畢業(yè)設(shè)計鋼筋彎曲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：數(shù)控彎曲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 院 （系）： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2014年 6月數(shù)控彎曲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要鋼筋彎曲機是建筑工地必不可少的機械，能有效的提高生產(chǎn)效率，減少工人勞動強度，提高鋼筋彎曲精度。本文所設(shè)計的鋼筋彎曲機適用于彎曲4-12毫米的鋼筋。相比于市場上常用的其他鋼筋彎曲機，本機可彎曲建筑用鋼中的長鋼筋，解決了目前大多數(shù)彎曲機不能裝夾、送料、彎曲連續(xù)作業(yè)的問題。本機先通過矯直機構(gòu)對盤狀鋼筋進行矯直，再通過彎曲裝置對鋼筋進行彎曲，滿足彎曲要求之后，切斷裝置進行切斷，最后卸料裝置進行卸料。鋼筋的彎曲角

2、度由PLC通過控制步進電機來實現(xiàn)，能實現(xiàn)彎曲角度的自動化本文對V帶輪、軸和一些關(guān)鍵零部件進行了設(shè)計計算，并對軸、鍵和帶等關(guān)鍵部件進行了力學(xué)分析計算和強度校核，表明該鋼筋彎曲機完全符合設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：鋼筋彎曲機；鋼筋矯直機構(gòu)；鋼筋卸料機構(gòu)；自動化A Structure Design of Numerical Control Bending MachineAbstractRebar bending machine is essential for construction machinery, can effectively improve the production efficiency,

3、 reduce the workers labor intensity and improve the bending precision.Thisarticle rebar bending machine is suitable for the design of bending 4-12 mm reinforcement.Compared with the practical application of all kinds of steel bar bending machine, this machine has one big characteristic wicth is able

4、 to bend steel of long bar,and solve the problem that most bending machine can't make clamping, feeding and bending a continuous operation.First through straightening device for wire rod steel bar straightening and then bending device for steel bar bending ,and steel cutting device cut it to mee

5、t a certain length,at last,steel unloading device unload steel bar bent. The angle is realized by PLC wicth controlling the step motor , automatically.In this paper, the V belt wheel, shaft and some key parts are designed and calculated, and the shaft, key and key components such as the mechanics an

6、alysis and calculation and strength check, show that the rebar bending machine fully meet the design requirements.Keywords: Rebar bending machine, Rebar straightening mechanism , Rebar unloading mechanism , Automation目錄中文摘要1英文摘要21 緒論11.1 綜述11.2 折彎機的發(fā)展和研究情況11.2.1 折彎機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.3 課題背景31.4 研究設(shè)計內(nèi)容31.5 研

7、究設(shè)計路線32 方案的確定42.1鋼筋彎曲機的組成42.2 鋼筋的送料機構(gòu)42.3鋼筋的矯直機構(gòu)42.3.1 矯直機的工作原理52.3.2 矯直機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意52.4鋼筋彎曲機工作原理6 2.4.1鋼筋彎曲的角度控制.72.5鋼筋切斷機構(gòu)8鋼筋切斷原理82.6鋼筋彎曲機整體布局93 電動機的選擇103.1 矯直部分電機的選擇11鋼筋受力情況分析113.1.2 矯直電機的確定123.2 送料部分電機的選擇133.3 鋼筋彎曲部分電機的選擇13鋼筋彎曲受力情況與計算有關(guān)的幾何尺寸13彎曲12鋼筋所需彎矩133.3.3彎曲電動機的選擇153.4切斷電機的選擇16切斷鋼筋時受力分析163.4.2 功率

8、計算163.4.3切斷電機的選擇174 確定傳動比和參數(shù)184.1傳動比的分配18矯直部分傳動比的分配18切斷部分傳動比的分配195 V帶傳動的設(shè)計206 軸的設(shè)計校核226.1 軸的設(shè)計22參數(shù)確定22求作用在帶輪上的力22初步確定軸的最小直徑22軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計236.2 軸的校核236.2.1 按當(dāng)量彎矩法校核236.2.2 軸的剛度計算267 彎曲電機軸上鍵的校核277.1 平鍵的選擇277.2驗算鍵的擠壓強度278 滑塊的設(shè)計298.1滑塊設(shè)計需要考慮的因素298.2 滑塊設(shè)計309 支撐箱體的設(shè)計309.1箱體設(shè)計需要考慮的因素309.2 箱體設(shè)計圖3010 總結(jié)31致謝32參考文獻3

