畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)-彎管機(jī)

全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)（二）全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)（二）PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANI全自動(dòng)薄壁不銹鋼管冷彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)摘 要PLC關(guān)鍵詞：薄壁不銹鋼管；回轉(zhuǎn)裝置；全自動(dòng)；冷彎全套圖紙加V信153893706或扣3346389411ABSTRACTThin-walledstainlesssteeltubeiswidelyusedinmodernindustry,andwiththeprogressofindustrialdevelopment,thequalityofstainlesssteeltubeoftheincreasinglyhighdemand,correspondingtothemosteasycauseofbendpipequalityproblemputforwardhigherrequirements.Themainfunctionoftheautomaticpipebendingmachinedesignedinthispaperistosolvetheproblemofunstablequalityofpipebending.ThedeviceisbasedonhydraulicsystemandissupplementedbyPLCcontroltechnologytoprovidesupportforthereliabilityofthebend.Thecorepenetratingmechanismandthebentpipemechanismarethekeypointsinthedesignofthewholedevice.Connectionbetweencoringmechanismincorebeadshape,beadwillaffectthebendingqualitygreatly,sotheproductionofhighstrengthmaterialcorebeads,connectingchaintypetosolvethemandreltubingbendingprocesswithpipebendingproblemstogether.Takethewayofbendingpipebendingmechanism,ispressedundertheactionofthehydrauliccylinder,thehydraulicmotordrivesthemolddiscrotatingpipe.Inordertomeettheangleofthepipeandthediameterofpipe,thepartscanbereplacedbydifferentpipes.Thebendingtubecanobviouslyimprovetheproductionefficiencyandthebendingquality,whichisobviouslysuperiortothetraditionalpipebendingmachine.Keywords:thinwallstainlesssteeltube;rotarydevice；automatic;coldbending;PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 錄摘 要IABSTRACTII1.1課題的背景 1本課題的研究?jī)?nèi)容 1目前研究的概況發(fā)展趨勢(shì) 12.2彎管方式對(duì)比 2彎管結(jié)構(gòu)分析 5校核與計(jì)算 53.7卸料機(jī)構(gòu)方案對(duì)比 7卸料結(jié)構(gòu)分析 8機(jī)架設(shè)計(jì) 84.PLC10液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 10彎管液壓系統(tǒng)組成 10液壓元件的選擇 114.2PLC控制系統(tǒng) 1316致 謝1718PAGEPAGE18緒論全自動(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60年代左右起就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小直徑管的人PLC小口徑管彎管方面自60[1-4]2.彎管機(jī)構(gòu)下面簡(jiǎn)單介紹一些常見(jiàn)的彎管方式。繞彎圖2.1繞彎示意圖1-壓塊2-芯棒3-夾持塊4-模盤(pán)5-管材2.1.2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]。熱推圖2.2芯棒式熱推彎彎管原理1-彎頭2-加熱爐3-加熱點(diǎn)4-擴(kuò)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(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。圖2.3型模式冷推彎1-壓柱2-導(dǎo)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(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2.4V1-凸模2-管材3-擺動(dòng)凹模2.1.4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]?？梢酝ㄟ^(guò)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(dòng)管材使管材彎曲的加工方法。加工時(shí)需要在芯圖2.6旋轉(zhuǎn)拉彎1-模盤(pán)2-防皺模3-管材4-芯棒5-夾緊模6-壓緊模圖2.7彎管機(jī)構(gòu)示意圖1-液壓馬達(dá)2-旋轉(zhuǎn)模盤(pán)3-管材4-壓料液壓缸5壓緊液壓缸6-壓緊旋轉(zhuǎn)支架液壓馬達(dá)軸校核受力圖如下圖2.8主軸受力圖實(shí)際工作中液壓馬達(dá)受力復(fù)雜，校核是取主要受力進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)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(diǎn)。其中扭矩T=1219N.mF=7170N則彎矩M=FL=28.68N.m取M=287N.mD=50mm扭轉(zhuǎn)脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取α=0.5。計(jì)算得σca=????=??

√??2+(????)2=??

