彎管機系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 目錄 Abstract 0 13 3 3 4 4 4.3電機尾座安裝設(shè)計6 0 3 3 36摘要摘要：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，彎管各項技術(shù)也已廣泛應(yīng)用于各個生產(chǎn)行業(yè)，特別是在鍋爐、壓力容器、石油石化工程等領(lǐng)域廣泛運用，本文主要針對冰箱、汽車空調(diào)冷凝器等家用電器中直徑較小的管進行彎曲加工的設(shè)計闡述，這些設(shè)備中的彎管都是反復(fù)的U型結(jié)構(gòu)，采用彎管的方式為滾彎式彎管。彎管機的總體結(jié)構(gòu)可以分為送料、送料夾緊、彎曲夾緊、動模夾緊及其彎曲結(jié)構(gòu)五個部分；彎曲夾緊、彎曲動模夾緊以及彎管的運動考慮采用液壓缸液壓傳動來實現(xiàn)，彎管的送料傳動、翻轉(zhuǎn)采用步進電機傳動方式，步進電機驅(qū)動選取了SJ

2、-3H090M 驅(qū)動器，對管件進行受力分析之后，選擇出合適的擺動液壓缸，彎管過程再利用擺動液壓缸帶動彎曲臂轉(zhuǎn)動180度，讓其達到彎管的目的。 由于本次多處用到了液壓裝置，所以液壓缸的計算及其選型尤其重要，在畫出液壓彎管原理圖之后，選出恰當(dāng)?shù)腜LC裝置型號，利用PLC對液壓的工作進行控制，讓整個過程實現(xiàn)全自動化。為了讓示意圖更加清晰了，對于一些示意圖使用了cad2004進行繪圖，對于一些部件利用UG三位實體建模，讓整個過程更加立體化展現(xiàn)出來，對于PLC的梯形圖編寫采用了GX.Developer進行編寫。 關(guān)鍵詞：自動化、液壓彎管機、PLC液壓控制 AbstractAbstract: With t

3、he continuous development of modern science and technology, bending technology has been widely used in various manufacturing industries widely used, especially in the field of boilers, pressure vessels, petroleum and petrochemical engineering, this paper mainly for refrigerators, automobile air cond

4、itioning condenser household appliances smaller diameter tube bending design of elaborate the elbow these devices are the repeated U-type structure, the use of the elbow roller angled bend. The overall structure of the bending machine can be divided into feed, feeding clamping, bending and clamping,

5、 the movable mold clamping its curved structure of five parts; bending, clamping and bending the movable mold clamping and elbow motion consider the use of the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder drive to achieve, bend feeding drive, flip a stepping motor drive, stepper motor driver the sel

6、ected SJ-3H090M-drive, choose the right swing hydraulic cylinder, the stress analysis of pipe fittings, pipe bending process recycling swinging the hydraulic cylinder to drive the bending arm is rotated 180 degrees, and allowed to reach the purpose of the elbow.Calculation and selection of the hydra

7、ulic cylinder is particularly important due to the many uses hydraulics, to draw hydraulic pipe schematic, choose the appropriate the PLC device model, the use of PLC control hydraulic work, let The entire process is fully automated. In order to let diagram more clear for some schematic diagram draw

8、ing CAD2004 UG three solid modeling for some parts, so that the whole process more three-dimensional to show up, for PLC Ladder write using write GX.Developer.Keywords: automation, hydraulic pipe bender, PLC hydraulic control 1 緒 論1.1 引言21世紀的到來，各行各業(yè)對于各種型號彎管的需求迅速增長，特別是機械行業(yè)的增長最為突出,對于各種彎曲成型管件的數(shù)量、規(guī)格及其用材

9、等的要求都在不斷地增長，花樣也在不斷翻新，同時對于彎管精度及和表面質(zhì)量相應(yīng)也提出了更高的要求,這一切的需求也促使對于管材彎的加工工藝及加工設(shè)備進行更加深入細致的創(chuàng)新及其研究開發(fā)；歐美等機械業(yè)發(fā)達國家研制出了以計算機數(shù)控(CNC)彎管加工的設(shè)備，并還在不斷的完善中,普及率也相對國內(nèi)較高,同時也在更大的投入對于管材彎曲加工工藝的理論及實驗研究，他們在研究并投入使用中,取得良好的經(jīng)濟效益；然而，我國的管材彎曲加工設(shè)備與加工技術(shù)的研究與應(yīng)用仍就遠遠落后于世界的先進水平之后，這也帶來了不能適應(yīng)我國工業(yè)生產(chǎn)及其國防等的高速發(fā)展需求，讓我國許多企業(yè)只有花費大量資金引進國外先進的管材數(shù)控彎曲加工設(shè)備器材,這就

10、是一定程度制約了我國快速發(fā)展的步伐. 本論文在現(xiàn)有彎管技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用液壓系統(tǒng)代替機械傳動，并且利用了可編程邏輯控制器(PLC)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制運動，借PLC控制以減少現(xiàn)有彎管機中存在的一些問題，以期提高彎管的質(zhì)量和精度；這種彎管控制技術(shù)從彎管的實際出發(fā)，注重的是理論聯(lián)系實際不斷優(yōu)化，進而希望可以節(jié)省大量的成本，取得一些社會經(jīng)濟效益。1.2 設(shè)計背景現(xiàn)如今工業(yè)發(fā)達了，彎管機也運用較以前更為廣泛,無論是機器設(shè)備器材、健身器材、各式家具等很多器件中也都有運用，例如彎管大量用于輸油、輸氣及其輸液轉(zhuǎn)角處等，但是，由于各種管型品種多、數(shù)量也大、形狀復(fù)雜等多種的因素，給彎管的加工帶來了很多的加工困