9、3畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明34畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明35需要論文全本以及CAD圖紙、零件三維圖、翻譯、文獻，請加QQ757032980（圖紙折合3張A0有余）1 緒論1.1 綜述 建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，建筑用鋼材是建筑工程用基礎(chǔ)材料之一，對建筑業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。我國土木工程、房屋建筑都是以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)形式。據(jù)估計，全國每年用于混凝土結(jié)構(gòu)的配筋，包括預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋，總重量超過了5000萬噸。鋼筋是混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵材料，其強度等級直接影響建筑工程質(zhì)量和安全。我國正大力發(fā)展城市化建設(shè),各種土木工程及高樓的建設(shè)耗費了大量的鋼筋，其中對鋼筋的彎箍

10、加工的效率和質(zhì)量是最棘手的問題之一。鋼箍使用量非常大,且形狀和尺寸的要求也比較多，尺寸精度要求高，加工起來費時費力。鋼筋加工過程中，加工成型被認為是最耗時間的部分。若無法及時地完成鋼筋加工，那么一切建筑工程無法進行。在傳統(tǒng)的手工加工過程中，大把時間花費在更換各種型號、各種直徑鋼筋上，這種加工方式不僅浪費大量的人力、物力，而且還成為鋼筋加工工業(yè)中的瓶頸，極大地降低了鋼筋制品的生產(chǎn)效率。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對于鋼筋的需求增大，對于鋼筋的形狀的要求增多。不過，鋼筋彎曲機的出現(xiàn)解決了這個問題。鋼筋彎曲機能將鋼筋加工成各種滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的形狀。如今自從鋼筋彎曲機出現(xiàn)后，其發(fā)展非常迅猛。從最初的小型液

11、壓式半自動、機械式半自動彎曲機到目前的大型多軸全自動數(shù)控彎曲機。就建筑業(yè)普遍采用的數(shù)控型半自動彎曲機來說，該彎曲機有如下特點：首先，機電一體化程度較高，加工效率相對較高。其次，維護管理比較簡單。再次，由于采用微機控制，針對不同直徑鋼筋的彎曲方式的切換及加工角度改變一可由軟件實現(xiàn)，自動化程度得了很大的提高。不過，其缺點也很明顯：首先，上料仍然采用人工方式，卸料同樣由工人完成。這導(dǎo)致了整個加工過程仍然費時間。這就需要自動化程度更高的彎曲機，但是成本相對較高。1.2 彎曲機的研究和發(fā)展情況1.2.1 彎曲機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 數(shù)控彎曲機在國外相當(dāng)普遍，例如瑞典Pulhnax公司的Ursviken分部年

12、產(chǎn)約200臺彎曲機，其中九成以上帶有數(shù)控系統(tǒng)。該公司開發(fā)的一種彎曲機具有伺服控制系統(tǒng);“雙工作基準(zhǔn)面”可以補償折彎過程中機身的形變，重復(fù)精度高達0.01mm;高性能的多軸控制可使彎曲機實現(xiàn)有效控制;懸浮結(jié)構(gòu)和液壓模具夾緊裝置可實現(xiàn)模具的自動快速切換，并裝有板料測厚裝置，可以檢查折彎工件的厚度變化是否在折彎工藝的允許范圍之內(nèi)。 Amada公司從60年代中期引進了法國Promecam公司的下動式彎曲機生產(chǎn)技術(shù)以來，一直致力于下動式彎曲機的生產(chǎn)和改進，在80年代中期開發(fā)了FINE&BENDER系列精密下動式彎曲機。該彎曲機采用平行加壓技術(shù)，在不同外載荷和不同折彎長度時能使上橫梁和下滑塊產(chǎn)生相

