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数控弯管机设计,数控,弯管,设计
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数控弯管机1、 数控弯管机工作原理图数控弯管机是用来生产空间多弯、外形尺寸要求较高、相对弯曲半径大的空心管件，尤其是汽车上的排气管、发动机上的油管。图1为数控弯管机工作原理图，主要由弯曲旋转轴装置、Y、B 轴组合机构和调整装置以及芯棒进给装置四部分组成。实现对运送、翻转、弯曲三轴的空间控制，完成具有复杂空间形状的空心管加工。弯曲旋转装置绕旋转中心 O 转动，其转动角位移、角速度 和转动力矩 M 是主要控制对象；钳口将管件压紧到旋转台上的弯曲模具中，随着弯曲旋转台一起转动，从而将管件弯曲成形；弯曲轴的转速、转角以及转矩的控制是通过弯曲轴上蜗轮蜗杆的伺服电机来实现的。2 数控弯管机机械结构设计2. 1 管材弯曲力矩的计算方法管材弯曲力矩的计算是确定弯管机机械结构的基础。计算出管材的弯曲力矩后，才能确定弯管机所需的驱动力矩、伺服电机的功率、主传动轴机构各部件结构尺寸、夹紧力大小等一系列参数。根据经验公式3：求弯曲力矩。本弯管机弯管最大规格为 60mm，一般管坯材料为 20 号钢，按规格为604mm 的管子来确定弯管机的最大弯曲力矩，将具体参数：D =60mm，t = 4mm，d =52mm， = 120mm， K 0 = 11.6mm 和 s = 240 MPa（见文献4），代入上面公式，得弯曲力矩为 M =6280.04Nm。K 0 材料相对强系数； s 材料屈服限（MPa） D 管材外径（mm） t 管材壁厚（mm） d 管材内径（mm） 弯曲半径（mm）2.2 弯曲轴及弯曲臂设计弯曲轴是弯管机中重要的部件，由于弯曲力很大，弯曲轴承受很大的扭矩，轴的材料选择合金钢，同时用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度5。轴的结构形式和尺寸是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等要求确定的。弯管机工作过程中，弯曲轴带动弯曲臂及弯曲臂上的一些辅助机构，通过弯曲臂上的钳口夹紧工件，钳口由液压缸实现夹紧。弯曲臂的外形尺寸是根据弯曲臂上的夹模座及夹模座导轨来确定的，如图 2 所示。图 2 弯曲轴与弯曲臂装配 图 3 调整装置2. 3 调整装置设计调整装置，如图 3 所示，由丝杠、随动模具、防皱模具及随动油缸、夹紧油缸等组成。丝杠起微调作用。 轴夹紧油缸驱动丝杠带动工装夹具来实现模具的对中和方便操作者装卸X管件。随动模具由随动油缸驱动，随动模在弯管过程中也起到举足轻重的作用,为了防止管件被弯瘪和拉裂，随动模先在夹紧油缸的作用下把管件压紧在防皱模中，而后随弯曲轴的旋转而沿管件表面跟随移动。2. 4 YB 轴组合机构设计YB 轴组合机构，如图 4 所示，包括传动部件和执行部件。Y 向进给运动采用齿轮齿条传动，这样传动平稳。B 向转动采用圆柱直齿轮传动。Y 向和 B 向的动力机构是交流伺服电电机功率均为 3.5KW。 向和 B 向都有 CNC Y机，装置。考虑到结构既要轻便又要合理，小车车身采用箱体式结构。三角卡盘是执行机构，通过三角卡盘实现管件的夹紧与放松，在管件夹由蜗轮蜗杆传动6带动夹紧的管件向紧状态下，前运动，能实现大的传速比，传递大的扭矩。2. 5 床身设计图4YB 轴组合机构机座和箱体等零件，在一台机器的总质量中占有很大的比例（例如在机床中约占总质量的 70% 80%），同时在很大程度上影响着机器的工作精度及振动性能；所以正确选择机座和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性等的重要途径7。本弯管机床身通过铸造和焊接方式实现。箱体受力情况比较复杂，当受到弯曲或扭转时，截面形状对于它的强度和刚度有着很大的影响。本机床床身采用卧式结构，材料选用普通灰铸铁。2. 6 弯管机总体装配Pro/ENGINEER 是采用单一数据库的设计8，因此在完成零件的设计之后，可以利用Pro/ENGINEER 的装配模式将零件进行组装。总体装配要按照以后的机床生产装配顺序为参照，且要考虑计算机仿真，仿真是就是用计算机模拟弯管机的加工过程，合理的装配顺序才能有效的实现计算机仿真，如图 5 所示。图 5 总体装配图数控弯管机运动过程仿真3对设计的产品在加工之前进行运动仿真，能够生动形象地进行产品运动的模拟，并能制作成清晰的 MPEG格式的影片，从而使电脑中的虚拟样机更加清晰地展现在设计人员和客户面前9，为设计的产品尽快投产提供了很大帮助，大大提高了设计效率。图 6 是仿真界面。