11、難；針對許多小企業(yè)或者大企業(yè)中需要配管的場合不同而加工方式方法也不盡相同，如工程機械上的壓力油管，機床廠的液壓管道發(fā)動機的油管及其簡單健身器材的彎管等等，這些場合不需要功能全的大型液壓彎管機，只需簡易手動型的彎管機可能適應(yīng)；這系列彎管機采用手動夾緊，機械來彎曲，因而機器結(jié)構(gòu)簡單，控制元件少，因此價格上比較容易被用戶接受；然而很多加工需要批量生產(chǎn)的加工器材就需要數(shù)控加工彎管零件了,使用數(shù)控彎管機才能夠保證效率高、精度高、成本低，讓企業(yè)更好更快的快速發(fā)展。1.3 本設(shè)計研究意義此設(shè)計是針對小型管件這方面的用途，參考數(shù)控彎管機設(shè)計的小型自動彎管機；是一種占地面積小,使用起來方便有效的自動彎管機 ，它

12、能彎曲不同口徑或不同材料的彎管；自動彎管機由步進電機、PLC控制部分、限位開關(guān)、加緊裝置、彎曲裝置等組成；它能夠?qū)崿F(xiàn)進料、彎曲、旋轉(zhuǎn)等功能，設(shè)備參數(shù)主要有彎曲半徑、彎曲長度、工作油壓等。1.4 國內(nèi)彎管機的發(fā)展歷程及趨勢建國之初，我國主要是依靠模仿外國的機器進而來制造彎管機，但是產(chǎn)品的精度一直遠遠達不到要求；并且功能較少，自動化程度也相對較低；一些精密的機械上需要的彎管還要靠進口的彎管機來生產(chǎn)。自2001中國加入世貿(mào)組織后，國家和政府越來越重視彎管機行業(yè)的發(fā)展；不斷要求國內(nèi)的彎管機行業(yè)要力爭趕超國外的先進技術(shù)水平，要求強化“自主創(chuàng)新，精細制造”的理念，加快自主創(chuàng)新步伐得步伐，改變國內(nèi)彎管機產(chǎn)品

13、落后于國外的不足；不能總是跟在別人后面仿造，要求強化精細化制造，提高產(chǎn)品的制造工藝水平及其質(zhì)量；包括各種功能部件及相關(guān)配套件，就是這兩件是提高技術(shù)的根本保證。這樣才有利于中國制造的彎管機盡快進入國際市場，增加國際競爭力。隨著中國社會科學(xué)的不斷發(fā)展，數(shù)控彎管機類型也不斷研制出來，手動彎管機的彎曲彎管角度需要手工做調(diào)整的，并且手動送料式精確度達不到要求；工作效率也將大打折扣?，F(xiàn)代數(shù)控彎管機改變以往的狀況，它工作效率高及其精確度高等優(yōu)勢，對于管材彎曲加工要求高、批量化的市場來說非常受歡迎，目前市場較多的是數(shù)控彎管機，全自動彎管機，都采用CNC數(shù)控控制系統(tǒng)。 目前中國作為全球最大機床生產(chǎn)國、進口國和消

14、費國,早期的機床均屬國營，生產(chǎn)效率不佳，出口比例也較低， 在國內(nèi)機床行業(yè)大力改革、裁汰冗員，大量崛起“人員精簡、產(chǎn)值高”的民營企業(yè)等事件之后，情況得到了不斷好轉(zhuǎn)。同時，隨著逐步學(xué)習(xí)日本、美國的先進技術(shù)設(shè)計理念，把主要市場投向了汽車、模具、電子等高端產(chǎn)業(yè)；不斷發(fā)展的管材類機械主要有彎管機、及數(shù)控彎管機等；采用技術(shù)合作或引進外資的方式吸引日本、臺灣企業(yè)，使機床產(chǎn)業(yè)得到大幅度的發(fā)展；彎管機產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景是非常樂觀的，專家預(yù)測，在經(jīng)濟的發(fā)展、國家政策大力支持、上下游產(chǎn)業(yè)振興等背景下，機床行業(yè)的旺盛需求量仍將保持高速增長；這種增長是對高檔數(shù)控機床需求將不斷上升，對中低檔機床工具產(chǎn)品的需求則將不斷下降，所以

15、升級改造應(yīng)注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 從現(xiàn)狀來看，我國機械工業(yè)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)鏈，雖然高檔、中檔、低檔產(chǎn)品對應(yīng)著不同的市場和用戶群，但是產(chǎn)品卻存在著相同問題，即產(chǎn)品的質(zhì)量和效率不；比如機床制造業(yè)，無論是滿足高精度要求的高端機床或數(shù)控管材數(shù)控彎管機機床，還是普通、量大、面廣的中低檔機床，首先要保證機床產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性；所以，傳統(tǒng)的機械行業(yè)中，其產(chǎn)業(yè)升級改造，關(guān)鍵在于提高產(chǎn)品質(zhì)量及其效率。 最后未來彎管機應(yīng)該朝著更加智能化、標準化不斷發(fā)展。用弱電控制強電的方式來提高精度，用PLC或者單片機控制來替代傳統(tǒng)的手工目測控制機床。讓一些直徑較小的鋁管或者銅管的彎管機應(yīng)與截斷的機器合并在一起使用，使彎管機結(jié)構(gòu)更加緊湊，更容

