全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設(shè)計-彎管機含CATIA三維及8張CAD圖

全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設(shè)計-彎管機含CATIA三維及8張CAD圖,全自動,薄壁,不銹鋼管,冷彎機,設(shè)計,彎管,catia,三維,cad 任務書 論文(設(shè)計)題目：全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設(shè)計（二） 工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月28日 1.選題依據(jù): 該設(shè)計屬機械設(shè)計類裝備改造題目，內(nèi)容涉及制圖、材料變形分析、工藝過程分析、液壓及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、工裝（結(jié)構(gòu)）設(shè)計等?？蛇_到培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎(chǔ)及專業(yè)知識解決生產(chǎn)實際問題能力的目的。目前國內(nèi)外機械制造行業(yè)（尤其輕工制造行業(yè)）都大量使用各種薄壁不銹鋼管冷彎裝置，生產(chǎn)中供參考的實物很多，相關(guān)的參考資料可通過查閱圖書資料、網(wǎng)上查詢等方式獲得，該題目設(shè)計量適中，學生在16周時間內(nèi)可以完成。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 薄壁不銹鋼管坯尺寸:直徑（內(nèi)徑）6cm-10cm，長度30cm-50cm，厚度0.06cm- 0.1cm，重量為0.5kg-2kg，回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達驅(qū)動，模盤可更換，可在平面內(nèi)回轉(zhuǎn) 90度-180度，每個管坯冷彎時間≤10s；下料裝置采用機械手自動下料，下料動作時間 ≤10s。 3.個人工作重點: 1、全自動薄壁不銹鋼管冷彎機總體方案設(shè)計； 2、全自動薄壁不銹鋼管冷彎機回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計； 3、全自動薄壁不銹鋼管冷彎機下料裝置設(shè)計； 4、全自動薄壁不銹鋼管冷彎機機座設(shè)計； 5、主要零件的受力分析、計算與較核； 6、回轉(zhuǎn)、下料裝置控制系統(tǒng)設(shè)計。 4.時間安排及應完成的工作: 5.應閱讀的基本文獻: 1、《輕工機械》（機械工業(yè)出版社） 2、《液壓傳動》（機械工業(yè)出版社） 3、《電氣控制技術(shù)》（機械工業(yè)出版社） 4、《機械原理》（機械工業(yè)出版社） 5、《機械設(shè)計》（機械工業(yè)出版社） 6、《機械設(shè)計手冊》（機械工業(yè)出版社） 7、《機械工程師手冊》（機械工業(yè)出版社） 8、《金屬材料成型》（機械工業(yè)出版社） 9、《材料力學》（機械工業(yè)出版社） 10、《機械工程材料》（機械工業(yè)出版社） 11、《物料傳輸》（機械工業(yè)出版社） 12、《工業(yè)機器人》（機械工業(yè)出版社） 13、相關(guān)文獻（中外文期刊雜志、網(wǎng)絡(luò)資料等） 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年01月03日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年01月03日 學院公章 進度檢查表 第 -1 周 工作進展情況 落實選題，根據(jù)題目查找資料； 在大量閱讀、整理相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上對資料進行系統(tǒng)分類；根據(jù)整理后的資料寫開題報告。 2017年01月05日 指導教師意見 查閱了相關(guān)文獻資料，對總體設(shè)計內(nèi)容有了一定的了解，編寫了開題報告與文獻綜述。仍需完善國內(nèi)外現(xiàn)狀介紹，修改開題報告。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月08日 第 1 周 工作進展情況 開題報告答辯并修改；提交開題報告； 大體方案初稿。 2017年03月09日 指導教師意見 開題報告基本完成，修改標點符號、文獻引注?？梢赃M行下一步工作。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月08日 第 3 周 工作進展情況 確定各部件的方案，在協(xié)調(diào)可實現(xiàn)的基礎(chǔ)上完成總體方案選擇。 2017年03月24日 指導教師意見 進一步完善設(shè)計總體方案，與同組同學協(xié)商討論，對不同的液壓傳送方式以及液壓馬達夾緊方式進行分析比較，取長補短，借鑒國內(nèi)外成熟技術(shù) ，參考相關(guān)定位夾緊裝置、機構(gòu)的工作原理與特點，拓展思路，進行下一步工作。 指導教師(簽字)：XX 2017年03月27日 第 5 周 工作進展情況 與同學協(xié)商對方案進行最終調(diào)整，了解相關(guān)液壓馬達知識，詳細下料裝置設(shè)計。 2017年04月10日 指導教師意見 參考現(xiàn)有薄壁不銹鋼管冷彎機結(jié)構(gòu)資料，拓展思路，掌握基本原理，了解功能，根據(jù)具體設(shè)計要求和工作節(jié)拍，完善全自動薄壁不銹鋼管冷彎機總體方案與液壓冷彎裝置設(shè)計，開展初步相關(guān)計算和液壓系統(tǒng)初步設(shè)計,盡快著手繪制方案圖草圖。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月10日 第 7 周 工作進展情況 進行彎管、卸料機構(gòu)的三維建模，完成與之相關(guān)的論文說明書部分。 2017年04月22日 指導教師意見 對總體方案圖進一步修改，完善彎管、卸料機構(gòu)的三維圖，盡快完成部件圖設(shè)計，盡早著手說明書的編寫、文獻翻譯。 指導教師(簽字)：XX 2017年04月24日 第 9 周 工作進展情況 主要零件的校核與計算； 繪制總體與部分零件二維圖；完善設(shè)計說明書。 2017年05月05日 指導教師意見 參考教學參考書和相關(guān)設(shè)計手冊完成主要零件的校核與計算，注意公式的正確選用、單位及安全系數(shù)等； 盡快繪制總設(shè)計圖與部件圖得三視圖 ；論文說明書的編寫注意格式與排版，盡快完善設(shè)計說明書。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月08日 第 11 周 工作進展情況 完善設(shè)計說明書； 修改完善總圖與零件圖；完成文獻翻譯。 2017年05月15日 指導教師意見 說明書按照學校要求格式排版，修改完善總圖與零件圖后再核對一下。文獻翻譯注意專業(yè)詞匯的準確度和語言的通順。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月18日 第 13 周 工作進展情況 調(diào)整說明書格式； 說明書查重修改； 準備畢業(yè)答辯資料。 