本次仿真主要在弯管机的 Y 方向、 方向、 方向、B X随动模的运动方向、C 方向、芯棒的运动方向六个方向进行运动仿真，将 Y 轴的送料、空间的旋转、随动模的移动和弯曲轴的转动等运动在三维空间动态实时地显示，这样在机床投入生产之前能很好的了解各个机构的运行情况，便于对设计进行修改和完善，缩短弯管机设计周期，大大提高弯管机设计可靠性；同时也方便操作者观察加工过程和检测机床故障。图 6 仿真界面 结束语4本次设计是利用 PRO/E 实现了 STAR-03W 数控弯管机的结构设计，设计出了一套比较完整的机械三维图，图形直观和逼真。并将弯管机的整个弯管工艺过程通过三维仿真软件进行动态模拟，将诸如 Y 轴的送料、空间的旋转、随动模的移动和弯曲轴的转动等运动都在三维空间动态实时显示，方便了操作者观察加工过程和检测机床故障。仿真降低了工程设计难度，使设计周期大大缩短，节约了资金，大大提高了设计效率。参考文献1 高锦张,陈文琳,贾俐俐 塑性成形工艺与模具设计 北京机械工业出版社 2001.82 唐长平 数控弯管机的研究与开发 合肥工业大学硕士学位论文 2005.4 P253 机械工程手册、电机工程手册编委会 机械工程手册 1982.74 JB2671-82 附录B5 陶冶 材料成形技术基础 北京机械工业出版社 2002.86 郑文纬，吴克坚 机械原理(第七版) 北京高等教育出版社 2001.6 P157183 2003.5 P3997 濮良贵，纪明刚 机械设计（第七版）北京高等教育出版社8 孙印杰,田效伍,郑延斌 野火中文版Pro/ENGINEER 基础与实例教程 北京电子工业出版社 2004.79 祝凌云,李斌 Pro/ENGINEER运动仿真和有限元分析 北京人民邮电出版社 2004.33 第二章 弯管机设计 4 2.1 工件工艺分析 4 2.1 计算弯曲力矩 4 2.2 电机选取 4 2.3 传动比的计算与各传动装置的运动与参数 6 2.4 皮带轮与皮带的计算与选择 7 2.5 蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择 8 2.6 联轴器的计算与选择 9 2.7 轴承的选择 9 2.8 轴的初步计算与设计及校核 9 2.9 齿轮的计算与设计 13 2.10 大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 15 2.11 轴套的结构设计 16 2.12 盖板的结构设计及计算 17 2.13 机身的结构设计与计算 18 2.14 弯管机的主要参数 19 第三章 挡料架的结构设计 19 3.1 挡料架的结构设计 19 第四章 用电器选择与电路 21 4.1 各用电器的选择与电路设计 21 设计总结 23 鸣 谢 23 参考文献 24 自动弯管机装置及其电器设计（完整一套设计，有说明书:论文，图纸） A0零件11图.dwg A0零件22图.dwg A0自动弯管机装置及其电器设计-装备图.dwg 大齿轮A3.dwg 大轴A3.dwg 大轴承座A3.dwg 大轴后端盖A3.dwg 大轴前端盖A3.dwg 大轴套A4.dwg 挡料架A3.dwg 挡料轴A3.dwg 电路图.dwg 盖板A3.dwg 机身A3.dwg 小齿轮A3.dwg 小轴A3.dwg 小轴承座A3.dwg 小轴后端盖A3.dwg 小轴前端盖A3.dwg 小轴套A4.dwg 弯管机设计任务书.doc 自动弯管机装置及其电器设计说明书.doc附：第1章 绪 论 1.1 弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比： 现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等，这些场合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。这系列弯管机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因此价格上比较容易被用户接受。 市面上现有的自动弯管机大多数是液压的，数控的(如图1-1,1-2)，也有机械传动的，但它们的占地面积较大(长度在2.54m之间)，价格昂贵(25万元人民币或更多)，然而大多数用户都需求是占地面积小，价格便宜，使用方便的。 本设计便是朝这方面的用途方面设计的自动弯管机，设计出一种价格便宜,占地面积少,使用方便的自动弯管机（长0.9M，宽0.8M，高1.1M，价格9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能更进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控制系统，方便操作。 1.2 弯管机的基本原理与选择 弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以下二种情况，即滚弯式与缠绕式。 