16、易控制；雖然我國的彎管機行業(yè)技術(shù)水平和發(fā)達國家相比還有一定差距；隨著我們國家工業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展，趕上世界先進技術(shù)水平要求還是很有希望的。2 彎管機整體簡介2.1 數(shù)控彎管機的原理2.1.1數(shù)控彎管機的基本原理:數(shù)控的基本工作原理是通過合理的支點及其受力點施加彎矩；讓鋼管發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生彎曲變形，因而實現(xiàn)鋼管冷彎曲的目的；數(shù)控彎管機是用來生產(chǎn)空間多彎角度、彎管外形尺寸要求較高、相對彎曲半徑較大的空心管件，尤其是在汽車上的排氣管及其發(fā)動機上的油管彎管。 圖2.1 數(shù)控彎管機工作原理圖 彎曲旋轉(zhuǎn)裝置繞旋轉(zhuǎn)中心 O 旋轉(zhuǎn)， 它的轉(zhuǎn)動角位移為 、角速度 為 和轉(zhuǎn)動力矩為M 是主要控制對象；鉗口將管件壓

17、緊到旋轉(zhuǎn)臺上的彎曲模具中，隨著彎曲裝置旋轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動，從而可以將管件彎曲成形； 彎曲軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速；以及轉(zhuǎn)矩的控制是通過彎曲軸上蝸輪蝸桿的伺服電機來實現(xiàn)彎管的。2.1.2彎管彎曲的類型折彎過程中，需要利用機械裝置、液壓系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)等組成控制成型；目前彎管機有電動式，液壓式和數(shù)控彎管機等三大類，不論各種彎管機的有多么的復(fù)雜，控制部分如何的變化，但是其中的彎曲部分是其中最主要的工作部分，現(xiàn)如今的廠家主要生產(chǎn)的彎管機按照其彎曲原理不同彎曲部分主要可以分為以下兩種形式:見圖2.2兩者各有優(yōu)缺點：滾彎式的彎管機結(jié)構(gòu)較為簡單，彎曲過程中對管材料幾乎沒有損傷，但是對方形管材的彎曲卻沒有纏繞式的好，

18、纏繞式的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；本次設(shè)計加工的彎管是反復(fù)的U形管，即“蛇”形管如圖2.1-3所示；由前文可知滾彎式的彎管機在加工圓形管方面比纏繞式有一定的優(yōu)勢，故本文設(shè)計的彎管機彎曲原理為滾彎式。 滾彎式 纏繞式 圖2.2 彎管機兩種彎曲原理 圖2.3 “蛇”形管2.2 彎管受力分析彎管機進行管材的彎曲和板料的彎曲一樣，在純彎曲的情況下，外徑為D，壁厚為t的管坯受外力矩為 M的作用下發(fā)生彎曲時，中性層的外側(cè)管壁受到拉應(yīng)力1的作用，使管壁變薄；而中性層的內(nèi)側(cè)管壁受拉應(yīng)力1的作用，管壁變厚。而橫截面的形狀由于受合力的作用使得管坯由圓形變?yōu)榻茩E圓形，當(dāng)變形量過大時，外側(cè)管壁將會產(chǎn)生裂紋，內(nèi)側(cè)管壁也將會出現(xiàn)起皺

19、的現(xiàn)象。其中管材的變形程度的多少，由相對彎曲半徑的RD和相對厚度的tD數(shù)值的大小決定。其中當(dāng)RD及其tD的值更小時，表示變形程度越大;為了保證管件成形的質(zhì)量，必須控制變形程度在要求的許可范圍之內(nèi)，管材彎曲成形的極限不僅取決于材料的力學(xué)性能及其彎曲方法，并且還要綜合考慮管件的使用要求；管件的成形極限的要求條件主要包含了以下的幾個條件： （1） 中性層的外側(cè)拉伸變形區(qū)內(nèi)最大伸長變形不應(yīng)該超過材料塑性允許值而使彎管產(chǎn)生破裂；（2） 在中性層內(nèi)側(cè)壓縮變形區(qū)內(nèi)，受切向的壓應(yīng)力作用應(yīng)讓薄壁結(jié)構(gòu)部分不致超過失穩(wěn)而起皺；（3） 假如管件有橢圓度要求時，應(yīng)該控制彎管斷面不產(chǎn)生畸變；（4） 管件有承受內(nèi)壓力的強度

