三维数控弯丝机的数控功能分析

1、三维数控弯丝机的数控功能分析根据该数控弯雜机的结构和功能*知道该弯録机共有5个数控轴，送线轴、旋转主轴、弯曲主轴、换模轴和剪切轴“分别用不同符号将这些轴标记定义.如F表所示。4.1定文与标记各个数控制符号定艾作用¥轴送线轴沿线村轴向送线B轴症转主轴轴实现线材的空间弯曲加匚C轴弯曲主轴用于线材的習曲H轴换樓轴用殍曲模位盖的调整Q轴剪朗轴实现线材列切操作这5个轴均由伺服电机通过机械传动机构来驰动*进行精确的速度和位移控制.除这5个主要动作外.为了配合线材的全自动弯曲加匚弯雜机迩需要一些辅助动作+比如气缸带动了弯曲主轴的伸出与回缩.4.1坐标系的转换一般情况K图纸上待加工的工件弯曲形狀是以

2、工件上每个直线段的屮心线与下一个直线段的中心线的交点的绝对坐标*以及每一弯的半径来表示的*这种表示方江比较直观与简使，但对丁-人多数弯管机或弯丝机而言，弯曲抑工时都采用的是増量管形数据，所谓増量管形数据就是每一次加工所需的数据都是旦前一次加丁数据为基础*所以在线材加匚之前，需要先把图纸上的绝对管形数据转换成増屋管形数据，即“忧屋弯管技术”卩叫所谓“矢讫弯管技术3就是在供廣理论的指导匚把成形件上的直线段当做一个空间矢量，成形件可以通过延长工件的每个直线風，从而得到两两延长线的交点*一个具有多个弯曲半径的工件可以当做一系列的空间矢量的集合，然后根据空间矢的菇本概念和运算.桔确地计算出“增僦管形数据

3、”，即弯丝机的加工数据卩W“增最管形数据”主要包括以卜三个方面的内容：(1) 送线轴线材进给距离分两种情况：一种是梅弯Z间单独送线的距离DBB(DistanceBetweenBends),一种是弯曲时配合线材进给的距离DFB(DistanceofFeedwithBcnd)o对于该三维数控弯丝机,一种情况就是中心轴绕弯式加工,线材进给后，再进行弯曲操作，这段距离实质上是端点和切点的距离，以及切点和切点之间的距离。而后者是推弯式弯曲加工，线材被弯曲一定角度后，保持这个角度，线材再进给的距离，这段距离就是弯曲后的圜弧长度。如图4所爪，工件的弯曲加工属J：第一种情况，DBB对应各线段的LI、L2、L3

4、。总Z，送线轴线材进给距离就是该弯丝机的Y轴方向的进给数据W(2) 空间转角POB(PlaneOfBend)当两弯不在同一'卜面上时,第二弯相对J：笫弯的空间角度，就是该数控弯丝机的旋转角度,即B轴需要旋转的角度:因为可以进行正反方向的旋转,所以空间角度有正负之分，图4.1中所对应的空何转他POB就是第一个弯曲平面X面与第二个弯曲T-面Y面的夹角Z1°(3) 弯曲角度DOB(DegreeOfBend)线材进行弯曲加工时,第二个直线段相对于第个直线段转过的角度,就是该数控弯丝机弯曲主轴转过的角度，即C轴需要旋转的角度，图4.1中线段A1A2和线段A2A3所形成的夹就是弯曲角度，

5、同理,线段A2A3和线段A3A4所形成的夹角ZA2A3A4也弯曲角度。综上所述，该弯线机对线材的毎一次弯曲加工祁岛耍以上三个增駅数据(Y、B、C),即可称为加工数据，但是图纸上都是绝对坐标(X、Y、Z)表示的,这种数据称为图纸坐标数据，耍想得到加数据,必须将图纸坐标数据做相应的转化,卜而将介绍两种数据时如何实现转化的。如图4所示，弯曲件的四个点分别是Al(XHY.Z|),A2(X2,Y2,Z2)，A3(X),Z)A4(X¥4乙)，宙矢駁运算公式有：恥2J2J3=J1J2I花砰cosZ2(4-1)J2J3力3/4二J2J3-J3J4cosZ3其中,JU2=（x2-%J，+（r2-人）j