如下图1-1、1-2分别是弯管原理图。 二者各有优缺点： 缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本弯管机采用滚弯式。 弯管的步骤大致是： 1.留出第1段直线段长度，并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开夹紧块，取出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。 4.重复第1步，直至弯完管子为止。 v形夹模使用方法与R形夹模基本相同，因其结构有变化，应用时与R形夹模有区别，需要注意的工艺方法如下：(1)弯管时夹紧部分不能过短，否则容易造成管子变形，保证20mm即可。(2)在弯材料较软较薄的管子时，在夹紧部分应穿心轴，防止变形。(3)夹模与轮模是同时旋转弯管的，夹紧力不需太大，故夹模的夹紧力根据管子直径、管壁厚度适当夹紧，观看管子没有变形即可。否则用力过大，管子会产生变形(因轮模是 面受力，夹模是两条线夹紧)。(4)用v形夹模夹紧时，夹模与轮模有时有间隙，间隙的大小与管子直径大小有关， 当管子直径为10mm时，间隙最小。随着管子直径的增加间隙逐渐增大，但不影响装夹与加工。如遇到大于18mm管子时，要更换v形夹模、轮模与导模。与v形夹模不同，如用R形夹模装夹，夹模与轮模之间的间隙是没有变化的。(5)导模与夹模的v形尺寸应统一，便于观察与调整模具。经过改进， 目前一年为公司节约了近20种模具，减少了调整时间，取得了明显的经济效益。CNC弯管原理一、概论 无论是哪一种机器设备，几乎都有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机及其发动机上更占有相当重要的地位。各种导管品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。 传统的弯管是采用成套弯曲模具进行弯曲的。 弯管的步骤大致是： 1.留出第1段直线段长度，并夹紧管子。 2.弯曲。 3.松开模具，取出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。 4.按需要的形状，把管子放在模具内，并夹紧。 5.弯曲。 6.重复第3步，直至弯完管子为止。 由于飞机及其发动机上的导管很多，又要求尽可能节省导管所占空间，因此必须将导管弯曲成各种形状，以避免在有限的空间互相干涉。导管的几何形状是非常复杂的，很难用图形把它描绘出来。尤其是航空发动机上所用的管子，制造公差要求很严格，弯管形状公差通常为0.64毫米，管端接口位置公差必须保持在0.127毫米以内，制造是很困难的。传统的弯管工艺都是按飞机或发动机定型投产后的导管（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，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，不但弯管质量不易控制，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，成为长期以来世界各国航空工业所研究的一个课题。 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。当然，欲弯制一根管子，还需要一些弯管辅助动作，如夹模或压模的夹紧、松开，弯模的复位等。全部弯管动作就是这些简单机械动作的一定顺序的组合。 通过大量的实践活动，人们已经掌握了弯管的动作规律，从而就有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，而且生产效率也大大提高，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要解决的新问题。目前，只能通过逐个弯试弯初记数据试弯整个管形修正数据最后确定数据的办法来记录弯管程序。这样，不仅报废一定数量的管子，而且效率也很低。 为了寻求新的方法，加速编程，乃至采用计算机自动编程，提高目前的数控弯管水平，美国伊顿伦纳德公司于七十年代研制生产了一种计算机控制数控（CNC）矢量弯管设备，近年来普遍为西方各航空发动机公司所采用。为了进一步推动国内自动弯管技术的研究，将对此做些介绍。二、矢量弯管技术 以矢量理论为基础，把管形上的每个直线段的中心线看成一系列的空间矢量，利用矢量的基本概念和运算，精确地计算出“增量管形数据”，以控制矢量弯管机。弯制出的管子还可以进行自动检验，与标准管形数据相比较，算出“差值”，并用“差值”修正弯管程序，得出新的弯管程序，再去弯制下一根管子，这就是矢量弯管技术的基本特点。（一）矢量的基本概念 所谓矢量，就是具有大小和方向的量。