20、要求，應(yīng)該控制其壁厚減薄的成形極限由以上特點可以知道，彎管時候彎曲半徑不宜過小，根據(jù)經(jīng)驗公式，管子的最小彎曲半徑R=2D；在彎管時候夾持塊應(yīng)該加緊被加工的管子。液壓缸推動加緊塊加緊管子；夾緊力也是不宜過大的，否則管子也是會夾扁的。由于液壓缸是作用在加緊塊模具上的，而管子的表面就像一個拱橋的表面，所以夾緊力的確定應(yīng)該根據(jù)加緊塊模具地受力面積；即在加緊的情況之下，加緊塊的有效夾持長度越長越好的。2.3 彎管機整體運動思路 圖2.4彎管機整體示意 圖2.5彎管機整體三維示意圖 彎管機的總體結(jié)構(gòu)可以分為送料、送料夾緊彎曲、彎曲夾緊、動模夾緊和彎曲機構(gòu)五個部分；彎曲夾緊、彎曲動模以及彎管的運動考慮采用液

21、壓缸液壓傳動來實現(xiàn)，彎管的傳動采用電機傳動，擺動液壓缸通過齒輪傳動，讓彎曲臂轉(zhuǎn)動，而達到了彎管的目的。如此反復(fù)的加工，就加工成了蛇形管，加工完成之后，兩臺步進電機停止工作，工作人員取下蛇形管；由人工操作，尾座步進電機反轉(zhuǎn)，直至復(fù)位；由于蛇形管的彎曲的個數(shù)是一定的，所以在擺動液壓缸行程末端需要放置一個計數(shù)器來計算彎曲的次數(shù)，以達到設(shè)定的次數(shù)就自動停止，便于自動控制，此次使用了行程開關(guān)及其壓力繼電器，方便控制。3 液壓系統(tǒng)總體設(shè)計3.1 彎曲部分液壓系統(tǒng)3.1.1 管材彎曲力矩的計算 根據(jù)彎管力矩公式可知，由于彎管的時后彎管半徑越小時所需彎管力矩更大，所以管子在最小彎曲半徑時的力矩選擇為彎曲力矩，

22、而鋼管比其他材料所需的彎曲力距更大，所以選擇鋼管的彎曲力矩為彎曲力矩，此工作件采用的直徑為12mm厚為1.5mm是無縫鋼管做為彎管件，材料為10號鋼。根據(jù)彎曲公式： 為彈性應(yīng)力 為管材內(nèi)經(jīng)T 為材料壁厚 為屈服應(yīng)力 為中性層的彎曲半徑 由于管坯在彎曲過程中內(nèi)壁和外壁分別會受到擠壓和拉伸力的作用，尤其是外壁，如果彎曲半徑過小，則可能會將外壁拉破，由此彎曲半徑不宜太小。根據(jù)彎曲公式：管的最小半徑不能小于管直徑的兩倍,所以R=2.5D是最小的彎曲半徑。所以設(shè)計的定模輪半徑最小為R=2.5x12=30mm.所以本次設(shè)計選擇最小半徑30mm，計算出得彎矩為最大彎矩，計算中性層彎曲半徑為=30+12-0.

23、75=41.25mm，由此代入公式可知：=231（此處為最大彎矩） R=9mm T=1.5mm =208MPa（ 為彈性應(yīng)力）=41.25mm =333MPa（為屈服應(yīng)力）考慮到其彎管的時候可能會產(chǎn)生干涉，及其產(chǎn)品最終的彎曲半徑，所以其選擇的彎曲半徑為40mm，當(dāng)選擇為半徑為40mm的時候其設(shè)計的彎矩小于其設(shè)計的彎矩，所以此次主要彎曲的管材為直徑為12mm厚為1.5mm是無縫鋼管做為彎管件，材料為10號鋼是能夠?qū)崿F(xiàn)的。3.1.2 選擇擺動液壓缸 擺動液壓缸是彎曲部分的核心部件之一，是提供彎曲動力最主要元件；因為擺動液壓缸的擺動角度決定了管曲件彎曲的角度，因此擺動力矩決定了彎曲彎件的材料及其彎曲

24、半徑。由上面計算出來的彎矩值及其要求擺動彎度為最少180度，查液壓缸設(shè)計手冊，選擇的單葉片式擺動液壓缸的各項參數(shù)如下：葉片寬度 ， D=80mm ，d=30mm 輸出效率 ；擺動的角度為270，銘牌代號為，F(xiàn)ZS180X360HWRA；額定壓力為8 M Pa ； 因為彎曲臂在5s時間彎曲180，于是每秒鐘彎曲角度36，于是1rad/s=57.32由此可知彎曲臂角的速度 36/57.32=0.628rad/s根據(jù)彎曲臂轉(zhuǎn)速公式v =，0.628rad/s r 為彎曲臂上動輪的輪緣到旋轉(zhuǎn)中心的距離 由于動輪的具有調(diào)節(jié)作用，動輪的邊緣部分可以在距離旋轉(zhuǎn)中心3560mm的位置旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入流量不變?nèi)~片的

25、寬度不變的情況下，角速度也將是不變的；所以彎曲臂上動輪的線速度計算為：v =(35mm 60mm) x 0.628rad/s =21.98mm/s37.68mm/s角速度公式 由此計算可以計算出輸入流量q：rad/s 擺動液壓缸的驅(qū)動功率3.1.3 彎曲軸及彎曲臂設(shè)計彎曲軸是彎管機中重要的部件之一，由于彎曲力相對來說很大，彎曲軸承將會受很大的扭矩，所以軸的材料選擇合金鋼，同時將會用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度 ；軸的結(jié)構(gòu)形式及其尺寸是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等要求來確定的；彎管機的工作過程中，彎曲軸帶動彎曲臂及彎曲臂上的一些輔助機構(gòu)彎曲；通過彎曲臂上的鉗口進行

