连续多角度多方向进行管子弯曲，最大弯曲管径及壁厚为25及2mm的管子弯曲设备，本次毕业设计“数控连续弯管机总体设计”进行数控弯管机设备机械部分设计。2.技术参数：最大弯曲管径及壁厚：252mm最大弯曲半径： 250mm最小弯曲半径： 50mm(根据弯管直径)最大弯曲角度： 180标准送料长度： 1500mm送料方式： 直送或夹送工作速度 弯管速度： 100mm/s 送料速度： 3000mm/min工作精度 弯管精度：0. 5 送料精度：0.1mm电源： 380V/50Hz控制阀电压： 24V总功率： 7Kw 液压系统最高压力： 10Mpa 第1页 3毕业设计说明书格式（或参考学校规定的格式）（1） 太原学院毕业设计统一封面（2） 毕业设计任务书（3） 毕业设计中英文摘要 中文摘要300字左右 英文摘要和中文摘要对应（4） 说明书目录（5） 说明书正文第一章 一 二 三 第二章 一 二 三 第三章 第四章（6） 总结（对设计内容的评价）（7） 致谢（8） 参考文献（9） 附录4查阅有关外文资料，并将其中的1-2篇翻译成中文 第2页毕业设计（论文）主要内容：(1) 数控弯管机机构的总体设计。(2) 机头机构的设计。(3) 小车部件的设计。(4) 电机的选型，根据机构的不同工况，按标准选取相应的电机。(5) 控制原理图设计。(6) 液压原理图设计。 学生应交出的设计文件（论文）：1开题报告。2设计计算说明书（不少于2万字）。3图纸：折合数量不少于2张A0。总装图、原理图、零件图。4外文文献及译文（不少于1万英文字符）。 第3页 主要参考文献（资料）：1 成大先 机械设计手册 化学工业出版社2 机床设计手册 机械工业出版社3 机械零件设计手册 冶金工业出版社4 机电传动控制 华中科技大学出版社5 材料力学6 机械制图7 互换性与技术测量8 可编程序控制器9 机床设计图册 专业班级 学生 要求设计（论文）工作起止日期 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 第4页 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目：数控连续弯管机总体设计学 生： 指 导 教 师： 专 业 班 级： 20 年 月 日1. 课题名称： 数控连续弯管机设计2. 课题研究背景：在航空、航天、船舶、汽车、摩托车、空调等制造业中，大量应用到对管材的弯曲加工作业，如何将管材弯曲成复杂的空间几何形状，并保持工艺要求的精度，一直是人们所关心的问题。近十几年来，国内的许多汽车、摩托车、空调生产厂家引进了用于管材弯曲成形加工的CNC弯管机，这种弯管机以它在同一台机器上可实现管材的各种复杂弯曲加工，以及加工精度高和对管材外表面损伤小等特点，在管材的弯曲成形加工方法中占有非常重要的地位。所以液压弯管机将取代传统的弯管机而成为弯管生产的主要设备。通过分析液压弯管机的使用范畴可以看出未来电动液压弯管机的未来发展趋势还是非常不错的。而且近年来的发展也是比较顺利的，所以这个行业能够将被看好。弯管机是管材弯曲加工的主要设备。弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。弯管机特点如下：1、弯管机采用触荧幕加数控模组，对话式操作，程式设定简便容易2、床身结构稳固，不易变形。3、每一档可设定16个弯管角度，记忆体可储放16组档案。4、俱慢速定位功能，弯管角度稳定，重复精度达0.15、错误讯息在屏幕上显示，帮助操作者立即排除。6、提供自行研发之座标转换弯管加工值，软体可选购装在桌上型电脑编辑计算。弯管机的弯管工艺的特点：弯管机进行管材的弯曲和板料的弯曲一样。在纯弯曲的情况下，外径为D，壁厚为t的管子受外力矩M的作用发生弯曲时，中性层外侧管壁受拉应力1作用，管壁变薄；中性层内侧管壁受拉应力1作用，管壁变厚。而且，横截面的形状由于受合力F1和F2的作用由圆形变为近似椭圆形，当变形量过大时，外侧管壁会产生裂纹，内侧管壁会出现起皱。管材的变形程度，取决于相对弯曲半径R/D和相对厚度t/D数值的大小。R/D和t/D值越小，表示变形程度越大。为保证管件成形质量，必须控制变形程度在许可范围内，管材弯曲成形极限不仅取决于材料的力学性能和弯曲方法，而且还考虑管件的使用要求。管件的成形极限应包含以下几个内容：1)中性层外侧拉伸变形区内最大的伸长变形不超过材料塑性允许值而产生破裂；2)中性层内侧压缩变形区内，受切向压应力作用的薄壁结构部分不致超过失稳而起皱；3)如果管件有椭圆度的要求时，控制其断面产生畸变；4)如果管件有承受内压力的强度要求时，控制其壁厚减薄的成形极限。2.弯管机的发展历史结构特点:我国的弯管机加工工艺，从青铜器时代开始萌芽的，并逐渐形成和发展。从殷商到春秋时期已经有了相当发达的青铜冶铸业出现了各种青铜工具，如：青铜刀、青铜锉、青铜锯等等。同时有出土文物与甲骨文记录表明，这个时期的生产的青铜工具和生活工具，在制造过程中大都要经过切削加工或研磨。我国的冶铸技术比西欧早一千多年。渗碳、淬火、和炼钢技术的发明，为制造坚硬锋利的工具提供了便利的条件。铁质工具的出现，表明金属切削加工进入了一新的阶段。有记载表明早在三千多年前的商代已经有了旋转的琢玉工具，这也就是金属切削机床的前身。70年代在河北满城一号汉墓出土的五铢钱，其外圆上有经过车削的痕迹，刀花均匀，切削振动，波纹清晰，椭圆度很小。有可能将五铢钱穿在方轴上然后装夹在木质的车床上，用手拿着工具进行切削。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。70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm(60英寸)。原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式主要有气动式和液压式两种。气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形。如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：1.摇臂，其作用是保证弯管弯曲半径符合要求，其夹紧座是限制钢管在弯曲过程中反弹。2.矫直辊一是防止在弯曲过程中垂直方向变形，与浮动防椭圆夹具配合使用保证弯曲后的钢管椭圆度符合要求。3.导向辊装置一有两组导向辊和机架及夹紧传动系统组成，导向辊开合由液压驱动来完成，其功能是与摇臂共同完成钢管水平方向的弯曲。4.推送装置(由小车、床身、传动轴、牵引链等组成)推动钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。5.驱动装置它是推送装置的动力源。6.泵站一分高压和低压两部分为导向辊开合、摇臂夹紧座油缸、推送装置小车卡盘开合、矫直辊开合提供动力。随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。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，使弯管机的功能更趋完善。3.弯管机的工作原理：三轴自由弯曲系统关键部分如图 1 1所示。该系统主要由弯曲模、球面轴承、导向机构和推进机构4部分组成，其中弯曲模与球面轴承相接触的球面半径相同。其工艺原理是：管材在推进机构的连续推动作用下依次通过导向机构和弯曲模，在管材通过弯曲模时，球面轴承在X/Y平面内作偏心运动，而弯曲模随着球面轴承的偏心运动发生转动，当球面轴承在X/Y平面内偏离平衡位置为u时，管材在弯曲部位产生偏心距u，进而实现弯曲成形。随着Z轴方向的送料，管材逐渐弯曲出较大的弯曲角。偏心距u的大小决定了弯曲半径R的大小，当u很大时，弯曲半径R将会很小。从弯曲模球心到导向机构前端之间在Z向的距离为A，当A值大小超过正常范围时，即使u值很大，同样无法弯曲出较小的弯曲半径。在三轴自由弯曲系统中，管材在弯曲时受到轴向推进机构所施加的推力PL和球面轴承所施加的弯曲力Pu。在PL和Pu的共同作用下产生弯矩M，使管材发生弯曲，其中：M=PuA+PLu（该公式为标量计算）。弯曲力Pu的大小取决于管材材料本身的性质以及偏心距u和A的大小，当管材材料不变时，A值越大，u值越小，则弯曲力Pu越小。球面轴承和轴向推进机构可在伺服电机的驱动下实现X/Y/Z 3个方向的自由运动，故将该弯曲方法命名为三轴自由弯曲系统。3. 课题研究意义弯管机技术如今在我国广泛用于电力施工，公铁路建设，锅炉、桥梁、船舶、家俱、家电和装潢等行业，其工艺随着现代技术的进步也在不断发展。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。弯管技术还广泛应用于锅炉及压力容器、空调制造、汽车、航空航天等多种行业。弯管质量的好坏，将直接影响最终产品的质量。随着制造业的发展，自动弯管机在汽车配件、造船、家用电器等领域获得了广泛的应用。各类弯管机应运而生，如大型立体弯管机、CNC弯管机、液压弯管机等。数控弯管机弯管效率高，管件质量稳定，可迅速提高机加车间的生产效率。特别适合大批量多种类管件生产。目前国内的锅炉制造厂家大部分仍采用手动弯管。部分有实力的公司引进了国外的自动弯管机，但价格十分昂贵。 为了提高产品的质量和生产效率，业内迫切需要能满足大批量、多规格，且价格低廉的自动弯管机。本文设计了一种适合锅炉生产过程中弯管需要的全自动数控弯管机，在操作员的配合下，可自动完成送管、置位、弯管、复位、翻身等操作。控制系统以PLC为核心，稳定可靠；步进电动机保证了送管的精度；触摸屏提供了更直观的人机界面。因此弯管机设计有着重要意义。4. 国内外发展现状与趋势：在工业高速发展的今天，世界各国开发弯管机已经有多年的历史，特别是欧美发达国家如美国、德国和意大利等在这方面已经有相当成熟的经验和顶尖技术水平。数控弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关,早在20世纪70年代时,美国EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备,首创计算机编程数控弯管之先河,大大提高了当时的数控弯管水平。20世纪80年代,日本千代田工业株式会社在美国EATONLEONARD公司的研究成果上,成功研制了M-1型管型测量机和EC、TC两种系列十多种型号的数控弯管机,功能非常强大,很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。我国的数控弯管机研究起步较晚,但发展很快,早在1970年武昌造船厂就研制成功一台数控弯管机,这是国内自主研制的第一台数控弯管机。1973年武昌造船厂又成功研制了SKWG-2型数控弯管机。为适应用户的对管加工机床功能、精度及效率的要求，意大利的博利马（BLMGROUP）公司推出了当代代表今弯管机最高水平的全电动数控弯管机，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。机床13个轴均为可编程控制的电动伺服驱动。机床的设计充分考虑了复杂制造业的市场需求，尤其适用于复杂外形管件的中小批量高质量的加工，如航天航空及汽车领域。我国的液压管类加工机械行业液压弯管机还没有年产值达10亿元以上的企业，即使是年产值超过5亿元的企业也屈指可数，所以中国会萃了很多中小弯管机企业，统一发展水平的起跑线上，产品线是竞争力的一个特征。液压管类加工机械主要出产产品：弯管机、液压弯管机数控弯管机全自动弯管机切管机圆锯机全自动切管机缩管机管端成型机滚圆机、磨齿机液压油缸、等等。公司雄厚的技术实力，LCX罗茨泵一套完整的检修设备，是国家质量信得过产品。大型冷弯管机的研制成功，使我国化工行业大口径高压管进行冷弯加工成为可能。此外，公司自主研制的大口径弯管机价格、小弯曲半径推拉式冷弯弯管机为化工炼油渣油加氢装置及其他大口径、特种材质管道实施管道工厂化施工，提供了有力的装备保证。公司推广的管道工厂化技术、将管道按管线图在工厂制作完成，到施工现场安装，减少焊缝80%左釉冬不仅降低了施工成本，提高了施工质量，而且大大缩短了工期。国外大口径长输管道建设中，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。70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研 制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm(60英寸)。原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于 其主机液压系统采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形 式主要有气动式和液压式两种。气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压 传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形。全球机床生产基地主要分为亚洲、欧盟、美洲三大地区，其中欧盟以欧洲机床协会最具代表性，而亚洲主要生产国为中国、韩国、日本，两大基地几乎占据全世界生产总值，而三大生产基地同时也是三大主力消费市场。目前,欧洲各国互相采购的比率很高，形成内部区域性的互补效果；亚洲由于各国机床发展水平不均衡，使机床贸易频繁，占据全国近半消费额；而美洲新兴工业化国家居多，产值有限需大量进口。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。以新工艺为导向，满足新工艺要求的特殊结构、特殊功能的锻压设备也不断出现。比如，等数控弯管机、切管机、弯管切管缩管与一体流水线管材加工设备，特殊材料锻压设备等。发电设备、大飞机、船舶、军机、航天、车辆等快速发展，极大地推动了管材加工设备的发展、弯管机设备上面尤其是全自动弯管机在航天行业、造船行业、车辆行业中，有着很重要的地位、全自动弯管机、数控弯管机设备的发展与进步，使我国成为拥用自动化设备、不需要过去依靠进口这一大突破。而且，弯管机设备技术还将继续刷新。但是中国机床产业与其他制造强国相比较，在结构、水平、研发和服务能力等方面都还存在明显的差距。例如，2009年国产机床的市场占有率虽然已上升至70.1%，但是进口机床仍高达59亿美元，进口产品几乎都是高档数控机床(包括成套生产线)。可见，针对高端产品的需求，国产机床长期以来一直供非所需，低端产品产能过剩，高端产品主要依赖进口。机床主机企业大而不强，小而不精；配套能力弱，产业分工不清晰；自主创新能力薄弱，尚未完全掌握基础、关键、共性技术；高性能数控系统和功能部件的发展滞后于主机，与数控机床发展相应的产业链体系还不够完善；工程集成能力弱，为汽车等重点行业核心制造领域提供成套生产线还处于起步阶段；缺乏大量研发、高级技工和复合型管理等高端人才，这些都制约机床产业快速、可持续发展。据悉，目前国内管类加工行业弯管机占机床行业70%的消费主体，但如此巨大的市场却被进口机床占近80%。不过这也从侧面说明未来中国机床行业市场占有空间很大专家预测，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。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。另外，随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，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，使传统弯管机的功能更趋完善，数控弯管机将取代传统弯管机而成为现代弯管的主要设备。嵌入式系统（embedded system），是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可定制，适用于各种应用场合，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器微处理器、数控弯管机毕业论文 3 存储器及外设器件和IO端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用4 。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。 2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至W级5 。