√2870002+(0.5×1219000)2=0.1×503 53.9MPa （2.1）=σca<[σ-1]=60MPa所以安全。模盤(pán)、液壓缸緊固螺栓校核4F=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(qiáng)度理論有

=??=110Mpa（2.4）2?? 時(shí)材料出現(xiàn)屈服，結(jié)合安全系數(shù)，得出[τ ??max=25.5Mpamax ]= ??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(biāo)準(zhǔn)液壓缸有D=28mm所以τ=??= 7170?? =1.5Mpa（2.5）4?? 8×(28×10?3??)24τ<[τ]所以安全。2.2.4鍵的校核由于負(fù)載較大，普通平鍵不能承受，故選采用花鍵連接的液壓馬達(dá)進(jìn)行彎管，其中鍵的參數(shù)如下：尺寸：8×36×40×7mm動(dòng)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=0.7z—花鍵齒數(shù)：z=8l—齒工作長(zhǎng)度，取l=40mmhC=0.2mm

?????2

-2C,D為花鍵大徑，d為花鍵小徑，C為d=??d=dm—花鍵的平均尺寸，矩形花鍵，m2帶入數(shù)據(jù)有

P=

2000×1578000

=0.23Mpa0.7×8×40×1.6×38查花鍵連接取許用應(yīng)力[P]=5Mp P<[P]所以所選鍵的強(qiáng)度滿(mǎn)足求。3.卸料機(jī)構(gòu)及機(jī)架3.1 曲柄滑塊夾持機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)卸料移動(dòng)，末端連接夾持機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卸料夾持。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；缺點(diǎn)：整體結(jié)構(gòu)尺寸太大，不易與其它機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)安置。液壓缸夾持機(jī)構(gòu)液壓缸實(shí)現(xiàn)卸料來(lái)回運(yùn)動(dòng)，末端同樣使用液壓缸實(shí)現(xiàn)卸料夾持。優(yōu)點(diǎn)：可以將液壓缸與夾持端復(fù)合安放，節(jié)約空間，在使用液壓站供能情況下該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能可靠；缺點(diǎn)：需要兩個(gè)液壓缸，支撐板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)較為困難。機(jī)械手機(jī)械手是機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)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(diǎn)進(jìn)行作業(yè)，各行業(yè)應(yīng)用廣泛。優(yōu)點(diǎn)：位置精度高，通用性強(qiáng)，工藝性好，缺點(diǎn)：造價(jià)高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。圖3.1卸料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-機(jī)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(pán)8-液壓馬達(dá)9-卸料液壓缸10卸料滑槽機(jī)架設(shè)計(jì)機(jī)架設(shè)計(jì)要求有足夠剛度及剛度質(zhì)量比；優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性；不易產(chǎn)生熱變形；安全性高，便于制造安裝。工作面板彎管機(jī)工作面由鋼板構(gòu)成。壁厚由外壁當(dāng)量尺寸C決定：2??+??+??C=3式中床身長(zhǎng)、寬、高分 別為L(zhǎng)=1.9m B=0.75m 帶入數(shù)據(jù)有C=1.812查表可知床身厚度為15mm3.3.2機(jī)支撐結(jié)構(gòu)

（3.1）支撐立柱采用空心鋼管，使用時(shí)焊接到工作面板相應(yīng)位置即可。為保證立柱不歪初步估算大致有整機(jī)工作面及其上各部件總重量為300-400kg，取400kg進(jìn)行校核，為保持平衡整個(gè)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(yīng)力為[σ]=160Mpaσ<[σ] 滿(mǎn)足要求。PLC控制系統(tǒng)液壓原理圖如圖4.1所示圖4.1液壓系統(tǒng)原理圖180°角內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為管材彎曲提供動(dòng)力。為了整個(gè)彎管過(guò)程更加可靠，液壓馬達(dá)、壓料缸、壓緊缸、卸料爪缸都有液壓鎖，在達(dá)到預(yù)定位置后液壓缸將被鎖緊，減少壓力損失，使動(dòng)作更加平穩(wěn)可靠。為了實(shí)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(mǎn)足不同管材彎曲所需。表4.1 管作表動(dòng)作名稱(chēng)電動(dòng)機(jī)電磁鐵MYA14YA15YA16YA17電機(jī)啟動(dòng)+慢彎快彎++++++回退++4.3.1液壓馬達(dá)的選擇由于是范圍彎管，以最大載荷為選擇基準(zhǔn)。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(qiáng)度：????≥520Mpa；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(qiáng)度計(jì)算如下：彎管力矩M=W[σ]3??（4.1）抗彎截變模量

√??w= ????332(1???4)

（4.2）式中

α=

??（4.3）??帶入數(shù)據(jù)有W=2.5×10?3??3M=1219N.m取液壓缸效率η=0.8??實(shí)=

??=??