26、夾緊工件，鉗口由液壓缸來實現(xiàn)夾緊；彎曲臂的外形尺寸是根據(jù)彎曲臂上的夾模座及夾模座導(dǎo)軌來確定的。彎管臂末端的行程開關(guān)2SQ上將會安置計數(shù)器T0，在彎曲過程的末尾開始計數(shù)一次，等彎曲臂開始復(fù)位后，始端的行程開關(guān)1SQ將會觸動微動開關(guān)讓夾緊缸的控制電磁閥斷電，夾緊缸松開，彎曲模夾緊缸也松開，并將信號發(fā)送到PLC，PLC將控制螺母總成上的電機及其尾座電機動作，尾座電機將會進行直線進給，而螺母電機開始轉(zhuǎn)動180；完成后，將會自動進行開始下一個彎管過程，末端也安裝了計數(shù)器，在第一次彎曲后就開始計數(shù)，以后彎曲一次計數(shù)一次，并同時把計數(shù)信號發(fā)送PLC，使PLC計數(shù)器逐步遞減，當(dāng)最后一次彎曲過程結(jié)束之后，彎曲臂

27、開始復(fù)位，彎管機自動停止；圖3.1-2 彎管過程簡圖。 圖3.1彎管過程簡圖3.1.4 定輪模和動模設(shè)計定輪模和動模是彎曲部分的“執(zhí)行機構(gòu)” ；動模受到了擺動液壓缸的驅(qū)動動力之后，兩者的相對運動進行彎曲加工：定輪模是不動的，但是它的凹槽的深度及其圓角被加工的管子的直徑大小所決定，而動輪的輪緣緊靠動輪模的輪緣，兩者中間的空隙是夾著被加工管子；當(dāng)動模受到來自液壓缸傳給的力矩時，動模也將會圍繞定輪模產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)行走的軌跡就是一條圓弧，圓心角就直接反映了彎管彎曲時彎管的角度大??；定輪模和動模如圖3.1-3所示； 圖 3.2 定模和動模圖3.2 夾緊缸工作壓力液壓缸是液壓系統(tǒng)中最常用的執(zhí)行元件，所以設(shè)

28、計的彎管機有三個部分需要用到這種液壓缸；其類型按照機械設(shè)計手冊新版第四卷表23.6-39選擇雙作用單活塞不可調(diào)緩沖式液壓缸。這種液壓缸類型的特點是：活塞可以雙向運動產(chǎn)生推、拉力，活塞行程終了時減速制動，減速值不變。本次設(shè)運動部件選擇自重Fg=200N（根據(jù)所涉及的物件大致估算可得）；工作臺快進速度為、快退速度相同為v1=0.2m/s；工作進給速度為0.1m/s；快進的行程為L1=100mm；工作行程長度為L2=120mm；導(dǎo)軌選擇了平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)為fs=0.2，動摩擦系數(shù)選擇為fd=0.1，往復(fù)運動的加速、減速時間為t=0.2s；該系統(tǒng)采用液壓與電氣配合，實現(xiàn)自動工作循環(huán)控制繪制動力滑臺

29、的工作循環(huán)圖，如圖所示。 圖3.3 工作循環(huán)圖 3.3 夾緊液壓缸的分析計算及選型3.3.1 液壓缸工作負載的計算（一）由已知初選可得到 （二）平導(dǎo)軌摩擦阻力計算：靜摩擦阻力 2000.2=40N 動摩擦阻力2000.1=20N（三）慣性阻力動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，即v=0.1m/s，t=0.2s，故慣性阻力為： 10N 根據(jù)以上的計算，=0.9(一般取0.90.95）可得到液壓缸各階段的各各動作負載，見表3.1所示。表3.1液壓缸各階段工作負載計算工況液壓缸外載荷/N液壓缸載荷力F/N起動=4044.4加速+=3033.3快進=2022.2工進F=

30、+=520577.8反向起動F =4044.4加速F = +=3033.2快退F =2022.2制動F =1011.13.3.2 計算缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑 根據(jù)荷載選擇工作壓力表選擇 液壓缸的工作壓力為p1=0.8M Pa。載荷/kN55-1010-2020-3030-5050工作壓力/MPa0.8-21.5-22.5-33-44-55 令桿徑比=d/D,其比值可按照機械設(shè)計手冊23.4-5表中的下表選取，工作壓力/MPa 5.0 5.07.0 7.0d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 按工作壓力選取d/D 2/11.151.251.331.461.612d/D 0.30.40

31、.50.550.620.71 按速比要求確定d/D 注：1無桿腔進油時活塞運動速度； 2有桿腔進油時活塞運動速度。從上面的表中我們選擇值為0.5進行計算。最后算出D的值為30.19mm，圓整取標準直徑D=30mm，為了使往返的速度相同 本次選擇d=0.71D，即d=0.7130=21.3mm，圓整d=22mm活塞桿的桿體由兩種：實心桿和空心桿；該液壓缸的活塞桿直徑較小所以應(yīng)采用實心桿液壓缸實際有效面積計算無桿腔面積 706.9 有桿腔面積=326.7 3.3.3 計算液壓缸在工作中各個階段實際值工況負載F/N回油腔壓力p2 (p2)/ (105 Pa)進油腔壓力p1/(105 Pa)輸入流量q

32、/輸入功率P/w計算公式快進啟動44.41.2_p1=(F+p2A2)/(A1 -A2)q=(A1 -A2)v1P=p1 q加速33.32.6_快速22.22.317.5工進577.89.691.8p1=(F+p2 A2)/ A1q= A1v2P= p1q快退啟動44.41.2_p1=(F+p2 A1)/ A1q= A2v2P=p1q加速33.22.4_快退22.22.37.6制動11.12.1_ 液壓缸各工況所需壓力、流量和功率3.3.4 夾緊液壓缸的選擇 通過上面的計算可以知道其D=30mm，d=22mm，A1=706.9,A2=326.7 ,可以對應(yīng)著下面表格選擇出合適的液壓缸。 圖3.