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。 2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。4.嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。5.为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。6.嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发5 。5. 设计（论文）的主要内容前 言摘 要ABSTRACT1.绪 论1.1.引言1.2.弯管机概述1.3.弯管机的研究背景1.4.弯管机的研究目的及意义1.5.弯管机的弯管的设计原理(三轴自由弯曲成形系统原理):2.弯管机设计2.1.机头机构的设计2.2.推料机构的设计2.3.升降机构的设计2.4.弯管机的总体设计2.5.滚珠丝杠概述2.5.1.滚珠丝杠概述2.6.机头部的滚珠丝杠选型计算2.6.1.确定滚珠丝杠副的导程2.6.2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算2.6.3.滚珠丝杠副预期额定载荷2.6.4.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m2.6.5.估算滚珠丝杠副的螺纹底X2.6.6.滚珠丝杠副导程精度的选择：2.6.7.确定滚珠丝杠副规格代号2.6.8.确定滚珠丝杠副的导程2.6.9.滚珠丝杠副的载荷及转速计算2.6.10.滚珠丝杠副预期额定载荷2.6.11.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m2.6.12.估算滚珠丝杠副的螺纹底X2.6.13.滚珠丝杠副导程精度的选择：2.6.14.确定滚珠丝杠副规格代号2.7.推料机构的滚珠丝杠选型计算2.7.1.确定滚珠丝杠副的导程2.7.2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算2.7.3.滚珠丝杠副预期额定载荷2.7.4.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m2.7.5.估算滚珠丝杠副的螺纹底X2.7.6.滚珠丝杠副导程精度的选择：2.7.7.确定滚珠丝杠副规格代号3.电机概述及选型计算3.1.电机概述3.1.1.电机简要介绍3.1.2.调速方法3.1.3.使用寿命3.1.4.注意事项3.2.电机选型计算3.2.1.外部负荷的转动惯量3.2.2.外部负荷产生的摩擦转矩3.2.3.预紧力产生的摩擦扭矩3.2.4.支承轴承产生的摩擦扭矩3.2.5.加速度产生的负荷扭矩3.2.6.外部负荷的转动惯量3.2.7.外部负荷产生的摩擦转矩3.2.8.预紧力产生的摩擦扭矩3.2.9.支承轴承产生的摩擦扭矩3.2.10.加速度产生的负荷扭矩3.3.皮带轮与皮带的计算与选择3.4.联轴器的计算与选择3.5.轴套的结构设计4.机架的结构设计与计算4.1.机架的设计准则4.2.机架设计的一般要求5.直线导轨的原理及其应用5.1.直线导轨的工作原理5.2.直线导轨的刚性5.3.导轨的精度5.4.直线导轨的选用6.轴承的概述及选择6.1.轴承的概述6.1.1.概念6.1.2.特性6.1.3.精度等级6.1.4.类型6.1.5.负载能力6.1.6.结构变形种类6.1.7.主要用途6.1.8.安装技巧6.1.9.保养方法6.2.轴承的选择总结外文翻译7.自由弯曲液压成型工艺链中的一个新的弯曲技术摘要7.1.导言7.2.自由弯曲技术7.3.弯曲原理7.4.弯曲的控制7.5.自由弯曲的优点与缺点7.6.弯曲试验的完成7.7.有限元模拟模型在自由弯曲领域的发展7.8.仿真模型7.9.工艺参数的确定7.10.比较弯曲试验和仿真的结果7.11.总结和进一步的工作7.12.参考文献致谢参考文献附录外文原文6.进度安排计划14周完成毕业设计，具体安排如下：（1）1-2周查阅资料，收集信息，查找数据并进行学习（2）3-4周整理资料，完成开题报告的撰写、提交及外文资料翻译（3）5-6周弯管机的系统设计计算与初步方案的确定（4）7-9周完成弯管机整体装配图（5）10-11周完成弯管机的部件图及相关零件图（6）12-13周整理论文，编写毕业设计说明书，准备答辩（7）14周答辩7.设计（论文）提交形式毕业设计图纸毕业设计计算说明书外文翻译资料8参考文献1齐秀丽，陈修龙，机械原理.北京：中国电力出版社，2010.82王颖，杨德星等，工程图学与计算机绘图第二版，北京航空航天出版社，2010.83王鹏李东滨刘朝阳刘杰，基于PLC与步进电动机的全自动数控弯管机设计，哈尔滨理工大学出版社4朱全光，盘管全自动弯管机的电气控制，辽宁省机械研究院5韩莉芬，基于PLC与伺服电机的全自动弯管机控制系统的设计，苏州工业职业技术学院6夏链,田艺,何高清,祖垣,韩江，数控弯管机三维计算机辅助设计，合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥2300097尹霞，数控弯管机弯管技术及其应用，湖南化工职业技术学院机械工程系8宫文斌，刘昕晖，陈学海，纪永飞，自动液压数控弯管机设计与试验，农业机械学报2007年9月第38卷第9期9王昆，何小柏，汪信远，机械设计课程设计高等教育出版社。10成大先机械设计手册(单行本)M北京化学工业出版社,2004 11何存兴，张铁华.液压传动与气压传动M.第二版.武汉：华中科技大学出版社，200012沈鸿机械设计手册M北京机械工业出版社,198213杨宝光液压机M.北京：机械工业出版社，1981.414俞新陆锻压机械液压传动M北京：机械工业出版社，1982.315机械设计手册M北京化学工业出版社,19769. 指导教师意见 签名： 年 月 日 毕业设计（论文）毕业设计题目：数控连续弯管机总体设计毕业生姓名：专业：学号：指导教师：所属系（部）：二 七年 月前 言本组毕业设计题目为数控连续弯管机总体设计。在设计前期，我复习了结构力学、材料力学、理论力学、机械制图等知识，并借阅了机械原理、机械设计手册、机械设计、盘管全自动弯管机的电气控制等资料。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在结构设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。结构设计的六周里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了AutoCAD，CAXA2013等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。机械结构设计的计算工作量很大，在计算过程中都是自己亲手计算的。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。摘 要随着现代科技的高速发展，弯管技术已广泛应用于各个生产行业，特别是在锅炉、压力容器、石油石化工程等领域。本次课题研究的数控连续弯管机采用三维自由弯曲成型技术，该技术作为金属塑性变形领域近年来一项重要的技术创新，能够实现管材、型材、线材在各种弯曲半径条件下的精确成形，对传统弯曲成型技术带来了巨大的挑战。从三维自由弯曲成形技术的基本原理入手，对弯管机进行了总体的设计。设计的弯管机由机身、机头(弯管机构)、推料机构、升降机构等机构组成。其中升降机构主要作用是使弯管模具提升或下降，选择液压缸提供动力。弯管机构选择滚珠丝杠带动，通过使用两个滚珠丝杠混合作用来实现机头机构的任意方向，任意角度的弯曲。一个滚珠丝杠控制X方向的移动，另外一个滚珠丝杠控制Y方向的移动。推料机构是通过滚珠丝杠带动推料块来实现弯管的进给。关键词：自由弯曲；弯管机；机头机构；推料机构；ABSTRACTWith the rapid development of modern technology, elbow technology has been widely used in various production industries, especially in the boiler, pressure vessels, petroleum and petrochemical engineering and other fields. In this paper, the numerical control continuous bending machine adopts three-dimensional free bending forming technology, which is an important technological innovation in recent years. It can realize the precise shaping of pipe, profile and wire under various bending radius conditions. The traditional bending molding technology has brought great challenges. Starting from the basic principle of 3D free bending technology, the overall design of the pipe bending machine is carried out. The design of the bending machine from the fuselage, head (bending body), push material institutions, lifting agencies and other institutions. Which lift the main role is to make the elbow mold to lift or down, select the hydraulic cylinder to provide power. Bend mechanism selection ball screw drive, through the use of two ball screw mixing to achieve the nose of any direction, any angle of bending. A ball screw controls the movement of the X direction, and the other ball screw controls the movement of the Y direction. Pusher mechanism is through the ball screw drive poke block to achieve the elbow feed.Key Words: Free bending; bending machine; nose mechanism; push material body;目 录1.绪 论11.1.引言11.2.弯管机概述11.3.弯管机的研究背景21.4.弯管机的研究目的及意义31.5.弯管机的弯管的设计原理(三轴自由弯曲成形系统原理):42.弯管机设计52.1.机头机构的设计52.2.推料机构的设计72.3.升降机构的设计82.4.弯管机的总体设计92.5.滚珠丝杠概述102.5.1.滚珠丝杠概述102.6.机头部的滚珠丝杠选型计算122.6.1.确定滚珠丝杠副的导程122.6.2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算122.6.3.滚珠丝杠副预期额定载荷122.6.4.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m132.6.5.估算滚珠丝杠副的螺纹底X132.6.6.滚珠丝杠副导程精度的选择：142.6.7.确定滚珠丝杠副规格代号142.6.8.确定滚珠丝杠副的导程142.6.9.滚珠丝杠副的载荷及转速计算142.6.10.滚珠丝杠副预期额定载荷152.6.11.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m162.6.12.估算滚珠丝杠副的螺纹底X162.6.13.滚珠丝杠副导程精度的选择：162.6.14.确定滚珠丝杠副规格代号162.7.推料机构的滚珠丝杠选型计算172.7.1.确定滚珠丝杠副的导程172.7.2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算172.7.3.滚珠丝杠副预期额定载荷172.7.4.估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量m182.7.5.估算滚珠丝杠副的螺纹底X182.7.6.滚珠丝杠副导程精度的选择：192.7.7.确定滚珠丝杠副规格代号193.电机概述及选型计算193.1.电机概述193.1.1.电机简要介绍193.1.2.调速方法203.1.3.使用寿命203.1.4.注意事项203.2.电机选型计算213.2.1.外部负荷的转动惯量：213.2.2.外部负荷产生的摩擦转矩：213.2.3.预紧力产生的摩擦扭矩：213.2.4.支承轴承产生的摩擦扭矩：213.2.5.加速度产生的负荷扭矩：223.2.6.外部负荷的转动惯量：223.2.7.外部负荷产生的摩擦转矩：223.2.8.预紧力产生的摩擦扭矩：233.2.9.支承轴承产生的摩擦扭矩：233.2.10.加速度产生的负荷扭矩：233.3.皮带轮与皮带的计算与选择233.4.联轴器的计算与选择243.5.轴套的结构设计244.机架的结构设计与计算254.1.机架的设计准则254.2.机架设计的一般要求255.直线导轨的原理及其应用275.1.直线导轨的工作原理275.2.直线导轨的刚性285.3.导轨的精度285.4.直线导轨的选用286.轴承的概述及选择306.1.轴承的概述306.1.1.概念306.1.2.特性306.1.3.精度等级306.1.4.类型316.1.5.负载能力316.1.6.结构变形种类326.1.7.主要用途326.1.8.安装技巧336.1.9.保养方法336.2.轴承的选择34总结35外文原文36外文翻译43致谢56参考文献57IV1. 绪 论1.1. 引言随着社会的发展，各行各业对各种型号的弯管的需求会迅速增长，对管材弯曲成型精度要求也会越来越高，这一切促使人们对管材弯曲加工工艺及加工设备进行深入的研究。美、英、日、德等工业发达的国家纷纷研制计算机数控弯管加工设备，同时资助管材弯曲加工工艺的理论及实验研究，并在实际应用中取得良好的经济效益。然而，我国的管材弯曲加工设备与加工技术的研究与应用远远落后于当今世界先进水平，远远不能适应我国工业生产和国防的需要，致使我国许多企业不得不花费大量资金引进国外先进的棺材数控玩去加工设备。目前国内使用的数控弯管机设备通常是在通用计算机或工业计算机的基础上加装运动控制卡，使用windows操作系统，并安装昂贵的数控软件构成的。这样的系统软件成本高，硬件资源浪费，功耗大。为了提高弯管生产的效率，节约生产成本，改进系统结构，提高产品的精度，采用三位自由弯曲技术是本课题的主要任务。1.2. 弯管机概述管材弯曲有很多方法，相应地也就有不同的弯管设备.在各种方法中，绕弯是最常用的弯管方法，而绕弯最常用的设备是弯管机。因此，弯管机是管材弯曲加工的主要设备。弯管机的机构形式有很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动、数控四种。机械传动式弯管机机构简单，制造方便，通用性大。液压弯管机传动平稳、可靠、噪音小、结构紧凑、能弯制不同直径的管材。半自动控制的弯管机，一般只对弯管角度进行自动控制，主要用于中小批量的生产。自动控制的弯管机通过尺寸预选机构和程序控制系统对弯管全过程（送进、弯管和空间转角）实行自动控制，这种弯管机一般采用液压传动，适用于大批量生产。数控弯管机能够根据零件图规定的程序和尺寸，通过输入数据来实现弯管过程的全自动控制，它适用于大批量生产，尤其是管件尺寸参数多变的场合。随着科学技术的不断发展，弯管机的形式日趋多样化，弯管机性能也在大幅度地提高。