數(shù)控彎管機(jī)機(jī)床設(shè)計(jì)與彎管工藝應(yīng)用分析

第1章緒論數(shù)字控制的曲線機(jī)具備彎曲加工全流程實(shí)現(xiàn)自動化且能夠有效契合零部件圖中對于尺寸管道彎曲成型指的是將管道通過某種外力手段使其彎曲變形并將至在諸多生產(chǎn)生活表1-1幾種彎曲方式工作原理及適用場合彎曲方式工作原理適用場合推彎將直管件放置在對應(yīng)彎曲模具內(nèi)，通過凸模的推力作用使得管件隨彎曲模具彎曲一般用于制作彎頭及小管件、小彎曲半徑的彎管成型等壓彎將直管件放置在兩個可擺動的支撐凹模中間，通過給定彎曲形狀的凸模下壓成型管件成型效果較差，在彎曲段經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)側(cè)塌陷，故不適合薄壁管彎曲成滾彎由三個可調(diào)間隔的帶動力的輥輪行成所需成型形狀，直管件在動力輪作用下彎曲成型，通過調(diào)整輥輪間距可獲得不同彎曲半徑的彎管用于彎曲半徑較大的厚壁管件彎曲成型，特別適用于環(huán)形管件等的加工繞彎通過前卡或者壓件等將直管件一端壓彎在彎曲模上，彎曲模隨著主軸按預(yù)定角度旋轉(zhuǎn)帶動管件彎曲成型管件冷彎曲加工的最常用的方法，手工繞彎曲由于勞動量大故適用于單件小批量管件彎曲成型，彎管機(jī)繞彎由于生產(chǎn)效率高、成型質(zhì)量好而適用于大批量管件彎曲成型本論文研究的供應(yīng)商是焊接后的彎曲用NC控制管機(jī)器，通過轉(zhuǎn)換模具可以實(shí)現(xiàn)各種直徑的管部件的大量彎曲加工。圖1-1是曲線機(jī)的繞組原理的示意圖，前卡和嵌入塊的端板子設(shè)置在軟管和胎盤外接點(diǎn)附近。主要有導(dǎo)向彎曲作用。芯桿安裝在管子內(nèi)部，用于管子的支撐。防止皺紋的防護(hù)塊設(shè)置在管和胎膜內(nèi)的切斷點(diǎn)附近。主要防止薄壁管彎曲時(shí)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生皺紋。管件管件防能塊0滑板圖1-1數(shù)控彎管機(jī)繞彎原理示意圖1.4管件彎曲主要成型缺陷a)開毀b)c)裙皺d)回彈圖1-2管件主要成型缺陷客觀導(dǎo)致其分布出現(xiàn)不均衡問，從而導(dǎo)致流速與壓力在進(jìn)行流體輸送時(shí)會受到明顯的制缺陷的有效改善做出深入剖析與探究，以期為進(jìn)一步提升產(chǎn)品合格率給出新的思路與方第2章數(shù)控彎管機(jī)工序分析加工精度等。另外，如果管的彎曲達(dá)到2次或3次以上，復(fù)雜的管的空間形狀會在彎曲過2.1數(shù)控彎管機(jī)的特點(diǎn)及組成2.2數(shù)控彎管機(jī)機(jī)床本體結(jié)構(gòu)分析CNC彎曲管機(jī)器本體與普通的NC曲線機(jī)相似。由床、芯桿調(diào)整裝置(尾部座椅)、上對先彎焊接管先焊接后彎管的彎曲成型需要解決管道彎曲彈塑性變形引起的拉伸值和通過油壓汽缸實(shí)現(xiàn)與XOC平面平行的動作，實(shí)現(xiàn)壓力和松弛。在此，利用調(diào)節(jié)螺桿能夠就前卡進(jìn)行調(diào)節(jié)從而使其緊固程度得以有效掌控。主軸在圍繞C軸的旋轉(zhuǎn)方面旨在依靠油待彎曲成型后，分別依次進(jìn)行芯棒、前置卡、送臺車、滑板套及卡盤等的動作，實(shí)現(xiàn)取下數(shù)值控制管道機(jī)器是先焊接后彎曲彎曲管材成型的專用設(shè)備。主要是對船舶行業(yè)開發(fā)的高精度NC控制的整體成型設(shè)備。那個工作過程很復(fù)雜。在進(jìn)行彎曲成形之前，需要對被彎曲的無縫鋼管進(jìn)行圓度和線性的檢查，確保直管部件的圓度和線性在規(guī)定的要求范圍內(nèi)，防止對彎曲管截面的品質(zhì)產(chǎn)生二次影響。安裝管道時(shí)要注意法蘭管的雙目正問題，正確安裝完成后，油壓缸和伺服電機(jī)將芯棒、送小車、前卡和滑板組等設(shè)備部件進(jìn)行多次移動，從而來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)直管部件的彎曲加工操作。具體各部件如何進(jìn)行運(yùn)動可參照表3-2.