6、+（Z2-Z|X（4.2）-兀）7+化-yjj+a；-z*（4.3）而5=（兀-兀）7+化-rj.7+匕-z；*（4.4）|祠二J（兀-儿）'+化-M+Z-Z,（4-5）|花石卜J（兀-兀）'+亿-yJ+（Zjzj（46）阿卜J（兀-禺）'+化-疔+亿-ZJ'（4-7）由（4-1）（4-7）式得出:AB2川2/13Z2=arccosj一J1J2.42A3（兀-引（兀-禺）-亿-yjg-E）-（z厂zj（z厂zjJa-xj'+（y2-“'+（Z2zJ（2）'+（£）'+（z；-zJ冋理，得“A2A3A3A4Z3=arcco

7、sA2A-A3A4II（4-9）（K-兀）（俎-匕卜亿-岭）（岭-yj-（zzj（z4-zj=*1J（兀_兀）'+化_'+（£_z?帆-xJ+（岭_y）+（z厂zJ（4-10）£3=|a/3Am|-/?Z3（4-8）再设川.42和Q/3的法向駅为八A2A3和X3X4的法向量为且令再设川.42和Q/3的法向駅为八A2A3和X3X4的法向量为且令(Z厂Zj”二区一儿)匕-乙(z-zj'一(俎-兀)-厶化7)那么根据法向最的计算公式有AB=八(4-11)1/kA=AA2xJ2J3=Z厂Z.Y厂丫2Z；-SiJkB=A2A3xA3A4=人一人Zj-Z,乙-Z

8、jcosZla2i+bj+c2k("i+bj十屮(4-12)(4-13)因此，由式(4-11)(4-13)得出(4-14)ZI就是从平面A|A2A?到平面A2AiA4空间庭转的角度.即B轴的旋转角度，由于B轴可以正方向旋转,也反方向旋转,所以还得知道旋转方向,可以通过第四个点与前三个点所在平面的位置关系来确定,如图4.1所示，平面A,A,A3的法向最是向下的,如果人在该平面的下方,则B轴正方向旋转;如果£在该平面的上方.则13轴反方向旋转.根据空何矢壮的相关知识.要判断心在平而A,A2A3的正方向还是反方向，只要知道F值的正负即町卩了卜卩叫(俎-xJ(y4-y,)(zz寸尸

9、二(兀一尢)(r.-r.)(z2-zA<4-15)(兀一/)亿一yj(zzj当F的值为正时.B轴正转；当F的值为负时.B轴反转。根据以上式子(4-8).(4-9).(410)、(4-14)和(4-15),再根据图纸上待加工工件的XYZ坐标，就可以计算tl；Y轴、B轴和C轴旋转的角度，从而能够控制弯纹机对线材的加匸。4.2几种不同线材的加工对J不同形状的弯曲成形件,该弯丝机的加工过程是不同的,根据弯曲半径的不同，人致可分为两类:一类是屮心轴绕弯式，另一类是推弯式用。中心轴绕弯式在第一章介绍金属塑性成形方法时，提到绕弯是靠工具和模具的形状成形的。该弯丝机也采用同样的方法,线材进给到适当位置,

10、弯曲拦轴伸出,使线材位j:弯曲模上的弯曲轴和中心轴之间,进行弯曲加匸时，如BB4.2所示弯曲轴压紧线材绕中心轴轴线线，从02点到转过Q角度。退给方向线材Oi心轴(4-16)图4.2中心轴绕弯式弯曲示童图肿二斤+0.5=180°-a式中ri农示弯曲模上的中心轴的半径，线材血径为d.R表示线材的弯曲半径.a是弯曲轴转过的角度,实际上是弯曲主轴转过的角度.B表示线材弯曲成形后的角度。这种弯Illi方式有明显的缺陷,弯曲T-径B受中心轴半径r,的限制.如果需要加工的弯曲人J：弯曲模中心轴的半径时，对以通过换模模块，更换弯曲模，但是另一个弯曲模的中心轴半径也是有尺寸限制的，本弯丝机的弯曲模中心

11、轴半径最人设计尺寸足25mm,那么弯曲半径大J：25mm时,就需婴另外一种弯曲成形方式推弯成形。疗式如图4.3所示，推弯成形是弯曲轴压紧线材从A点绕中心轴转到B点，此时弯曲主轴转动a角度并保持不动，送线模块夹紧线材沿轴向进给，这样就得到一个弯曲半径为R2的弯曲件。在这个过程中线材始终保持与弯曲轴和中心轴相切,在线材推弯结束前，弯曲主轴始终伸出并保持Q角度。图4.3推弯式弯曲示意图如图4.3在OBC中，OC=R2-R0-0.5DBC=R2+R1+O.5DZBOC=ISO*-aOD=SS是屮心轴和弯曲轴的中心距，D为线材直径。R1为弯曲轴半径，Ro为屮心轴半径，&为弯曲半径。有余弦定理可知

