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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)（二） 學(xué) 院：
專 業(yè) 、班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名：
指導(dǎo)教師（職稱）：
一、 選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達(dá)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(jìn)行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運(yùn)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(jì) 60 年代左右起就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小直徑管的人工手動(dòng)彎曲，發(fā)展至今已多半自動(dòng)化。尤其用于石油管道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的大直徑冷彎管機(jī)在近代得到了飛速發(fā)展。但生產(chǎn)加工時(shí)仍需要工人進(jìn)行完成上下料、穿芯等操作。然而人工穿芯具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，容易導(dǎo)致彎處產(chǎn)生褶皺等缺陷更有甚者直接報(bào)廢，因此生產(chǎn)效率底下，浪費(fèi)大量人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場(chǎng)需要。于是在對(duì)此前冷彎?rùn)C(jī)的工作情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的方法、加入自動(dòng)控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了新一代全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)。下面是全自動(dòng)冷彎管機(jī)的一些主要應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)彎管機(jī)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(dòng)彎管機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)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(chǎng)合彎管：
某些彎管由于其應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性需要到現(xiàn)場(chǎng)才能知道實(shí)際彎管的角度，管材直徑的大小等數(shù)據(jù)，冷彎?rùn)C(jī)能實(shí)現(xiàn)既彎既用。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機(jī)械進(jìn)行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、電力、供水等多方面都有應(yīng)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(jìn)步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應(yīng)力成形、中頻感應(yīng)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(duì)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(dòng)力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿?dòng)力，例如液壓彎管、氣動(dòng)彎管、電力驅(qū)動(dòng)彎管等。解決了人力不能保證精確度的問題同時(shí)也將工人從臟亂的加工環(huán)境解放出來。
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而未來，彎管機(jī)將以全自動(dòng)的形式出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)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(hù)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率方面發(fā)力。整個(gè)彎管機(jī)系統(tǒng)將在自動(dòng)化、智能化方面長(zhǎng)足進(jìn)步。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1、重點(diǎn)解決的問題
（1） 冷彎?rùn)C(jī)回轉(zhuǎn)裝置；
（2） 冷彎?rùn)C(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)；
（3） 冷彎?rùn)C(jī)機(jī)座設(shè)計(jì)；
（4） 冷彎?rùn)C(jī)下料裝置。
2、擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
查閱資料，了解薄壁不銹鋼彎管的應(yīng)用場(chǎng)合，需要彎曲的形式、彎曲的方法以及國(guó)內(nèi)外全自動(dòng)不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。從以前冷彎?rùn)C(jī)的不足之處入手，采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)重要部件進(jìn)行分析、校核保證冷彎?rùn)C(jī)質(zhì)量。為冷彎?rùn)C(jī)加上自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷彎?rùn)C(jī)的全自動(dòng)化。大綱如下：
1. 緒論
1.1 課題的背景
1.2 課題的研究?jī)?nèi)容
1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢(shì)
2. 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 已有冷彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)方案研究
2.2 總 體 方 案 3．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 不同控制系統(tǒng)方案對(duì)比
3.2 選定方案
3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.4 程序框圖
4. 其余機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 回轉(zhuǎn)裝置
4.2 下料裝置
4.3 機(jī)座設(shè)計(jì)
4.4 主要零件受力分析及校核
5. 總結(jié)
3、本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
（1） 全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)總體方案 A0 圖紙 2 張；
（2） 設(shè)計(jì)結(jié)果的二、三維零件圖紙 5-7 張。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1、擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
（1）彎管長(zhǎng)度：300-500mm；
（2）彎管重量：0.5-2.0kg；
（3）彎管角度：90°—180°；
（4）彎管時(shí)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(jì)）進(jìn)度計(jì)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(xiàn)并進(jìn)行系統(tǒng)分類； 第三周：根據(jù)整理后的資料寫開題報(bào)告初稿； 第四周：開題報(bào)告答辯并對(duì)開題報(bào)告進(jìn)行修改； 第五周：收集冷彎?rùn)C(jī)總體方案的相關(guān)資料；
第六周：對(duì)方案進(jìn)行拆解，分類研究； 第七周：完成總體方案設(shè)計(jì)；
第八周：回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)； 第九周：下料裝置設(shè)計(jì)； 第十周：機(jī)座設(shè)計(jì)；
第十一周：收集控制系統(tǒng)資料； 第十二周：自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第十三周：主要零件受力分析及校核； 第十四周：畫設(shè)計(jì)的相關(guān)二、三維圖紙； 第十五周：撰寫設(shè)計(jì)說明書；