33、4 液壓缸面積、力、流量參考 通過上圖可以選擇出活塞的直徑為32mm，活塞桿的直徑為22mm，面積比為1.90，活塞A1的值為8.04，A2的面積為3.8，其中在160bar時推力為13.8kN，差動時為6.08kN，拉力為6.76kN，由推力可知大于夾緊所需的力，所以滿足工作條件。從設(shè)計安裝需要選擇所需要的行程長度，通過經(jīng)驗值及其實際安裝需要選擇彎曲夾緊缸的行程長度為120mm，彎曲模的夾緊缸為100mm，電機部分夾緊缸行程為80mm。根據(jù)安裝需要夾緊缸的安裝方式選擇后頭部矩形法蘭式裝配，彎曲模夾緊缸選擇耳軸裝配方式，電機部分夾緊缸選擇后部矩形法蘭式裝配。 所以選擇夾緊缸的型號為CDM1MF

34、1/32/22/120A10/BLKM,彎曲模夾緊缸的型號為CDM1MP532/22/100A10/BLKM，電機的夾緊缸的信號為DM1MF2/32/22/80A10/BLKM。型號選取的參考依據(jù)見下圖 圖3.5 型號類型選取說明3.4 選擇液壓泵3.4.1 液壓泵的工作壓力、流量計算（1） 根據(jù)公式確定液壓泵的最大工作壓力 已確定液壓缸的最大工作壓力為8MPa取值為0.5MPa（在管路簡單、流速不大的取0.2-0.5.當(dāng)管路復(fù)雜，進口有調(diào)速閥的取0.5-1.5），所以最后液壓泵最大工作壓力為8.5MPa。（2） 計算液壓泵的流量由工況圖可知，進入液壓缸的最大流量在快進時，而液壓缸的其值為 4

35、.56L/min ，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)k=1.2（1.1-1.3），則液壓泵最大流量計算為qp=1.24.56 L/min=5.47 L/min 3.4.2 油泵的選擇根據(jù)以上的計算數(shù)據(jù)，查閱相關(guān)產(chǎn)品目錄，選用相近規(guī)格型號為CB-C10型齒輪泵；其驅(qū)動功率為：P=式中 液壓泵的最大工作壓力（Pa）， 液壓泵的流量（）， 液壓泵的總效率，此處選擇為0.65（0.60.7） ，/ =0.775kw 綜上述計算，有上述計算，可選額定功率為1.1kW的Y801-4型號標準型號的電動機3.4.3 管道尺寸的確定夾緊液壓缸，其實際流量q約為；擺動液壓缸，其實際流量q為主壓力油管根據(jù)公式計算：d= 當(dāng)液壓泵吸

36、油時v取值為1算出d=9.8mm ； 圓整后取d=10mm當(dāng)液壓缸為擺動液壓缸時，算出d= 3.9mm；圓整后為d=4mm 3.5 確定油箱容積 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等的作用。油箱中安裝了有很多輔件，其中有冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等； 油箱又可分為開式油箱和閉式油箱二種。其中開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器；開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力的油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，其中充氣壓力可達0.05MPa。 如果按油箱的形狀來劃分，還可分為矩形油箱及其圓罐形油箱。矩形油箱制造

37、容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度很高，重量輕，易于清掃，但是制造較難，占地空間也較大，用在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。按經(jīng)驗公式V=a式中 液壓每分鐘排除液壓油的容積（） a經(jīng)驗系數(shù)（24),本次選擇3所以選取油箱容積為: 3.6 液壓缸各部分結(jié)構(gòu)形式的擬定3.6.1 缸筒與端蓋聯(lián)接方式的確定本設(shè)計所研究的彎管機由于是輕負載型機械，而且由于彎曲夾緊機構(gòu)以及動模的運動的影響，該液壓缸的外形適于采用小型的液壓缸；初步選定液壓缸缸筒與端蓋的聯(lián)接方式為焊接型液壓缸；由于該液壓缸的外徑和內(nèi)徑較小，承受的工作壓力也小，缸筒與兩端蓋的聯(lián)接方式則采用螺紋聯(lián)接的方式；這種方式易于拆卸維修。

38、3.6.2 活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 因為活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)運動，因此它與缸筒間的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大；配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設(shè)計性能?；钊c缸體的密封結(jié)構(gòu)： 活塞的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)密封裝置來選定；用的活塞結(jié)構(gòu)形式有整體式活塞和組合式活塞。整體活塞在圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但是加工比較困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲；組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封形式?jīng)Q定；組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長；隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量使用