12、COSZBOC=(OC1十OB'-BC冷122B*OC)(4-17)根据以上推导公式可得S(2R、十R、Rq)(Rq+R、+D)COSZBOC=!5!L(4-18)2Sg-他一()5D)a=180一arccosS22S(©-Rq_()5D)(2R+&-&)(/?(>+&+D)根据反二角函数的相互关系.a=arccos(4-19)(2尺2+人-心)(心+人+»72S(«2-凡-0.5D)由公式4-194以看出，弯曲轴旋转角度a和弯曲半径R2Zfnj的关系，&、R|、S、D都为已知帚，所以知道弯曲半径后，就可以计算出弯曲轴

13、旋转角度。该弯丝机不仅可以加工普通的弯曲件，而且可以完成弹簧类零件的弯曲。其实质是弯曲模块和旋转模块同时运动。线材采用推弯成形，当弯曲轴压紧线材旋转一定角度后，送线模块夹紧线材沿轴向进线，在进线的同时旋转模块开始以一定角速度旋转，这样当线材在弯曲模平面上成形的过程中，也使线材在弯曲模平面的垂直方向上上升，最终加工出弹簧零件。以鬪柱弹簧为例，说明实现这一功能石要的参数。圆柱弹簧的参数，弹簧的自由长度L,截面直径d2,螺旋升角0,弹簧节距dh弹簧中径d3°如图4.4所示。23因为加工过程包括推弯成形,所以根据推弯公式419町以求出疗曲:轴旋转的角度。设送线模块的进线速度为v和旋转模块的旋

14、转角速度为a则：;rd3V=tcosO（4-20）0niv='180（4-21）式中,t是弯制弹簧一圈所需的时间。由式（419）（421）可知,只要知道弹簧的基本参数就町以转换成数控弯丝机的三个加工参数，弯曲主轴旋转角度，进线速度，旋转模块转动角速度，而这三个参数都町以通过控制侦服电机來实现（切。4.3弯曲功率计算如图4.5所示.疔丝机在弯曲线材时>弯曲模上的弯曲轴)E紧线材绕中心轴旋转,所需婴的町曲力设为F和弯曲力矩为M和则仃(4-22)根据线材的材料特性卩叫町知线材发生塑性变形，外力一定耍超过材料的屈服强度忑点，而线材的抗弯模晟/rd'=(aM产cr.xw阳(424)

15、根据以上公式422424,川得GX&=(4-25)°厶从图4.5中可以得到以卜关系：厶=Jz./LL、=D十R、十R、Lac=Lab=&+R?+D+e其中&、R2分别为中心轴和弯曲轴的半径，D是线材的育径，c是线材与弯曲轴Z间的间隙。以材料为45号钢，直径8mm的线材为例，其屈服极限是355MPa,抗拉强度600MPa,、"ic为2mm,R|、R：都为8mm,将数ffi代入以上公式得，L：=24mm,LAc=26mnKL|=10mm»则.Wn=cT.xw抗疗=355x3.14x2+32=1.78xlO4N.mmF=1.78x10；N弯L实际

16、的弯矩应该考总安全系数，s设为1.4,则实际中M殍xS=2.49x10“N.mm根据公式P=，VX/-,弯丝机弯曲主轴转速取x100r/min9.55xlO6P=0.26KW内此，对J：45号钢.|工径8mm的线材羽丝机所石的放小巧曲功率为0.26KW.4.4剪切功率计算图4.6剪切部分受力简图在剪切过程中，剪切轴帯动偏心轮一起转动，偏心轮作用剪切动刀模块，绕旋转轴转动，在线椚位龙，9剪切定刀模块发生相対位移，址终线材彼剪断。线材在剪切过程中的受力图如图4.6所示,G是剪切动刀模块的乖力，其甫心距旋转轴的距离为L.,F“是眄断线材所需耍的剪切力，该力到旋转轴中心的距离为Lj,F,是偏心轮对动刀模块的作用力,该力到旋转细中心的距离为L2.根据力矩的平衡的平衡条件得到W(431)ndS环是线材的横截面面积，S哉面偏心轮偏小G总为147N。对于45号钢,直径8mm的线