2017年05月21日 指導教師意見 對已完成CAD裝配圖和零件圖再進行檢查并與同組同學互查，注意細 節(jié)，避免制圖錯誤。盡快完成論文查重。進一步完善設(shè)計說明書并注意書寫格式，仔細檢查，提前查重，注意書寫文筆通順，公式應用正確，單位符合國標。準備答辯提綱，進行預答辯準備工作。 指導教師(簽字)：XX 2017年05月24日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 2 遵守紀律 自覺遵守學校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 2 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 3 過程管理評分合計 11 過程管 理評語 該同學平時認真對待畢業(yè)設(shè)計工作，工作態(tài)度端正，開展畢業(yè)設(shè)計過程中能下一定的功夫，較為努力，肯付出。平時能自覺遵守學校有關(guān)規(guī)定，主動自覺聯(lián)系指導教師，按期虛心接受指導。通過認真查閱文獻，在分析、總結(jié)的基礎(chǔ)上，在規(guī)定時間內(nèi)完成并提交開題報告，開題報告內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求。 按時、較好完成任務書下達的各項工作任務。通過16周的畢業(yè)設(shè)計工作，表明該學生具有一定的分析問題、解決生產(chǎn)實際能力，一定的綜合運用知識能力、科研方法運用能力，較好的中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-24 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 指導教師評分合計 16 指導教 師評語 該同學設(shè)計題目來源于生產(chǎn)實際，選題有一定的研究價值和實踐意義，設(shè)計內(nèi)容有一定的開拓性、創(chuàng)新性；深度、難度適宜，工作量適中。在規(guī)定時間內(nèi)完成了設(shè)計任務書要求的主要內(nèi)容（全自動薄壁不銹鋼管冷彎機總體方案設(shè)計、回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計、全自動薄壁不銹鋼管冷彎機下料裝置設(shè)計、機座設(shè)計，主要零件的受力分析、計算與較核，回轉(zhuǎn)、下料裝置控制系統(tǒng)設(shè)計等）。通過完成該設(shè)計 ，鍛煉了學生綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力。論文書寫文題相符，分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理，結(jié)論正確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合學?；疽?guī)范要求。同意參加答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2017-05-24 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 評閱人評分合計 15 評閱人 評語 本設(shè)計針對全自動薄壁不銹鋼管冷彎機裝置中穿芯機構(gòu)、彎管機構(gòu)等為要點進行設(shè)計。選題符合機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案要求，有一定的研究價值和實踐意義。本設(shè)計比較選取了相關(guān)方案，完成了相關(guān)機械機構(gòu)設(shè)計，設(shè)計方案較為合理。本設(shè)計綜合運用了本專業(yè)所學知識，工作量尚可。同時本設(shè)計文題相符，概念基本準確，有相關(guān)的分析、論證與計算，基本正確合理，圖紙質(zhì)量尚可，但有些部分表達不夠規(guī)范，需修改。說明書格式基本正確 ，但結(jié)構(gòu)、圖表等規(guī)范性還需修改提高。以上反映出該生具有一定的獨立工作能力，同時有一定的中文表達與外語應用能力，也有一定的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、計算機應用能力及文獻資料檢索能力。 同意該生參加畢業(yè)設(shè)計答辯。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：XX日期：2017-05-24 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設(shè)計（二） 答辯時間：2017年05月25日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：液壓馬達和模盤連接方式？ 回 答： 通過花鍵連接，承載力比平鍵大。問題2：液壓馬達輸出扭矩是多大？ 回 答： 輸出扭矩為140N.m 問題3：機械手如何張開合上？ 回 答： 液壓向前伸出推開，向后縮回收緊。問題4：下料抓緊液壓缸行程多大？ 回 答： 行程為50mm。 問題5：支架為什么有斜塊？ 回 答： 保持穩(wěn)定，綜合強度高。問題6：彎一個件需要多長時間？ 回 答： 一分鐘左右。 記錄人： 時祖光 2017年05月25日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 9 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 8 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 9 答辯委員會評分合計 38 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設(shè)計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結(jié)論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結(jié)構(gòu)嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關(guān)標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內(nèi)容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 38 答辯委員會主任： XX 2017年05月31日 畢業(yè)論文(設(shè)計)成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 11 指導教師評分 16 評閱人評分 15 答辯委員會評分 38 總分 80 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XXXXX審核人簽章： XX 一、 選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 機械設(shè)計制造 2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應用價值 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達到目的加工彎度的加 工設(shè)備。