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，使弯管机的功能更趋完善，而数控弯管机将是现代弯管生产的主要设备。1.3. 弯管机的研究背景在航空、航天、船舶、汽车、摩托车、空调等制造业中，大量应用到对管材的弯曲加工作业，如何将管材弯曲成复杂的空间几何形状，并保持工艺要求的精度，一直是人们所关心的问题。近十几年来，国内的许多汽车、摩托车、空调生产厂家引进了用于管材弯曲成形加工的CNC弯管机，这种弯管机以它在同一台机器上可实现管材的各种复杂弯曲加工，以及加工精度高和对管材外表面损伤小等特点，在管材的弯曲成形加工方法中占有非常重要的地位。所以液压弯管机将取代传统的弯管机而成为弯管生产的主要设备。通过分析液压弯管机的使用范畴可以看出未来电动液压弯管机的未来发展趋势还是非常不错的。而且近年来的发展也是比较顺利的，所以这个行业能够将被看好。弯管机是管材弯曲加工的主要设备。弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。我国的弯管机加工工艺，从青铜器时代开始萌芽的，并逐渐形成和发展。从殷商到春秋时期已经有了相当发达的青铜冶铸业出现了各种青铜工具，如：青铜刀、青铜锉、青铜锯等等。同时有出土文物与甲骨文记录表明，这个时期的生产的青铜工具和生活工具，在制造过程中大都要经过切削加工或研磨。我国的冶铸技术比西欧早一千多年。渗碳、淬火、和炼钢技术的发明，为制造坚硬锋利的工具提供了便利的条件。铁质工具的出现，表明金属切削加工进入了一新的阶段。有记载表明早在三千多年前的商代已经有了旋转的琢玉工具，这也就是金属切削机床的前身。70年代在河北满城一号汉墓出土的五铢钱，其外圆上有经过车削的痕迹，刀花均匀，切削振动，波纹清晰，椭圆度很小。有可能将五铢钱穿在方轴上然后装夹在木质的车床上，用手拿着工具进行切削。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。70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm(60英寸)。原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式主要有气动式和液压式两种。气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形。如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：1.摇臂，其作用是保证弯管弯曲半径符合要求，其夹紧座是限制钢管在弯曲过程中反弹。2.矫直辊一是防止在弯曲过程中垂直方向变形，与浮动防椭圆夹具配合使用保证弯曲后的钢管椭圆度符合要求。3.导向辊装置一有两组导向辊和机架及夹紧传动系统组成，导向辊开合由液压驱动来完成，其功能是与摇臂共同完成钢管水平方向的弯曲。4.推送装置(由小车、床身、传动轴、牵引链等组成)推动钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。5.驱动装置它是推送装置的动力源。6.泵站一分高压和低压两部分为导向辊开合、摇臂夹紧座油缸、推送装置小车卡盘开合、矫直辊开合提供动力。随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。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，使弯管机的功能更趋完善。1.4. 弯管机的研究目的及意义本次研究的数控连续弯管机主要由机身、机头、升降机构、推料机构及滑动副等等。设备的参数主要有：最大弯曲管径及壁厚分别为252mm;最大弯曲半径为250mm;最小弯曲半径为50mm(根据弯管直径)；最大弯曲角度为180；标准送料长度为1500mm;送料方式为直送；电源为380V/50Hz；控制阀电压为24V；总功率为7kw;液压系统最高压力为10MPa。对本次课题研究的主要是两个方面：1) 弯管机的弯曲机构(机头)2) 弯管机的推料机构弯管机技术如今在我国广泛用于电力施工，公铁路建设，锅炉、桥梁、船舶、家俱、家电和装潢等行业，其工艺随着现代技术的进步也在不断发展。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。弯管技术还广泛应用于锅炉及压力容器、空调制造、汽车、航空航天等多种行业。弯管质量的好坏，将直接影响最终产品的质量。随着制造业的发展，自动弯管机在汽车配件、造船、家用电器等领域获得了广泛的应用。各类弯管机应运而生，如大型立体弯管机、CNC弯管机、液压弯管机等。数控弯管机弯管效率高，管件质量稳定，可迅速提高机加车间的生产效率。特别适合大批量多种类管件生产。目前国内的锅炉制造厂家大部分仍采用手动弯管。部分有实力的公司引进了国外的自动弯管机，但价格十分昂贵。 为了提高产品的质量和生产效率，业内迫切需要能满足大批量、多规格，且价格低廉的自动弯管机。本文设计了一种适合锅炉生产过程中弯管需要的全自动数控弯管机，在操作员的配合下，可自动完成送管、置位、弯管、复位、翻身等操作。控制系统以PLC为核心，稳定可靠；步进电动机保证了送管的精度；触摸屏提供了更直观的人机界面。因此弯管机设计有着重要意义。1.5. 弯管机的弯管的设计原理(三轴自由弯曲成形系统原理):三轴自由弯曲系统关键部分如图 11所示。该系统主要由弯曲模、球面轴承、导向机构和推进机构4部分组成，其中弯曲模与球面轴承相接触的球面半径相同。其工艺原理是：管材在推进机构的连续推动作用下依次通过导向机构和弯曲模，在管材通过弯曲模时，球面轴承在X/Y平面内作偏心运动，而弯曲模随着球面轴承的偏心运动发生转动，当球面轴承在X/Y平面内偏离平衡位置为u时，管材在弯曲部位产生偏心距u，进而实现弯曲成形。图 11自由弯曲系统关键部分随着Z轴方向的送料，管材逐渐弯曲出较大的弯曲角。偏心距u的大小决定了弯曲半径R的大小，当u很大时，弯曲半径R将会很小。从弯曲模球心到导向机构前端之间在Z向的距离为A，当A值大小超过正常范围时，即使u值很大，同样无法弯曲出较小的弯曲半径。在三轴自由弯曲系统中，管材在弯曲时受到轴向推进机构所施加的推力PL和球面轴承所施加的弯曲力Pu。在PL和Pu的共同作用下产生弯矩M，使管材发生弯曲，其中：M=PuA+PLu（该公式为标量计算）。弯曲力Pu的大小取决于管材材料本身的性质以及偏心距u和A的大小，当管材材料不变时，A值越大，u值越小，则弯曲力Pu越小。球面轴承和轴向推进机构可在伺服电机的驱动下实现X/Y/Z 3个方向的自由运动，故将该弯曲方法命名为三轴自由弯曲系统。3312. 弯管机设计2.1. 机头机构的设计图 21机头部主视图图 22机头部左视图图 23机头部实物图如图 21，图 22，所示，是弯管机的机头机构的设计。图 23是机头机构的实物图。机头机构由导向机构，弯曲模，球面轴承组成，球面轴承与托板相连，由伺服电机旋转带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠带动螺母座做直线运动，而螺母座与托板通过螺钉连接，此时托板也做直线运动，要想实现机头任意方向的旋转弯曲，需要两个滚珠丝杠，一个控制X方向的直线运动，另外一个丝杠控制垂直方向的即Y方向的直线运动，机头就可以实现自由弯曲了。机头机构的安装用内六角螺钉。为了节省材料，降低成本，将托板做成空心的，用加强筋支撑，如图 22所示。2.2. 推料机构的设计图 24推料机构主视图图 25机头部左视图图 26机头部俯视图如图 24，图 25，图 26所示，是推料机构的设计。它的作用是推动管子进行直线进给，它是利用电机旋转带动同步带转动，同步带轮把运动传递给滚珠丝杠，滚珠丝杠把旋转运动转化成直线运动，带动小车直线运动，实现管子的进给。它的整个机构支撑在箱体上，可以从图 25看到。而推动器是锥体的，把推动器头部插入管子中，外面用大于管子直径的圆柱体卡住，使管子不能随意运动。为了使推料机构能平衡，还用到了两个直线导轨，推料机构在滚珠丝杠上直线移动的同时，沿着直线导轨直线运动，推料机构与直线导轨的连接用滑块，也要用到内六角螺钉。2.3. 升降机构的设计图 27升降系统主视图图 28升降系统俯视图如图 27，图 28所示，是升降机构的设计。该机构由液压缸提供动力来实现压块的提升和下降，完成管子的更换。2.4. 弯管机的总体设计图 29弯管机俯视图图 210弯管机主视图图 211弯管机左视图2.5. 滚珠丝杠概述2.5.1. 滚珠丝杠概述滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。2、高精度的保证滚珠丝杠副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。3、微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。4、无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。5、高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时 与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。滚珠每一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈；外循环每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等几种。如图 212图 212滚珠丝杠1）外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。外循环滚珠丝杠螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。 常用外循环方式(a)端盖式；（b）插管式；（c）螺旋槽式是端盖式，在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。（b）所示为插管式，它用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由于管道突出螺母体外，径向尺寸较大。c）所示为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。2）内循环：所示为内循环滚珠丝杠。内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种类型。（a）所示为圆柱凸键反向器，它的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键1定位，以保证对准螺纹滚道方向。（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，用镶块的外轮廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。2.6. 机头部的滚珠丝杠选型计算该弯管机共用到三个滚珠丝杠副，下面先计算机头机构的滚珠丝杠副：2.6.1. 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和X向滑板的最大速度，计算丝杠导程。X向运动的驱动电机选择SS5402C40A，电机最高转速为4500rpm。电机与滚珠丝杠直连，传动比为1。X向最大运动速度为100mm/s，即6000mm/min。则丝杠导程为Ph=Vmax/inmax=6000/145001.34mm实际取Ph=4mm，可满足速度要求。2.6.2. 滚珠丝杠副的载荷及转速计算滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力：F0=0Mg+f=0.00660009.8+45=372.8N式中：M工件及工作台质量，经计算M约为1500kg。f导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N。由于该设备主要用于检测丝杠工作时不受切削力检测运动接近匀速其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有：nmaxnmin=60vPh=602510=150rpmFmaxFminF0=372.8N滚珠丝杠副的当量载荷：Fm=2Fmax+Fmin3F0=372.8N滚珠丝杠副的当量转速：nm=nmax+nmin2=150rpm2.6.3. 滚珠丝杠副预期额定载荷按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：Cam=360nmLhFmfw100fafe=36015015000372.8110011=555.06N式中：nm当量转速，nm=60vPh=602510=150rpm Lh预期工作时间，测试机床选择15000小时fw负荷系数，平稳无冲击选择fw=1fa精度系数，2级精度选择fa=1fe=可靠性系数，一般选择fe=1按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：Cam=3LsPhFmfwfafe=3251031010-3372.81=14684.9993N式中：Ls预期运行距离，一般选择Ls=25103m2.3.3按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：Cam=feFmax=6.7108.2=729.94N式中：fe欲加负荷系数，轻欲载时，选择fe=6.7Fmax丝杠副最大载荷2.6.4. 估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量mm(1314)重复定位精度X向运动的重复定位精度要求为0.005mm,则m140.1=0.00125mm2.6.5. 估算滚珠丝杠副的螺纹底X根据X向运动行程为50mm，可计算出两个固定支撑的最大距离：L（1.11.2）l+(1014)Ph=1.21200+1410=1580mm按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：d2m0.039F0L/1000m式中：F0导轨静摩擦力，F0=372.8NL滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=100mm则有：d2m0.039372.810010000.00125=. 滚珠丝杠副导程精度的选择：根据X向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm，则任意300mm。长度的导程精度为0.0015mm2.6.7. 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠Ph、d2m、Cam选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FF20043，精度等级为2级。丝杠基本导程为4mm,丝杠外径为19.1mm，丝杠底径为16.9mm,公称直径为20mm，额定动载荷为7300NCam,额定静载荷为15400N。如图 213图 213滚珠丝杠2.6.8. 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和X向滑板的最大速度，计算丝杠导程。X向运动的驱动电机选择SS5402C40A，电机最高转速为4500rpm。电机与滚珠丝杠直连，传动比为1。Y向最大运动速度为100mm/s，即6000mm/min。则丝杠导程为Ph=Vmax/inmax=6000/145001.34mm实际取Ph=4mm，可满足速度要求。2.6.9. 滚珠丝杠副的载荷及转速计算滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力：F0=0Mg+f=0.00660009.8+45=372.8N式中：M工件及工作台质量，经计算M约为1500kg。f导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N。