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題目名稱：全自動薄壁不銹鋼管冷彎機
總
摘 要
薄壁不銹鋼管被大量應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)，而隨著工業(yè)發(fā)展的進步，對不銹鋼管的質(zhì)量要求越來越高，相應(yīng)的對最易引起管材質(zhì)量問題的彎處提出了更高的要求。本文設(shè)計的全自動彎管機主要作用就是解決管材彎曲質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。該裝置以液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)
，同時輔以 PLC 控制技術(shù)，為彎管的可靠性提供支撐。整個裝置中穿芯機構(gòu)、彎管機構(gòu)為設(shè)計要點。穿芯機構(gòu)中芯珠的形狀、珠之間的連接方式將極大的影響彎管質(zhì)量，因此采用高強度材料制作芯珠，鏈條式的連接來解決管材彎制過程中芯棒隨管材一同彎曲的問題。彎管機構(gòu)采取繞彎的方式，在液壓缸作用下被壓緊，最后液壓馬達帶動模盤轉(zhuǎn)動進行彎管。為滿足范圍角度及管材直徑的彎管需要，模盤、芯珠等零件可隨管材不同而相應(yīng)更換。使用該彎管機進行彎管能明顯提高生產(chǎn)效率與彎管質(zhì)量，與傳統(tǒng)管材彎曲機械相比具有明顯的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：薄壁不銹鋼管；回轉(zhuǎn)裝置；全自動；冷彎
VI
ABSTRACT
Thin-walled stainless steel tube is widely used in modern industry, and with the progress of industrial development, the quality of stainless steel tube of the increasingly high demand, corresponding to the most easy cause of bend pipe quality problem put forward higher requirements. The main function of the automatic pipe bending machine designed in this paper is to solve the problem of unstable quality of pipe bending. The device is based on hydraulic system and is supplemented by PLC control technology to provide support for the reliability of the bend. The core penetrating mechanism and the bent pipe mechanism are the key points in the design of the whole device. Connection between coring mechanism in core bead shape, bead will affect the bending quality greatly, so the production of high strength material core beads, connecting chain type to solve the mandrel tubing bending process with pipe bending problems together. Take the way of bending pipe bending mechanism, is pressed under the action of the hydraulic cylinder, the hydraulic motor drives the mold disc rotating pipe.In order to meet the angle of the pipe and the diameter of pipe, the parts can be replaced by different pipes. The bending tube can obviously improve the production efficiency and the bending quality, which is obviously superior to the traditional pipe bending machine.
Key words: thin wall stainless steel tube; rotary device；automatic; cold bending;
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1. 緒論 1
1.1 課題的背景 1
1.2 本課題的研究內(nèi)容 1
1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
2. 彎管機構(gòu) 2
2.1 彎管方式對比 2
2.2 彎管結(jié)構(gòu)分析 5
2.3 校核與計算 5
3. 卸料機構(gòu)及機架 7
3.1 卸料機構(gòu)方案對比 7
3.2 卸料結(jié)構(gòu)分析 8
3.3 機架設(shè)計 8
4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng) 10
4.1 液壓系統(tǒng)簡介 10
4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成 10
4.3 液壓元件的選擇 11
4.2 PLC 控制系統(tǒng) 13
總結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻 18
附錄 1： 外文譯文 19
III
1. 緒論
1.1 課題的背景
