弯管机系统设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录 Abstract 0 13 3 3 4 4 4.3电机尾座安装设计6 0 3 3 36摘要摘要：随着现代科技的不断发展，弯管各项技术也已广泛应用于各个生产行业，特别是在锅炉、压力容器、石油石化工程等领域广泛运用，本文主要针对冰箱、汽车空调冷凝器等家用电器中直径较小的管进行弯曲加工的设计阐述，这些设备中的弯管都是反复的U型结构，采用弯管的方式为滚弯式弯管。弯管机的总体结构可以分为送料、送料夹紧、弯曲夹紧、动模夹紧及其弯曲结构五个部分；弯曲夹紧、弯曲动模夹紧以及弯管的运动考虑采用液压缸液压传动来实现，弯管的送料传动、翻转采用步进电机传动方式，步进电机驱动选取了SJ

2、-3H090M 驱动器，对管件进行受力分析之后，选择出合适的摆动液压缸，弯管过程再利用摆动液压缸带动弯曲臂转动180度，让其达到弯管的目的。 由于本次多处用到了液压装置，所以液压缸的计算及其选型尤其重要，在画出液压弯管原理图之后，选出恰当的PLC装置型号，利用PLC对液压的工作进行控制，让整个过程实现全自动化。为了让示意图更加清晰了，对于一些示意图使用了cad2004进行绘图，对于一些部件利用UG三位实体建模，让整个过程更加立体化展现出来，对于PLC的梯形图编写采用了GX.Developer进行编写。 关键词：自动化、液压弯管机、PLC液压控制 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 绪 论1.1 引言21世纪的到来，各行各业对于各种型号弯管的需求迅速增长，特别是机械行业的增长最为突出,对于各种弯曲成型管件的数量、规格及其用材

9、等的要求都在不断地增长，花样也在不断翻新，同时对于弯管精度及和表面质量相应也提出了更高的要求,这一切的需求也促使对于管材弯的加工工艺及加工设备进行更加深入细致的创新及其研究开发；欧美等机械业发达国家研制出了以计算机数控(CNC)弯管加工的设备，并还在不断的完善中,普及率也相对国内较高,同时也在更大的投入对于管材弯曲加工工艺的理论及实验研究，他们在研究并投入使用中,取得良好的经济效益；然而，我国的管材弯曲加工设备与加工技术的研究与应用仍就远远落后于世界的先进水平之后，这也带来了不能适应我国工业生产及其国防等的高速发展需求，让我国许多企业只有花费大量资金引进国外先进的管材数控弯曲加工设备器材,这就

10、是一定程度制约了我国快速发展的步伐. 本论文在现有弯管技术的基础上，使用液压系统代替机械传动，并且利用了可编程逻辑控制器(PLC)实现生产过程的自动控制运动，借PLC控制以减少现有弯管机中存在的一些问题，以期提高弯管的质量和精度；这种弯管控制技术从弯管的实际出发，注重的是理论联系实际不断优化，进而希望可以节省大量的成本，取得一些社会经济效益。1.2 设计背景现如今工业发达了，弯管机也运用较以前更为广泛,无论是机器设备器材、健身器材、各式家具等很多器件中也都有运用，例如弯管大量用于输油、输气及其输液转角处等，但是，由于各种管型品种多、数量也大、形状复杂等多种的因素，给弯管的加工带来了很多的加工困

11、难；针对许多小企业或者大企业中需要配管的场合不同而加工方式方法也不尽相同，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管及其简单健身器材的弯管等等，这些场合不需要功能全的大型液压弯管机，只需简易手动型的弯管机可能适应；这系列弯管机采用手动夹紧，机械来弯曲，因而机器结构简单，控制元件少，因此价格上比较容易被用户接受；然而很多加工需要批量生产的加工器材就需要数控加工弯管零件了,使用数控弯管机才能够保证效率高、精度高、成本低，让企业更好更快的快速发展。1.3 本设计研究意义此设计是针对小型管件这方面的用途，参考数控弯管机设计的小型自动弯管机；是一种占地面积小,使用起来方便有效的自动弯管机 ，它