解決了管道安裝過程需要彎頭進行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的資源消耗，為管道鋪設(shè)節(jié)約成本。上世紀 60 年代左右起就已經(jīng)實現(xiàn)小直徑管的人工手動彎曲，發(fā)展至今已多半自動化。尤其用于石油管道鋪設(shè)現(xiàn)場的大直徑冷彎管機在近代得到了飛速發(fā)展。但生產(chǎn)加工時仍需要工人進行完成上下料、穿芯等操作。然而人工穿芯具有相當?shù)牟淮_定性，容易導致彎處產(chǎn)生褶皺等缺陷更有甚者直接報廢，因此生產(chǎn)效率底下，浪費大量人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場需要。于是在對此前冷彎機的工作情況進行分析的基礎(chǔ)上，采用科學的方法、加入自動控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了新一代全自動薄壁不銹鋼管冷彎機。下面是全自動冷彎管機的一些主要應用場合。 （1）大批量彎管生產(chǎn)： 在裝飾，供水等行業(yè)不銹鋼薄壁管的需求量很大，全自動彎管機能滿足高效率的生產(chǎn)作業(yè)需要。 （2）生產(chǎn)不同彎度彎管： 全自動彎管機的自動控制系統(tǒng)具有準確控制彎曲角度的能力，在允許角度內(nèi)能方便快捷的生產(chǎn)不同需要的角度且精確度高。 （3）特定場合彎管： 某些彎管由于其應用場合的特殊性需要到現(xiàn)場才能知道實際彎管的角度，管材直徑的大小等數(shù)據(jù)，冷彎機能實現(xiàn)既彎既用。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機械進行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、電力、供水等多方面都有應用。 發(fā)展至今彎管方式逐漸多元化，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎，隨著技術(shù)的進步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等;根據(jù)加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據(jù)加工事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管。 彎管所采用的動力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿恿?，例如液壓彎管、氣動彎管、電力?qū)動彎管等。解決了人力不能保證精確度的問題同時也將工人從臟亂的加工環(huán)境解放出來。 5 而未來，彎管機將以全自動的形式出現(xiàn)，在計算機不斷深入各行各業(yè)今天，我們的生產(chǎn)方式也隨著不斷變化，安全可靠的數(shù)控系統(tǒng)將代替工人完成相關(guān)作業(yè)，在節(jié)約成本、保護環(huán)境、提高生產(chǎn)效率方面發(fā)力。整個彎管機系統(tǒng)將在自動化、智能化方面長足進步。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1、重點解決的問題 （1）冷彎機回轉(zhuǎn)裝置； （2）冷彎機的自動控制系統(tǒng)； （3）冷彎機機座設(shè)計； （4）冷彎機下料裝置。 2、擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 查閱資料，了解薄壁不銹鋼彎管的應用場合，需要彎曲的形式、彎曲的方法以及國內(nèi)外全自動不銹鋼管冷彎機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。從以前冷彎機的不足之處入手，采取相應措施進行優(yōu)化。對重要部件進行分析、校核保證冷彎機質(zhì)量。為冷彎機加上自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)冷彎機的全自動化。大綱如下： 1．緒論 1.1 課題的背景 1.2 課題的研究內(nèi)容 1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢 2．總體方案設(shè)計 2.1 已有冷彎機設(shè)計方案研究 2.2 總 體 方 案 3．控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1 不同控制系統(tǒng)方案對比 3.2 選定方案 3.3 自動控制系統(tǒng)設(shè)計 3.4 程序框圖 4. 其余機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 回轉(zhuǎn)裝置 4.2 下料裝置 4.3 機座設(shè)計 4.4 主要零件受力分析及校核 5. 總結(jié) 3、本論文（設(shè)計）預期取得的成果 （1）全自動薄壁不銹鋼管冷彎機總體方案 A0 圖紙 2 張； （2）設(shè)計結(jié)果的二、三維零件圖紙 5-7 張。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1、擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 設(shè)計參數(shù)如下： （1）彎管長度：300-500mm； （2）彎管重量：0.5-2.0kg； （3）彎管角度：90°—180°； （4）彎管時間：≤10s； （5）薄壁管壁厚：0.6-1.0mm； （6）薄壁管直徑：φ60-φ100mm; 2、論文（設(shè)計）進度計劃 第一周：根據(jù)題目查找材料； 第二周：閱讀，整理相關(guān)文獻并進行系統(tǒng)分類； 第三周：根據(jù)整理后的資料寫開題報告初稿； 第四周：開題報告答辯并對開題報告進行修改； 第五周：收集冷彎機總體方案的相關(guān)資料； 第六周：對方案進行拆解，分類研究； 第七周：完成總體方案設(shè)計； 第八周：回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計； 第九周：下料裝置設(shè)計； 第十周：機座設(shè)計； 第十一周：收集控制系統(tǒng)資料； 第十二周：自動控制系統(tǒng)設(shè)計； 第十三周：主要零件受力分析及校核； 第十四周：畫設(shè)計的相關(guān)二、三維圖紙； 第十五周：撰寫設(shè)計說明書； 第十六周：完善各項內(nèi)容，準備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]田浮想.管材彎曲加工新技術(shù)[J].鍛壓機械，2002，3：32-33. 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Materials and Manufacturing Processes,2016,31(8):979-988. 附：文獻綜述 文獻綜述 彎管機是加工彎管的重要加工設(shè)備，隨著彎管應用場合的多樣化和普遍化，彎管機的巨大作用也越來越明顯。全自動薄壁彎管機一般由回轉(zhuǎn)裝置、上下料裝置、穿芯裝置、機座等四大部分組成。 