13、同的均勻變形，并采用2組或者3組滾輪用于導(dǎo)向，提高了抗偏載的能力。 LVD公司是國外規(guī)模最大的彎曲機制造商之一。旗下MMC8500和MNC9000數(shù)控系統(tǒng)采用了CAD/CAM技術(shù)，開發(fā)了一套專用三維軟件，使對鋼筋的折彎加工完全實現(xiàn)了自動化。將待彎曲工件參數(shù)輸入系統(tǒng)后，系統(tǒng)便能自動計算出折彎工序所需的所有數(shù)據(jù)，確定專門的控制程序，發(fā)送指令操縱計算機系統(tǒng)實施折彎加工。Hammerle公司于70年代中期研制了一種結(jié)構(gòu)獨特的三點式彎曲機，在彎曲工藝和機體結(jié)構(gòu)上都有不少的創(chuàng)新和突破。如今，該公司所生產(chǎn)的彎曲機除了仍然具有三點式彎曲模具、滑塊液壓墊等特色機構(gòu)之外，兩個油缸各自采用比例閥和光柵尺構(gòu)成了閉環(huán)控

14、制系統(tǒng)，實現(xiàn)對滑塊速度、壓力、位置的精確控制，同步精度達到0.005mm。FASTI公司研制的904-125130型彎曲機，其折彎力為1230kN，工作臺長度為3050mm。兩個油缸分別用比例閥和光柵尺構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對滑塊速度、壓力、位置和同步的精確控制。小松產(chǎn)機株式會社出品的的PHS系列彎曲機折彎力為500kN至2000kN。該彎曲機工作臺最大長度為4000mm，共有13種規(guī)格。此系列彎曲機采用伸長抵消機構(gòu)，依靠其獨特的構(gòu)造抵消負荷及油溫的變化而引起的機架開口變形量，使深度位置保持一定。因配有角度控制器，可簡單的調(diào)整全長角度。配有3D CAD/CAM系統(tǒng)，可自動計算彎曲工序并可在屏幕

15、上同時顯示8道工序的折彎形狀。村田公司研制的的HPB - 8525A型彎曲機，折彎力為850kN，工作臺長度為2500mm。該型號彎曲機采用傳統(tǒng)的扭軸實現(xiàn)滑塊同步，傳動裝置渦輪蝸桿裝在油缸的下蓋中，轉(zhuǎn)動螺母套，螺桿套會上下移動，用來控制活塞的下死點位置。說到國內(nèi)彎曲機的發(fā)展情況，總體而言，我國的鋼筋加工機械的技術(shù)水平總體上相比國外比較落后，所能加工的鋼筋等產(chǎn)品，品種規(guī)格少、結(jié)構(gòu)形式相對傳統(tǒng)、自動化程度和制造精度較低，國際競爭能力弱。由于傳統(tǒng)的彎曲加工方法達不到加工精度和通用型的要求，基于繞彎工藝的彎曲機逐漸成為了最通用的鋼筋彎曲加工解決方案。我國鋼筋彎曲機的發(fā)展從70年代開始起步，初期生產(chǎn)一些

16、簡易的彎曲裝置，結(jié)構(gòu)形式為機械傳動輔以手動操作。在80年代初形成一定的規(guī)模，其中以GW-40A型鋼筋彎曲機為代表。GW-40A傳動部分采用蝸輪蝸桿，通過齒輪變速箱調(diào)節(jié)彎曲速度，彎曲機構(gòu)由機體臺面上的帶有插入孔的工作圓盤、撥叉、中柱和檔料架等組成，利用可逆轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過手動按鈕直接控制電動機的開啟來進行彎曲、停止及換向動作，彎曲角度的精度依靠操作工人的技術(shù)水平和經(jīng)驗保證，因此工人的勞動強度比較大。彎曲機可以對鋼筋進行不同彎曲角度的彎曲加工，功能性、通用性有了一定的提高，但同一種彎曲件只能加工一種彎曲角度，加工精度、自動化水平仍比較低。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)廣泛地滲透并影響著社會生產(chǎn)