12、能弯曲不同口径或不同材料的弯管；自动弯管机由步进电机、PLC控制部分、限位开关、加紧装置、弯曲装置等组成；它能够实现进料、弯曲、旋转等功能，设备参数主要有弯曲半径、弯曲长度、工作油压等。1.4 国内弯管机的发展历程及趋势建国之初，我国主要是依靠模仿外国的机器进而来制造弯管机，但是产品的精度一直远远达不到要求；并且功能较少，自动化程度也相对较低；一些精密的机械上需要的弯管还要靠进口的弯管机来生产。自2001中国加入世贸组织后，国家和政府越来越重视弯管机行业的发展；不断要求国内的弯管机行业要力争赶超国外的先进技术水平，要求强化“自主创新，精细制造”的理念，加快自主创新步伐得步伐，改变国内弯管机产品

13、落后于国外的不足；不能总是跟在别人后面仿造，要求强化精细化制造，提高产品的制造工艺水平及其质量；包括各种功能部件及相关配套件，就是这两件是提高技术的根本保证。这样才有利于中国制造的弯管机尽快进入国际市场，增加国际竞争力。随着中国社会科学的不断发展，数控弯管机类型也不断研制出来，手动弯管机的弯曲弯管角度需要手工做调整的，并且手动送料式精确度达不到要求；工作效率也将大打折扣。现代数控弯管机改变以往的状况，它工作效率高及其精确度高等优势，对于管材弯曲加工要求高、批量化的市场来说非常受欢迎，目前市场较多的是数控弯管机，全自动弯管机，都采用CNC数控控制系统。 目前中国作为全球最大机床生产国、进口国和消

14、费国,早期的机床均属国营，生产效率不佳，出口比例也较低， 在国内机床行业大力改革、裁汰冗员，大量崛起“人员精简、产值高”的民营企业等事件之后，情况得到了不断好转。同时，随着逐步学习日本、美国的先进技术设计理念，把主要市场投向了汽车、模具、电子等高端产业；不断发展的管材类机械主要有弯管机、及数控弯管机等；采用技术合作或引进外资的方式吸引日本、台湾企业，使机床产业得到大幅度的发展；弯管机产业发展前景是非常乐观的，专家预测，在经济的发展、国家政策大力支持、上下游产业振兴等背景下，机床行业的旺盛需求量仍将保持高速增长；这种增长是对高档数控机床需求将不断上升，对中低档机床工具产品的需求则将不断下降，所以

15、升级改造应注重产品结构。 从现状来看，我国机械工业产品及产业链，虽然高档、中档、低档产品对应着不同的市场和用户群，但是产品却存在着相同问题，即产品的质量和效率不；比如机床制造业，无论是满足高精度要求的高端机床或数控管材数控弯管机机床，还是普通、量大、面广的中低档机床，首先要保证机床产品的质量和安全性；所以，传统的机械行业中，其产业升级改造，关键在于提高产品质量及其效率。 最后未来弯管机应该朝着更加智能化、标准化不断发展。用弱电控制强电的方式来提高精度，用PLC或者单片机控制来替代传统的手工目测控制机床。让一些直径较小的铝管或者铜管的弯管机应与截断的机器合并在一起使用，使弯管机结构更加紧凑，更容

16、易控制；虽然我国的弯管机行业技术水平和发达国家相比还有一定差距；随着我们国家工业技术水平的发展，赶上世界先进技术水平要求还是很有希望的。2 弯管机整体简介2.1 数控弯管机的原理2.1.1数控弯管机的基本原理:数控的基本工作原理是通过合理的支点及其受力点施加弯矩；让钢管发生塑性变形而产生弯曲变形，因而实现钢管冷弯曲的目的；数控弯管机是用来生产空间多弯角度、弯管外形尺寸要求较高、相对弯曲半径较大的空心管件，尤其是在汽车上的排气管及其发动机上的油管弯管。 图2.1 数控弯管机工作原理图 弯曲旋转装置绕旋转中心 O 旋转， 它的转动角位移为 、角速度 为 和转动力矩为M 是主要控制对象；钳口将管件压