由于该设备主要用于检测丝杠工作时不受切削力检测运动接近匀速其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有：nmaxnmin=60vPh=602510=150rpmFmaxFminF0=372.8N滚珠丝杠副的当量载荷：Fm=2Fmax+Fmin3F0=372.8N滚珠丝杠副的当量转速：nm=nmax+nmin2=150rpm2.6.10. 滚珠丝杠副预期额定载荷按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：Cam=360nmLhFmfw100fafe=36015015000372.8110011=555.06N式中：nm当量转速，nm=60vPh=602510=150rpm Lh预期工作时间，测试机床选择15000小时fw负荷系数，平稳无冲击选择fw=1fa精度系数，2级精度选择fa=1fe=可靠性系数，一般选择fe=1按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：Cam=3LsPhFmfwfafe=3251031010-3372.81=14684.9993N式中：Ls预期运行距离，一般选择Ls=25103m2.3.3按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：Cam=feFmax=6.7108.2=729.94N式中：fe欲加负荷系数，轻欲载时，选择fe=6.7Fmax丝杠副最大载荷2.6.11. 估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量mm(1314)重复定位精度Y向运动的重复定位精度要求为0.005mm,则m140.1=0.00125mm2.6.12. 估算滚珠丝杠副的螺纹底X根据Y向运动行程为50mm，可计算出两个固定支撑的最大距离：L（1.11.2）l+(1014)Ph=1.21200+1410=1580mm按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：d2m0.039F0L/1000m式中：F0导轨静摩擦力，F0=372.8NL滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=100mm则有：d2m0.039372.810010000.00125=3. 滚珠丝杠副导程精度的选择：根据Y向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm，则任意300mm。长度的导程精度为0.0015mm2.6.14. 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠Ph、d2m、Cam选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FF20043，精度等级为2级。丝杠基本导程为4mm,丝杠外径为19.1mm，丝杠底径为16.9mm,公称直径为20mm，额定动载荷为7300NCam,额定静载荷为15400N。如图 214图 214滚珠丝杠2.7. 推料机构的滚珠丝杠选型计算2.7.1. 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和滑板的最大速度，计算丝杠导程。X向运动的驱动电机选择SS5402C40A，电机最高转速为4500rpm。电机与滚珠丝杠直连，传动比为2。最大运动速度为50mm/s，即3000mm/min。则丝杠导程为Ph=Vmax/inmax=3000/145001.34mm实际取Ph=4mm，可满足速度要求。2.7.2. 滚珠丝杠副的载荷及转速计算滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力：F0=0Mg+f=0.00660009.8+45=372.8N式中：M工件及工作台质量，经计算M约为1500kg。f导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N。由于该设备主要用于检测丝杠工作时不受切削力检测运动接近匀速其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有：nmaxnmin=60vPh=602510=150rpmFmaxFminF0=372.8N滚珠丝杠副的当量载荷：Fm=2Fmax+Fmin3F0=372.8N滚珠丝杠副的当量转速：nm=nmax+nmin2=150rpm2.7.3. 滚珠丝杠副预期额定载荷按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：Cam=360nmLhFmfw100fafe=36015015000372.8110011=555.06N式中：nm当量转速，nm=60vPh=602510=150rpm Lh预期工作时间，测试机床选择15000小时fw负荷系数，平稳无冲击选择fw=1fa精度系数，2级精度选择fa=1fe=可靠性系数，一般选择fe=1按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：Cam=3LsPhFmfwfafe=3251031010-3372.81=14684.9993N式中：Ls预期运行距离，一般选择Ls=25103m2.3.3按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：Cam=feFmax=6.7108.2=729.94N式中：fe欲加负荷系数，轻欲载时，选择fe=6.7Fmax丝杠副最大载荷2.7.4. 估算滚珠丝杠副的最大允许轴向变形量mm(1314)重复定位精度X向运动的重复定位精度要求为0.005mm,则m140.1=0.00125mm2.7.5. 估算滚珠丝杠副的螺纹底X根据X向运动行程为50mm，可计算出两个固定支撑的最大距离：L（1.11.2）l+(1014)Ph=1.21200+1410=1580mm按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：d2m0.039F0L/1000m式中：F0导轨静摩擦力，F0=372.8NL滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=100mm则有：d2m0.039372.810010000.00125=. 滚珠丝杠副导程精度的选择：根据X向运动的定位精度要求达到0.1mm/1000mm，则任意1500mm。长度的导程精度为0.15mm2.7.7. 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠Ph、d2m、Cam选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FF20045，精度等级为2级。丝杠基本导程为8mm,丝杠外径为38.6mm，丝杠底径为34.9mm,公称直径为40mm，额定动载荷为30700NCam,额定静载荷为84900N。如图 215图 215滚珠丝杠3. 电机概述及选型计算3.1. 电机概述3.1.1. 电机简要介绍电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在定子绕组有效边中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。根据电机可逆性原则，如果电动机在其结构上没有发生任何改变，电机即电动机使用，也可作发电机使用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵，需要电动机带动；电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。3.1.2. 调速方法电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ： 保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机。3.1.3. 使用寿命电动机的寿命与绝缘劣化或是滑动部的摩耗、轴承的劣化等造成的功能障碍等各项要素有关，大部分视轴承状况而定。轴承的寿命有机构寿命、润滑油寿命两种。1、润滑油因热劣化的润滑油寿命2、运转疲劳造成的机械寿命电动机在绝大部分的情况下，因发热对于润滑油寿命的影响更甚于加在轴承上的负载重量对机械寿命的影响。因此，以润滑油寿命推算电动机寿命，对润滑油寿命影响最大的要因是温度，温度大幅地影响了寿命时间。3.1.4. 注意事项在拆卸前，要用压缩空气吹净电机表面灰尘，并将表面污垢擦拭干净。选择电机解体的工作地点，清理现场环境。熟悉电机结构特点和检修技术要求。准备好解体所需工具（包括专用工具）和设备。为了进一步了解电机运行中的缺陷，有条件时可在拆卸前做一次检查试验。为此，将电机带上负载试转，详细检查电机各部分温度、声音、振动等情况，并测试电压、电流、转速等，然后再断开负载，单独做一次空载检查试验，测出空载电流和空载损耗，做好记录。切断电源，拆除电机外部接线，做好记录。选用合适电压的兆欧表测试电机绝缘电阻。为了跟上次检修时所测的绝缘电阻值相比较以判断电机绝缘变化趋势和绝缘状态，应将不同温度下测出的绝缘电阻值换算到同一温度，一般换算至75。测试吸收比K。当吸收比大于1.33时，表明电机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了跟以前数据进行比较，同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。3.2. 电机选型计算X方向的电机条件：选择伺服电机驱动，伺服电机用SS54020A，其功率为1.5kw，额定转矩为7.15Nm,电机惯量为：0.00123Kgm2X向运动工件及工作台质量估计最大值约150kg.3.2.1. 外部负荷的转动惯量：J1=12mr3=1231.6330.0313=0.0151996565kgm2外部负荷的负荷转动惯量：JL=J1+mPh22=0.0151996565+15000.0122=0.0189992009kgm2则有：JLJM=0.01899920090.00123=15.45加在电机上的转动惯量：J=JL+JM=0.0189992009+0.00123=0.0202292009kgm23.2.2. 外部负荷产生的摩擦转矩：Tp=FPh210-3=108.21020.910-3=0.1913396094Nm式中：Ph滚珠丝杠副的导程-未预紧的滚珠丝杠副的效率（2级精度=0.9）F外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为03.2.3. 预紧力产生的摩擦扭矩：TD=FpPh21-2210-3=36.071021-0.920.9210-3=0.0134658836Nm式中：Fp滚珠丝杠副间的预紧力，Fp=Fmax3=108.23=36.07N3.2.4. 支承轴承产生的摩擦扭矩：选择角接触球轴承，查轴承样本可得摩擦力矩Tb1=0.23Nm3.2.5. 加速度产生的负荷扭矩：根据设计要求可知：X向工作台运动速度为V=100mm/s,对应电机转速n2=150rpm,最大加速度为a=40mm/s2,则工作台速度从0升至100mm/s所需时间：t=2va=22540=1.25s当电机转速从n1=0升至n2=150rpm时，其负载扭矩Tj=J2n2-n160t=0.0202292092150601.25=0.2542076356NmTm=Tp+TD+TJ+Tb=0.68901312Nm7.15Nm所以所选电机扭矩符合要求。Y方向的电机条件：选择伺服电机驱动，伺服电机用SS54020A，其功率为1.5kw，额定转矩为7.15Nm,电机惯量为：0.00123Kgm2Y向运动工件及工作台质量估计最大值约150kg.3.2.6. 外部负荷的转动惯量：J1=12mr3=1231.6330.0313=0.0151996565kgm2外部负荷的负荷转动惯量：JL=J1+mPh22=0.0151996565+15000.0122=0.0189992009kgm2则有：JLJM=0.01899920090.00123=15.45加在电机上的转动惯量：J=JL+JM=0.0189992009+0.00123=0.0202292009kgm23.2.7. 外部负荷产生的摩擦转矩：Tp=FPh210-3=108.21020.910-3=0.1913396094Nm式中：Ph滚珠丝杠副的导程-未预紧的滚珠丝杠副的效率（2级精度=0.9）F外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为03.2.8. 预紧力产生的摩擦扭矩：TD=FpPh21-2210-3=36.071021-0.920.9210-3=0.0134658836Nm式中：Fp滚珠丝杠副间的预紧力，Fp=Fmax3=108.23=36.07N3.2.9. 支承轴承产生的摩擦扭矩：选择角接触球轴承，查轴承样本可得摩擦力矩Tb1=0.23Nm3.2.10. 加速度产生的负荷扭矩：根据设计要求可知：X向工作台运动速度为V=100mm/s,对应电机转速n2=150rpm,最大加速度为a=40mm/s2,则工作台速度从0升至100mm/s所需时间：t=2va=22540=1.25s当电机转速从n1=0升至n2=150rpm时，其负载扭矩Tj=J2n2-n160t=0.0202292092150601.25=0.2542076356NmTm=Tp+TD+TJ+Tb=0.68901312Nm7.15Nm所以所选电机扭矩符合要求。3.3. 皮带轮与皮带的计算与选择由电机转速与功率，确定了采用普通同步带作为传动带。由同步带的小带轮最小直径为85.64mm，故定小带轮直径为100mm皮带验算速度V=d1n0601000=3.14100960/60/1000=5.03所以5v1203.4. 联轴器的计算与选择由于此联轴器承受的力矩相对较大，且顾及性价比轴孔径的配合关系且弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需要专用的加工设备，工作是不需要润滑，维修方便，更换易损件容易迅速，费用低，因此选用弹性柱销齿式联轴器。由于T3=1020.93Nm且丝杠轴径为14mm,故选用ZL4联轴器它的许用转矩为1600Nm,许用转速为4000r/min,轴孔直径为14mm.3.5. 轴套的结构设计由于轴套的厚度s在0.5d2d之间小丝杠轴径为15mm 故取小轴的轴套厚度为2mm大丝杠轴径为30mm 故取大轴的轴套厚度为4mm轴套的材料为45钢，为能与丝杠轴与轴承之间的更好的，更持久的配合，故把轴套进行调质处理。4. 机架的结构设计与计算4.1. 机架的设计准则机架的设计主要应保证刚度，强度及稳定性。1）刚度评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度，例如在机床中床身的刚度决定生产率和产品精度；在齿轮减速器中，箱体的刚度决定了齿轮的啮合情况和它的工作性能；薄板轧机的机架刚度直接影响钢板的质量和精度。2）强度强度是评定重型机架工作性能的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大在合伙安全装置所能传递的最大载荷来校核静强度。此外，还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架抗振能力应从提高机架构件的静刚度，控制固有频率，加大阻尼等方面着手。提高静冈度和控制固有频率的途径是：合理设计机架构件的截面形状和尺寸，合理选则壁厚及布肋，注意机架的整体刚度和局部刚度以及结合面刚度的匹配等。3）稳定性机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机构正常工作的基本条件，必须加以校核。此外，对于机床，仪器等精密机械还应考虑热变形。热变形将直接影响机架原有精度，从而使产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，使立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装表面不平行，有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，机架结构设计时，应使热变形尽量小。 