机械毕业设计（论文）-多功能液压自动弯管机设计（全套图纸）

1、26摘 要多功能液压自动弯管机是在现有的弯管机的基础上加以改造，优化机械结构，完善自动化程度，增加弯管型号，使一种弯管机能加工多种规格的管件，弯管机运动平稳灵活，并且设计了智能模块，实现自动调整角度，大大节省了人力操作任务，提高了工作效率与管件的加工精度。多功能液压自动弯管机主要有机械部分和控制部分，在加工管件的过程中，有转模装置、夹紧装置、提升装置及模子横移装置都是采用液压系统来提供动力的，因此液压系统的设计非常重要。在对液压弯管机整体结构设计过程中，重点研究的以下方面的问题：常见管材弯曲变形与弯曲力矩之间的变化规律；弯管机模子提升装置的结构设计和与杠杆的连接设计；弯管机夹紧装置、挡板结构、减速器等结构的设计；对主要部件如轴进行计算与校核。在对弯管机液压系统的设计过程中，主要进行了液压元件的选择，液压系统负载的分析，并最终确定伺服系统主参数和控制方案。全套图纸，加153893706目 录第一章 绪 论11.1 本课题研究的目的意义11.1.1 研究的目的11.1.2 研究的意义11.2 弯管机的发展背景及其现状21.2.1 弯管机的发展背景21.2.2 弯管机的发展现状21.3 常见

2、先进弯管设备21.3.1 机械传动弯管机21.3.2 多功能弯管机31.3.3 数控弯管机3第二章 液压弯管机的整体结构设计52.1 管材弯曲加工主要方法52.2 弯管机的工作原理72.3 管材弯曲变形与弯曲力矩82.3.1 弯曲变形82.3.2 弯曲力矩92.4 整体结构设计思想102.5 电机的选取112.6 弯管机传动装置的设计与计算122.7 弯管机减速器的设计132.8 轴的设计与校核132.9 弯管机模子提升装置设计162.9.1 模子提升装置设计内容162.9.2 模子提升装置结构设计162.9.3 杠杆与模子连接的设计172.10 弯管机机架的设计192.10.1 机架的设计准则192.10.2 机架的设计要求192.11 弯管机挡料架设计202.11.1 挡料架原理分析202.11.2 挡料架结构设计20第三章 液压弯管机的液压系统设计213.1 液压自动弯管机液压系统概述213.1.1 简述弯管机液压系统组成213.1.2 弯管机的液压执行元件213.2 液压弯管机液压系统控制方案设计223.2.1 液压系统负载的分析223.2.2 确定液压系统的控制方案233.2

3、.3 对伺服系统主参数确定233.3 液压油缸的设计与故障检测243.3.1 液压油缸的设计243.3.2 故障检测与分析253.4 控制液压系统噪声25第四章 结 论26参考文献27第一章 绪 论1.1 本课题研究的目的意义1.1.1 研究的目的随着社会经济的发展，以及工业现代化的不断推进，使得空调行业、太阳能行业、汽车行业等领域迅猛发展。这就增加了各种弯曲成型的金属管件的需求，并对弯管的加工精度和表面质量的要求不断提高。然而，传统的弯管技术和弯管设备已经跟不上弯管制造企业的发展步伐，研究一种新型的集自动化智能化于一体的多功能弯管机迫在眉睫。本课题是研究一款多功能液压自动弯管机。多功能液压自动弯管机的研制能够有效的为机械管件生产企业节约人力，降低劳动强度，获得最大的经济效益。使金属管件的高需求量、高精度要求不再是问题。本次课题研究的重点内容主要是以下两个方面：（1）单管机的整体机械结构设计液压弯管机的机械结构主要有动力部分，传动部分和执行部分，本课题重点研究夹具对管件弯曲的影响，确保管件的加工质量。优化机械结构，使节约材料，减少占地面积。（2）液压系统的设计主要任务是设计出双向弯管的