1 回轉(zhuǎn)裝置類型（彎管方式） 彎管工藝很多，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎[1-4]， 隨著技術(shù)的進步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形等;根據(jù)加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據(jù)加工事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管[5]。 1.1 繞彎 繞彎目前大量應用于管道彎曲行業(yè)。繞彎是在壓塊的作用下，將芯棒放入被彎管中，使管材隨彎曲模胎旋轉(zhuǎn)從而彎管成型的彎管工藝。在實際加工過程中一般分為手動和機動兩類：手動彎管只能加工簡單的小管，耗費人力；機動彎管一般進行冷彎， 有加芯彎管和不加芯彎管之分。與人管彎管相比極大的提高了生產(chǎn)效率所以一般用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中。 1.2 推彎 推彎多用于彎制彎頭。按工藝特點分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種[6]。熱推彎需要對管材進行加熱，在此基礎(chǔ)上還需要具有一定推力的機械推動管材，兩相配合之下使管材前段彎曲：模型式冷推彎則需要事先設(shè)計好模型，再同樣用其它提供推力的機械施與壓力以達到使管材彎曲成模型形狀的目的。 1.3 壓彎 壓彎是利用凹、凸模的共同作用，使管材隨凸模運動而彎曲直到與凹模接觸形成彎管成品的彎管方式。是一種取之于日常生活的彎管方式，可以加工簡單的彎管，精確度較低。 1.4 輥彎 利用三個工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅(qū)動輥輪對管材滾動擠壓，從而使管材彎曲成形的方法[7].可以通過調(diào)整滾輪間距調(diào)整加工曲率。 1.5 拉彎 利用圓模旋轉(zhuǎn)帶動管材使管材彎曲的加工方法。加工時需要在芯棒、夾緊模、壓緊模、防皺模的配合下使用。 6 2 上下料裝置 一直以來給機器上下料大都依靠人工完成，直到機械手的出現(xiàn)才開始大規(guī)模取代人工上下料。相對于人工上下料而言，采用機械手上下料的優(yōu)點如下： （1）快速、靈活、通用性強、重復定位精度高，可以長時間連續(xù)作業(yè)； （2）減輕勞動強度、降低成本、保證質(zhì)量進而提高勞動生產(chǎn)力； （3）可以勝任人不能適應的惡劣環(huán)境下的工作。 （4）因此我們也利用機械手實現(xiàn)彎管機的自動上下料。 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成[8]。執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)主要由工作環(huán)境決定，根據(jù)工件的外形特征選用合適的夾持方案，具有專一性。驅(qū)動機構(gòu)主要做傳動工作，將控制系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)連接起來。通過自身的各種移動、旋轉(zhuǎn)進行組合完成設(shè)定的預定軌跡。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式稱為機械手的自由度，自由度是機械手設(shè)計的管件參數(shù)，自由度越多機械手的靈活性越大， 通用性越廣，結(jié)構(gòu)越復雜[9]。在實際情況中不通機械手需要完成的工作不盡相同，相應的驅(qū)動方式也不一樣，主要分為三種：液壓式、電動式、機械式?？刂葡到y(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，是機械手最核心的部分，一般都是通過 PLC 編程實現(xiàn)控制。 3 穿 芯 穿芯部分有兩個重點，其一是芯棒的組成及結(jié)構(gòu)，其二是穿芯裝置的結(jié)構(gòu)。常見的芯棒結(jié)構(gòu)有圓頭式、勺式、軸銷式、軟軸式四種[10]，隨著技術(shù)發(fā)展也出現(xiàn)了對稱球式芯棒等更加有利的芯棒結(jié)構(gòu)，更有甚者無芯彎管技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)。當然優(yōu)缺各異， 選用不同方案時要根據(jù)實際情況綜合考慮。而穿芯結(jié)構(gòu)則更為寬泛，類似與曲柄搖桿機構(gòu)等一類簡單機構(gòu)就可以勝任。 4 彎管機應用場合 4.1 燃氣、消防工程 由于燃氣、消防工程的高要求，普通鋼管即使使用防腐蝕處理也需要頻繁更換管件以保證工程的質(zhì)量可靠，使資源大量浪費。而使用不銹鋼管則有如下優(yōu)勢： （1）壽命長：不銹鋼管其理論壽命正常情況下可達百年之久； （2）受壓性強：在一定限度的超標準受壓下仍能正常工作； （3）安裝簡便：配管輕量化、施工便利、對技術(shù)人員要求低、清潔施工； （4）壽命周期成本低：時間長，維護費用低； （5）美觀：管道光潔明亮，符合現(xiàn)代人追求高品位生活的需要。 基于這些優(yōu)點，不銹鋼管大量被使用，使用大量彎管的同時就需要高效率彎管機進行彎管作業(yè)。 4.2 凝汽管 凝氣器管材選擇對凝氣器及整個電廠的安全運行有著極重要的意義，對投資和運行維修費用的影響也不容忽視。銅合金管易結(jié)垢腐蝕甚至爆管。導致重大事故于經(jīng)濟損失。而不銹鋼管代替銅合金管的“無銅系統(tǒng)”就不存在這個問題[11]。還有以下優(yōu)勢： （1）良好的機械性能； （2）良好的耐蝕性能； （3）高的經(jīng)濟性能； （4）不錯的熱傳性能。 凝汽管的機構(gòu)要求比較高，所以需要自動化的彎管設(shè)備以保證彎管精度，從而保證工程質(zhì)量。 4.3 不銹鋼管混凝土 不銹鋼管混凝土是指在不銹鋼管內(nèi)填充混凝土的組合材料，不銹鋼管混凝土具有混凝土良好的力學性能和不銹鋼優(yōu)越的耐久性能，并且造型美觀、易于施工、綠色環(huán)保。因此逐漸被一些重要的實際工程所采用[12]。作為一種建筑結(jié)構(gòu)，鋼管的形狀便是混凝土澆筑的模板，需求便呈現(xiàn)多樣化，彎曲則是不可避免的。因為冷彎管還可以作用在建筑行業(yè)，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行彎管，提高施工效率。 綜上所述，不銹鋼管冷彎機的應用場合廣，市場需求突出。但是目前市場上還沒有全自動的不銹鋼管冷彎機來滿足大量需要的不銹鋼冷彎管生產(chǎn)，這是生產(chǎn)與需求的矛盾。為了解決這個問題我們需要注意以下問題： （1）提高對冷彎管機的重視程度，投入資源進行研究開發(fā)； （2） 提高冷彎機的制造工藝技術(shù)和裝備水平； （3） 加強推廣力度，淘汰舊產(chǎn)品，為新產(chǎn)品占據(jù)市場打好基礎(chǔ)； （4） 做好售后服務，讓需要產(chǎn)品的人沒有后顧之憂； （5） 以綠色環(huán)保為中心，做好產(chǎn)品的節(jié)能減排。 在此基礎(chǔ)上才能發(fā)展出高質(zhì)量的適應需求的全自動不銹鋼管冷彎機。 