第十六周：完善各項(xiàng)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
彎管機(jī)是加工彎管的重要加工設(shè)備，隨著彎管應(yīng)用場(chǎng)合的多樣化和普遍化，彎管機(jī)的巨大作用也越來越明顯。全自動(dòng)薄壁彎管機(jī)一般由回轉(zhuǎn)裝置、上下料裝置、穿芯裝置、機(jī)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(jìn)步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應(yīng)力成形、中頻感應(yīng)成形、激光成形、零半徑成形等;根據(jù)加工過程中對(duì)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(yīng)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(shí)際加工過程中一般分為手動(dòng)和機(jī)動(dòng)兩類：手動(dòng)彎管只能加工簡(jiǎn)單的小管，耗費(fèi)人力；機(jī)動(dòng)彎管一般進(jìn)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(diǎn)分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種[6]。熱推彎需要對(duì)管材進(jìn)行加熱，在此基礎(chǔ)上還需要具有一定推力的機(jī)械推動(dòng)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(jì)好模型，再同樣用其它提供推力的機(jī)械施與壓力以達(dá)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單的彎管，精確度較低。
1.4 輥彎
利用三個(gè)工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅(qū)動(dòng)輥輪對(duì)管材滾動(dòng)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(dòng)管材使管材彎曲的加工方法。加工時(shí)需要在芯棒、夾緊模、壓緊模、防皺模的配合下使用。
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2 上下料裝置
一直以來給機(jī)器上下料大都依靠人工完成，直到機(jī)械手的出現(xiàn)才開始大規(guī)模取代人工上下料。相對(duì)于人工上下料而言，采用機(jī)械手上下料的優(yōu)點(diǎn)如下：
（1） 快速、靈活、通用性強(qiáng)、重復(fù)定位精度高，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)；
（2） 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本、保證質(zhì)量進(jìn)而提高勞動(dòng)生產(chǎn)力；
（3） 可以勝任人不能適應(yīng)的惡劣環(huán)境下的工作。
（4） 因此我們也利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)彎管機(jī)的自動(dòng)上下料。
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成[8]。執(zhí)行機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)主要做傳動(dòng)工作，將控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接起來。通過自身的各種移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)行組合完成設(shè)定的預(yù)定軌跡。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式稱為機(jī)械手的自由度，自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的管件參數(shù)，自由度越多機(jī)械手的靈活性越大， 通用性越廣，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜[9]。在實(shí)際情況中不通機(jī)械手需要完成的工作不盡相同，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式也不一樣，主要分為三種：液壓式、電動(dòng)式、機(jī)械式。控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，是機(jī)械手最核心的部分，一般都是通過 PLC 編程實(shí)現(xiàn)控制。
3 穿 芯
穿芯部分有兩個(gè)重點(diǎn)，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(duì)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(dāng)然優(yōu)缺各異， 選用不同方案時(shí)要根據(jù)實(shí)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(jī)構(gòu)等一類簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)就可以勝任。
4 彎管機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合
4.1 燃?xì)?、消防工?
由于燃?xì)?、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(fèi)。而使用不銹鋼管則有如下優(yōu)勢(shì)：
（1） 壽命長(zhǎng)：不銹鋼管其理論壽命正常情況下可達(dá)百年之久；
（2） 受壓性強(qiáng)：在一定限度的超標(biāo)準(zhǔn)受壓下仍能正常工作；
（3） 安裝簡(jiǎn)便：配管輕量化、施工便利、對(duì)技術(shù)人員要求低、清潔施工；
（4） 壽命周期成本低：時(shí)間長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)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(diǎn)，不銹鋼管大量被使用，使用大量彎管的同時(shí)就需要高效率彎管機(jī)進(jìn)行彎管作業(yè)。
4.2 凝汽管
凝氣器管材選擇對(duì)凝氣器及整個(gè)電廠的安全運(yùn)行有著極重要的意義，對(duì)投資和運(yùn)行維修費(fèi)用的影響也不容忽視。銅合金管易結(jié)垢腐蝕甚至爆管。導(dǎo)致重大事故于經(jīng)濟(jì)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(gè)問題[11]。還有以下優(yōu)勢(shì)：
（1） 良好的機(jī)械性能；
（2） 良好的耐蝕性能；
（3） 高的經(jīng)濟(jì)性能；
（4） 不錯(cuò)的熱傳性能。
凝汽管的機(jī)構(gòu)要求比較高，所以需要自動(dòng)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(xué)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(shí)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?yàn)槔鋸澒苓€可以作用在建筑行業(yè)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行彎管，提高施工效率。
綜上所述，不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合廣，市場(chǎng)需求突出。但是目前市場(chǎng)上還沒有全自動(dòng)的不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)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(gè)問題我們需要注意以下問題：
（1） 提高對(duì)冷彎管機(jī)的重視程度，投入資源進(jìn)行研究開發(fā)；
（2） 提高冷彎?rùn)C(jī)的制造工藝技術(shù)和裝備水平；
（3） 加強(qiáng)推廣力度，淘汰舊產(chǎn)品，為新產(chǎn)品占據(jù)市場(chǎng)打好基礎(chǔ)；
（4） 做好售后服務(wù)，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(yīng)需求的全自動(dòng)不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)。
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