17、和社會生活，并在全球形成了一場新的技術(shù)革命。數(shù)控系統(tǒng)便是計算機技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的一種典型應(yīng)用。它集計算機、微電子、機械加工和自動控制等多項技術(shù)于一體，是近年來發(fā)展十分迅速的一項高新技術(shù)。1.3 課題背景 目前，在路橋、樓宇、地鐵等建筑過程中，需大量使用具有一定幾何形狀及尺寸的鋼型材。但是目前大多數(shù)鋼型材的折彎工作仍然依靠工人手工完成。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高折彎鋼筋的加工質(zhì)量，本課題擬對數(shù)控鋼筋彎曲機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足建筑鋼型材的生產(chǎn)加工要求。課題要求在系統(tǒng)分析市場現(xiàn)有各類彎曲設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過彎曲機構(gòu)功能分析，研究數(shù)控彎曲機的工作原理，分析設(shè)計彎曲機的機械結(jié)構(gòu)，使其能夠滿足鋼

18、型材的折彎要求。通過本課題的設(shè)計，鍛煉學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識解決實際問題的能力，并培養(yǎng)其創(chuàng)新思維的能力。 1.4 研究設(shè)計內(nèi)容 本課題研究的鋼筋自動彎曲機擬采用數(shù)控驅(qū)動方式，能夠自動實現(xiàn)鋼筋的矩形、圓形折彎。設(shè)計內(nèi)容包括：折彎模具的手動調(diào)整、自動折彎工序的設(shè)計與實現(xiàn)、自動卸料裝置的設(shè)計及其輔助系統(tǒng)的設(shè)計。 技術(shù)要求：加工鋼型材的類型：級螺紋鋼、圓鋼（Q235-A）；彎曲鋼筋直徑范圍：4-12mm; 工作圓盤直徑：400mm; 驅(qū)動電機功率：7.5KW。1.5 研究設(shè)計路線調(diào)查研究完成開題報告確定總體方案鋼筋彎曲機整體方案的設(shè)計確定組成部分的具體方案動力設(shè)備選型計算各部分的動力傳動裝置設(shè)計繪制鋼筋彎曲

19、機的總裝配圖及零件圖撰寫設(shè)計論文。2方案的確定2.1鋼筋彎曲機的組成為了運輸方便，建筑用鋼筋大部分都是以盤條的形式存放，要實現(xiàn)鋼筋的彎曲，首先要對鋼筋進行矯直。本設(shè)計直接對盤條鋼筋進行送料并矯直、彎曲到既定形狀后直接切斷并下料，整個過程連續(xù)。綜上，該鋼筋彎曲機設(shè)計由四部分組成：鋼筋的送料機構(gòu)、鋼筋的矯直機構(gòu)、鋼筋的彎曲機構(gòu)、鋼筋的切斷下料機構(gòu)。2.2 鋼筋的送料機構(gòu)送料作為對盤條狀鋼筋加工最初始的工序，也是數(shù)控鋼筋彎曲機必不可少的一部分。本設(shè)計采用一組傳動輥對鋼筋進行壓緊并遞送。這組傳動輥經(jīng)皮帶輪由電動機提供轉(zhuǎn)動動力，下方的輥作為主動輪，上方的輥作為壓緊輪，壓緊力通過滑塊和壓緊螺絲調(diào)節(jié)。如圖2

20、.1圖2.1 鋼筋送料機構(gòu)2.3鋼筋的矯直機構(gòu)矯直作為鋼筋彎曲加工的前部工序，矯直機構(gòu)也是數(shù)控鋼筋彎曲機必不可少的一部分。按結(jié)構(gòu)可分為輥式矯直機、滾筒矯直機、管棒材矯直機、壓力矯直機、拉伸矯直機、拉伸彎曲矯直機等?，F(xiàn)今矯直設(shè)備品類眾多，規(guī)格也是各不相同。按工作原理可劃分為五類：第一類為旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機，使工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方式從大的等彎矩區(qū)向小的等彎矩區(qū)過渡，在走出塑性區(qū)時變直?？梢允枪ぜD(zhuǎn)，可以是矯直工具旋轉(zhuǎn)，也可以是變形方位旋轉(zhuǎn)。如生產(chǎn)中常見的斜輥矯直機、平動式矯直機。第二類稱為反復(fù)彎曲式矯直機，如輥式矯直機及壓力矯直機，依靠壓頭或輥子在同一平面內(nèi)對工件進行反復(fù)壓彎并逐漸減小