4.2. 机架设计的一般要求1）在满足刚度和强度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。2) 抗振性好，把受迫振动振幅限制在允许范围内。3）噪声小。4) 温度场分布合理，热变形对精度的影响小。5）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造，焊接和机械加工。热变形对精度的影响小。6）机构力求便于安装和调整，方便修理和更换零件。7）有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。）造型好。使之既适用经济，又美观大方。由于机身支撑了整套机器的零件，故机身采用厚钢板及钢管焊接而成，由于机器重且机器性能要求平稳，故用地脚螺钉来紧固机器以减少机器的振动。脚板采用45钢，厚15mm,尺寸为B* L*h=2144*708*932mm,用10个脚来支撑机器。地脚高度为h1=15mm。5. 直线导轨的原理及其应用图 51直线导轨5.1. 直线导轨的工作原理自1973年直线导轨开始商品化以来，已被广泛应用在精密机械、自动化、各种动力传输、半导体、医疗和航空航天等产业上。直线导轨以滚珠作为导轨与滑块之间的动力传输界面，可进行无限滚动循环的运动，并将滑块限制在导轨上，使得负载工作台能沿导轨以高速度、高精度作直线运动。组成零件主要包括导轨、滑块、端盖、滚珠及保持器等（见图）。其特性如下：(l）滚动代替滑动；(2）适用高速运动且大幅度降低机器所需驱动力；(3）定位精度高；(4）可同时承受上下左右方向的负荷；(5）组装容易且互换性好，润滑构造简单；(6）使用寿命长。5.2. 直线导轨的刚性因为直线导轨的刚性大都由滚珠的刚性决定，其刚性与滚动轴承一样，用接触理论来计算。设为滚珠内变形量、P为负何量，则=k(PP/r)1/3r滚珠的半径。K常数。提高直线导轨的刚性方式为施加适当的预压。预压为一种消除背隙与减少滚珠与接触面弹性变形的方式。直线导轨的预压则以滚珠大小作调整，以较大滚珠施加预压类似弹簧效应，敲击时不会有振动产生。一般而言，有预压比无预压的刚性增加十倍以上，然而施加过大的预压，会导致摩擦力与发热量上升，增加滚珠摩擦而使预压消失，这对定位精度与使用寿命有不良的影响。表2为不同预压力比较与适用范围。5.3. 导轨的精度由于在机械加工方面的精度要求愈来愈高，使得对加工机械上的各种零组件特性的了解也愈加迫切。直线导轨是加工机械来回运动所不可缺少的关键零组件，对其特性的了解有助于加工机械精度的提高。一般直线导轨的精度分为普通级、高级、精密级、超精密级与超高精密级五种。其滑块C面对导轨A面的行走平行度与滑块D面对导轨B面的行走平行度如图18所示。所谓行走平行度是指将直线导轨固定在基准座平面上，使滑块沿行程行走时，导轨与滑块基准面之间的平行度误差。5.4. 直线导轨的选用一般而言，直线运动的主要失效现象是接触疲劳剥离与磨损，所以必须根据使用条件、负载能力和预期寿命来选用。当直线导轨承受负荷并作运动时，滚珠与滚道表面不断地受到循环应力的作用，一旦达到滚动疲劳临界值，接触面就会产生疲劳磨损，在表面的一些部分会发生鱼鳞状薄片的剥离现象，称为表面剥离。直线导轨滚道表面产生表面剥离时的运行距离，为直线导轨的寿命。通常直线导轨的寿命以额定寿命为准。我们在进行设计选用直线导轨时，不会去具体计算直线导轨的使用寿命，而是使用额定寿命。例如：在高吨位的型材拉弯机设计中，为了能使其拉伸钳口模座工作台灵活可靠地接收拉伸运动指令和克服自重的推力，就采用了直线轴承式导轨。与滑动式导轨比较，它轻巧灵活，加工精度容易达到，且安装、调整、维护简便。我们在选择直线轴承时，仅考虑一组轴承的额定压力能否承受得起钳口模座和工作台的重量，在额定压力下使用寿命的长短，通常还乘以1.3倍的承重系数。另外，在进行设备改造时，我们大量地采用了各种形式的直线导轨加伺服电机系统，可靠地实现了数字化、速度化的控制。由于直线导轨的低摩擦系数，使我们在机械设计时，主要考虑切削力、作用力，从而简化了一系列为克服摩擦而考虑的散热机构以及传动机构的自身重量等问题。为了保证所设计的设备使用周期，我们一般在不考虑环境因素的影响下，验算直线导轨的寿命，其公式为L=（C/P）(C/P)(C/P)50km式中：L寿命C基本动态额定负载 P工作负荷 6. 轴承的概述及选择6.1. 轴承的概述6.1.1. 概念单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力。 并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。角接触球轴承的接触角为40度，因此可以承受很大的轴向负荷。角接触球轴承是非分离型的设计，内外圈的两侧的肩部高低不一。为了提高轴承的负载能力，会把其中一侧的肩部加工得较低，从而让轴承可装进更多的钢球。双列角接触球轴承能承受较大的径向负荷为主的径向和轴向联合负荷和力矩负荷，限制轴的两方面的轴向位移。主要用于限制轴和外壳双向轴向位移的部件中双列角接触球轴承内、外圈之间的可倾斜性有限，允许倾斜角取决于轴承的内部间隙、轴承尺寸、内部设计及作用于轴承上的力和力矩，而最大允许倾斜角应保证轴承内不会产生过高的附加应力。若轴承内、外圈之间存在倾斜角，将影响轴承的寿命，同时造成轴承运转精度下降，运转噪声增大。双列角接触球轴承一般采用尼龙保持架或黄铜实体保持架。双列角接触球轴承安装时应注意，虽然轴承可承受双向轴向载荷，但若一侧有装球缺口时，则应注意不要让主要轴向载荷通过有缺口的一侧沟边。在轴承使用时应注意使不带装球缺口的一侧滚道承受主要载荷。6.1.2. 特性1、通用配组的轴承通用配组轴承是经过特殊的加工， 当轴承是彼此紧靠安装，任何组合方式都可以达到既定的内部游隙或预紧，以及平均的负荷分布，而无需使用垫片或类似装置。配对轴承应用在:当单个轴承的负荷承载能力不足(使用窜联配置方式)或当要承受联合负荷或作用在两个方向上的轴向负荷(使用背对背或面对面配置方式)。2、基本设计的轴承(不能用作通用配组)，用于单个轴承的配置方式基本设计的单列角接触球轴承主要应用在每个位置上只有一个轴承的配置。其宽度和突出量为普通级公差。因此不适合将两个单列角接触球轴承紧靠安装。6.1.3. 精度等级角接触球轴承精度等级包括尺寸公差和旋转精度。精度由低到高表示为P0(普通)、P6(P6X)、P5、P4、P2。此外，欧美品牌中也用P3、P7、P9表示精度等级，P3相当于ISO和JIS标准的P6级， P7相当于P4级，P9相当于P2级。6.1.4. 类型角接触球轴承有:7000C型(=15)、 7000AC型(=25) 和7000B(=40)几种类型。该种轴承的锁口在外圈上，一般内外圈不能分离，可承受径向和轴向的联合载荷以及一个方向的轴向载荷。承受轴向载荷的能力由接触角决定，接触角越大，则承受轴向载荷的能力高。该种轴承能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。接触球轴承极限转速较高，可以同时承受径向载荷和轴向载荷，也可以承受纯轴向载荷，其轴向载荷能力由接触角决定，并随接触角的增大而增大。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时，会引起附加轴向力，必须施向相应的反向载荷，因此，该种轴承一般都成对使用。双列角接触球轴承能承受较大的以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷和力矩载荷，它能限制轴或外壳双向轴向位移，接触角为30度。成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷。 这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。背对背配置，后置代号为DB(如70000/DB)，背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。面对面配置，后置代号为DF(如70000/DF)，面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩。这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷;串联配置，后置代号为DT(如70000/DT)，串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担。但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴向载荷。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承。6.1.5. 负载能力以下内容仅针对配对轴承的负载能力 ，且产品表中给出的基本额定负荷和疲劳极限负荷仅适用于单个轴承。基本额定动负荷，用于任何配置的标准轴承和背对背或面对面配置的SKF探索者轴承C=1，62xC单个轴承基本额定动负荷，用于串联配置的SKF探索者轴承C=2xC单个轴承基本额定静负荷Co=2xCo单个轴承疲劳极限负荷Pu=2xPu单个轴承6.1.6. 结构变形种类双列角接触球轴承的特点是可以同时承受径向和轴向载荷的联合载荷，限制轴的两方面的轴向位移。与双向推力球轴承相比，这种轴承极限转速较高，接触角为32度，刚性好，可承受倾覆力矩大，广泛用于小汽车的前轮轮毂中(有的车型也用同尺寸的双列圆锥滚子轴承)。双列角接触球轴承的结构变形有四种:A 型:外径小于或等于90mm轴承的标准设计。无装球缺口， 因此能承受相等的双向轴向载荷。采用轻型玻璃纤维增强尼龙66保持架， 轴承温升很小。A型:外径大于90mm轴承的标准设计。一侧有装球缺口， 配备z钢板冲压保持架或黄铜实体保持架。E型:属加强型结构，一侧带装球缺口， 可以装更多的钢球，因此承载能力较高。两面带防尘盖型和两面带密封圈型，A型设计和E型设计的双列角接触球轴承都可以两侧带防尘盖(非接触式)或密封圈(接触式)。密封轴承的内部都填充有防锈锂基润滑脂，运行温度一般在-30度至110度之间。使用期间不需再润滑，安装前不再加热。双列角接触球轴承安装时应注意，虽然轴承可承受双向轴向载荷，但若一侧有装球缺口时，则应注意不要让主要轴向载荷通过有缺口的一侧的沟边。6.1.7. 主要用途单列角接触球轴承:机床主轴、高频马达、燃汽轮机、离心分离机、小型汽车前轮、差速器小齿轮轴、增压泵、钻井平台、食品机械、分度头、补焊机、低噪型冷却塔、机电设备、涂装设备、机床槽板、弧焊机双列角接触球轴承:油泵、罗茨鼓风机、空气压缩机、各类变速器、燃料喷射泵、印刷机械、行星减速机、萃取设备、摆线减速机、食品包装机械、电焊机、电烙铁、方箱、重力式喷枪、剥线机、半轴、检验分析设备、精细化工机械6.1.8. 安装技巧高速精密角接触球轴承，主要用于载荷较轻的高速旋转场合，要求轴承高精度、高转速、低温升低振动和一定的使用寿命。常作高速电主轴的支承件成对安装使用，是内表面磨床高速电主轴的关键配套件。主要技术指标:1.轴承精度指标: 超过GB/307.1-94 P4级精度2. 高速性能指标: dmN值 1.31.8x 106 /min3. 使用寿命(平均): 1500 h高速精密角接触球轴承使用寿命与安装有很大关系，应注意以下事项1. 轴承安装应在无尘，洁净的房间内进行，轴承要经过精心选配，轴承用隔圈要经过研磨，在保持内外圈隔圈等高的前提下，隔圈平行度应控制在1um以下;2. 轴承安装前应清洗干净，清洗时内圈斜坡朝上，手感应灵活，无停滞感，晾干后，放入规定量油脂，如属油雾润滑应放入少量的油雾油;3. 轴承安装应采用专门工具，受力均匀，严禁敲打;4. 轴承存放应清洁通风，无腐蚀气体，相对湿度不超 过65%，长期保管应定期防锈。6.1.9. 保养方法1、当轴承运行到一定时期时(或保维护养期)，将轴承全部撤下;2、用清洗用的柴油或煤油浸泡清洗轴承，如有技术条件最好打开密封盖清洗;3、清洗后空干清洗油，外观检查有无损伤;4、用一个150mm左右，直径为角接触球轴承内径相等的木棒(最好为空心管)，一端固定一个轴承;5、用手快速转动轴承的同时，将木棒(木管)另一端顶在耳朵上或音频放大器话筒上辩听轴承转动噪音;6、固定轴承后横向拨动木棒，检查轴承是否磨损松动现象;7、松动严重、转动噪音过大、有严重缺损的FAG轴承应以淘汰，以同型号代之;8、取一桶将适量润滑脂(优质黄干油)用文火融化(不可过热)，将检测过的轴承放入桶中浸泡到无气泡溢出。润滑脂冷却前取出轴承，残留润滑脂量少。润滑脂冷却后取出角接触球轴承，残留润滑脂量多。根据需要确定润滑脂残留量的多少。9、用软布或卫生纸擦净轴承外面的润滑脂将FAG轴承安原状装配到滑轮上，保养维护工作即告结束。6.2. 轴承的选择由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟球轴承。且承受力不大，转速也较低，故可选用角接触球轴承，且可以选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。选用7006 C/AC型和7002C/AC型两种球轴承。如图 61图 61轴承总结近三个月的毕业设计终于结束了，通过这些天的设计学习，自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事专业工作有着深远的影响。现在就谈谈对本次毕业设计过程中的认识和体会。首先，我学会了查阅资料和独立思考。我的课题题目是数控连续弯管机总体设计。当开始拿到毕业设计题目时，心里面是一片茫然，不知从何下手，甚至连弯管机是什么养的都不知道，幸好在程老师的指导下及时理清了头绪，避免了走很多的弯路。认真翻阅相关资料如机械设计手册，数控连续弯管机的的设计相关的论文与书籍等，我开始了自己的设计思想，确定了自己的设计方案。我的课题除了弯管机的机构设计之外，还有其液压系统的设计。由于弯管机的结构较复杂且零件较多但由于论文已有一定的结构模型，故我凭着模型以及程老师对我的讲解，我慢慢的认清了弯管机的全部结构，故我对我自己的一些想法与应用思想都设计到弯管机中去，把原有的模型做适当的改进。使结构更合乎生产安装以及多样化使用的要求。每一个设计都是一个创新、完善的过程。在设计过程中运用所掌握的知识，发挥自己的想象力，完美原有的结构。这个过程也是一个学习的过程。其次，认识到实践的重要性。这次设计我做了很多重复的工作、无用功，但是这些重要工作和无用功积累了设计经验。同时也认识到了设计不能只在脑子里想其结构、原理，必须进行实际操作。另外，也应从多个角度来思考问题的所在，尝试其他的方法，以求找到最佳方法，因为即使想得很完美，但到实际的设计时会遇到很多想不到的实际问题。在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，就是弯管机的、以及各种标准件如滚珠丝杠副，直线导轨，电动机等等没有亲眼见过不知道其具体大小与工作情况，只能凭着经验式子来进行计算，其次由于条件不足缺乏实验性，等等多种原因使我的设计是没有完全的根据实际的情况来做合适的，客观的修改，而做出来的，难免有些缺点和不足，由于诸多原因，本次设计存在一些不足和有待改善的地方，希望老师能够提出宝贵修改意见。最后，衷心感谢程建明老师对我的悉心指导，使我在大学里最后一段时间里学习到了很多有用的东西。