在几何中的有向线段就是一个直观的矢量。从两矢量相等的定义出发就可以知道，将一矢量平行移动后，仍为与原来矢量相等的矢量。所以矢量的起点可以放在空间任何一点。（二）矢量在弯管技术上的应用除了螺旋形状和复合弯（即两弯之间无直线段）的特殊形状的管子外，在一般情况下，它都是由许多直线段和弯曲（圆弧）段所组成，并且直线段比圆弧段的数目多1。例如，一个有8个弯的管子就必定有8个圆弧段和9个直线段。而且管子的两端一定是直线段。 如果把管子放在空间坐标系中，并且管子上的直线段用其中心线表示，那么，管形即可由每段直线段中心线所表示。相邻两中心线延长后产生了交点。相邻两相交点连线的距离和方向，就表示了矢量的大小和方向。 将管形上的各直线段中心线以一系列的空间矢量来表示，求出它们的交点，进而求出“增量管形数据”，这就是矢量弯管的原始设想。 基于以上设想，美国伊顿伦纳德公司制成了VECTOR 1管形测量机。 如果一个管子有8个弯，那么，使用VECTOR 1管形测量机测量管形时，测量点选择在9个直线段上任意一点（但两端的直线段需在端点处测量），而且每个直线段上只需测量一次。因而，依次测量9次便可算出通过各测点的管形直线段中心线的方向余弦。进而计算相邻两矢量的交点坐标数据，并存储在计算机的存储器内。也就是说，VECTOR 1管形测量机用a、b、cj十个点的坐标数据来描述管形。 由于管形在空间的位置是比较复杂的，以若干点的坐标来描述管形，人们不易推想出管形的真实形状。况且，弯管机所使用的数据不是坐标点数据，而是“增量弯管数据”。因而，存储在计算机存储器内的坐标点数据还必须通过一系列矢量运算，计算出弯管所需要的“增量管形数据”。1.两管间的送进距离DBB（Distance Between Bends)。它是端点到直线与圆弧的切点之间的距离或直线与两圆弧的切点之间的距离。对于弯管机来说，它是每一个弯之前的直线送进距离。 2.空间转角POB（Plane Of Bend）。它是两个弯不在一个平面上，第二个弯所在的平面与第一个弯所在的平面的夹角。对于弯管机来说，它是夹持管子的夹头的旋转角度。夹头可作正向旋转运动，也可以作反向旋转运动。3.弯曲角度DOB（Degree Of Bend)。它是第二条直线段中心线相对于第一条直线段中心线的夹角。对于弯管机来说，它是弯臂的转出角度。 管形的每一个弯都有这三个数据。某一个弯的数据是依前一个弯的数据为基础而产生的，所以叫“增量管形数据”。这种数据产生以后，还要经回弹数据修正，才成为弯管程序，用以控制矢量弯管机，进行弯管。（三）矢量弯管技术 用测量机测出管形，取得必要的数据之后，还必须把管子弯出来。因此和VECTOR 1管形测量机配套的还有VECTORBEND弯管机，用这一台设备按测量所得数据弯曲管子。所以矢量弯管技术的整个过程是： 1.使用VECTOR 1管形测量机按管子标准样件测取（或按图纸输入）管形数据，编辑、修改管形数据； 2.测取回弹数据，编制弯管程序； 3.使用VECTORBEND弯管机弯管；4.使用VERTOR 1管形测量机进行自动检验，与标准样件管形数据相比较，算出差值，并用“差值”自动修正弯管程序； 5.再使用VECTORBEND弯管机弯出合格的管子。 本过程全由计算机控制完成。也就是采用计算机数控（CNC）。当然，这一过程中的第一步，测量管形数据也可以根据设计图纸，把管子各个直线段交点和两端点的数据直接输入到计算机中去，以此来确定管子的形状。三、矢量弯管技术是弯管工艺的一个突破 采用矢量弯管技术制造管子具有重要的意义。 1.快速测取管形数据，按管形标准样件编程 前面已经说过，飞机及其发动机的导管的形状是很复杂的，它很难甚至不可能用设计图纸把它表达出来。因此，在导管的加工中，许多导管的生产不是按照图纸，而是按照导管（或管形）标准样件来制造，在型面检验夹具上进行验收。如果单纯的采用数控弯管，鉴于用通常办法测量管形数据很困难，即使测量出来，数据也不会准确，再加上影响回弹的因素很多，如管子的材料、直径、壁厚、弯曲半径和弯角大小等等，都没有一定的规律。一系列的工艺问题，使得弯管程序的编制相当困难。这就只能通过“逐个弯试弯初记数据试弯整个管形修正数据最后确定数据”的办法来编辑弯管程序。然而，采用VECTOR 1管形测量机，这个问题便迎刃而解了。它通过对管形标准样件的测量，取得了管形数据，并经回弹修正后，自动编制VECTORBEND弯管机所需要的弯管程序。这是一种“仿形”的方法，在实际生产中的用途很大。特别是对于形状复杂的管形来说，大量的、复杂的计算工作均由计算机来完成，这就解决了一般测取管形数据的难题，从而使管形的计算机编程成为可能，并极大地减轻了编程人员的计算工作量。 2.快速综合检验管形 对于高质量、高效率的数控机床来说，如果没有与之相适应的快速检验方法，势必造成检验时间比弯管所需的时间长得多，以致影响数控弯管机床的高效率，造成“窝工”的现象，这是很不合理的。