21、壓彎量，直到壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。第三類稱為拉彎矯直機，它是把彎曲與拉伸變形結(jié)合起來，使得工件全截面的拉伸變形以及兩個表層較大的拉伸變形這三者不在同一時間發(fā)生，全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不在同一時間發(fā)生。這樣既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。第四類稱為拉坯矯直裝置，它的拉力主要是為了克服外部阻力，在拉動連鑄坯下行的同時使鑄坯的弧形彎曲漸伸變直。第五類是拉伸矯直機，它依靠拉伸變形把原來長短不一的縱向纖維拉成等長度并進入塑性變形后經(jīng)卸載以及彈復(fù)而變直，如連續(xù)拉伸矯直機以及鉗式拉伸矯直機。2.3.1 矯直機的工作原理本矯直機采用塑性拉彎矯直理論。鋼筋在軋制以及平整工序中內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，

22、當(dāng)其應(yīng)力值達到一定值時，會造成形狀的瓢曲或浪形，該拉彎矯直機正利用了內(nèi)應(yīng)力的存在來改善鋼筋形狀。待矯平的鋼筋在張力輥組施加的張力的作用下，連續(xù)經(jīng)過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥的劇烈彎曲，如圖2.2。各條不均勻的縱向纖維長度在拉伸和彎曲的合作用下，沿長度方向上產(chǎn)生了不同程度的塑性延伸。拉伸彎曲矯直技術(shù)使各條縱向纖維的長度趨向于一致。圖2.2 矯直部分原理 。2.3.2 矯直機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 如圖2.3所示，該矯直機構(gòu)由鉛直矯直輥系、水平矯直輥系以及夾送輥等三部分組成。電動機通過帶輪帶動減速器減速后帶動夾送輥為鋼筋矯直提供動力。其鉛直矯直部分所用箱體結(jié)構(gòu)為如下圖2.4所示圖2.3 矯直機構(gòu)示意

23、圖2.4 矯直部分箱體結(jié)構(gòu)2.4鋼筋彎曲機工作原理鋼筋彎曲機工作原理為：電動機所提供的動力，經(jīng)過齒輪減速機構(gòu)傳遞給工作圓盤，從而帶動工作盤轉(zhuǎn)動。鋼筋的彎曲加工就在工作圓盤上實現(xiàn)。工作盤上裝有兩根軸，分為芯軸和彎曲軸，軸上通過套上不同厚度的套筒以改變兩軸之間的間距，方便彎曲不同直徑的鋼筋。當(dāng)工作盤轉(zhuǎn)動時，芯軸和彎曲軸都在轉(zhuǎn)動，由于芯軸在轉(zhuǎn)動中心上，即使圓盤轉(zhuǎn)動，芯軸位置卻并未改變。此時，彎曲軸就可以繞芯軸做圓弧運動。此時將鋼筋插入工作圓盤中的芯軸和彎曲軸之間就可以將鋼筋彎曲成型了。通過控制彎曲軸的轉(zhuǎn)動角度就可以控制鋼筋的加工角度。當(dāng)彎曲不同直徑的鋼筋時，只需將工作圓盤上的芯軸和彎曲軸的套筒更換即可。例如，當(dāng)彎曲細鋼筋時，芯軸和彎曲軸上的軸套都換成粗直徑的即可，但注意軸套的大小也要合適。當(dāng)彎曲粗直徑的鋼筋時，芯軸換成細直徑的，軸換成稍細直徑的，更換時要考慮鋼筋彎曲的角度和最小鋼筋直徑。而彎曲段的長度則由電機控制并將信號由編碼器反