全自動薄壁不銹鋼管冷彎機是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達到目的加工彎度的加工設(shè)備。解決了管道安裝過程需要彎頭進行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的資源消耗，為管道鋪設(shè)節(jié)約成本。上世紀 60 年代左右起就已經(jīng)實現(xiàn)小直徑管的人工手動彎曲，發(fā)展至今已多半自動化。尤其用于石油管道鋪設(shè)現(xiàn)場的大直徑冷彎管機在近代得到了飛速發(fā)展。機械行業(yè)用管一般較為小型化、薄壁化，此前生產(chǎn)加工小型薄壁彎管時需要工人進行上下料、穿芯等操作。然而人工穿芯具有相當?shù)牟淮_定性，容易導(dǎo)致彎處產(chǎn)生褶皺等缺陷更有甚者直接報廢，因此生產(chǎn)效率底下、浪費人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場需要，迫切需要更高級的彎管設(shè)備。于是在對此前冷彎機的工作情況進行分析的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的方法、加入自動控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了新一代全自動薄壁不銹鋼管冷彎機。
1.2 本課題的研究內(nèi)容
本課題主要研究的是如何設(shè)計彎管、穿芯、卸料等機械結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)彎管機的全自動化，同時滿足對彎管精度的要求。為滿足不同市場需求，要求整機能實現(xiàn)一定直徑和彎曲角度范圍內(nèi)管材的彎曲，因此類似于彎管模盤等結(jié)構(gòu)需要能實現(xiàn)可更換，這要求彎管機的可操作性高，更換部件時便利性高。大致上由一個液壓站作為全機的動力來源， 分別作用于彎管，卸料，穿、抽芯機構(gòu)，使用 PLC 對彎管機進行自動化控制。
1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機械進行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、電力、供水等多方面都有應(yīng)用。發(fā)展至今彎管方式逐漸多元化，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎[1-4]。隨著技術(shù)的進步一些新的彎管技術(shù)也隨之出現(xiàn)。例如：熱應(yīng)力成形、中頻感應(yīng)成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等;根據(jù)加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據(jù)加工事內(nèi)部是否填料可分為有芯和無芯彎管[5]。彎管所采用的動力也由早期的人力彎管轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌煽縿恿?，例如液壓彎管、氣動彎管、電力?qū)動彎管等。解決了人力不能保證精確度的問題同時也將工人從臟亂的加工環(huán)境解放出來。
而未來，彎管機將以全自動的形式出現(xiàn)，信息化的幾天今天，我們的生產(chǎn)方式也隨著不斷變化，安全可靠的數(shù)控系統(tǒng)將代替工人完成相關(guān)作業(yè)，在節(jié)約成本、保護環(huán)境、提高生產(chǎn)效率方面發(fā)力。整個彎管機系統(tǒng)將在自動化、智能化方面 長足進步。
23
2. 彎管機構(gòu)
2.1 彎管方式對比
傳統(tǒng)彎管工藝按加工形式不同主要分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎幾大類；隨著技術(shù)進步當今也出現(xiàn)新的彎管技術(shù)，如：熱應(yīng)力成形、中頻感應(yīng)成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等。
下面簡單介紹一些常見的彎管方式。
2.1.1 繞彎
繞彎目前大量應(yīng)用于管道彎曲行業(yè)。繞彎是在壓塊的作用下，將芯棒放入被彎管中， 使管材隨彎曲模胎旋轉(zhuǎn)從而彎管成型的彎管工藝。在實際加工過程中一般分為手動和機動兩類：手動彎管只能加工簡單的小管，耗費人力；機動彎管一般進行冷彎，有加芯彎管和不加芯彎管之分。與人管彎管相比極大的提高了生產(chǎn)效率所以一般用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中。
圖 2.1 繞彎示意圖
1-壓塊 2-芯棒 3-夾持塊 4-模盤 5-管材
2.1.2 推 彎
推彎多用于彎制彎頭。按工藝特點分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種[6]。熱推彎需要對管材進行加熱，在此基礎(chǔ)上還需要具有一定推力的機械推動管材，兩相配合之下使管材前段彎曲。
圖 2.2 芯棒式熱推彎彎管原理
1-彎頭 2-加熱爐 3-加熱點 4-擴張芯頭 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)計好模型，再同樣用其它提供推力的機械施與壓力以達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，使管材隨凸模運動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方式，可以加工簡單的彎管，精確度較低。
圖 2.4 V 形壓彎原理
1-凸模 2-管材 3-擺動凹模
2.1.4 輥 彎
利用三個工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅(qū)動輥輪對管材滾動擠壓，從而使管 材彎曲成形的方法[7]?？梢酝ㄟ^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)帶動管材使管材彎曲的加工方法。加工時需要在芯棒、夾緊模、壓緊模、防皺模的配合下使用。
圖 2.6 旋轉(zhuǎn)拉彎
1-模盤 2-防皺模 3-管材 4-芯棒 5-夾緊模 6-壓緊模
2.2 彎管結(jié)構(gòu)分析
圖 2.7 彎管機構(gòu)示意圖
1-液壓馬達 2-旋轉(zhuǎn)模盤 3-管材 4-壓料液壓缸 5 壓緊液壓缸 6-壓緊旋轉(zhuǎn)支架
該彎管方式使用旋轉(zhuǎn)拉彎技術(shù)。管材由下料機構(gòu)放入指定位置，壓緊液壓缸將管材壓緊在圓形模盤上，同時壓料液壓缸將壓料臂推至指定位置。液壓馬達旋轉(zhuǎn)帶動模盤、壓緊旋轉(zhuǎn)支架共同旋轉(zhuǎn)，由于管材管頭被壓緊在模盤上，管尾被壓料液壓缸阻擋，管材將隨模盤共同旋轉(zhuǎn)從而達到彎曲的目的。
2.3 校核與計算
2.3.1 液壓馬達軸校核受力圖如下
圖 2.8 主軸受力圖
實際工作中液壓馬達受力復(fù)雜，校核是取主要受力進行計算，簡化后旋轉(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。其中
扭 矩 T=1219N.m
F=7170N
則 彎 矩 M=FL=28.68N.m 取 M=287N.m 軸直徑 D=50mm
扭轉(zhuǎn)脈動循環(huán)應(yīng)力，取α=0.5。
計算得 σca=???? =
??