第3章數(shù)控彎管機(jī)機(jī)床分析3.1床身床身部件基于其作用來進(jìn)行劃分可降至劃分為主部件與輔助部件兩種類型，就其中的主部件而言，主要涵蓋彎曲臂、滑板組合、送臺車、芯桿調(diào)整裝置等部件；就其中的輔助部件而言，主要涵蓋油壓汽缸、伺服電機(jī)等部件，時(shí)數(shù)控機(jī)器中不可或缺的重要載體。通常情況下，數(shù)控彎管床在焊接成型方面主要分為床尾、床頭、床身三部分，且不同部分件分別基于工字鋼、面板等進(jìn)行焊接來籍以完成。3.2尾座導(dǎo)軌及液壓缸體尾座導(dǎo)軌與床尾螺栓直接相連，并用螺絲將后左側(cè)板在橫板上進(jìn)行固定，同時(shí)基于軸承來實(shí)現(xiàn)在側(cè)板的安裝。油壓氣缸主要在導(dǎo)向裝置上予以安裝，籍此來對于芯桿進(jìn)行橫向調(diào)整。3.3送料小車第一第二滑塊小型車的第一張幻燈片安裝在床的導(dǎo)軌上，實(shí)現(xiàn)了管道彎曲時(shí)的進(jìn)給費(fèi)和彎管脫落時(shí)的退貨等功能。其中，第一張幻燈片的側(cè)面板用螺栓固定在橫板上。螺絲通過軸承安裝在側(cè)板上。第二張幻燈片安裝在第一張幻燈片上，實(shí)現(xiàn)芯棒調(diào)整中的橫向移動。滑板組做安裝于滑板上，并基于螺絲來進(jìn)行連接，從而確?；逄啄軌蛱幱谕耆沙诘臓顟B(tài)，同時(shí)分別講兩個滾輪安裝于滑板內(nèi)?；诠芡鈴降牟町惢迮c滾輪分別有著五中不同的規(guī)格。數(shù)控彎管機(jī)的主軸時(shí)確保管道得以彎曲成型的關(guān)鍵部位，其基于上下軸承來實(shí)現(xiàn)在機(jī)床的安裝，并在其中段部位進(jìn)行鏈條安裝；數(shù)控彎管機(jī)的胎膜通過螺絲來進(jìn)行連接并籍此來確保管件得以彎曲。為確保彎曲中有著充足的靜摩擦，在嵌入塊中將其中一面設(shè)置為粗糙結(jié)構(gòu)，胎盤膜和嵌塊根據(jù)管外徑有5個規(guī)定。3.6旋轉(zhuǎn)臂及前卡液壓缸體旋轉(zhuǎn)臂的焊接只在通過將側(cè)板與橫板等鋼板進(jìn)行連接，并置于主軸上層隨主軸實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，籍此來確保管件得以有效彎曲成型。前卡位于旋轉(zhuǎn)臂，保持足夠靈活的旋轉(zhuǎn)自由第4章數(shù)控彎管機(jī)機(jī)床傳動方案分析4.1傳動方案本節(jié)將對比可行的幾種傳動方案，如表4-1所示。表4-1幾種傳動方案特性類型V帶傳動齒輪傳動蝸桿傳動主要特點(diǎn)中心距變化范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能緩沖，可起過載安全保險(xiǎn)的作用外觀尺寸小，傳動比準(zhǔn)確，效率高，壽命長，設(shè)用的效率和速度范圍大外廓尺寸小，傳動比大且準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，可制成自鎖的傳動主要缺點(diǎn)外廓尺寸大，軸上受力較大，傳動比不能嚴(yán)格保證，壽命低要求制造精度高，不能緩沖，高速傳動精度不夠時(shí)有噪音效率低。中，高速傳動裝置需價(jià)格較高的青銅材料，要求制造精度高，加工較麻煩效率V帶0.96開式加工齒輪0.92-0.96;閉式開式0.70-0.75閉式0.7-0.94自鎖0.40-0.45小于等于100常在30以下常在50以下速度V,m/s小于30小于50單級傳動比2-4小于等于5-8外廓尺寸較大小小使用壽命較短長中4.2傳動裝置的總體設(shè)計(jì)與計(jì)算彎管機(jī)的傳動裝置旨在確保能歐基于某種特定的推力或者轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)動力的傳遞，工4.2.1電動機(jī)的選擇通常情況下，基于電動機(jī)要進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)動來就行電力輸出，為確保其能夠有效契合工作機(jī)對于諸多動力與運(yùn)動等方面的客觀需求，電動機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)動時(shí)會經(jīng)傳動裝置調(diào)整和轉(zhuǎn)矩。4.2.2電動機(jī)功率的選擇客觀來講，電動機(jī)的工作環(huán)境相對穩(wěn)定，一般采取Pm>Pr10%,Pm=1.5kw。