4、液压系统并绘制一张液压系统设计的图纸，包括辅元件的选择和液压站的设计等等。通过液压系统平稳的传动性能,来控制弯管机的弯管速度，并使管件受力均匀，在保证系统各项特性都满足预定要求的前提下，设计出尽可能简单、经济、耐用、可靠、的具体结构方案。1.1.2 研究的意义随着生产类型企业的发展，各种弯曲管子在工业、农业等方面的应用更加广泛，推动弯管机行业长足发展，弯管技术的多样化为满足今天高精度、多需求的管制产品奠定了基础。特别是在航空航天、冰箱、空调、汽车以及石油石化工程等行业应用非常广泛。通过本次课题研究，可以很好的了解当今弯管技术的发展与应用，设计出高性能的多功能自动弯管机的提升装置和液压弯管机的液压系统，为以后弯管机结构装置和液压系统的设计提供有力的参考价值，促进数控弯管机的快速发展。1.2 弯管机的发展背景及其现状1.2.1 弯管机的发展背景自动弯管机技术的发展得益于计算机技术的发展，随着计算机技术的日新月异弯管机发展的步伐也如日中天。早在20世纪80年代前期，美国的EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机自动弯管设备，开创计算机编程数控弯管之先河，取代了纯人工弯管从而使当时的

5、弯管水平大大提高。 在美国EATONLEONARD公司的研究成果的基础上，日本千代田工业株式会社成功研制了EC、TC和M-1型数控弯管机，两种系列十多种型号，功能非常强大，从此把自动弯管技术提升到一个新的台阶。1.2.2 弯管机的发展现状科学技术日新月异，越来越多的先进技术应用到弯管机的研制中。目前市场上的弯管机，已不是一种纯粹的弯管机设备，而是融合了多种科学技术知识，集电子技术、控制技术、信息处理技术、检测反馈技术、计算机技术、伺服驱动技术等多门技术于一体的智能化设备。1.3 常见先进弯管设备 1.3.1 机械传动弯管机该弯管机由机架、电动机、蜗轮减速机及四副导轮等部件构成。机械传动弯管机的弯管能力一般，弯管精度也不高。特别是因为机械传动弯管机传动的平稳性不足，容易导致弯管机所加工的管件变形，加工管件产品的合格率相对较低。此外，机械传动弯管机的自动化程度较低，在加工管件的过程中仍然有很多步骤需要人工操作。如图1-1便是一种常见的机械传动弯管机1。图1-1 机械传动弯管机1.3.2 多功能弯管机多功能弯管机是在普通弯管机的基础上研制出来的。这种设备的主要特点有：准备周期短、功能齐全、模

6、具费用低、可以满足多种批量弯管生产要求。工作原理如图1-2所示。1-弯管模2-夹紧模3-辊轮4-芯棒5-压力模6-防皱板7-夹头图1-2 多功能弯管机组成简图1.3.3 数控弯管机数控弯管机基于矢量弯管原理，能够通过数字控制系统来弯曲用户所需的任意空间立体管件，其执行机构主要包括管材送进旋转机构和夹紧弯曲机构2。图1-3 数控弯管机第二章 液压弯管机的整体结构设计2.1 管材弯曲加工主要方法管材弯曲方法有很多中，按弯曲方式可分为压弯、绕弯、推弯；按弯曲时是否加热可分为热弯和冷弯。（1）压弯压弯是最早使用的于管材弯曲加工工艺方法。如图2-1所示，它是利用胎具或模具对管坯进行加工。由于压弯具有模具调整简单、生产效率高等优点，故在生产中被广泛应用。图2-1 压弯工作原理示意图（2）绕弯绕弯是常用加工管件的弯管方法，包括拉拔式和辗压式，其工作原理分别如下图2-2、图2-3所示。图2-2 拉拔式绕弯工作原理示意图图2-3 辗压式绕弯工作原理示意图（3）推弯推弯一般是在液压机上进行弯曲加工，主要用于加工制作弯头。推弯又可分括芯棒式热推弯管和型模式冷推弯管。弯管装置原理分别如图2-4、图2-5所示。