√??2+(????)2
=
??
√2870002+(0.5×1219000)2
=
0.1×503 53.9 MPa （2.1）
σca<[σ-1]=60 MPa 所以安全。
2.3.2 模盤、液壓缸緊固螺栓校核
模盤上有 4 枚緊固螺栓受壓料液壓缸施加力而產(chǎn)生剪力， 由壓緊液壓缸可計算出 F=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)第三強度理論有
??max
= ????=110Mpa （2.4） 2
?? 時材料出現(xiàn)屈服，結(jié)合安全系數(shù)，得出 [τ ??max=25.5Mpa
max ]= ??
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 選取標準液壓缸有 D=28mm
所 以 τ = ?? = 7170?? =1.5Mpa （2.5）
4
?? 8×??(28×10?3??)2
τ < [τ] 所以安全。
2.2.4 鍵的校核
由于負載較大，普通平鍵不能承受，故選采用花鍵連接的液壓馬達進行彎管，其中鍵的參數(shù)如下：
尺 寸 ： 8×36×40×7mm
動連接校核公式(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=0.7
z—花鍵齒數(shù)： z=8
l—齒工作長度，取 l=40mm
h—花鍵齒數(shù)工作高度，矩形花鍵，h= 倒角尺寸,其中 C=0.2mm
????? 2
-2C,D 為花鍵大徑，d 為花鍵小徑，C 為
d =
??+??
dm—花鍵的平均尺寸，矩形花鍵， m
2
帶入數(shù)據(jù)有
P=
2000×1578000
=0.23Mpa
0.7×8×40×1.6×38
查花鍵連接取許用應(yīng)力 [P]=5Mp P<[P] 所以所選鍵的強度滿足求。
3. 卸料機構(gòu)及機架
3.1 卸料機構(gòu)方案對比
3.1.1 曲柄滑塊夾持機構(gòu)
曲柄滑塊機構(gòu)運動時實現(xiàn)卸料移動，末端連接夾持機構(gòu)實現(xiàn)卸料夾持。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；
缺點：整體結(jié)構(gòu)尺寸太大，不易與其它機構(gòu)協(xié)調(diào)安置。
3.1.2 液壓缸夾持機構(gòu)
液壓缸實現(xiàn)卸料來回運動，末端同樣使用液壓缸實現(xiàn)卸料夾持。
優(yōu)點：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)實現(xiàn)簡單，性能可靠；
缺點：需要兩個液壓缸，支撐板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)較為困難。
3.1.3 機械手
機械手是機械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實際應(yīng)用的自動化機械裝置，能夠接受命令， 精確定位到三維或二維空間上的某點進行作業(yè)，各行業(yè)應(yīng)用廣泛。
優(yōu)點：位置精度高，通用性強，工藝性好， 缺點：造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。
綜上所述，選擇方案二液壓缸加持機構(gòu)，可以很方便的與整個液壓系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)工作，造價低，不用額外增加復(fù)雜機構(gòu)。
3.2 卸料結(jié)構(gòu)分析
圖 3.1 卸料機構(gòu)簡圖
1-機架支撐板 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 8-液壓馬達 9-卸料液壓缸 10 卸料滑槽
以兩個液壓缸為基礎(chǔ)，一個抓取管材，另一個實現(xiàn)卸料移動。管材完成彎曲之后將 由與芯棒液壓缸連接的頂出支架頂出，同時卸料爪在卸料液壓缸的帶動下進行抓取運動。卸料爪抓緊管材后卸料液壓缸運動，帶動卸料支撐板到達指定位置后卸料爪松開，與此 同時同時在頂出螺釘?shù)淖饔孟鲁尚凸懿牡袈涞匠善肥占瘏^(qū)。
3.3 機架設(shè)計
3.3.1 機架設(shè)計要求
機架是整個彎管機的基礎(chǔ)部分，承載其余所有結(jié)構(gòu)，一般來說因為其余結(jié)構(gòu)布局等一些列原因?qū)е聶C架尺寸偏大，為了保證整機在工作時不會出現(xiàn)震動、變形等情況一般對機架設(shè)計有如下要求：
1. 有足夠剛度及剛度質(zhì)量比；
2. 優(yōu)良的動態(tài)特性；
3. 不易產(chǎn)生熱變形；
4. 安全性高，便于制造安裝。
3.3.2 工作面板
彎管機工作面由鋼板構(gòu)成。壁厚由外壁當量尺寸 C 決定：
2??+??+??