17、紧到旋转台上的弯曲模具中，随着弯曲装置旋转台一起转动，从而可以将管件弯曲成形； 弯曲轴的转角、转速；以及转矩的控制是通过弯曲轴上蜗轮蜗杆的伺服电机来实现弯管的。2.1.2弯管弯曲的类型折弯过程中，需要利用机械装置、液压系统、PLC 控制系统等组成控制成型；目前弯管机有电动式，液压式和数控弯管机等三大类，不论各种弯管机的有多么的复杂，控制部分如何的变化，但是其中的弯曲部分是其中最主要的工作部分，现如今的厂家主要生产的弯管机按照其弯曲原理不同弯曲部分主要可以分为以下两种形式:见图2.2两者各有优缺点：滚弯式的弯管机结构较为简单，弯曲过程中对管材料几乎没有损伤，但是对方形管材的弯曲却没有缠绕式的好，

18、缠绕式的结构较复杂；本次设计加工的弯管是反复的U形管，即“蛇”形管如图2.1-3所示；由前文可知滚弯式的弯管机在加工圆形管方面比缠绕式有一定的优势，故本文设计的弯管机弯曲原理为滚弯式。 滚弯式 缠绕式 图2.2 弯管机两种弯曲原理 图2.3 “蛇”形管2.2 弯管受力分析弯管机进行管材的弯曲和板料的弯曲一样，在纯弯曲的情况下，外径为D，壁厚为t的管坯受外力矩为 M的作用下发生弯曲时，中性层的外侧管壁受到拉应力1的作用，使管壁变薄；而中性层的内侧管壁受拉应力1的作用，管壁变厚。而横截面的形状由于受合力的作用使得管坯由圆形变为近似椭圆形，当变形量过大时，外侧管壁将会产生裂纹，内侧管壁也将会出现起皱

19、的现象。其中管材的变形程度的多少，由相对弯曲半径的RD和相对厚度的tD数值的大小决定。其中当RD及其tD的值更小时，表示变形程度越大;为了保证管件成形的质量，必须控制变形程度在要求的许可范围之内，管材弯曲成形的极限不仅取决于材料的力学性能及其弯曲方法，并且还要综合考虑管件的使用要求；管件的成形极限的要求条件主要包含了以下的几个条件： （1） 中性层的外侧拉伸变形区内最大伸长变形不应该超过材料塑性允许值而使弯管产生破裂；（2） 在中性层内侧压缩变形区内，受切向的压应力作用应让薄壁结构部分不致超过失稳而起皱；（3） 假如管件有椭圆度要求时，应该控制弯管断面不产生畸变；（4） 管件有承受内压力的强度

20、要求，应该控制其壁厚减薄的成形极限由以上特点可以知道，弯管时候弯曲半径不宜过小，根据经验公式，管子的最小弯曲半径R=2D；在弯管时候夹持块应该加紧被加工的管子。液压缸推动加紧块加紧管子；夹紧力也是不宜过大的，否则管子也是会夹扁的。由于液压缸是作用在加紧块模具上的，而管子的表面就像一个拱桥的表面，所以夹紧力的确定应该根据加紧块模具地受力面积；即在加紧的情况之下，加紧块的有效夹持长度越长越好的。2.3 弯管机整体运动思路 图2.4弯管机整体示意 图2.5弯管机整体三维示意图 弯管机的总体结构可以分为送料、送料夹紧弯曲、弯曲夹紧、动模夹紧和弯曲机构五个部分；弯曲夹紧、弯曲动模以及弯管的运动考虑采用液

21、压缸液压传动来实现，弯管的传动采用电机传动，摆动液压缸通过齿轮传动，让弯曲臂转动，而达到了弯管的目的。如此反复的加工，就加工成了蛇形管，加工完成之后，两台步进电机停止工作，工作人员取下蛇形管；由人工操作，尾座步进电机反转，直至复位；由于蛇形管的弯曲的个数是一定的，所以在摆动液压缸行程末端需要放置一个计数器来计算弯曲的次数，以达到设定的次数就自动停止，便于自动控制，此次使用了行程开关及其压力继电器，方便控制。3 液压系统总体设计3.1 弯曲部分液压系统3.1.1 管材弯曲力矩的计算 根据弯管力矩公式可知，由于弯管的时后弯管半径越小时所需弯管力矩更大，所以管子在最小弯曲半径时的力矩选择为弯曲力矩，