外文原文见原文 PDFJournal of Materials Processing Technology 167 (2005) 302308Free-BendingA new bending technique in the hydroforming process chainPeter Gantner a, Herbert Bauer a, David K. Harrison b, Anjali K.M. De Silva ba University of Applied Sciences, Aalen, Beethovenstrae 1, 73430 Aalen, Germanyb School of Engineering, GlasgowCaledonian University, Glasgow, UKAbstractA relatively novel bending technique “Free-Bending”, particularly suitable for bending profile and tube cross-sections, is investigated with the aim of improving its applicability in the automotive industry. Free-Bending has advantageous characteristics such as fast bending speeds and an almost free definable bending geometry with transition-less bend-in-bends and spline bends without re-clamping making it highly applicable in the car component manufacture. For a precise investigation, a FEM simulation model of the Free-Bending process was developed and verified using bending tests. This close-to-reality simulation method has enabled Free-Bending to be used for feasibility studies for new applications and also for the hydroforming process chain to reduce the physical tryouts with the intention of time/cost reduction and quality improvement. 2005 Published by Elsevier B.V.Keywords: Free-Bending; Bending; FEM; Simulation1. IntroductionThe demand for improved driving stability and passen- ger safety in new car development is increasing the num- ber of components, which causes problems of installation space. Furthermore, the increasing ecological demands on fuel and performance targets are making the automobile industry use more and more lightweight components, which are mainly manufactured by metal forming 1. The use of hollow structural sections can yield both weight and space saving but without sacrificing component strength and/or stiffness. However, the application of such hollow sections requires special production technologies that can manufac- ture the complex designs demanded by automotive parts. One of these technologies is hydroforming which has gained an important position amongst the traditional manufacturing methods. The hydroforming process chain contains several process steps like bending, pre-forming and hydroforming. To produce a component with the hydroforming process, a tube is inserted into a lower die and during the closing Corresponding author. Tel.: +49 7361/576 200; fax: +49 7361/576 214.E-mail address: peter.gantnerfh-aalen.de (P. Gantner).of the dies by a hydraulic press, the tube is filled with a wateroil emulsion. When the dies are closed, the internal pressure is raised and the tube is formed against the die-cavity which corresponds to the external geometry of the produced part.Since 1999, over 75% of the hydroforming parts are pre- bent to enable them to be inserted into the hydroforming die 2. These pre-bent shapes of such tubes and profiles often show different bending radii in all three dimensions. This coupled with the fact that component geometries often have bend-in-bends and spline bends, in order to minimise the installation space required, means they cannot be pro- duced easily by conventional production methods such as rotary draw bending or press bending. There is a need there- fore to investigate the development and applications of new technologies such as Free-Bending. In this paper, the Free- Bending process is introduced and different bending tests with different materials are shown which were accomplished with a CNC Tube Bender from the Nissin Company in Japan. Afterwards, a special developed FEM model and the deter- mination of the movement curves of the bending die by a special mechanism analysis are shown which permits an exact investigation of the feasibility of the bending process.0924-0136/$ see front matter 2005 Published by Elsevier B.V. doi:10.1016/j.jmatprotec.2005.05.052P. Gantner et al. / Journal of Materials Processing Technology 167 (2005) 302308331This close-to-reality simulation enhances also the potential capabilities of Free-Bending by minimising or completely eliminating the amount of physical tryouts needed for the whole production chain and reduces the production costs. The accomplished bending tests are then simulated using the developed FEM simulation model and the results are com- pared and analysed.2. The Free-Bending technologyFree-Bending can facilitate the bending of tubes and pro- files with any arbitrary chosen design which makes it ideally suited for the direct production of bent structural compo- nents. It can also be utilised advantageously as an up-stream process for hydroforming components because of the advan- tageous characteristics of this technology regarding possible design and wall thickness distribution in the outer bend of the geometry.Presently, there are only very few Free-Bending machine brands available, e.g. the HexaBend from Fraunhofer Institute in Germany 3 and Miic and Nissin from Japan; the prin- ciples are essentially the same. The Free-Bending technique described in this paper and all the accomplished bending tests were carried out with a Nissin CNC Tube Bender as shown in Fig. 1.2.1. The bending principleThe Free-Bending process is accomplished by means of a pusher which feeds the tube in the Z-direction through a guide and a bending die. The bending die is thereby joined with the guide with a spherical bearing. To bend the tube, the die is deflected continuously by shifting the spherical guide in the X- and/or Y-direction by ac servo motors. During the bending process, the tube is lubricated automatically nearFig. 2. Exemplary representation of the Free-Bending tools.the guide and is secured against rotating at its rear end by the pusher as shown in Fig. 2. Due to the axial force applied by the pusher, the tube is loaded with axial stresses which lead to smaller strains and smaller wall thickness reduction in the outer bend of the tube. Especially the decrease of the wall thickness reduction in the outer bend is an aspect which makes this technology interesting for an application in the field of hydroforming process chain.2.2. The control of the bendingThe control of the servo motors and the chain to forward the pusher is done by a Meldas CNC System. The program for moving the bending die is calculated from the input parame- ters. Depending on the input system, these are: straight length, bending radius, bending direction; or input in the format of coordinates: XYZ data or UVW coordinates. The deflections of the spherical bearing for a typical bending program, for example, calculated for bend 1 in Fig. 5 look as follows:Bending program:O8001 G01Z51.930F6000G01X4.156Y15.510Z64.230F6184 G01Z13.122F6000G01X-4.156Y-15.510Z64.230F6184 G01Z385.512F6000M99%and the graphical representation of the bending program is presented in Fig. 3.The feed rate in the Z-direction (FZ) is constant during the complete bending process. The feed rate in Z-direction (Fig. 4) can be calculated as follows:|FZ| = cos = |Z |(1)|F |F | |Z |a|a|= X2 + Y 2 + Z2Fig. 1. Bending unit of the Nissin CNC Tube Bender.|FZ|= with|a|(2)|Z |= ZFree-Bending technique reacts very sensitively to varia- tions in material properties, so adjustment to the bending parameters may be needed.3. The accomplished bending testsFig. 3. Deflections of the spherical bearing.