4.2.3電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇此處電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：n=1410r/min4.2.4電動機(jī)型號確定經(jīng)查表，得同一功率的三相異步電動機(jī)有以下三種型號、轉(zhuǎn)速的選擇：Y90L-41400r/min根據(jù)要求，最終選定三相異步電動機(jī)的型號是：Y90L-4。4.2.5傳動方案的擬定總的傳動比i的確定：綜合考慮各方面要求，確定傳動方案如下：初定傳動比：4.2.6各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩已知電動機(jī)的數(shù)據(jù)如下：pm=1.4kwn=1400r/minnm=70r/min查表可知各級傳動效率如下：(1)計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速如下：(2)各軸功率計(jì)算如下：P=Pm×ηv=1.5×0.96=1.44kwP?=Pi×7×η=Pm×7#×η×7=1.5×0.96×0P?=P?×7*×17=Pm×7#×n×7×7k=1.5×0.96×0.72×0.99×0.92=0.94Pa=Ps×ηe×7=P×7#×η×n2×ηm2=1.5×0.96×0.72×0.992×0.922≈0.85kw(3)各軸傳遞的轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下：此處需要注意，軸3為本文在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)專門增設(shè)的過渡齒輪，客觀導(dǎo)致其僅能夠承載彎矩而無法承載轉(zhuǎn)矩。4.3進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.3.1帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算工況系數(shù)查表得K?=1.1計(jì)算功率Pe=KA×P=1.1×1.5=1.65kwP=1.65kw選擇帶的型號查表得A型小帶輪直徑查表得取D?=100mm大帶輪直徑大帶輪轉(zhuǎn)速(2)計(jì)算帶長求求初取中心距a=350mma=350mm帶長由V帶基準(zhǔn)長度圖表，可得L=1250mm(3)求中心距與包角中心距小帶輪包角傳動帶的根數(shù)由查表得Po=1.32kw由查表得Ka=0.98(5)求軸上載荷張緊力軸上載荷(6)V帶輪的尺寸計(jì)算1)小帶輪小帶輪直徑D?=100mm查表得hm=3.5mmδ=6mmH=12mme=15±0.3mm輪寬B=(z-1)e+2f=(2-1)×15+20=35mm外徑孔徑此處的孔徑依據(jù)電機(jī)的輸出軸為準(zhǔn)由查表dm=22mm2)大帶輪大帶輪直徑D?=198mm查表得hm=3.5mmδ=6mmH=12mme=15±0.3mmf=10mmpo=38°ba=13.4°Dz=D?+2h頂=198+2×3.53)結(jié)構(gòu)選擇輻板孔圓周定位尺寸S?≥0.5S=0.5×10=5mmS4.3.2渦輪蝸桿的傳動與計(jì)算當(dāng)量摩擦系數(shù)設(shè)v?=4m/s～7m/s;u=0.03使用系數(shù)查表得KA=1.1轉(zhuǎn)速系數(shù)彈性系數(shù)根據(jù)蝸輪副材料查表得Ze=147WMP壽命系接觸系數(shù)由查表得Z,=2.85接觸疲勞極限由查表得Onm=256MPa接觸疲勞最小安全系數(shù)自定Snm=1.3中心距(3)傳動基本尺寸蝸輪齒數(shù)z?=iz?=50×2=100z?模數(shù)蝸桿分度圓直徑d?=[d?/α]a=0.2×170=34取d?=34蝸輪分度圓直徑d?=mz?=3×100=300d?=300蝸桿導(dǎo)程角tany=zim/d?=2×3/34=10°tany=10蝸輪寬度蝸桿圓周速度相對滑動速度p=3.10°(4)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算許用接觸應(yīng)力最大接觸應(yīng)力應(yīng)為105MPa<173MPa所以合格。