22、而钢管比其他材料所需的弯曲力距更大，所以选择钢管的弯曲力矩为弯曲力矩，此工作件采用的直径为12mm厚为1.5mm是无缝钢管做为弯管件，材料为10号钢。根据弯曲公式： 为弹性应力 为管材内经T 为材料壁厚 为屈服应力 为中性层的弯曲半径 由于管坯在弯曲过程中内壁和外壁分别会受到挤压和拉伸力的作用，尤其是外壁，如果弯曲半径过小，则可能会将外壁拉破，由此弯曲半径不宜太小。根据弯曲公式：管的最小半径不能小于管直径的两倍,所以R=2.5D是最小的弯曲半径。所以设计的定模轮半径最小为R=2.5x12=30mm.所以本次设计选择最小半径30mm，计算出得弯矩为最大弯矩，计算中性层弯曲半径为=30+12-0.

23、75=41.25mm，由此代入公式可知：=231（此处为最大弯矩） R=9mm T=1.5mm =208MPa（ 为弹性应力）=41.25mm =333MPa（为屈服应力）考虑到其弯管的时候可能会产生干涉，及其产品最终的弯曲半径，所以其选择的弯曲半径为40mm，当选择为半径为40mm的时候其设计的弯矩小于其设计的弯矩，所以此次主要弯曲的管材为直径为12mm厚为1.5mm是无缝钢管做为弯管件，材料为10号钢是能够实现的。3.1.2 选择摆动液压缸 摆动液压缸是弯曲部分的核心部件之一，是提供弯曲动力最主要元件；因为摆动液压缸的摆动角度决定了管曲件弯曲的角度，因此摆动力矩决定了弯曲弯件的材料及其弯曲

24、半径。由上面计算出来的弯矩值及其要求摆动弯度为最少180度，查液压缸设计手册，选择的单叶片式摆动液压缸的各项参数如下：叶片宽度 ， D=80mm ，d=30mm 输出效率 ；摆动的角度为270，铭牌代号为，FZS180X360HWRA；额定压力为8 M Pa ； 因为弯曲臂在5s时间弯曲180，于是每秒钟弯曲角度36，于是1rad/s=57.32由此可知弯曲臂角的速度 36/57.32=0.628rad/s根据弯曲臂转速公式v =，0.628rad/s r 为弯曲臂上动轮的轮缘到旋转中心的距离 由于动轮的具有调节作用，动轮的边缘部分可以在距离旋转中心3560mm的位置旋转；当输入流量不变叶片的

25、宽度不变的情况下，角速度也将是不变的；所以弯曲臂上动轮的线速度计算为：v =(35mm 60mm) x 0.628rad/s =21.98mm/s37.68mm/s角速度公式 由此计算可以计算出输入流量q：rad/s 摆动液压缸的驱动功率3.1.3 弯曲轴及弯曲臂设计弯曲轴是弯管机中重要的部件之一，由于弯曲力相对来说很大，弯曲轴承将会受很大的扭矩，所以轴的材料选择合金钢，同时将会用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度 ；轴的结构形式及其尺寸是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等要求来确定的；弯管机的工作过程中，弯曲轴带动弯曲臂及弯曲臂上的一些辅助机构弯曲；通过弯曲臂上的钳口进行

26、夹紧工件，钳口由液压缸来实现夹紧；弯曲臂的外形尺寸是根据弯曲臂上的夹模座及夹模座导轨来确定的。弯管臂末端的行程开关2SQ上将会安置计数器T0，在弯曲过程的末尾开始计数一次，等弯曲臂开始复位后，始端的行程开关1SQ将会触动微动开关让夹紧缸的控制电磁阀断电，夹紧缸松开，弯曲模夹紧缸也松开，并将信号发送到PLC，PLC将控制螺母总成上的电机及其尾座电机动作，尾座电机将会进行直线进给，而螺母电机开始转动180；完成后，将会自动进行开始下一个弯管过程，末端也安装了计数器，在第一次弯曲后就开始计数，以后弯曲一次计数一次，并同时把计数信号发送PLC，使PLC计数器逐步递减，当最后一次弯曲过程结束之后，弯曲臂