|F |=| | F ZZX2 + Y 2 + Z2 = 6184 64.2306000 mm/min.4.1562 + 15.5102 + 64 2302For the validation of the characteristics mentioned in the previous section, bending tests with different bending geome- tries were carried out together with the BMW Company. With these tests, the repeat accuracy and the deformation of the cross-section were investigated. Fig. 5 illustrates some of the typical bending geometries used in the tests. The first three bends (13) were bent with a constant radius. Bends 46 were performed as bend-in-bends. The initial shape of the tube has an outer diameter of 25 mm and a wall thickness of 2 mm for the aluminium and steel and 1.2 mm for the stainless steel.and the feed rate of the dies (FXY) is calculated by:(3)From each material, at least 15 tubes were bent and measured by means of a coordinate measuring machine to determine the bending lines.|FXY|= .F 2 F 2 = 61842 60002 1500 mm/minZ(4)The tests have shown that this technology allows the bend- ing of almost any required geometry with a very fast bending speed. The evaluation of bending lines of individual bends shows a good repetition accuracy with a maximum deviation2.3. Advantages and drawbacks of Free-BendingAs mentioned before, the Free-Bending technique has sev- eral advantages which enhance its potential applications 4:fast bending speed up to 350 mm/s;almost arbitrary bending angles can be realised (bends over 180 together with spiral forms);free definable multi radius bending also with very different radii;bends can flow in a transition-less way together; different radii without tool change;no re-clamping is necessary;reduced wall thickness reduction in the outer bend due to the axial pushing force.However, there are disadvantages that limit the component spectrum of Free-Bending:At present, the minimum bending radius is limited to 2.5 times the outer tube diameter (2.0 if a mandrel is used).Fig. 4. Calculation of the feed rate for the tube in Z-direction and the die feed rate.of bending angles of 1.1 and the bending radii are also nearlyconstant. However, the tests have also shown that a slightest change of the lubrication film can cause strong deviations in the bending geometry.To determine the deformation of the cross-sections and for the development of a FEM model, some further bending tests were carried out. For these tests, steel and stainless steel tubes of 25 mm outer diameter and 2 mm (steel) and 1.2 mm (stainless steel) wall thickness were used. The bends have a100 mm bending radius and different bending angles: 22.7,45.0, 67.5, 90.0, 112.5 and 135 (Fig. 6).The bent tubes were also measured with a coordinate mea- suring machine in order to compare the bending lines with that of the FEM simulation. To determine the ovalisation,Fig. 5. Test geometry for the first bending tests.Fig. 6. Bent steel tubes to develop the simulation model.Fig. 7. Measuring the ovalisation of a tube.defined in Eq. (5), with reference to the bending angle, verti- cal and horizontal diameters were measured (Fig. 7). For the validation of the simulation model, the wall thickness of the tubes was measured with an ultrasonic measuring system.=u Dq Dr 100%(5)D0where u is the ovalisation, Dq the outer diameter of the bent tube in cross-direction, Dr the outer diameter of the bent tube in radial direction and D0 is the outer diameter of the initial tube.4. Development ofFEM simulation model for Free-BendingIn order to enhance the application of Free-Bending tech- nique in industry and especially to utilise its capabilities as an up-streamed process to hydroforming, it is vitally important to develop and utilise FEM simulation of the process. Firstly, the results obtained from the bending simulation play a cru- cial role as they serve as input values for the down-streamed processes such as pre-forming or hydroforming. This in turn can lead to cost savings in prototypes and dies 5. Secondly, it is essential for structural components to use the calculated thickness distribution and the initial strains from the form-ing simulation in the crash simulation to get close-to-reality crash results.4.1. The simulation modelThe simulation of the Free-Bending process is much more complex than the simulation of normal rotary draw bending. This is due to the high demands on the contact stability and to the rapidly changing contact relationship. This nonlinear problem is addressed with LS-DYNA, a simulation program that has an explicit solver, thus able to handle the bending process as a dynamic system.For simulation, the tube is meshed with fully integrated quad shell elements with five integration points through the thickness. The active surfaces of the tools are meshed with under integrated shell elements and are defined as rigid bod- ies. The complete simulation model is represented in Fig. 8. The contacts between the tools and also between the tools and the tube are defined according to the post assembly positions. The influence of friction is accounted for by using Coulombs law with a friction coefficient for steel of 0.04:F = n(6)where F is the friction shear stress, the friction coefficient and n is the stress in normal direction to the contact surface.Fig. 8. Simulation model of Free-Bending.Fig. 9. Mechanism analysis to determine the movement values of the spherical bearing.For the material definition, there are several possibilities which depend on the material of the tube. For aluminium tubes with strong anisotropy, a material definition of Barlat or Hill (e.g. Mat 36) should be used. In case of steel which has mainly a less anisotropy, a material definition v. Mises or Tresca could be used. In this case, an elasto-plastic material definition with an arbitrary stress versus strain curve (Mat24) was used which is commonly used in the metal forming area.4.2. Determination of the process parametersFor the first simulations, the movement curves from the CNC controller of the bending machine were used. The results have shown that there is a strong deviation of the bending lines which increases with the bending angle. For a tube which was bent 22.7, the deviation was about 4.5 and for a bent with 135, the deviation increases up to 13 6. These deviations can be attributed to the springback calcula- tion of the simulation since all the initial stresses resulted in springback already during the explicit simulation. Normally, for a precise springback simulation, an implicit solver has to be used, otherwise the results will be inaccurate and show only the tendency of direction of the springback.Now, the goal was to develop a mechanism simulation model which calculates the movement values for the dies and is independent of the machine parameters. This theoret- ical model was built with the CAD system Pro/ENGINEER which offers the needs for such mechanism analysis. To use this feature, all the relevant tools of the bending machine are assembled with their real degrees of freedom. This means the bending die is joined to the guide and the spherical bearing is joined at the bending die and also placed with a constant distance to the guide. To get the displacement values for the bearing for a given bending line, all tools are moved alongthat bending curve. Thereby, the conditions between the curve