VECTOR 1管形测量机解决了这个问题。它具有高效率综合检验管形的能力（一般78个弯的管子，从装夹、固定管子开始算起，到测量完毕、打印输出管形数据，3分钟以内可以完成），可对弯出的管子的形状进行快速检验，和对标准样件管形数据进行比较，确定误差值，并可打印出“检验报告单”。这就有利于提高零件批量生产时的快速检验工效，有利于实现检验自动化。同时，它还用“差值”自动修正弯管程序，得出新的弯管程序，再去弯管。这种用“差值”修正的弯管程序，提供了一个新的弯管程序，使弯出的管形总是逼近管形标准样件，它实际上是一种“自适应”控制。 3.为导管的设计制造一体化创造了条件 矢量弯管技术是管子弯曲生产自动化的基础，也为导管的设计制造一体化创造了必要的条件。美国麦克唐纳道格拉斯飞机公司在导管的设计制造一体化方面迈出了一步。它将VECTOR系统与设计部门的大型计算机相连接，根据生产部门的安排，VECTOR系统接受存储在大型计算机存储器内的管形数据，并编制弯管程序，进行管子生产。 采用矢量弯管技术，从根本上改变了手工弯管的落后工艺面貌，使弯管技术面貌焕然一新。它提高了弯管精度，使产品质量稳定、可靠。对于形状复杂、手工弯管难以完成的棘手问题，可以比较容易的得到解决，其工效可提高几倍、几十倍。可以说，矢量弯管技术是弯管技术的一个重大突破。 4.VECTOR 1管形测量机可以按图纸尺寸输入“管形数据”，按管形标准样件测取管形数据或测量回弹数据，可以按需要编辑管形数据，如增加一个弯、撤消一个弯、移动一个弯、镜像、翻转管形数据；具有显示管形坐标数据、增量管形数据、回弹数据；存储和编制弯管程序等多种功能，其适应性大，操作简便，大大地缩短了生产准备周期，特别适应于新机研制过程中产品的形式和尺寸经常改变的需要。而且，由于VECTOR 1管形测量机能够获得准确的标准样件管形数据，并可存储保存；而在弯管之前测取回弹数据，编制弯管程序；再加上自动检验修正弯管程序，VECTORBEND弯管机完全可以弯制符合要求的管形。因此，从弯管的角度看，不需要保存大量的管形标准样件和型面检验夹具。这样，既降低了生产费用，又节省了车间的庞大占地面积。四、矢量弯管CNC数控弯管系统介绍 如上所述，美国伊顿伦纳德公司生产的CNC矢量弯管系统共分两部分，即VECTOR 1管形测量机和VECTORBEND（简称VB）矢量数控弯管机。VECTOR 1管形测量机的功能有数十个，其主要功能是：测取管形标准样件管形数据，将若干点的坐标数据变成增量管形数据；用增量管形数据来控制VB弯管机进行弯管，在一般情况下是不行的，还必须考虑管子的回弹修正问题。在每批管子弯曲之前，用试验件在弯管机上做回弹试验，并在VECTOR 1管形测量机上进行测量，以确定回弹数据。而后修正增量管形数据，成为增量弯管程序，实现计算机编程。 VB数控弯管机接受来自VECTOR 1管形测量机传送过来的增量弯管程序数据，并存储在控制柜的计算机中。弯管机好象一个机械手，它按增量弯管程序数据和机床预定的弯管动作，将直管弯曲成所需要的形状。 下面对这套计算机控制的弯管系统作一些具体的介绍： （一）VECTOR 1管形测量机 VECTOR 1管形测量机由工作台、测量臂、计算机、打印机、管子固定支撑架等组成。 1.测量臂 带计算机的VECTOR 1管形测量机模仿人的手臂、手腕和手制成了测量臂。测量臂的五个肘节处装有反映臂旋转角度的器件编码器。整个测量臂由臂、和探头组成。臂是测量臂的立柱，它和坐标系统的z轴重合，并能绕z轴转动，其转角A由编码器A记录下来。臂绕肘节B摆动，摆动角B由B处的编码器记录下来。臂绕肘节C摆动，摆动角C由C处的编码器记录下来。臂上装有探头，它除了可绕肘节E摆动，摆动角E由E处的编码器记录下来外，还可绕臂的轴线转动，转动的角度D由D处的编码器记录下来。实际上，臂是由两段组成的，即下面的一段连同臂一起，可绕其臂轴线转动。结构上保证了臂、的中心线在一个平面上，臂、和由探头所决定的被测管子直线段中心线也在一个平面上，并且臂与探头所决定的管子直线段中心线相垂直。 整个测量臂上的五个肘节，使得测量臂能在空间任意转动，这就保证了探头能够比较方便的测量空间任意矢量。同时，对于某一固定的测点来说，各肘节只有一个固定的转角，分别由五个编码器记录下来。 为了测取管形数据，应将管形标准样件固定在工作台面上的支架上，并用探头在管子各直线段上依次测量。当测量完毕后，计算机把计算的管形数据存储在存储器内，并可用坐标点（x,y,z）的形式或增量管形数据（DBB、POB、DOB）的形式输出。2.接口 设计这一系统的目的是收集五个编码器的数据，由计算机加以处理，完成各种测量的计算。 前面已经说过，VECTOR 1管形测量机编制的弯管程序可经由专用电缆直接传送给VB弯管机的控制柜。而且VECTOR 1管形测量机上备有多个插座，可为多台弯管机服务。