7 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機（二） 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設(shè)計 摘 要 薄壁不銹鋼管被大量應用于現(xiàn)代工業(yè)，而隨著工業(yè)發(fā)展的進步，對不銹鋼管的質(zhì)量要求越來越高，相應的對最易引起管材質(zhì)量問題的彎處提出了更高的要求。本文設(shè)計的全自動彎管機主要作用就是解決管材彎曲質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。該裝置以液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ) ，同時輔以 PLC 控制技術(shù)，為彎管的可靠性提供支撐。整個裝置中穿芯機構(gòu)、彎管機構(gòu)為設(shè)計要點。穿芯機構(gòu)中芯珠的形狀、珠之間的連接方式將極大的影響彎管質(zhì)量，因此采用高強度材料制作芯珠，鏈條式的連接來解決管材彎制過程中芯棒隨管材一同彎曲的問題。彎管機構(gòu)采取繞彎的方式，在液壓缸作用下被壓緊，最后液壓馬達帶動模盤轉(zhuǎn)動進行彎管。為滿足范圍角度及管材直徑的彎管需要，模盤、芯珠等零件可隨管材不同而相應更換。使用該彎管機進行彎管能明顯提高生產(chǎn)效率與彎管質(zhì)量，與傳統(tǒng)管材彎曲機械相比具有明顯的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：薄壁不銹鋼管；回轉(zhuǎn)裝置；全自動；冷彎 II ABSTRACT Thin-walled stainless steel tube is widely used in modern industry, and with the progress of industrial development, the quality of stainless steel tube of the increasingly high demand, corresponding to the most easy cause of bend pipe quality problem put forward higher requirements. The main function of the automatic pipe bending machine designed in this paper is to solve the problem of unstable quality of pipe bending. The device is based on hydraulic system and is supplemented by PLC control technology to provide support for the reliability of the bend. The core penetrating mechanism and the bent pipe mechanism are the key points in the design of the whole device. Connection between coring mechanism in core bead shape, bead will affect the bending quality greatly, so the production of high strength material core beads, connecting chain type to solve the mandrel tubing bending process with pipe bending problems together. Take the way of bending pipe bending mechanism, is pressed under the action of the hydraulic cylinder, the hydraulic motor drives the mold disc rotating pipe.In order to meet the angle of the pipe and the diameter of pipe, the parts can be replaced by different pipes. The bending tube can obviously improve the production efficiency and the bending quality, which is obviously superior to the traditional pipe bending machine. Key words: thin wall stainless steel tube; rotary device；automatic; cold bending; 目 錄 摘 要 ................................................................. I ABSTRACT .............................................................. II 1. 緒論 ............................................................... 1 1.1 課題的背景 1 1.2 本課題的研究內(nèi)容 1 1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1 2.彎管機構(gòu) ............................................................. 2 2.1 彎管方式對比 2 2.2 彎管結(jié)構(gòu)分析 5 2.3 校核與計算 5 3.卸料機構(gòu)及機架 ....................................................... 7 3.1 卸料機構(gòu)方案對比 7 3.2 卸料結(jié)構(gòu)分析 8 3.3 機架設(shè)計 8 4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng) ................................................. 10 4.1 液壓系統(tǒng)簡介 10 4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成 10 4.3 液壓元件的選擇 11 4.2 PLC 控制系統(tǒng) 13 總結(jié) .................................................................. 16 致 謝 ................................................................ 17 參考文獻 .............................................................. 18 III 1. 緒論 1.1 課題的背景 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達到目的加工彎度的加工設(shè)備。解決了管道安裝過程需要彎頭進行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的資源消耗，為管道鋪設(shè)節(jié)約成本。