7、图2-4 芯棒式热推弯装置原理示意图图2-5 芯棒式热推弯装置原理示意图2.2 弯管机的工作原理在对自动液压弯管机，如图2-6所示，工作原理进行分析的过程中，首先对其工作的过程作以简单的介绍3。1-床身 2-工控机 3-位移传感器 4-油缸 5-光电编码器 6-伺服阀 7-液压伺服系统 8-油缸 9-上料支架10-动滚轮 11-定滚轮 12-靠滚轮 13-矩形管 14-顶料支架 15-滑轨 16-芯棒 17-芯棒支架图2-6 全自动液压数控弯管机简图（1）计算机程序初始化，自动检测并显示弯管机各个部分的状态；（2）在确定弯管机各个部分运行状态正常以后，进入编辑界面，输入并调整需求的弯管曲线，结束后进入运行界面；（3）打开控制面板将开关拨到手动状态，通过控制面板上的控制按钮，调节Y油缸3回到起始位置，X油缸6带动滑轨13到达极限位置；（4）将矩形管放置在定滚轮、动滚轮和靠滚轮之间，调节上料支架将矩形管夹持在顶料支架和上料支架中间，将矩形管固定在滑轨上；（5）调节控制板上的自动切换开关至自动状态，按下启动开关，程序开始自动加工。整个加工过程人为工作很少，只要录入加工曲线和上下料就可以实现自

8、动加工。整个加工过程生产效率高，自动化程度高，整体弯管加工精度受加工曲线精度的影响很大；（6）动滚轮在整个加工弯制过程中始终与矩形管相接触，所以改变了矩形管的输出轨迹，动滚轮转动的角度不同，矩形管输出的曲率半径也不同。2.3 管材弯曲变形与弯曲力矩2.3.1 弯曲变形弯曲的变形程度即最小弯曲半径，由相对厚度t/D和相对弯曲半径R/D的数值大小决定。t/D和R /D越小，意味着弯曲变形程度越大。当变形达到一定程度时，中性层的最外侧管壁会拉伸变薄，严重时会导致破裂；同时最内侧管壁将增厚，严重时会失稳起皱；随着弯管变形程度的增加，断面处形状的变形也愈加严重。因此，为了确保管件的成形质量。要控制管件变形程度在适度的围内。管材的弯曲成形极限除了考虑材料力学性能及弯曲方法，还应考虑管件的用途、使用环境等求。管材的弯曲成形极限主要包含以下几个方面的内容：（1）在中性层的内侧管材压缩变形区内，必须满足切向压应力的作用在薄壁部分低于失稳起皱的变形极限；（2）在中性层外侧拉伸变形区内的伸长变形，必须满足不超过材料塑性允许值而导致管壁破裂的成形极限；（3）当管件对所承受内压力的强度有要求时，应该控制壁厚减薄

9、比例的成形极限；（4）当管件有椭圆度要求时，应该控制断面形状畸变的成形极限；综上所述，确定管材的弯曲成形极限是一个很复杂的难题。特别是对成形质量要求很高的管件，在确定工艺参数制、定弯曲工艺时，要同时满足上述成形极限的条件。对于用途一般，不算很重要的弯曲件，一般选用通常的弯曲方法加工，只要保证管子的外观、强度没有质量问题就可以，对其成形极限依据不必过于苛刻要求，生产加工的管件满足使用需求4。2.3.2 弯曲力矩决定弯管机力能参数的基础是管材弯曲力矩的计算。下面根据材料力学、塑性力学理论，分析管材均匀弯曲时所需弯矩的理论公式。这只是一个近似公式，不可能准确地反映诸多其它的影响因素，但作为参考公式和主要的理论依据还是有很大的参考价值。 按力学工程弯曲理论，作如下假定：（1）所受应力中性层的位置不变，视为仍在初始位置：管材的横剖面中心；（2）弯曲之后，变形区的横剖面依然保持平整，可以按平剖面计算；（3）管材圆周方向的管径变形忽略不计，认为理想状态管径不变，只考虑变形区的平面应变状态。在以上假设的情况下，可得出弯管力矩公式M （2-1）式中，弹性应力；r 管材内径；t 管材壁厚；屈服应力；中性层的弯曲半径；管材弯曲时的弯矩在实际弯管过程中，不仅取决于管材的断面形状、材料性能、弯曲半径、尺寸等基本参数，也与使用的模具结构、弯曲方法等因素有关。因此，此公式并不是实际应用的公式，有

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