数据的传输由VECTOR 1上的弯管机接口板完成。（二）VECTORBEND矢量数控弯管机 与VECTOR 1管形测量机配套的VB弯管机是模块式弯管机，它是三坐标（DBB、POB、DOB）、点位闭环系统。 1.弯管机结构简要介绍 （1）床身。床身由板材、型材焊接而成，被支撑在尾座和液压油箱上。床身上装有导轨、弯管头、芯棒机构等。 在导轨上装有小车，床身上有行程开关。 （2）弯管头。弯管头的功用在于完成“弯曲（DOB）”运动，把管子弯成需要的角度。它由夹模机构、压模机构、助推机构、驱动回转机构等组成。弯管头可以通过丝杠作横向运动，以便调整弯模中心线。（3）小车。小车由直流电机带动，以完成“直线送进（DBB）”运动。小车上装有夹头，用气动操作。夹头同样由直流电机带动，完成“空间转角（POB）”运动。 （4）芯棒机构。芯棒机构装在床身的尾部，用其上面的螺母可前后调整芯棒，以保证芯棒在所需的位置上。在自动弯管过程中，芯棒的前进、后退按计算机的指令，由液压操作完成。 2.液压系统 VB弯管机的液压系统比较简单。它由带压力补偿的柱塞变量油泵、电液伺服阀、调压阀、压力表、油箱、油滤等组成。 应当指出的是，各液压执行元件（油缸）动作完成以后，反馈的信号不是由“微动开关”发出，而是在液压动作完成时，所需的液压油流量急剧减少，变量泵的斜盘倾角随之减小，连接在斜盘转轴上的液压臂，通过无触点开关发出反馈信号，使程序转入下一步。因此，它简单、可靠。 3.弯管机的特点 VB弯管机在机械方面是比较完善的，有些地方是可以借鉴的。机械方面的特点是：（1）弯管头可沿导轨作横向移动，这是更换弯模后，调整弯模管槽对准机床中心线所必需的。这样比用调整床身上的导轨和尾座来调整机床中心线简单。 （2）完成直线送进运动（DBB）的小车，在管子弯曲过程中，被管子拉着向前运动。这样，去掉了“正推力”，从而去掉了小车与弯曲速度的同步问题，去掉了为增加“正推力”而设置的直流电机负反馈系统，简化了电气线路。 由于正推力对管子的弯曲有利，特别是在弯曲直径较大的管子时，正推力是必要的。因而，VB弯管机增加了助推装置。 （3）弯曲时，由于小车作为负载，被管子拉着向前，为了改善弯曲，避免管子弯曲部分壁厚过分减薄，减少回弹，增加了助推装置。弯曲时，压模不但压紧管子，而且被助推力推动向前，以形成一个助弯的侧推力。 （4）弯管臂和弯曲主轴连成一体、弯模轴可更换、夹模上下运动，这样不但结构合理，增加了机械部分强度，而且结构简单，从而使电气线路也简化了。（5）当送进最后一个弯时，小车可能与压模相碰撞，这时可用“干涉区”功能，即压模退回小车继续送进弯管臂返回空间转角（POB）夹模夹紧夹头松开，小车退出干涉区压模压紧弯曲管子。这样，不但避免了小车同压模相碰撞，保证了最后一个弯的顺利完成，而且可以减少料头夹紧损失，降低生产成本。 （6）床身采用焊接结构，简单、紧凑。五、增量管形数据的测取 欲测取管形数据，应该将管形标准样件固定在VECTOR 1工作台面上的支架上。 将VECTOR 1管形测量机接通电源，并复零。 根据VECTOR 1管形测量机的检验报告，各臂的长度为： 臂 34.053英寸 臂 30.010英寸 臂 23.984英寸 臂 5.500英寸六、回弹数据的测取 弯曲成型时，金属材料受力产生变形，而被弯曲成一角度。当外力撤消后，被弯的管子部分恢复原来的状况，实测管子的弯曲角度比所需弯曲的角度小一些，这就是通常所说的管子的回弹。弯曲不同的材料、不同的直径、不同的弯曲半径以及使用不同的工装和调整弯管机所用的工艺参数不同时，都会影响管子的回弹。 影响回弹的因素很多，这是一个比较复杂的问题。但在机床调整好以后，工艺参数（弯曲半径、弯曲速度、夹紧力等）已经确定，而且又是在弯制某批材料管子的情况下，测定弯曲角度与回弹的关系，因此简化了一些影响回弹的因素，从而可把弯管机弯管臂的转角和管子的弯曲角度看成线性关系，这是确定回弹的一个简单而实用的办法。 测取回弹数据的大致步骤是： 1.调整好VB弯管机； 2.从被弯的管材中取一适当长度的试验管，按弯曲角度20、120弯曲管子；3.在VECTOR 1管形测量机上测量管形，计算回弹数据，并可打印输出回弹数据。 VB弯管机弯制管子时，也可以不预先测取回弹数据。弯制好管子以后，在VECTOR 1管形测量机上进行自动检验，并用“差值”修正弯管程序，得出新的弯管程序。这样，VECTOR 1便自动的将回弹因素考虑进去了。七、增量弯管程序的编制 用于弯管的弯管程序要考虑到弯管机的具体情况、成形时管子的回弹和金属材料的拉伸。实际上，用回弹数据把管形数据加以修正，编制出的弯管程序已经考虑到了这些问题。 弯管程序和增量管形数据的区别是： 1.弯管程序中已考虑了管子的回弹，即加大了弯曲角度。加大了的弯曲角度就是弯管机弯管臂的转角。 2.弯管程序中已考虑了金属材料的拉伸，即用圆弧常数计算某弯曲角度下的材料需要量。3.