39、，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)大量使用，大大降低了活塞的加工成本。綜合考慮活塞的選用條件，該小型液壓缸可以采用整體式活塞；因為該液壓缸工作環(huán)境為低壓、行程較短且液壓缸的尺寸小；活塞與液壓缸缸筒內(nèi)徑的配合采用小間隙配合。3.6.3 活塞與活塞桿的聯(lián)接以及活塞的密封 活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié)可以采用多種聯(lián)結(jié)方式，如：整體結(jié)構(gòu)、螺紋聯(lián)結(jié)、半環(huán)聯(lián)結(jié)等。在我們設(shè)計的定位油缸中選擇半環(huán)聯(lián)結(jié)，半環(huán)型拆裝方便，在低速時使用廣泛；本設(shè)計活塞與活塞桿聯(lián)接方式采用半環(huán)型。由于該液壓缸工作壓力低，推力小活塞的密封以及缸筒與端蓋的密封采用簡單的O型密封即可滿足要求。3.6.4 導(dǎo)向套的選擇導(dǎo)向套安裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿

40、進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封；外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵以及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置；活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵：對于活塞桿的導(dǎo)向，按照裝置的整體設(shè)計方案及機械設(shè)計手冊，我們選擇普通導(dǎo)向套，這種普通的導(dǎo)向套，可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)；材料選擇鑄造青銅ZQSn10-1,導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合選擇H8/f9?；钊麠U的密封結(jié)構(gòu)采用軸用YJ型密封圈，防塵機構(gòu)采用防塵圈,防塵圈與活塞桿采用H9/f9配合。3.6.5 液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置是為了防止或減小液壓缸活塞在運動到兩個端點時因慣性力造成的沖撞；通常是通過節(jié)流作用，使液壓缸運動到端

41、點附近時形成足夠的內(nèi)壓，降低液壓缸的運動速度，以減小沖擊。對此我們采用變節(jié)流面積中的三角形結(jié)構(gòu)4 電機選擇及部件設(shè)計4.1 電機的分析選型 進料部分由兩臺步進電機完成順序運動，一臺安裝在絲杠上面的螺母總成上，另一臺安裝在尾座之上；螺母步進電機作用是在彎管部分完成第一次彎管再復(fù)位后帶動管子旋轉(zhuǎn)180；步進電機的旋轉(zhuǎn)是在尾座步進電機帶動絲杠停止旋轉(zhuǎn)時進行的，PLC將指令按順序發(fā)給尾座電機及其螺母的電機上，二者先后動作，將會完成順序運動，整個進給過程將會完成。 設(shè)計主要技術(shù)要求如下：臺面尺寸 長寬400mm250mm；工作臺行程為600mm；脈沖當(dāng)量0.01 mm；最高工作進給速度為300 mm /

42、min；最高空載進給速度為700 mm /min；負載為：50N（力不用計算）；工件最大重量（包括夾頭）為：10KG；工作壽命為每天8小時，連續(xù)工作5年，250天/年，進給機械系統(tǒng)均采用滾動（珠）絲杠副和滾動（珠）導(dǎo)軌副。1脈沖當(dāng)量的選擇 假設(shè)其定位精度為，根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量： 2.工作臺外形尺寸及重量估算：根據(jù)加工范圍確定工作臺尺寸X=260mm, Y=220mm鋼：7.8克/ cm3拖板尺寸(長寬高)：26022020托盤重量：（260220207.8）N90N管材重量：體積*密度3.14（144-81）7.82N夾具及上電機工作重量: 約150N所以其絲杠上面的總重量為90+1

43、50+2=242N3.計算絲杠牽引力初步估算此次所受的切削力50N,初步選用的滾珠絲杠型號：T40*2-8 公稱直徑：40mm 螺距：2mm 精度等級：8jj 絲杠有效行程：700mm絲杠牽引力 式中 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取0.05；4.步進電機的選用 初選電機型號是根據(jù)在最大工作負載狀態(tài)下電機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩，在最大工作負載狀態(tài)下電機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩包括三部：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩;一部分是移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩;還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對于和很小，可以忽略不計根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，得:=2.83J 轉(zhuǎn)動

44、慣量（）； Ph絲杠的導(dǎo)程（cm）；Mi工作臺質(zhì)量（）；步進電機轉(zhuǎn)矩計算：機床在不同的工況下，所需要轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算：空載啟動轉(zhuǎn)矩在快速空載啟動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下：設(shè)啟動時間為60S（一般為30s到60s）：=2.83 =1.26N.cm折算到電機軸上的摩擦力矩： F摩導(dǎo)軌的摩擦力，單位為N; Ph滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為m； 傳動鏈總效率，一般取0.70.85；附加摩擦轉(zhuǎn)矩= FYJ滾珠絲杠預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷Fm的三分之一，單位N；為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率?。凰?=1.53N.cm 公式中的Ff為進給方向的最大工作荷載，單位為N;所以 =

45、1.65N.cm所以經(jīng)過上面計算可知道電機軸上的最大等效負載為1.65N.cm 考慮到步進電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此需要考慮安全系數(shù)，取安全系數(shù)K=2.5（一般應(yīng)在2.5-4），則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足 圖 4.1 步進電機型號從表中初選擇24螺母步進電機86BYG350AHAKSL-0201 25尾座步進電機86BYG350BHAKSL-0201 圖 4.2 步進電機型號說明6.步進電機的性能校核（1）最快工作進給速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 由最快工作進給速度和脈沖當(dāng)量（mm/脈沖），可計算出電機對應(yīng)的運行頻率為：