1219=1523N.m（4.4）0.8根據(jù)所需扭矩查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五版）成大先編。以下簡(jiǎn)稱(chēng)《手冊(cè)》表21-5-108選擇液壓缸規(guī)格如下：型號(hào)：YMD700擺角：180°排量：700mL/r額定壓力：14Mpa內(nèi)泄露量：650mL/min啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：571N.m額定轉(zhuǎn)矩：1578N.m花鍵連接：8×36×40×7mm滿(mǎn)足彎管最大轉(zhuǎn)矩要求。4.2.2壓緊液壓缸選擇因?yàn)镸=FL L=0.17m M=1219N.m則有F=7170N??取液壓缸效率η=0.8??實(shí)=??=8962.5N21-6-87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：22mm13.71kN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。PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)采用可編程PLC。PLC作用是控制液壓系統(tǒng)的電磁閥得電失電?？刂葡到y(tǒng)順序圖順序功能圖是用來(lái)表達(dá)順序控制過(guò)程的程序，簡(jiǎn)稱(chēng)功能圖。是一種說(shuō)明性語(yǔ)言，可以完整的描述控制系統(tǒng)的工作過(guò)程、功能和特性。特別對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)而言系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系復(fù)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(xiàn)、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)圖4.2順序圖作組成。彎管機(jī)的控制系統(tǒng)順序圖如圖4.2所示。續(xù)圖4.2順序圖控制系統(tǒng)梯形圖及代碼PLC表4.2I/O地址分配表X0啟動(dòng)開(kāi)關(guān)Y0泵啟動(dòng)M0Y1慢彎電磁閥YA17Y2彎管前進(jìn)電磁閥YA16Y3彎管后退電磁閥YA15代碼如下及梯形圖如下：

DLX0ORY0ANIT2OUTY0LDYOOUTT0K30LDT0OUTT1K70LDT1LDT1OUTT2K100LDY0ANIT0OUTY1LDT0ANIT1OUTY2LDT1ANIY2OUTY3END圖4.2彎管動(dòng)作PLC控制梯形圖總結(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制。主要得出以下結(jié)論：綜訴了彎管機(jī)的背景、發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)的目的及必要性等；簡(jiǎn)單介紹傳統(tǒng)彎管工藝，對(duì)比卸料機(jī)構(gòu)的組合方式及優(yōu)缺點(diǎn)最后分析得出彎管機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)的詳細(xì)方案；結(jié)合實(shí)際情況得出機(jī)架的設(shè)計(jì)方案；主要零部件的校核；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，液壓元件的選??；控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì);具體的零件圖及裝配圖。致 謝參考文獻(xiàn)[1]田浮想.管材彎曲加工新技術(shù)[J].鍛壓機(jī)械，2002，3：32-33.[2][J].201325（3193-197.[3]吳云文.AZ30鎂合金棺材玩去成形及變形機(jī)理研究[D].2010：9-11.[4]紀(jì)永飛.新型管材無(wú)模成形方法的研究與實(shí)現(xiàn)[D].1-3.[5][J].201116（631-35.[6]紹靖利.推制工藝對(duì)推制彎頭幾何形狀的影響[J].MachinistMetalForming，2007（06）：78-80.[7]李大永，蔣勁茂，彭穎紅，尹紀(jì)龍.輥彎成形過(guò)程仿真與參數(shù)優(yōu)化[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007（04）：893-896.[8-9PLC的上下料機(jī)械手[D].浙江：碩士學(xué)位論文，2014：1-2.[10]周[J].2003,（553