弯管程序中已考虑了具体弯管机的特性尺寸。八、数控弯管的工艺过程 （一）使用VECTOR 1测量机编程 使用VECTOR 1测量机自动编辑管形数据，并经回弹修正，得出弯管程序的工艺过程如下： 1.按图纸数据输入管形数据 （1）坐标法 已知管子各直线段中心线延长线相交点间的距离时，用坐标法。 （2）增量法 当管子形状比较简单，可以从图纸上或通过计算得到所必需的尺寸时，用增量法。 2.按管形标准样件测取管形数据 在大多数情况下，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，而采用按管形标准样件测取管形数据的办法。 为了测取管形数据，应该将管形标准样件固定在VECTOR 1工作台面上的支架上，并用探头在管子各直线段上依次测量。VECTOR 1测量机是以求直线段交点坐标而进行工作的。因而它用空间若干点的坐标描述管形。但这种方式不能被人们和弯管机所接受，还必须把它换算成管形数据，即用DBBPOBDOB的格式表示。 3.测取回弹数据 弯曲不同的材料、不同的直径、不同的弯曲半径以及使用不同的工装和调整弯管机所用的工艺参数不同时，都会影响管子的回弹，因而每弯制一批管子都应测取回弹数据。 欲测取回弹数据，首先按所加工的管子调整好VB弯管机，并从被弯的管材中取一适当长度的试验管，按弯曲角度20、120弯曲管子。而后在VECTOR 1管形测量机上测量管形，计算回弹数据， 弯模 弯曲时，弯模能防止管子扁平，并给出一个弯曲半径，以使管子弯曲成形。 弯模分组合式和整体式两种。组合式弯模制造方便，但使用起来，由于弯模和镶块不是组合加工的，其半径槽不对中，或高低不平、不相切，或有间隙，使用感到不方便。 为了避免在接缝处产生压痕，方便现场使用，采用整体弯模为好，但整体弯模加工起来困难。 镶块的长度应大于2D（这里D=管子外径），特别是管子直径大时，这个数值应更大，否则夹不住管子，使弯曲无法进行。 当弯曲半径较小（如等于2D）时，由于管子椭圆的缘故，管子弯曲部分两侧有较严重的伤痕，故弯模槽的深度应比管子一半深些为好。一般说来，直径在20毫米以下的钢管，弯曲半径等于管子直径的2倍，或2倍以上时，过分的椭圆和皱纹不应发生。夹模 夹模夹紧管子，同弯模一起转动，将管子弯曲成一定的角度。 夹模的宽度应不小于管子直径的23倍，特别是薄壁、较大直径的管子，其宽度更应大些。如果太窄，则弯曲时夹不住管子，产生滑脱现象，并夹伤管子。严重时，使弯曲无法进行。 从夹模夹紧来说，希望夹模宽些为好。因此设计管子形状时，对两个弯之间的最小直线段距离必须给予足够的重视，以适应机弯的特点，保证最小夹紧长度。 夹模的宽度与镶块的宽度应一致，防止管子夹伤。 压模 在弯曲过程中，压模压着管子到弯模上，并从助推得到向前的侧推力，使管子成形。压模的压力应严格控制和调节。如果压力不足，则弯曲半径内侧容易起皱纹；如果压力过大，又可使管子弯曲部分变细，并产生“内鹅头”。当使用芯棒弯曲时，如果压力过大，管子在弯曲时容易前变形并与芯棒卡死，以致夹模夹不住管子而打滑，使弯曲无法进行。压模压力不足还能引起弯曲部分椭圆度增大。直径在16毫米以下的管子，如不使用芯棒，压模可以采用在弯曲前预先与弯曲变形相反的反变形措施，来保证弯曲后的椭圆度要求。芯棒普通芯棒：当弯曲直径为6、8毫米规格的管子时，由于直径小，自身的支撑力比较大，可以不使用芯棒，并保证弯曲处的椭圆度在直径的5%以内。当管子直径增大时，为了防止弯管的椭圆度增大，应使用芯棒。当管子被拉着向前时，由于芯棒作用，管子中心线外部的材料在切点处将被支撑，产生拉伸，并且硬化，以保证它的形状和不瘪。芯棒的位置应在弯曲点上，并且切点的位置影响管子的椭圆度，影响管子的回弹。如果芯棒太向前，容易使管子中心线外部的材料拉伸、变薄，长度增大，从而回弹变小，并且椭圆度也小，但有鹅头现象；有时还伴随着产生波纹。如果芯棒太向后，管子中心线外部的材料没有足够的拉伸，而使管子塌下，椭圆度增大，甚至内侧产生皱纹。因此，当弯曲半径增大时，芯棒应适当的向前些。芯棒应该有一个（过切点的）提前量。影响它的因素很多，例如：芯棒前部R的大 小；弯曲半径的大小；管子内径与芯棒之间的间隙；等等。芯棒合适的位置首先应根据弯管经验粗略估计一下，而后通过试验调整，使其在合适的位置上，并保证管子无皱纹、鹅头小、椭圆度在管子外径的5%以内。为了避免管子中心线外部材料上的波纹，除了正确的设计和调整芯棒外，应使芯棒杆有足够的刚性，免得颤抖引起波纹，并使用适当的润滑剂。为了避免管子内壁划伤，芯棒应有足够的刚度，并经过仔细的去除毛刺、抛光；管子内腔也应经过认真的清洗，必要时进行湿吹砂。芯棒与管子内径的径向间隙应不大于0.15毫米，如果间隙太大，尽管芯棒向前调整，但也可能产生皱纹。 由于管子壁厚公差较大，为了保证间隙，芯棒应分组，按管子内径选配。 使用芯棒时，由于管子中心线外部的材料受拉伸而变薄，但减薄量不得超过壁厚的10%。