46、最后圖4-3矩頻特性曲線圖，輸出轉(zhuǎn)矩為3.8N.m大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足條件（2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 由最快空載移動速度V max（mm/min)和脈沖當(dāng)量（mm/脈沖），算出電機對應(yīng)的運行頻率，再從圖4.3矩頻特性曲線找出所對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩HZ對應(yīng)圖4.3選出為2.3N.m大于，滿足條件（3） 最快空載移動時電機運行頻率校核 由最快空載移動速度V max（mm/min)和脈沖當(dāng)量（mm/脈沖），算出電機對應(yīng)的運行頻率；滿足條件。 圖 4.3 步進電機矩頻特性曲線4.2 步進電機驅(qū)動器選擇對于步進電機驅(qū)動器最終選擇SJ-3H090M 驅(qū)動器驅(qū)動三相混合式步進電機 圖4.4 三項

47、混合式驅(qū)動表 圖4.5 三項混合式驅(qū)動器細分設(shè)置圖SJ-3H090M混合式步進電機驅(qū)動器，具有以下特點： 1采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全數(shù)字式電流環(huán)控制，三相正弦電流驅(qū)動輸出，使三相混合式電機低速無爬行，無共振區(qū)，噪音小。 2驅(qū)動器功放級的電壓達到DC80伏，步進電機高速運轉(zhuǎn)仍然有高轉(zhuǎn)矩輸出。 3具備短路、過壓、欠壓、過熱等完善保護功能，可靠性高。 4具有細分、半流和掉電相位記憶功能。 5具有多種細分選擇，可控制電機在任意細分狀態(tài)下精確定位，最小步距角可設(shè)為0.036（10000步/轉(zhuǎn)）。適用面廣，通過設(shè)置不同相電流可配置各種電機。 圖4.5 接口信號原理圖接口信號說明： CP+

48、/-（脈沖信號）：每個脈沖上升沿使電機轉(zhuǎn)動一步。最小脈寬2.5S，最高接收脈沖頻率200KHZ。 DIR+/-（方向信號）：若“DIR”為低電平，電機順時針旋轉(zhuǎn)；“DIR”為高電平，電機逆時針旋轉(zhuǎn)。方向信號切換時間0s。改變電機旋轉(zhuǎn)方向可通過互換電機任意兩相接線。 EN+/-（使能信號）： ALARM（報警）：正常工作時繼電器觸點打開，當(dāng)驅(qū)動器有故障時觸點閉合。該信號可用于通知系統(tǒng)驅(qū)動器報警。 圖4.6 電機驅(qū)動接線圖 對PLC控制部分的要求是，PLC得電之后控制尾座電機旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的周數(shù)為= ，當(dāng)彎管過程結(jié)束后再控制電機旋轉(zhuǎn)相同的周數(shù)停下，與此同時PLC再控制螺母上的步進電機旋轉(zhuǎn)180，第二次

49、彎管結(jié)束后，PLC同時也將控制尾座步進電機和螺母上的步進電機分別進行直線進給及其旋轉(zhuǎn)進給，直至彎管之后結(jié)束，將會完成一次加工。 4.3 電機安裝尾座設(shè)計尾座部分主要由尾座步進電機、絲杠、機架、固定裝置等組成，尾座的作用是支撐絲杠及其步進電機，并且將步進電機上絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為螺母的直線運動；尾座安裝的牢固與否，也將會直接影響傳動的精度。于是，其尾座緊固螺釘要按規(guī)定的扭矩擰緊才行：下圖為尾座電機固定支座示意圖。圖4.7 尾座電機示意圖 絲杠和螺母總成配合的運動形成對被加工管子的進給；一臺步進電機安裝在尾座上，電機的輸出則為軸通套筒和絲杠相連接，絲杠采用梯形螺紋，絲杠的螺距（2mm）和絲杠有效行

50、程（700mm）已經(jīng)選定；絲杠上面裝有螺母總成，螺母總成上面則裝有另一臺步進電機，而螺母及其步進電機一方面被套在絲杠上，另一方面被螺母下面的軌道支撐著；當(dāng)尾座步進電機轉(zhuǎn)動時，輸出軸通過軸套帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠的旋轉(zhuǎn)使螺母做直線運動，螺母上面的步進電機相對于絲杠做直線運動，絲杠轉(zhuǎn)動一定周數(shù)后停下，完成直線進給；尾座步進電機，需要在計數(shù)器完成最后一次計數(shù)后反向旋轉(zhuǎn)直至復(fù)位。如圖4.3-1所示為螺母總成；圖4.3-2所示 螺母軌道。選擇的絲桿：絲杠型號：T40*2-8 公稱直徑：40mm 螺距：2mm 精度等級：8jj 絲杠有效行程：700mm 圖4.8 螺母總成 圖4.9 螺母軌道 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1 液壓原理圖 圖5.1液壓彎管機液壓原理圖1-過濾器；2-液壓泵；3-泵電機；4-卸荷閥；5-溢流閥；6-壓力表；7-減壓閥；8-節(jié)流閥；9、10、11、12-三位四通電磁換向閥；14