27、开始复位，弯管机自动停止；图3.1-2 弯管过程简图。 图3.1弯管过程简图3.1.4 定轮模和动模设计定轮模和动模是弯曲部分的“执行机构” ；动模受到了摆动液压缸的驱动动力之后，两者的相对运动进行弯曲加工：定轮模是不动的，但是它的凹槽的深度及其圆角被加工的管子的直径大小所决定，而动轮的轮缘紧靠动轮模的轮缘，两者中间的空隙是夹着被加工管子；当动模受到来自液压缸传给的力矩时，动模也将会围绕定轮模产生公转，公转行走的轨迹就是一条圆弧，圆心角就直接反映了弯管弯曲时弯管的角度大小；定轮模和动模如图3.1-3所示； 图 3.2 定模和动模图3.2 夹紧缸工作压力液压缸是液压系统中最常用的执行元件，所以设

28、计的弯管机有三个部分需要用到这种液压缸；其类型按照机械设计手册新版第四卷表23.6-39选择双作用单活塞不可调缓冲式液压缸。这种液压缸类型的特点是：活塞可以双向运动产生推、拉力，活塞行程终了时减速制动，减速值不变。本次设运动部件选择自重Fg=200N（根据所涉及的物件大致估算可得）；工作台快进速度为、快退速度相同为v1=0.2m/s；工作进给速度为0.1m/s；快进的行程为L1=100mm；工作行程长度为L2=120mm；导轨选择了平导轨，其静摩擦系数为fs=0.2，动摩擦系数选择为fd=0.1，往复运动的加速、减速时间为t=0.2s；该系统采用液压与电气配合，实现自动工作循环控制绘制动力滑台

29、的工作循环图，如图所示。 图3.3 工作循环图 3.3 夹紧液压缸的分析计算及选型3.3.1 液压缸工作负载的计算（一）由已知初选可得到 （二）平导轨摩擦阻力计算：静摩擦阻力 2000.2=40N 动摩擦阻力2000.1=20N（三）惯性阻力动力滑台起动加速，反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等，即v=0.1m/s，t=0.2s，故惯性阻力为： 10N 根据以上的计算，=0.9(一般取0.90.95）可得到液压缸各阶段的各各动作负载，见表3.1所示。表3.1液压缸各阶段工作负载计算工况液压缸外载荷/N液压缸载荷力F/N起动=4044.4加速+=3033.3快进=2022.2工进F=

30、+=520577.8反向起动F =4044.4加速F = +=3033.2快退F =2022.2制动F =1011.13.3.2 计算缸的内径和活塞杆的直径 根据荷载选择工作压力表选择 液压缸的工作压力为p1=0.8M Pa。载荷/kN55-1010-2020-3030-5050工作压力/MPa0.8-21.5-22.5-33-44-55 令杆径比=d/D,其比值可按照机械设计手册23.4-5表中的下表选取，工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 按工作压力选取d/D 2/11.151.251.331.461.612d/D 0.30.40

31、.50.550.620.71 按速比要求确定d/D 注：1无杆腔进油时活塞运动速度； 2有杆腔进油时活塞运动速度。从上面的表中我们选择值为0.5进行计算。最后算出D的值为30.19mm，圆整取标准直径D=30mm，为了使往返的速度相同 本次选择d=0.71D，即d=0.7130=21.3mm，圆整d=22mm活塞杆的杆体由两种：实心杆和空心杆；该液压缸的活塞杆直径较小所以应采用实心杆液压缸实际有效面积计算无杆腔面积 706.9 有杆腔面积=326.7 3.3.3 计算液压缸在工作中各个阶段实际值工况负载F/N回油腔压力p2 (p2)/ (105 Pa)进油腔压力p1/(105 Pa)输入流量q

32、/输入功率P/w计算公式快进启动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工进577.89.691.8p1=(F+p2 A2)/ A1q= A1v2P= p1q快退启动44.41.2_p1=(F+p2 A1)/ A1q= A2v2P=p1q加速33.22.4_快退22.22.37.6制动11.12.1_ 液压缸各工况所需压力、流量和功率3.3.4 夹紧液压缸的选择 通过上面的计算可以知道其D=30mm，d=22mm，A1=706.9,A2=326.7 ,可以对应着下面表格选择出合适的液压缸。 图3.