上世紀 60 年代左右起就已經(jīng)實現(xiàn)小直徑管的人工手動彎曲，發(fā)展至今已多半自動化。尤其用于石油管道鋪設(shè)現(xiàn)場的大直徑冷彎管機在近代得到了飛速發(fā)展。機械行業(yè)用管一般較為小型化、薄壁化，此前生產(chǎn)加工小型薄壁彎管時需要工人進行上下料、穿芯等操作。然而人工穿芯具有相當?shù)牟淮_定性，容易導致彎處產(chǎn)生褶皺等缺陷更有甚者直接報廢，因此生產(chǎn)效率底下、浪費人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場需要，迫切需要更高級的彎管設(shè)備。于是在對此前冷彎機的工作情況進行分析的基礎(chǔ)上，采用科學的方法、加入自動控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了新一代全自動薄壁不銹鋼管冷彎機。 1.2 本課題的研究內(nèi)容 本課題主要研究的是如何設(shè)計彎管、穿芯、卸料等機械結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)彎管機的全自動化，同時滿足對彎管精度的要求。為滿足不同市場需求，要求整機能實現(xiàn)一定直徑和彎曲角度范圍內(nèi)管材的彎曲，因此類似于彎管模盤等結(jié)構(gòu)需要能實現(xiàn)可更換，這要求彎管機的可操作性高，更換部件時便利性高。大致上由一個液壓站作為全機的動力來源， 分別作用于彎管，卸料，穿、抽芯機構(gòu)，使用 PLC 對彎管機進行自動化控制。 1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機械進行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、電力、供水等多方面都有應用。發(fā)展至今彎管方式逐漸多元化，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎[1-4]。隨著技術(shù)的進步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等;根據(jù)加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據(jù)加工事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管[5]。彎管所采用的動力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿恿Γ缫簤簭澒?、氣動彎管、電力?qū)動彎管等。解決了人力不能保證精確度的問題同時也將工人從臟亂的加工環(huán)境解放出來。 而未來，彎管機將以全自動的形式出現(xiàn)，信息化的幾天今天，我們的生產(chǎn)方式也隨著不斷變化，安全可靠的數(shù)控系統(tǒng)將代替工人完成相關(guān)作業(yè)，在節(jié)約成本、保護環(huán)境、提高生產(chǎn)效率方面發(fā)力。整個彎管機系統(tǒng)將在自動化、智能化方面 長足進步。 18 2.彎管機構(gòu) 2.1 彎管方式對比 傳統(tǒng)彎管工藝按加工形式不同主要分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎幾大類；隨著技術(shù)進步當今也出現(xiàn)新的彎管技術(shù)，如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等。 下面簡單介紹一些常見的彎管方式。 2.1.1 繞彎 繞彎目前大量應用于管道彎曲行業(yè)。繞彎是在壓塊的作用下，將芯棒放入被彎管中， 使管材隨彎曲模胎旋轉(zhuǎn)從而彎管成型的彎管工藝。在實際加工過程中一般分為手動和機動兩類：手動彎管只能加工簡單的小管，耗費人力；機動彎管一般進行冷彎，有加芯彎管和不加芯彎管之分。與人管彎管相比極大的提高了生產(chǎn)效率所以一般用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中。 圖 2.1 繞彎示意圖 1-壓塊 2-芯棒 3-夾持塊 4-模盤 5-管材 2.1.2 推 彎 推彎多用于彎制彎頭。按工藝特點分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種[6]。熱推彎需要對管材進行加熱，在此基礎(chǔ)上還需要具有一定推力的機械推動管材，兩相配合之下使管材前段彎曲。 圖 2.2 芯棒式熱推彎彎管原理 1-彎頭 2-加熱爐 3-加熱點 4-擴張芯頭 5-支撐架 6-芯棒 7-管材 8-推板 模型式冷推彎則需要事先設(shè)計好模型，再同樣用其它提供推力的機械施與壓力以達到使管材彎曲成模型形狀的目的。 圖 2.3 型模式冷推彎 1-壓柱 2-導向套 3-管材 4-彎曲型模 2.1.3 壓 彎 壓彎是利用凹、凸模的共同作用，使管材隨凸模運動而彎曲直到與凹模接觸形成彎管成品的彎管方式。是一種取之于日常生活的彎管方式，可以加工簡單的彎管，精確度較低。 圖 2.4 V 形壓彎原理 1-凸模 2-管材 3-擺動凹模 2.1.4 輥 彎 利用三個工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅(qū)動輥輪對管材滾動擠壓，從而使管 材彎曲成形的方法[7]?？梢酝ㄟ^調(diào)整滾輪間距調(diào)整加工曲率。 圖 2.5 三輪輥彎 1、2、3-輥輪 4-管材 2.1.5 拉 彎 利用圓模旋轉(zhuǎn)帶動管材使管材彎曲的加工方法。加工時需要在芯棒、夾緊模、壓緊模、防皺模的配合下使用。 圖 2.6 旋轉(zhuǎn)拉彎 1-模盤 2-防皺模 3-管材 4-芯棒 5-夾緊模 6-壓緊模 2.2 彎管結(jié)構(gòu)分析 圖 2.7 彎管機構(gòu)示意圖 1-液壓馬達 2-旋轉(zhuǎn)模盤 3-管材 4-壓料液壓缸 5 壓緊液壓缸 6-壓緊旋轉(zhuǎn)支架 該彎管方式使用旋轉(zhuǎn)拉彎技術(shù)。管材由下料機構(gòu)放入指定位置，壓緊液壓缸將管材壓緊在圓形模盤上，同時壓料液壓缸將壓料臂推至指定位置。液壓馬達旋轉(zhuǎn)帶動模盤、壓緊旋轉(zhuǎn)支架共同旋轉(zhuǎn)，由于管材管頭被壓緊在模盤上，管尾被壓料液壓缸阻擋，管材將隨模盤共同旋轉(zhuǎn)從而達到彎曲的目的。 2.3 校核與計算 2.3.1 液壓馬達軸校核受力圖如下 圖 2.8 主軸受力圖 實際工作中液壓馬達受力復雜，校核是取主要受力進行計算，簡化后旋轉(zhuǎn)軸主要受扭矩及彎矩作用，如圖 2.8 則最大彎扭截面為軸中心點。其中 扭 矩 T=1219N.m F=7170N 則 彎 矩 M=FL=28.68N.m 取 M=287N.m 軸直徑 D=50mm 扭轉(zhuǎn)脈動循環(huán)應力，取α=0.5。 計算得 σca=???? = ??  √??2+(????)2 = ??  √2870002+(0.5×1219000)2 = 0.1×503 53.9 MPa （2.1） σca<[σ-1]=60 MPa 所以安全。 2.3.2 模盤、液壓缸緊固螺栓校核 模盤上有 4 枚緊固螺栓受壓料液壓缸施加力而產(chǎn)生剪力， 由壓緊液壓缸可計算出 F=7170N 螺栓直徑 D=25mm ?? 得 出 τ = = ??  ?? 7170?? ?3 2 =11.5Mpa （2.2） 4×4(25×10 ??) 