允许有轻度皱纹，但不得超过壁厚的25%。 球芯棒： 在弯曲薄壁、直径大、弯曲半径小的情况下，应当使用球芯棒。球芯棒的球体可在任意方向摆动。 使用球芯棒和普通芯棒一样，球芯棒的作用是保持管子在离开芯棒以后，仍支撑着管子周围，使管子不至于塌瘪。 球芯棒的调整和普通芯棒一样，不同的是球体部分应放在前面，后面的直杆部分按普通芯棒进行调整。 （3）助推的调整 在弯曲时用助推推动压模主动沿纵向移动，抵消弯曲时出现的阻力，这是机弯的一个特点。 使用助推，在弯曲时可以防止管壁过分冯减薄，减少管子回弹，同时抵消阻力，推动管子完成弯曲，减轻了夹模的负担，对弯曲是有利的。一般来说，使用助推可以使夹紧长度减小，并使最小弯曲半径减小。 助推的速度可由装在助力缸上的调速阀来调节。应调得略大于弯曲速度，以获得一定的侧推力。 （4）防皱模 在弯曲直径较大的管子，而弯曲半径较小、管壁又薄的情况下，应使用防皱模和球芯棒。 管子弯曲时，其中心线内侧的材料被压缩，当弯曲至一定角度时，由于材料压缩力大，将使材料被推回来，并超过切点，如果这个区域管壁未被弯模所支撑，就会形成皱纹。即使以后被芯棒和弯模之间压平，但皱纹无法消除。并当弯曲结束以后，管子上会形成一个大的皱纹。 使用防皱模，可以增加这个区域的支撑，使管壁在压缩后均匀增厚，不产生皱 纹。但由于调整不当，已经生成皱纹之后，防皱模不能消除皱纹。防皱模的形状非常重要。管子滑动通过的槽应略大于管子外径，其数值可为壁厚的10%，还应认真地抛光，以防止管子划伤。防皱模的前端应制作得很薄很薄，伸到弯模的切点处，以弯模支撑，并加以固 定，形成封闭腔。为了减少弯曲时的阻力，防皱模在安装时，应略有一个很小的锥 度。压模的压力应调整得适当。安装和调整防皱模时，最好使用“调整芯棒”，在夹模夹紧的情况下进行。在弯曲过程中，防皱模上应涂上适量的一层油。但过多或太稠的油还会在这个区域里产生皱纹。在使用防皱模的同时，往往同时采用球芯棒。防皱模用来防止弯曲时管子产生皱纹；而球芯棒则可保持管子在离开芯棒支撑点以后，支撑着管子不致于塌瘪。当弯曲薄壁、直径大、弯曲半径较小的管子时，为了避免产生皱纹，应注意以下几点：减少芯棒和管子内壁之间在弯曲时的阻力。管子在弯曲之前，内腔要经过湿吹砂。机床及主轴应有足够的刚性。芯棒杆要有足够的刚性，尽量消除杆所产生的颤抖和拉伸。芯棒和管子内径的径向间隙不应大于壁厚的10%。夹模、压模、芯棒、防皱模应调整得当，特别是压模压力更要精心选择和调 整。弯曲大直径的管子，夹模的夹紧也是一个突出的问题。这就需要管子两弯之间的直线段长一点，夹模宽些，以增加夹紧力，保证弯曲顺利进行。如果夹模太窄，弯曲时没有足够的夹紧力，则管子打滑不跟着向前，使弯曲无法进行。选择适量的润滑油。材料的供应状态也相当重要。对于不锈钢的管材，硬度为HB=180220，以HB=180为最适宜。弯曲大直径的管子，夹模的夹紧也是一个突出的问题。这就需要管子两弯之间的直线段长一点，夹模宽些，以增加夹紧力，保证弯曲顺利进行。如果夹模太窄，弯曲时没有足够的夹紧力，则管子打滑不跟着向前，使弯曲无法进行。选择适量的润滑油。材料的供应状态也相当重要。对于不锈钢的管材，硬度为HB=180220，以HB=180为最适宜。（5）干涉区的调整为了减少每根管子上的料头损失，希望小车尽量向前送进，但这会产生小车与压模机构相碰撞的干涉问题。为了保证管子在弯最后一个弯时能顺利完成，防止小车与压模机构相碰撞，并且使料头损失最少，在弯管机上有干涉区设置。当小车进入干涉区后，压模退回小车继续送进弯管臂返回空间转角（POB）夹模夹紧夹头松开，小车退出干涉区压模压紧弯曲管子。4.润滑剂使用的润滑剂的质量和数量是很重要的。过去，手工弯管常常采用20、30号机油作润滑剂。对于润滑剂的质量和数量没有引起足够的重视。进行数控弯管时，由于弯曲的速度较快，芯棒和管壁产生的磨擦力很大，一般的机油不能在其中间形成油膜，达到润滑的目的。因而在弯曲过程中，产生“吭吭”尖叫声，并伴随着有波纹产生。这当然与芯棒的提前量和芯棒杆的抖动等因素有关。但当芯棒提前量适当，芯棒杆有足够的刚性时，与润滑剂的质量和数量有重要关系。在弯曲过程中，润滑剂必须在管子内壁和芯棒之间形成润滑油膜，并且润滑剂必须均匀覆盖管子内表面。在弯管机上配有芯棒润滑装置，即在进行每一个DOB时，一个气泵将润滑剂通过芯棒杆和芯棒上的孔，挤入管子内腔。 在生产中，可用“拉伸油”作润滑剂。在没有拉伸油时，我们自己配制了一种润滑剂，也能够满足弯曲需要。 润滑剂的成分是： 硫化切削油 30% 氯化石蜡 10% 20号航空滑油 60% 另外加入 石油磺酸钡 1% 粘度为7090厘沲/50应当着重指出的是，要想得到满意的弯曲质量，则决定于许多因素，如管子直径、
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