33、4 液压缸面积、力、流量参考 通过上图可以选择出活塞的直径为32mm，活塞杆的直径为22mm，面积比为1.90，活塞A1的值为8.04，A2的面积为3.8，其中在160bar时推力为13.8kN，差动时为6.08kN，拉力为6.76kN，由推力可知大于夹紧所需的力，所以满足工作条件。从设计安装需要选择所需要的行程长度，通过经验值及其实际安装需要选择弯曲夹紧缸的行程长度为120mm，弯曲模的夹紧缸为100mm，电机部分夹紧缸行程为80mm。根据安装需要夹紧缸的安装方式选择后头部矩形法兰式装配，弯曲模夹紧缸选择耳轴装配方式，电机部分夹紧缸选择后部矩形法兰式装配。 所以选择夹紧缸的型号为CDM1MF

34、1/32/22/120A10/BLKM,弯曲模夹紧缸的型号为CDM1MP532/22/100A10/BLKM，电机的夹紧缸的信号为DM1MF2/32/22/80A10/BLKM。型号选取的参考依据见下图 图3.5 型号类型选取说明3.4 选择液压泵3.4.1 液压泵的工作压力、流量计算（1） 根据公式确定液压泵的最大工作压力 已确定液压缸的最大工作压力为8MPa取值为0.5MPa（在管路简单、流速不大的取0.2-0.5.当管路复杂，进口有调速阀的取0.5-1.5），所以最后液压泵最大工作压力为8.5MPa。（2） 计算液压泵的流量由工况图可知，进入液压缸的最大流量在快进时，而液压缸的其值为 4

35、.56L/min ，若取系统泄漏系数k=1.2（1.1-1.3），则液压泵最大流量计算为qp=1.24.56 L/min=5.47 L/min 3.4.2 油泵的选择根据以上的计算数据，查阅相关产品目录，选用相近规格型号为CB-C10型齿轮泵；其驱动功率为：P=式中 液压泵的最大工作压力（Pa）， 液压泵的流量（）， 液压泵的总效率，此处选择为0.65（0.60.7） ，/ =0.775kw 综上述计算，有上述计算，可选额定功率为1.1kW的Y801-4型号标准型号的电动机3.4.3 管道尺寸的确定夹紧液压缸，其实际流量q约为；摆动液压缸，其实际流量q为主压力油管根据公式计算：d= 当液压泵吸

36、油时v取值为1算出d=9.8mm ； 圆整后取d=10mm当液压缸为摆动液压缸时，算出d= 3.9mm；圆整后为d=4mm 3.5 确定油箱容积 油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等的作用。油箱中安装了有很多辅件，其中有冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等； 油箱又可分为开式油箱和闭式油箱二种。其中开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器；开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力的油箱，内充一定压力的惰性气体，其中充气压力可达0.05MPa。 如果按油箱的形状来划分，还可分为矩形油箱及其圆罐形油箱。矩形油箱制造

37、容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度很高，重量轻，易于清扫，但是制造较难，占地空间也较大，用在大型冶金设备中经常采用。按经验公式V=a式中 液压每分钟排除液压油的容积（） a经验系数（24),本次选择3所以选取油箱容积为: 3.6 液压缸各部分结构形式的拟定3.6.1 缸筒与端盖联接方式的确定本设计所研究的弯管机由于是轻负载型机械，而且由于弯曲夹紧机构以及动模的运动的影响，该液压缸的外形适于采用小型的液压缸；初步选定液压缸缸筒与端盖的联接方式为焊接型液压缸；由于该液压缸的外径和内径较小，承受的工作压力也小，缸筒与两端盖的联接方式则采用螺纹联接的方式；这种方式易于拆卸维修。

38、3.6.2 活塞结构形式的选取 因为活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复运动，因此它与缸筒间的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大；配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封结构： 活塞的结构形式根据密封装置来选定；用的活塞结构形式有整体式活塞和组合式活塞。整体活塞在圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但是加工比较困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲；组合式活塞结构多样，主要受密封形式决定；组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长；随着耐磨的导向环的大量使用

39、，多数密封圈与导向环大量使用，大大降低了活塞的加工成本。综合考虑活塞的选用条件，该小型液压缸可以采用整体式活塞；因为该液压缸工作环境为低压、行程较短且液压缸的尺寸小；活塞与液压缸缸筒内径的配合采用小间隙配合。3.6.3 活塞与活塞杆的联接以及活塞的密封 活塞与活塞杆的联结可以采用多种联结方式，如：整体结构、螺纹联结、半环联结等。在我们设计的定位油缸中选择半环联结，半环型拆装方便，在低速时使用广泛；本设计活塞与活塞杆联接方式采用半环型。由于该液压缸工作压力低，推力小活塞的密封以及缸筒与端盖的密封采用简单的O型密封即可满足要求。3.6.4 导向套的选择导向套安装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆

40、进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封；外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘以及水分带到密封装置处，损坏密封装置；活塞杆的导向、密封和防尘：对于活塞杆的导向，按照装置的整体设计方案及机械设计手册，我们选择普通导向套，这种普通的导向套，可利用压力油润滑导向套，并使其处于密封状态；材料选择铸造青铜ZQSn10-1,导向套内径的配合选择H8/f9。活塞杆的密封结构采用轴用YJ型密封圈，防尘机构采用防尘圈,防尘圈与活塞杆采用H9/f9配合。3.6.5 液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置是为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞；通常是通过节流作用，使液压缸运动到端

41、点附近时形成足够的内压，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。对此我们采用变节流面积中的三角形结构4 电机选择及部件设计4.1 电机的分析选型 进料部分由两台步进电机完成顺序运动，一台安装在丝杠上面的螺母总成上，另一台安装在尾座之上；螺母步进电机作用是在弯管部分完成第一次弯管再复位后带动管子旋转180；步进电机的旋转是在尾座步进电机带动丝杠停止旋转时进行的，PLC将指令按顺序发给尾座电机及其螺母的电机上，二者先后动作，将会完成顺序运动，整个进给过程将会完成。 设计主要技术要求如下：台面尺寸 长宽400mm250mm；工作台行程为600mm；脉冲当量0.01 mm；最高工作进给速度为300 mm /

42、min；最高空载进给速度为700 mm /min；负载为：50N（力不用计算）；工件最大重量（包括夹头）为：10KG；工作寿命为每天8小时，连续工作5年，250天/年，进给机械系统均采用滚动（珠）丝杠副和滚动（珠）导轨副。1脉冲当量的选择 假设其定位精度为，根据机床精度要求确定脉冲当量： 2.工作台外形尺寸及重量估算：根据加工范围确定工作台尺寸X=260mm, Y=220mm钢：7.8克/ cm3拖板尺寸(长宽高)：26022020托盘重量：（260220207.8）N90N管材重量：体积*密度3.14（144-81）7.82N夹具及上电机工作重量: 约150N所以其丝杠上面的总重量为90+1

43、50+2=242N3.计算丝杠牵引力初步估算此次所受的切削力50N,初步选用的滚珠丝杠型号：T40*2-8 公称直径：40mm 螺距：2mm 精度等级：8jj 丝杠有效行程：700mm丝杠牵引力 式中 当量摩擦系数，取0.05；4.步进电机的选用 初选电机型号是根据在最大工作负载状态下电机转轴所承受的负载转矩，在最大工作负载状态下电机转轴所承受的负载转矩包括三部：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计根据等效转动惯量的计算公式，得:=2.83J 转动

44、惯量（）； Ph丝杠的导程（cm）；Mi工作台质量（）；步进电机转矩计算：机床在不同的工况下，所需要转矩不同，下面分别按各阶段计算：空载启动转矩在快速空载启动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下：设启动时间为60S（一般为30s到60s）：=2.83 =1.26N.cm折算到电机轴上的摩擦力矩： F摩导轨的摩擦力，单位为N; Ph滚珠丝杠导程，单位为m； 传动链总效率，一般取0.70.85；附加摩擦转矩= FYJ滚珠丝杠预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷Fm的三分之一，单位N；为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取；所以 =1.53N.cm 公式中的Ff为进给方向的最大工作荷载，单位为N;所以 =

45、1.65N.cm所以经过上面计算可知道电机轴上的最大等效负载为1.65N.cm 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此需要考虑安全系数，取安全系数K=2.5（一般应在2.5-4），则步进电动机的最大静转矩应满足 图 4.1 步进电机型号从表中初选择24螺母步进电机86BYG350AHAKSL-0201 25尾座步进电机86BYG350BHAKSL-0201 图 4.2 步进电机型号说明6.步进电机的性能校核（1）最快工作进给速度时电动机输出转矩校核 由最快工作进给速度和脉冲当量（mm/脉冲），可计算出电机对应的运行频率为：