緊固螺栓材料為 Q235 碳素鋼取 ???? = 220Mpa，考慮抗疲勞、抗斷裂、工作重要性、磨損等條件分別選取安全系數(shù)如下： S1=2； S2=3; S3=1.2； S4=1.2； 則 有 S= S1 ?S2 ?S3 ?S4=8.64 （2.3） 根據(jù)第三強度理論有 ??max = ????=110Mpa （2.4） 2 ?? 時材料出現(xiàn)屈服，結(jié)合安全系數(shù)，得出 [τ ??max=25.5Mpa max ]= ?? τ < [τ] 所以安全。 液壓缸共用 8 枚螺栓連接，所受受剪力同樣由液壓缸推力產(chǎn)生，所以 F=7170N 選取標準液壓缸有 D=28mm 所 以 τ = ?? = 7170?? =1.5Mpa （2.5） 4 ?? 8×??(28×10?3??)2 τ < [τ] 所以安全。 2.2.4 鍵的校核 由于負載較大，普通平鍵不能承受，故選采用花鍵連接的液壓馬達進行彎管，其中鍵的參數(shù)如下： 尺 寸 ： 8×36×40×7mm 動連接校核公式(單位均為毫米)： P= 2000?? ≤[P] （2.6） ??????????? φ—載荷分布不均系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，一般取φ=0.7-0.8，此處取φ=0.7 z—花鍵齒數(shù)： z=8 l—齒工作長度，取 l=40mm h—花鍵齒數(shù)工作高度，矩形花鍵，h= 倒角尺寸,其中 C=0.2mm ????? 2 -2C,D 為花鍵大徑，d 為花鍵小徑，C 為 d = ??+?? dm—花鍵的平均尺寸，矩形花鍵， m 2 帶入數(shù)據(jù)有  P=  2000×1578000  =0.23Mpa 0.7×8×40×1.6×38 查花鍵連接取許用應力 [P]=5Mp P<[P] 所以所選鍵的強度滿足求。 3.卸料機構(gòu)及機架 3.1 卸料機構(gòu)方案對比 3.1.1 曲柄滑塊夾持機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)運動時實現(xiàn)卸料移動，末端連接夾持機構(gòu)實現(xiàn)卸料夾持。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便； 缺點：整體結(jié)構(gòu)尺寸太大，不易與其它機構(gòu)協(xié)調(diào)安置。 3.1.2 液壓缸夾持機構(gòu) 液壓缸實現(xiàn)卸料來回運動，末端同樣使用液壓缸實現(xiàn)卸料夾持。 優(yōu)點：可以將液壓缸與夾持端復合安放，節(jié)約空間，在使用液壓站供能情況下該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，性能可靠； 缺點：需要兩個液壓缸，支撐板結(jié)構(gòu)比較復雜，生產(chǎn)較為困難。 3.1.3 機械手 機械手是機械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，能夠接受命令， 精確定位到三維或二維空間上的某點進行作業(yè)，各行業(yè)應用廣泛。 優(yōu)點：位置精度高，通用性強，工藝性好， 缺點：造價高，結(jié)構(gòu)復雜，維修不便。 綜上所述，選擇方案二液壓缸加持機構(gòu)，可以很方便的與整個液壓系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)工作，造價低，不用額外增加復雜機構(gòu)。 3.2 卸料結(jié)構(gòu)分析 圖 3.1 卸料機構(gòu)簡圖 1-機架支撐板 2-卸料支撐板 3-卸料爪液壓缸 4-卸料爪 5-頂出螺釘 6-管材 7-旋轉(zhuǎn)模盤 8-液壓馬達 9-卸料液壓缸 10 卸料滑槽 以兩個液壓缸為基礎(chǔ)，一個抓取管材，另一個實現(xiàn)卸料移動。管材完成彎曲之后將 由與芯棒液壓缸連接的頂出支架頂出，同時卸料爪在卸料液壓缸的帶動下進行抓取運動。卸料爪抓緊管材后卸料液壓缸運動，帶動卸料支撐板到達指定位置后卸料爪松開，與此 同時同時在頂出螺釘?shù)淖饔孟鲁尚凸懿牡袈涞匠善肥占瘏^(qū)。 3.3 機架設(shè)計 3.3.1 機架設(shè)計要求 機架是整個彎管機的基礎(chǔ)部分，承載其余所有結(jié)構(gòu)，一般來說因為其余結(jié)構(gòu)布局等一些列原因?qū)е聶C架尺寸偏大，為了保證整機在工作時不會出現(xiàn)震動、變形等情況一般對機架設(shè)計有如下要求： 1. 有足夠剛度及剛度質(zhì)量比； 2. 優(yōu)良的動態(tài)特性； 3. 不易產(chǎn)生熱變形； 4. 安全性高，便于制造安裝。 3.3.2 工作面板 彎管機工作面由鋼板構(gòu)成。壁厚由外壁當量尺寸 C 決定： 2??+??+?? C= 3 式中床身長、寬、高分 別為 L=1.9m B=0.75m H=0.9m 帶入數(shù)據(jù)有 C=1.812 查表可知床身厚度為 15mm 3.3.2 機支撐結(jié)構(gòu)  （3.1） 支撐立柱采用空心鋼管，使用時焊接到工作面板相應位置即可。為保證立柱不歪斜移位，在底部、中部用薄鋼板將各立柱連接起來，與平面接觸處焊接斜鋼板進行穩(wěn)定支撐。該機架結(jié)構(gòu)方式節(jié)約材料，方便安裝。 初步估算大致有整機工作面及其上各部件總重量為300-400kg，取400kg 進行校核，為保持平衡整個裝置平衡及承重，采用 8 根空心方管支撐。截面如圖 3.2 所示。 圖 3.2 立柱截面圖 ?? 400×10?? 得出 σ = ?? = 7×4.56×10?4????2=1.25Mpa （3.2） 立柱采用 45 鋼，查表許用應力為[σ]=160Mpa σ<[σ] 滿足要求。 4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng) 4.1 液壓系統(tǒng)簡介 液壓傳動是以液體作為介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。他具有一些列明顯的優(yōu)點， 例如可以傳遞大功率、快速響應、無級調(diào)速、易實現(xiàn)自動化、易實現(xiàn)回轉(zhuǎn)或直線運動等。 而自動化、回轉(zhuǎn)或直線運動就是本設(shè)計中彎管機所需要的重要特性。 4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成 液壓原理圖如圖 4.1 所示 圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖 整套液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要由五個單向液壓缸，一個雙向液壓缸，一個液壓擺動馬達構(gòu)成，再輔以其它輔助元件，例如電磁換向閥、順序閥等。壓料缸用于保持管材旋轉(zhuǎn)時管尾處于固定位置，并且末端的導向輪在管材彎曲前進的過程中能減少管材與壓料機構(gòu)的摩擦受力，減小管材損傷；壓緊缸將管材壓入彎曲模盤中，保證彎管時管材始終固定于彎管模槽內(nèi)；卸料爪缸在卸料時抓取彎曲后的管材，待抓取動作完成后卸料缸運動將管材移出到指定位置，完成卸料；上料缸在管材落下過程中將管材推送如預定位置進行上料；芯棒缸為雙向液壓缸，其中一個方向驅(qū)動芯棒實現(xiàn)對棺材的穿芯、抽芯，另一個方向安裝有頂出支架，在抽芯的同時將卡入模盤的管材頂出以實現(xiàn)卸料爪對彎曲管材的抓取行動；液壓馬達為單葉片擺動馬達，能實現(xiàn) 180°角內(nèi)往復運動，為管材彎曲提供動力。 