and the assembled tools are defined by two connections:The first connection consists of a point which is created with an absolute value on the curve and is joined with the axis of the guide.The other is a point on the curve with a constant absolute distance to the first point which is in turn connected with a point in the middle of the bending die.During the analysis, the position of the first point on the curve is moved with a defined increment along the bending line. Then for each increment, the shifting of the spherical bearing is measured and printed for the X- and Y-directions. The output values of a single bend with a radius 100 and 135 bending angle are represented in Fig. 9.The values determined are then provided with an offset which is necessary since the tube has some clearance in the guide and also it is needed to compensate the springback influences and the deformation of the cross-section.Simulations with different bending angles and bending radii have shown that an offset of 59% of the movement val- ues produced the best results for the steel tubes and for the stainless steel tubes an offset of 65% used. These different offsets are due to the variation in the springback behaviour of the different materials since springback is not a constant factor for all materials and appropriate settings must be made for each type of material being bent 7.The deflection values of the spherical bearing in simula- tion can be calculated with Eq. (7):DSimulation = DAnalysis + DAnalysis offset(7)where DSimulation is the deflection of the spherical bearing in FEM simulation and DAnalysis is the deflection of the spherical bearing from mechanism analysis.Fig. 10. Result of the simulation of the 135 steel tube with R = 100 mm: shell thickness mm.Fig. 11. Comparison of the wall thickness from simulation/bending tests for the 135 steel tube.5. Comparison ofthe results from bending tests and simulationFor verification of the movement values and the FEM model, the bent tubes from the second test series were eval- uated. The movement values were determined by sensitivity analysis of the measured bending lines and then adding an offset of 59% and 65%. The results from the simulation wereFig. 12. Comparison of the wall thickness from simulation/bending tests for the 135 stainless steel tube.Fig. 13. Comparison of the ovalisation from simulation/bending tests for the steel tube.reconstructed afterwards by a special surface reconstruction tool 8 in order to be able to analyse the thickness and the ovalisation of the cross-section of the tube in the CAD sys- tem at pre-defined positions (every 5 along the bend). The bending line was also calculated by a special tool that uses the reconstructed data and was then compared with the mea- sured one in the CAD system. The results of the simulation of the 135 steel tube are represented in Fig. 10.Fig. 14. Comparison of the ovalisation from simulation/bending tests for the stainless steel tube.The comparison of the measured and simulated data is shown in Fig. 11 for the steel tube and in Fig. 12 for the stainless steel tube. The comparison of the ovalisation is rep- resented in Figs. 13 and 14.6. Summary and further workThe relatively new bending technique of Free-Bending is explained with respect to its process principles, equipment, advantages and drawbacks. A simulation model of the pro- cess based on FEM method was developed and validated, in order to expand and enhance the potential capabilities and applications of Free-Bending by minimising or completely eliminating the amount of physical trials needed for the whole production chain.Free-Bending permits bending of almost every geometry: different radii, bend-in-bends, spline bends, bends over 180with only one die and without any re-clamping of the tube or profile. The advantages such as high bending speed up to 350 mm/s and the high durability of the bending die make this technology highly applicable in the hydroforming process chain. Especially tubes with a high number of bends with different radii are very suitable to be bent with this technology (e.g. rear axle components).The accomplished bending tests have shown that the repeat accuracy is good and the changes of the cross-section of the tube are low. However, the minimal bending radius of approx- imately 2.5 times the tube diameter imposes some limitations on the spectrum of parts that can be produced. The high sen- sitivity of the Free-Bending method to small changes in the material properties can lead to inaccuracies in the final part geometry.The developed simulation model has shown very good correlation to the real bending tests with respect to bending radii and bending angles. Furthermore, the compared wall thickness does not deviate more than 0.1 mm at any time. The comparison of ovalisation shows some slight deviations butthese can be attributed to inaccuracies in the calliper square measuring technique used.This close reality simulation model can be used for feasi- bility studies of Free-Bending for new applications and also for the hydroforming process chain to reduce the physical tryouts with the intention of time/cost reduction and quality improvement.For future work, it is planned to investigate and to improve the minimal bending radius of this technique and to accom- plish some further bending tests with the new generation of five-axes Free-Bending machines.7. References1 M. Kleiner, M. Geiger, A. Klaus, Manufacturing of lightweight com- ponents by metal forming, in: Annals of the CIRP 2003: Manufac- turing Technology, volume 52/2/2003 STC F, 2003, pp. 521542.2 A. Haas, Production integrity for hydroforming and preceding forming processes using FEA techniques, Ph.D. Thesis, University of Wolver- hampton, UK, December 2001.3 R. 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Harrison, A.K.M. De Silva, H. Bauer, Forming pro- cess optimisation through surface reconstruction, in: Proceedings of the AMPT 2003, Dublin, Ireland, July 811, 2003, pp. 16301633, ISBN 1-872327397.外文翻译自由弯曲液压成型工艺链中的一个新的弯曲技术Peter Gantner a, Herbert Bauer a, David K. Harrison b, Anjali K.M. De Silva b a University of Applied Sciences, Aalen, Beethovenstra遝 1, 73430 Aalen, Germany b School of Engineering, GlasgowCaledonian University, Glasgow, UK 摘要 一个相对新颖的弯曲技术“自由弯曲” ，特别适合弯曲面和管截面，研究它的目的是提高它在汽车行业的适用性。自由弯曲有着有利的特点，如快的弯曲速度，弯曲转变较少的弯曲几乎可以自由定义弯曲形状，齿条弯曲无需重新夹紧就可以很好地应用于汽车零部件制造中。随着精确的研究，自由弯曲工艺的有限元仿真技术已经被开发并且已经通过弯曲试验被证实。这个非常逼真的仿真技术使得自由弯曲被应用于新领域的可行性研究中以及液压成型工艺链中，它不用再做物理实验，达到了节约时间，降低成本，改善质量的目的。 2005爱思唯尔出版公司 关键词：自由弯曲;弯曲;有限元;仿真 .导言 为了满足在新汽车发展中提高驾驶稳定性和乘客安全性的要求，需要不断增加零部件的数量，这就导致安装空间的问题。此外，越来越多对燃料和绩效目标的生态要求使汽车工业用越来越轻的金属成型的零部件。使用中空结构可以达到重量和空间的节约，但不能牺牲强度和/或刚度。然而，采用这种空心结构需要特殊的生产技术，它可以制造复杂的汽车零部件所要求的设计。 这些技术中的一种是在传统制造技术中占有重要地位的液压成型技术。该液压成形工艺链包含几个工艺方法像弯曲，预成形和液压成形。为了使用液压成型工艺生产零部件，先将管坯放入一个下模腔中，闭合上模，与下模共同形成封闭的模腔，管子是充满水油乳剂的。当模具被关闭时，内部压力上升，管子变形并逐渐贴模，最终得到所需形状的零件。自1999年以来，超过75 的液压成型的零部件被预弯以便它们能够被放入液压成形 模具中。 2 这些预弯的这种管子和轮廓形状在三维空间中通常展现出不同的弯曲半径。再加上零部件形状有预弯曲和齿条弯曲以及降低安装空间的要求，不能再用传统的生产方法像旋转拉伸弯曲和压弯等方法轻易地生产出这种零件了。因此，有必要研究像自由弯曲这种新技术的开发与应用。本文件中，介绍了自由弯曲的工艺，在日本的日清公