46、最后图4-3矩频特性曲线图，输出转矩为3.8N.m大于最大工作负载转矩，满足条件（2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 由最快空载移动速度V max（mm/min)和脉冲当量（mm/脉冲），算出电机对应的运行频率，再从图4.3矩频特性曲线找出所对应的输出转矩HZ对应图4.3选出为2.3N.m大于，满足条件（3） 最快空载移动时电机运行频率校核 由最快空载移动速度V max（mm/min)和脉冲当量（mm/脉冲），算出电机对应的运行频率；满足条件。 图 4.3 步进电机矩频特性曲线4.2 步进电机驱动器选择对于步进电机驱动器最终选择SJ-3H090M 驱动器驱动三相混合式步进电机 图4.4 三项

47、混合式驱动表 图4.5 三项混合式驱动器细分设置图SJ-3H090M混合式步进电机驱动器，具有以下特点： 1采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输出，使三相混合式电机低速无爬行，无共振区，噪音小。 2驱动器功放级的电压达到DC80伏，步进电机高速运转仍然有高转矩输出。 3具备短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性高。 4具有细分、半流和掉电相位记忆功能。 5具有多种细分选择，可控制电机在任意细分状态下精确定位，最小步距角可设为0.036（10000步/转）。适用面广，通过设置不同相电流可配置各种电机。 图4.5 接口信号原理图接口信号说明： CP+

48、/-（脉冲信号）：每个脉冲上升沿使电机转动一步。最小脉宽2.5S，最高接收脉冲频率200KHZ。 DIR+/-（方向信号）：若“DIR”为低电平，电机顺时针旋转；“DIR”为高电平，电机逆时针旋转。方向信号切换时间0s。改变电机旋转方向可通过互换电机任意两相接线。 EN+/-（使能信号）： ALARM（报警）：正常工作时继电器触点打开，当驱动器有故障时触点闭合。该信号可用于通知系统驱动器报警。 图4.6 电机驱动接线图 对PLC控制部分的要求是，PLC得电之后控制尾座电机旋转，旋转的周数为= ，当弯管过程结束后再控制电机旋转相同的周数停下，与此同时PLC再控制螺母上的步进电机旋转180，第二次

49、弯管结束后，PLC同时也将控制尾座步进电机和螺母上的步进电机分别进行直线进给及其旋转进给，直至弯管之后结束，将会完成一次加工。 4.3 电机安装尾座设计尾座部分主要由尾座步进电机、丝杠、机架、固定装置等组成，尾座的作用是支撑丝杠及其步进电机，并且将步进电机上丝杠的旋转运动转换为螺母的直线运动；尾座安装的牢固与否，也将会直接影响传动的精度。于是，其尾座紧固螺钉要按规定的扭矩拧紧才行：下图为尾座电机固定支座示意图。图4.7 尾座电机示意图 丝杠和螺母总成配合的运动形成对被加工管子的进给；一台步进电机安装在尾座上，电机的输出则为轴通套筒和丝杠相连接，丝杠采用梯形螺纹，丝杠的螺距（2mm）和丝杠有效行

50、程（700mm）已经选定；丝杠上面装有螺母总成，螺母总成上面则装有另一台步进电机，而螺母及其步进电机一方面被套在丝杠上，另一方面被螺母下面的轨道支撑着；当尾座步进电机转动时，输出轴通过轴套带动丝杠旋转，丝杠的旋转使螺母做直线运动，螺母上面的步进电机相对于丝杠做直线运动，丝杠转动一定周数后停下，完成直线进给；尾座步进电机，需要在计数器完成最后一次计数后反向旋转直至复位。如图4.3-1所示为螺母总成；图4.3-2所示 螺母轨道。选择的丝杆：丝杠型号：T40*2-8 公称直径：40mm 螺距：2mm 精度等级：8jj 丝杠有效行程：700mm 图4.8 螺母总成 图4.9 螺母轨道 5 系统的软件设计5.1 液压原理图 图5.1液压弯管机液压原理图1-过滤器；2-液压泵；3-泵电机；4-卸荷阀；5-溢流阀；6-压力表；7-减压阀；8-节流阀；9、10、11、12-三位四通电磁换向阀；14