机电一体化作业

机电三班

张玉将

学号；20100926

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自动二维弯管机控制系统设计

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。从国际上来看，弯管机的发展已有一段历史，达到了一定的水平，其中处于高水平阶段的单位公司有：意大利的BLMGROUP、博利马机械设备有限公司、意图奇国际有限公司等等，其中意大利的BLMGROUP作为世界最大的管材加工设备的生产商之一，其产品遍布全球航天，汽车，空调，夹具等行业，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的地位，技术水品很高。为适应用户的对管加工机床功能、精度及效率的要求，意大利的博利马公司推出了当代代表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。20世纪 80年代，10mm。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。此后上海造船厂工艺研究所等多家国内企业也陆续研制出了数控弯管机。目前我国弯管加工的现状是既有自动化程度高的数控弯管机，也有半自动的数控弯管机，甚至还有相当一部分中小企业还在使用传统的手工弯管，具有典型的“老、中、青”(即手工弯管设备、半自动弯管机床和全自动弯管机床)三者结合的中国特色。

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，所以中国荟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、圆钜机、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管加工成为可能。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

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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，到实施安装，减少焊缝80℅左右，不仅降低了成本，还提高了施工质量，而且大大缩短了工期。

二维弯管机工作原理

其工作原理为: 为了减少弯曲质量缺陷，如图2-1所示，该弯管机采取了以下措施：①采用可移动的动静轮结构；②采用组合式弯管轮；根据管料弯曲后形状设计型胎轮结构；③采用可移式触头随机调节弯曲角度。通过上述措施，有效的降低了管料弯曲时的质量缺陷。机械式弯管机工作过程如图2-2所示，将管料放置在管料垫板16上，一端使用拉料销15固定．一端从弯曲型胎轮7与8中间穿过，管料用压板10、12、13将其固定。启动电源开关后通过带传动将电机扭矩传递到齿轮5上。齿轮5通过齿轮啮合带动齿轮9传动，弯曲型胎轮7、8与型胎轮支撑板6一起固定在齿轮9的轮轴上，在齿轮9的旋转带动下，型胎轮7与8拉动管料进行弯曲。可移式触头根据管料弯曲的角度进行调整，调整角度a。等于弯曲角度a：，为防止管料弯曲后回弹，Ot。可略大于a：。当触头2与限位开关4接触后，电机停转，弯管结束。按动电机反转按钮，齿轮9反转，当支撑

板6转过管料弯曲中心后，按电机停止按钮，拔除拉15，

打开压板10、12、13，可将管件取下。

图2-3 弯管机机构简图

1．管料2．可移式触头3．导线4．限位开关5．齿轮6．支撑板7．弯曲型胎轮8．弯曲型胎轮9．齿轮lO．压板11．挡块12．压板13．压板14．挡块15．拉料销16．垫板

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2.3 二维弯管机设计及其机构分析

2.3.1 二维弯管机结构组成

（1）机身由底座、滑块、上下压板以及滑块油缸组成，固定在前后上支座上，滑块在底座中的往复运动靠滑块油缸的推拉来实现，滑块左端装有上料支架和带有顶头的调节器，位置可前后调整并用插销定位；后端装有顶料支架，其前端孔中装有与弯曲管材截面相同尺寸孔型的顶端，通过插入盘中的顶料杆推动管料向前运动。

（2）滚弯机构由摆动滚轮架，弯曲动轮，固定轮，轮轴，顶杆以及弯曲动轮油缸组成，通过计算机控制弯曲动轮油缸伸缩，推动摆动滚轮架中的弯曲轮压向管件，在一个工件上实现不同曲率半径的弯曲，拔出轮轴，换上不同槽形的滚轮，可实现不同截面形状工件的弯曲。

（3）尾架由芯轴和芯轴轴套组成，固定在机身上，调节芯头位置，位移量可有轴套上的标尺读出。

（4）动力结构为液压站，由油箱电机，液压泵，电液伺服阀及换向阀等组成，它产生和分配工作液压，从而使机器实现各种动作的机构。 2.3.2 二维弯管机弯管过程 弯管形成过程如图2-4所示。

图2-4 弯曲矩形钢管成型过程

1 动滚轮 2 靠滚轮 3 定滚轮 4 矩形管

图2-4是弯制开始时的状态，此时，动滚轮1的位移为零，弧度管没有变形，可以认为半径为无穷大，如果在这种状态下将矩形管顶出则矩形管没有任何变形；表明弧度形成的过程。动滚轮1由起始位置A伸长达到位置B，对矩形管产生挤压使其发生变形。此时，若顶镦油缸不断运动，则矩形管会形成一个半径一定的圆弧。为了能够精确的弯制出预定弧度，必须知道弯曲油缸的伸长量与弧度管的曲率半径具体的对应关系。 由于动滚轮与靠滚轮是通过连杆铰接的，动滚轮1在弯曲油缸的推动下，以靠滚轮为圆心，动滚轮圆心到靠滚轮圆心的距离为半径形成圆周运动。A到B的直线距离近似

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弯曲油缸的伸长量，随着弯曲油缸伸长量的变化，矩形管与动滚轮1和定滚轮2的相切线段的切点和斜率也都随之变化，切点由原始位置的E点、F点变化到G点、H点。在此过程中，弯曲油缸伸长量LAB是已知量，并且LAC?LBC是固定值，因此，在如图坐标系当中动滚轮圆心B点位置可以计算得出，而定滚轮圆心坐标、半径均已知，所以两圆的公切线段GH的方程式、G点坐标、H点坐标均可以求出，则对应的圆弧方程即可得出。至此，我们就可以得出对应于Y缸任意伸长量下的矩形管圆弧弧度、半径等信息。 弯曲油缸伸长曲线与弧度管曲线的对应关系可以看出，O-A段对应的是弧度管曲线的曲线弧度逐渐增大的过程，A-B段是弧度管曲线保持一定弧度不变的过程，在弯曲油缸伸长曲线当中对应着弯曲缸伸长量不变的过程，B-C段曲线的弧度逐渐变小，最后在C点目标曲线为直线段即C-D段，而D-E-F-G段，又是弧度逐渐增大、保持、减小直至弯曲缸回到原位的过程。

由以上分析可以清楚地看出，弧度管的各段曲率的变化完全可以由计算机通过控制弯曲油缸伸长曲线精确实现。我们通过在计算机上修改“靠模”曲线的方式就可以方便的实现多种曲率的弧度管的输出。计算机上进行曲线的输入和更改都很方便快捷，完全摆脱了那种以往的依靠模具进行加工的生产方式，极大的提高了生产效率，节省了生产成本。

2.3.3 二维弯管机机械部分计算 1.计算弯曲力矩的方法：

0.7KBT2?b F?

r?t

式中B为弯曲件周长（管料截面周长）；r为弯曲件内弯半径，t为壁厚，?b为材料抗弯强度；K为安全系数 K=2.5 r=200mm t=1.7mm ?b=450Mpa

B=30?4=120mm

0.7?2.5?120?1.72?450 F==1354.016 N

200?1.7

设与工作轴相连的齿轮直径为200mm，所以弯曲管料所需扭矩为：

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