(5)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限由查表得Otm=190MPa彎曲疲勞最小安全系數(shù)自取Sm=1.4許用彎曲疲勞應(yīng)力齒輪最大彎曲應(yīng)力(6)蝸桿軸撓度驗(yàn)算軸的慣性距允許蝸桿撓度[8]=0.004m=0.004×3=0.012mm[δ]=0.012mm蝸桿軸撓度4.3.3齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算第一對齒輪分為大齒輪與小齒輪兩種，在材料選擇方面分別為硬度260HB的40鋼與硬度240HB的45鋼，并分別就二者進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。具體計(jì)算公式如下所示：齒寬系數(shù)ya由查表得ya=0.4接觸疲勞極限Om由查圖得OHm1=710MPa=639MPaAa值由查表得A=85初步計(jì)算小齒輪直徑d初步齒寬bb=ya×di=30mm取b=30mm2)校核計(jì)算圓周速度精度等級由查表得選取八級精度齒數(shù)z與模數(shù)m初取齒數(shù)z?=54z?=i×z?=54×1.5=81m=d/z?=187/54=3.4取m=3則z?=d?/m=187/3=62z?=62使用系數(shù)Ka由查表得K=1.5動載系數(shù)K.由查表得K=1.12先求由此得齒向載荷分布系數(shù)Knp由查表得載荷系數(shù)K=KA×Kr×Ka×Kn彈性系由查表得Zg=189.8√MPa節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z,由查表得Z=2.5接觸最小安全系數(shù)SH由查表得SHm=1.05總工作時(shí)間th=10×300×8×0.2=4800hti=4800h接觸壽命系數(shù)Z由查表得Z?=1.18許用接觸應(yīng)力基于最終驗(yàn)算結(jié)果不高于690MPa,因此認(rèn)定其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求。計(jì)算結(jié)果證實(shí)，接觸疲勞強(qiáng)度能夠與實(shí)際使用需求形成較高契合度，為此無需就齒輪尺寸予以調(diào)整。(2)確定傳動主要尺寸實(shí)際分度圓直徑dd?=mz?=3×62=186d?=mz?=3×93=279d?=249mm中心距齒寬bb=yad?=30mmb=30mm(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒間載荷分配系數(shù)Kea經(jīng)查表Kpa=1Y=1/0.68Ke=1齒間載荷分布系數(shù)Kgb/h=74/(2.25×2.5)=13.2載荷系數(shù)KK=K?K,KaKp=1.5×1.12×1.47×1.38=3.4K=3.4應(yīng)力修正系數(shù)Ya由圖表得Ya=1.7彎曲疲勞極限Om由圖表得OFm1=600彎曲最小安全系數(shù)Sm由圖表得Sm=1.3應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由查表得N?=5.76×107NL?=1.92×107彎曲壽命系數(shù)Yx由查表得Yx=1許用彎曲應(yīng)力彎曲壽命Y由查表得Y?=0.95第二對齒輪分為大齒輪與小齒輪兩種，在材料選擇方面分別為硬度240HB的45鋼與硬度260HB的40鋼，并分別就二者進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。具體計(jì)算公式如下所示轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)ya由查表得y?=0.4接觸疲勞極限O由查圖得Om?=710MPa初步齒寬bb=ya×d?=30mm取b=30mm2)校核計(jì)算圓周速度精度等級由查表得選取八級精度齒數(shù)z與模數(shù)m使用系數(shù)K由查表得K=1.5動載系數(shù)K由查表得K=1.2先求由此得齒向載荷分布系數(shù)Kw由查表得載荷系數(shù)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Zn由查表得Zn=2總工作時(shí)間th=10×300×8×0.2=4800hta=4800h接觸壽命系數(shù)Z由查表得Z?