自動液壓數(shù)控彎管機設(shè)計與試驗

農(nóng)業(yè)機械學報第３８卷第９期自動液壓數(shù)控彎管機設(shè)計與試驗宮文斌劉昕暉陳學海紀永飛【摘要】利用無模成型技術(shù)和液壓伺服控制技術(shù)設(shè)計了壘自動液壓數(shù)控彎管機，采用工業(yè)控制汁算機生成弧度漸變的彎管曲線，由計算機全程控制加工過程的無?；瘡澒芗庸??？朔艘揽客＞叻滦渭庸ぼ囕v骨架弧度管方法的缺點。闡述了彎管機工作原理和弧度管軌跡形成原理，對彎管截面形狀控制、控制系統(tǒng)設(shè)計和彎管回彈控制與補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)進行了研究。試驗表明，新型數(shù)控彎管機能夠滿足多種車骨架加工的技術(shù)要求，大大提高彎管效率。關(guān)鍵詞：彎管機靠模曲線數(shù)控設(shè)計試驗中圖分類號：ＴＰ２７１＋．４；ＴＧ３５５．３＋４文獻標識碼：ＡＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔ０ｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＣＮＣＰｉｐｅＢｅｎｄｅｒＧｏｎｇＷｅｎｂｉｎｌＬｉｕＸｉｎｈｕｉｌＣｈｅｎＸｕｅｈａｉ２ＪｌＹｏ“ｇｆｅｉｌ（１．以Ｚ疏Ｕｎ而Ｐ”ｉ妙２．Ｘ“２＾Ｄ“ＣｂＨｓ￡礎(chǔ)ｃｆｉＤｎⅣｎｃ＾ｚ月。掣ＧｒＤ?。剩粒颍茫粒猓螅簦颍幔悖簦裕瑁椋螅穑幔穑澹颍洌澹螅椋纾睿澹洌簦瑁澹瑁洌颍幔酰欤椋悖茫危茫穑椋穑澹裕瑁澹穑椋穑澹猓澹睿洌澹颍猓澹睿洌澹颍鳎椋簦瑁洌椋澹欤澹螅螅悖幔睿悖颍澹幔簦澹妫铮颍恚椋睿纾簦澹悖瑁睿埃保埃梗悖酰颍觯澹幔睿洌桑簦瑁幔螅瑁洌颍幔酰欤椋悖螅澹颍觯铮悖铮睿簦颍铮欤簦澹悖瑁睿铮欤铮纾椋螅悖铮睿簦颍铮欤欤澹洌猓悖铮恚穑酰簦澹颍觯幔颍椋幔簦椋铮睿幔桑穑椋穑澹猓澹睿洌椤埃纾悖幔睿裕瑁澹瑁洌颍幔酰桑椋悖茫危茫穑椋穑澹猓澹睿洌澹颍鳎铮颍耄鳎椋簦瑁铮酰簦铮睿恚铮酰欤洌幔穑簦铮簦椋悖桑簦悖铩埃瘢酰澹颍澹洌簦瑁澹铮欤洌恚澹簦琛＃洌椋睿恚幔悖瑁椋睿椤埃纾簦瑁澹穑椋穑澹铮妫猓酰螅妫铮颍恚澹颍欤裕瑁椋螅穑幔穑澹颍妫颍幔恚?，ｗｈｉｃｈｄｅｐｅｎｄｏｆｐｉｐｅｂｅｎｄｅｒｍｏｕｌｄｈａｓｅｘｐａｔｉａｔｅｄｔｈｅｗｏｒｋｉ“ｇｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｐ“ｎｃｉｐｌｅｏｆｒａｄｌａｎｐｉｐｅｔｒａｃｋ，ａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｔｒｏ兒ｉｎｇｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｐｉＰｅｓｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇｓｐｒｉ“ｇ＿ｂａｃｋｏｆｐｉｐｅｂｅｎｄｉ“ｇｅｔｃ．８ｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉ“ｇａｎｄｃ。ｍｐｅｎｓａｔｉ“ｇｏｆｔｈｅｃａｎＴｈｅｎｅｗｐｉｐｅｂｅｎｄｅｒｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉ“ｇｖａｒｉｏｕｓｂｕｓｆｒａｍｅ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｉｐｅｂｅｎｄｉｎｇｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＰｉｐｅｂｅｎｄｅｒ，Ｃｕｒｖｅ。ｆｍｏｕｌｄ，ＣＮＣ，Ｄｅｓｉｇｎ，Ｔｅｓｔ引言以往車輛駕駛室骨架及工作機構(gòu)弧管件生產(chǎn)中，一般足工人根據(jù)預先加工的靠模樣板，用簡易鍛床及手錘等工具手工完成，勞動強度大、效率低、難以形成批量；弧度管彎制精度及加工周期受其技術(shù)及經(jīng)驗影響程度大，滿足不了批量的生產(chǎn)需求。隨后，出現(xiàn)了液壓仿型彎管機“］，但其加工方式存在弊端，管材彎制曲線完全取決于模具，不能實現(xiàn)曲率的靈活變化，而且，由于模具的磨損，必須頻繁修整、更收槁日期：２００６一０８—１８官文斌吉林大學機械科學與工程學院教授．１３００２５長春市劉昕暉換模具。更為嚴重的是，由于材料回彈量具有嚴重差異，而在彎制中又不能實現(xiàn)回彈補償，很難一次彎制出合格弧管件。近年來興起的無模成型技術(shù)在曲面板材加工領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用口］。