為了整個彎管過程更加可靠，液壓馬達、壓料缸、壓緊缸、卸料爪缸都有液壓鎖， 在達到預定位置后液壓缸將被鎖緊，減少壓力損失，使動作更加平穩(wěn)可靠。為了實現(xiàn)彎 曲不同管材的目的，在各處液壓缸回路中都有采用單向節(jié)流回路。這樣可以便捷的調(diào)整回路速度，滿足不同管材彎曲所需。 在彎管和穿芯兩處要求較高的液壓回路中做了特別處理。彎管液壓馬達采用二級回油調(diào)速回路，極大的增強了負載能力，并且工作速度平穩(wěn)、沖擊小。在開始彎管階段為提高彎管質(zhì)量，可以采用慢速彎管，這樣可以極大的提高實際彎管與設(shè)定彎管的相似度。芯棒液壓缸處采用節(jié)流、卸荷兩種回路，該方式可以使芯棒在回退過程中拉平部分彎曲褶皺，提高彎管質(zhì)量。 動作順序表如下： 表 4.1 彎管動作順序表 動作名稱 電動機 電磁鐵 M YA14 YA15 YA16 YA17 電機啟動 + 慢彎快彎 + + + + + + 回退 + + 4.3 液壓元件的選擇 4.3.1 液壓馬達的選擇 由于是范圍彎管，以最大載荷為選擇基準。彎管參數(shù)如下： 管材最大直徑：D=?100mm 彎管中性層曲率半徑：ρ=120mm 管材壁厚：1mm 管材材料：304 不銹鋼 管材抗拉強度： ????≥520Mpa； 管材條件屈服強度 ：σ0.2≥205Mpa 使不銹鋼管彎曲成形，產(chǎn)生塑性變形取 σ=450Mpa 彎曲強度計算如下： 彎管力矩 M = W[σ]3 ?? （4.1） 抗彎截變模量 √?? w= ????3 32(1???4)  （4.2） 式中  α =  ?? （4.3） ?? 帶入數(shù)據(jù)有 W=2.5 × 10?3??3 M=1219 N.m 取液壓缸效率η = 0.8 ??實 = ?? = ?? 1219=1523N.m （4.4） 0.8 根據(jù)所需扭矩查《機械設(shè)計手冊》（第五版）成大先編。以下簡稱《手冊》表 21- 5-108 選擇液壓缸規(guī)格如下： 型號：YMD700 擺 角 ：180° 排量：700mL/r 額定壓力：14Mpa 內(nèi)泄露量：650mL/min 啟動轉(zhuǎn)矩：571 N.m 額定轉(zhuǎn)矩：1578N.m 花鍵連接：8×36×40×7mm 滿足彎管最大轉(zhuǎn)矩要求。 4.2.2 壓緊液壓缸選擇 因為 M=FL L=0.17m M=1219N.m 則 有 F=7170N ?? 取 液 壓 缸 效 率 η = 0.8 ?? 實 = ?? =8962.5N 按經(jīng)濟適用原則選取輕型拉桿式液壓缸查《手冊》表21-6-87 選取液壓缸規(guī)格如下： 型號：WYX0170L-LB50C25 額定工作壓力：7Mpa 最高允許壓力：10.5Mpa 允許最高工作速度：0.5m/s 使用溫度：-10-80℃ 缸徑：50mm 活塞缸徑：22mm 推力 13.71kN 拉力：10.92kN 壓料力與壓緊力相同，選擇同規(guī)格液壓缸。同理合理選用其余液壓缸。 4.2 PLC 控制系統(tǒng) 4.2.1 控制系統(tǒng)簡介 控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC。PLC 主要由中央處理器、處理器、輸入輸出接口電路、通信接口、電源等部分組成。是專門在工業(yè)環(huán)境下設(shè)計的控制裝置， 具有功能強、可靠性高、程序設(shè)計簡單、修改方便等優(yōu)點。選取最常用的三菱公司FX2N-48MR 控制器，控制器的作用是控制液壓系統(tǒng)的電磁閥得電失電。 4.2.2 控制系統(tǒng)順序圖順序功能圖是用來表 達順序控制過程的程序，簡 稱功能圖。是一種說明性語言，可以完整的描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性。特別對于復雜的控制系統(tǒng)而言系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系復雜， 直接編程難度大，可讀性差。 順序功能圖主要由步、有向 連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動 圖 4.2 順序圖作組成。彎管機的控制系統(tǒng) 順序圖如圖 4.2 所示。 續(xù)圖 4.2 順序圖 4.2.2 控制系統(tǒng)梯形圖及代碼 梯形圖是目前應用最為廣泛的 PLC 編程語言。是以電氣控制系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)演化而來的。它將電氣圖中的接觸器、繼電器等變成簡化符號，具有形象、直觀和實用的特點。以彎管機構(gòu)為例，I/O 分配及梯形圖分別如下： 表 4.2 I/O 地址分配表 X0 啟動開關(guān) Y0 泵啟動 M0 Y1 慢彎電磁閥 YA17 Y2 彎管前進電磁閥 YA16 Y3 彎管后退電磁閥 YA15 代碼如下及梯形圖如下：  DL X0 OR Y0 ANI T2 OUT Y0 LD YO OUT T0 K30 LD T0 OUT T1 K70 LD T1 LD T1 OUT T2 K100 LD Y0 ANI T0 OUT Y1 LD T0 ANI T1 OUT Y2 LD T1 ANI Y2 OUT Y3 END 圖 4.2 彎管動作 PLC 控制梯形圖 總結(jié) 本文對全自動薄壁不銹鋼管的結(jié)構(gòu)，用途做了較為詳細的論述。在彎管機構(gòu)、卸料機構(gòu)、機架設(shè)計方面給出了詳細的方案。對于主要的零部件進行受力校核以保證設(shè)計的可行性。整套機構(gòu)采用液壓傳動的方式進行能量傳遞，PLC 控制系統(tǒng)進行自動化控制。主要得出以下結(jié)論： 1. 綜訴了彎管機的背景、發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計的目的及必要性等； 2. 簡單介紹傳統(tǒng)彎管工藝，對比卸料機構(gòu)的組合方式及優(yōu)缺點最后分析得出彎管機構(gòu)、卸料機構(gòu)的詳細方案； 3. 結(jié)合實際情況得出機架的設(shè)計方案； 4. 主要零部件的校核； 5. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計，液壓元件的選?。? 6. 控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計; 7. 具體的零件圖及裝配圖。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是一項綜合性較高的工作，整個設(shè)計過程就是將之前學習的知識進行融合。在這個過程中查找了很多資料，也得到了很多幫助。首先要感謝吳蒙華老師的細心指導， 在每次答疑的過程中老師都會幫助我解決很多設(shè)計上的問題，并告訴我怎么查找資料， 怎么合理布局。在細節(jié)上老師會指出不足指出，引導我找出最佳的方式。其次要感謝一 起做畢設(shè)的同學們，特別在文獻翻譯方面給了我很大的幫助，為我指出了很多語序，專 業(yè)詞匯翻譯不當?shù)膯栴}。在說明書寫作過過程中告訴我一些實用的技巧，提高書面的美 觀、整潔程度。 參考文獻 [1] 田 浮 想 . 管 材 彎 曲 加 工 新 技 術(shù) [J]. 鍛 壓 機 械 ，2002，3：32-33. 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