=1.7許用接觸應(yīng)力基于最終驗(yàn)算結(jié)果不高于884MPa,因此認(rèn)定其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求。計(jì)算結(jié)果證實(shí)，接觸疲勞強(qiáng)度能夠與實(shí)際使用需求形成較高契合度，為此無需就齒輪尺寸予以調(diào)整。3)確定傳動主要尺寸實(shí)際分度圓直徑ddi=mzi=3×93=279d=279mm中心距齒寬bb=yid?=0.4×279=112(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒間載荷分配系數(shù)Kra經(jīng)查表KFu=1Y=1/0.72Kra=1.47載荷系數(shù)KK=KAKKraKrg=1.5×1.2×1.47×1.38=3.7K=3.7齒形系數(shù)Yea由圖表得Yea=2.0應(yīng)力修正系數(shù)Ya由圖表得Ya=1.5彎曲疲勞極限Oim由圖表得OFm1=600彎曲最小安全系數(shù)Sm由圖表得Sm=1.3彎曲壽命系數(shù)Yx由查表得Yx=1許用彎曲應(yīng)力彎曲壽命Y由查表得Y?=0.95驗(yàn)算4.4各傳動軸尺寸的計(jì)算與校核4.4.1蝸桿軸的計(jì)算與校核(1)估計(jì)軸的基本直徑。材料選用45鋼、正火處理。查表得：硬度(HBS)17.~217,強(qiáng)度極限o=600MPa,屈服極限σ=300MPa,彎曲疲勞極限σ-1=275MPa查表取C=118(2)初估直徑應(yīng)為最小處開有鍵所以直徑增大3%d≥16mm(3)軸的受力分析2)蝸桿上圓周力蝸桿上徑向蝸桿上軸向力FaFa=F?×tan11°=1200×tan11°=233.2NFai=233.2N3)計(jì)算支反力垂直面支反力M=√M2+M2軸受轉(zhuǎn)矩T=T?T=707245N●m4)許用應(yīng)力當(dāng)量彎矩蝸輪中間截面處右軸頸中間截面處1估計(jì)軸的基本直徑。材料選用45鋼、正火處理。查表得：硬度(HBS)170-217強(qiáng)度極限σ=600MPa,屈服極限σ=300MPa,彎曲疲勞極限σ-1=275MPa查表取C=1182初估直徑應(yīng)為最小處開有鍵所以直徑增大3%d≥39mm3.計(jì)算支反力垂直面支反力水平面彎矩圖Mi=64×1245.1=79686.4N●mm垂直面彎矩圖M;=64×1922.5=123040N●mm合成彎矩圖M=√7968642+123040=146590Nomm軸受轉(zhuǎn)矩T=T.T=341070N●m4.許用應(yīng)力當(dāng)量彎矩蝸輪中間截面處M?=123590N●mm4.4.3滾輪軸的校核與計(jì)算(1)估計(jì)軸的基本直徑。材料選用45鋼、正火處理。查表得：硬度(HBS)170-217強(qiáng)度極限o=600MPa,屈服極限σ=300MPa,彎曲疲勞極限σ-1=275MPa查表取C=118(2)初估直徑應(yīng)為最小處開有鍵所以直徑增大3%d≥35mm(3)軸的受力分析1)求軸蝸桿上徑向蝸桿上軸向力FaiFai=Fi×tanl1°=1900×tan11°=404NFai=404N水平面反力垂直面支反力4)彎矩M?=950×71.5=67925N●mmMe=70×71.5=5005N●mm合成彎矩M=87751N●mmM=68109N●mm軸受轉(zhuǎn)矩T=T?T=707245N●m5)許用應(yīng)力6)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩αT?=0.57×707245當(dāng)量彎矩第5章彎管加工缺陷及處理措施5.1彎管成型步驟1)將彎管機(jī)器的管型、推管型放在下方，用起重機(jī)將管子放入彎道機(jī)的推進(jìn)器型以2)用絞車?yán)K掛在管子的端部，拉管子將管子移動到彎曲管的前部，備齊管道的初始3)供應(yīng)商置于管道并將芯軸置于管內(nèi)并進(jìn)行定位。4)確保彎管保持水平狀態(tài)。5)利用推進(jìn)管型和彎曲基準(zhǔn)標(biāo)志彎曲管道。7)將彎管機(jī)器的管型、推管型、芯軸取出8)將彎曲的管子從彎道機(jī)的前部放下，放在管道放置處。5.2設(shè)定彎管基準(zhǔn)點(diǎn)(2)向前移動輪胎的桿，將輪胎向上夾入鋼管后，松開杠桿，在擰緊輪胎的位置不5.3冷彎管缺陷產(chǎn)生的原因及控制措施個峰值的間隔應(yīng)超過150倍到浪的高度。彎曲段截