全自動液壓數(shù)控彎管機利用無模成型技術(shù)原理和液壓伺服控制技術(shù)，采用工業(yè)控制汁算機進行管件弧度設(shè)計和彎管控制，由計算機生成彎管曲線數(shù)據(jù)，控制液壓伺服系統(tǒng)進行彎管加工。完全改變了傳統(tǒng)的手工制作或仿形加工車輛骨架弧桿件的加工方式，克服、脫離了使用模具加工吉林大學機械科學與工程學院教授博士生導師陳學海徐州工程機械集團設(shè)計院工程師．２２１００６江蘇省徐州市紀永飛吉林大學機械科學與工程學院堿士生萬方數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)機械學報的弊端與限制，并且彎管曲線靈活、修改方便，尤其可以根據(jù)管材的回彈量修正彎曲弧度，大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度。全程由計贊。機控制加工過程，實現(xiàn)彎管加工的現(xiàn)代化與自動化，為“柔性”生產(chǎn)奠定了設(shè)備基礎(chǔ)。通過更換滾輪，可實現(xiàn)多種條型材料（如矩型管、圓型管、槽鋼、角鋼等）的彎制。１工作原理全自動液壓數(shù)控彎管機簡圖如圖１所示。９１０１ｌ１２１３１４１５１６１７圖１壘自動數(shù)控液壓彎管機簡圖Ｆｊｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄ１８９ｒａｍ。ｆｈｙｄｒａｕｎｃＣＮＣｐｉｐｅｂｅｎｄｅｒ１．床身２工控機３．位移傳感器４Ｙ油缸５．光電編碼器６．ｘ、Ｙ伺服閥７．液壓伺服系統(tǒng)８．ｘ油缸９．上料支架１０．動溪輪１】．定滾輪ｌｏ．靠蒗輪１３．矩形管１４．頂料支架１５．滑軌１６芯捧１７芯捧支架根據(jù)待加工的桿件設(shè)計圖形，由隨機安裝的專用軟件在“編輯”界面生成管件各個點的平面曲線數(shù)測滑軌的位置并精確控制Ｙ油缸的位移量（即動滾同時，Ｙ油缸帶動動滾輪伸出，矩形管在動滾輪、定架的不斷推進，推動矩形管在動滾輪、定滾輪和靠滾輪的作用下形成一定的弧度。Ｙ油缸位移量越大，則矩形管的弧度就越大，Ｙ油缸位移量不斷變化，則矩形管的弧度也隨之變化。２弧度管軌跡形成原理通過計算機上的靠模曲線實現(xiàn)多種曲率的弧度管輸出，但計算比較復雜而且計箅量大。若忽略回彈，程序設(shè)計中的簡化算法依據(jù)如下：圖２中ｚ代表矩形管與定滾輪接觸點到動滾輪圓心的水平距離，近似認為彎曲過程中矩形管與定滾輪的相切點不變，則這一距離是固定的，Ｊ代表Ｙ油缸的位移。由前面的分析可知，當ｙ保持一個同定的位移不變時，矩形管足夠長必然會形成一個半徑為Ｒ的網(wǎng)，如圖２所示。ＢＤ為圓的切線，敞由么ＢＡｃ一么ｃＢＤ、萬方數(shù)據(jù)ｚＨＢｃ一么Ｂ（？Ｄ可知，△ＡＢｃ∽△ＢＤｃ，則有蘭＝去，可得尺＝籌＝警㈤式（１）表明了Ｙ油缸位移和彎管半徑的對應(yīng)關(guān)系。從上面工作過程及其工作原理的分析可知，其主要部分在于動滾輪、靠滾輪和定滾輪的相對位置變化，導致矩形管輸出軌跡變化而形成所需要的樣件。圖２Ｙ油缸位移與在Ｙ油缸某一位置，彎曲半徑的對應(yīng)關(guān)系對應(yīng)著彎管半徑的最?。疲椋纾玻遥澹欤幔簦椋铮睿铮嬷?，由式（１），令ｃｙｌｉｎｄｃｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎ‘ａｎｄｐｉｐｅｒａｄｈＪｓｚ２＋ｖ２Ｏ（２）２ｙ可解得當ｙ—ｚ時，尺有最小值。設(shè)計時?。健浚常埃恚?。通過Ｍａｔｌａｂ將Ｒ一，的函數(shù)關(guān)系繪成曲線，如圖３所示。圖３Ｙ油缸位移與彎管半徑關(guān)系曲線Ｆｉｇ．３Ｃｕｒｖｅｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｐｉｐｅｒａｄｉｕｓ通過圖３可知，隨著Ｙ油缸位移由初始位置逐漸增加，所形成的彎管半徑逐漸減小。設(shè)彎管半徑Ｒ最小值所對應(yīng)的為ｙ…在ｏ～ｙ。。范圍時，彎管半徑Ｒ隨著ｙ的增大而減小，而且變化率比較大，到達某一位置（ｙ＝１３０ｍｍ）時，彎管半徑有一個最小值（１３０ｍｍ）。之后，隨著Ｙ油缸位移的增加，彎管半徑反而增加。也就是說，當Ｙ油缸位移等于動滾輪與定滾輪圓心水平距離，即ｙ—ｚ時，彎管半徑最小。實際設(shè)汁過程中使ｙ在ｏ～ｙ～范圍內(nèi)變化，對應(yīng)每一個ｙ值，可得到一個唯一的彎管半徑，并且ｙ變化很小的距離，可以得到比較大的彎管半徑變化范圍。彎管形成過程如圖４所示。在實際彎管機上也驗證ｒ上述結(jié)淪的正確陸。圖４ａ是彎制開始時的狀態(tài)，此時，動滾輪１的位移為零，弧度管沒有變形，可以