C=
3
式中床身長、寬、高分 別為 L=1.9m B=0.75m H=0.9m
帶入數(shù)據(jù)有 C=1.812
查表可知床身厚度為 15mm
3.3.2 機支撐結(jié)構(gòu)
（3.1）
支撐立柱采用空心鋼管，使用時焊接到工作面板相應(yīng)位置即可。為保證立柱不歪斜移位，在底部、中部用薄鋼板將各立柱連接起來，與平面接觸處焊接斜鋼板進行穩(wěn)定支撐。該機架結(jié)構(gòu)方式節(jié)約材料，方便安裝。
初步估算大致有整機工作面及其上各部件總重量為300-400kg，取400kg 進行校核，為保持平衡整個裝置平衡及承重，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]=160Mpa
σ<[σ] 滿足要求。
4. 液壓及 PLC 控制系統(tǒng)
4.1 液壓系統(tǒng)簡介
液壓傳動是以液體作為介質(zhì)來進行能量傳遞的傳動方式。他具有一些列明顯的優(yōu)點， 例如可以傳遞大功率、快速響應(yīng)、無級調(diào)速、易實現(xiàn)自動化、易實現(xiàn)回轉(zhuǎn)或直線運動等。 而自動化、回轉(zhuǎn)或直線運動就是本設(shè)計中彎管機所需要的重要特性。
4.2 彎管液壓系統(tǒng)組成
液壓原理圖如圖 4.1 所示
圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖
整套液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要由五個單向液壓缸，一個雙向液壓缸，一個液壓擺動馬達構(gòu)成，再輔以其它輔助元件，例如電磁換向閥、順序閥等。壓料缸用于保持管材旋轉(zhuǎn)時管尾處于固定位置，并且末端的導(dǎo)向輪在管材彎曲前進的過程中能減少管材與壓料機構(gòu)的摩擦受力，減小管材損傷；壓緊缸將管材壓入彎曲模盤中，保證彎管時管材始終固定于彎管模槽內(nèi)；卸料爪缸在卸料時抓取彎曲后的管材，待抓取動作完成后卸料缸運動將管材移出到指定位置，完成卸料；上料缸在管材落下過程中將管材推送如預(yù)定位置進行上料；芯棒缸為雙向液壓缸，其中一個方向驅(qū)動芯棒實現(xiàn)對棺材的穿芯、抽芯，另一個方向安裝有頂出支架，在抽芯的同時將卡入模盤的管材頂出以實現(xiàn)卸料爪對彎曲管材的抓取行動；液壓馬達為單葉片擺動馬達，能實現(xiàn) 180°角內(nèi)往復(fù)運動，為管材彎曲提供動力。
為了整個彎管過程更加可靠，液壓馬達、壓料缸、壓緊缸、卸料爪缸都有液壓鎖， 在達到預(yù)定位置后液壓缸將被鎖緊，減少壓力損失，使動作更加平穩(wěn)可靠。為了實現(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，滿足不同管材彎曲所需。
在彎管和穿芯兩處要求較高的液壓回路中做了特別處理。彎管液壓馬達采用二級回油調(diào)速回路，極大的增強了負載能力，并且工作速度平穩(wěn)、沖擊小。在開始彎管階段為提高彎管質(zhì)量，可以采用慢速彎管，這樣可以極大的提高實際彎管與設(shè)定彎管的相似度。芯棒液壓缸處采用節(jié)流、卸荷兩種回路，該方式可以使芯棒在回退過程中拉平部分彎曲褶皺，提高彎管質(zhì)量。
動作順序表如下：
表 4.1 彎管動作順序表
動作名稱
電動機
M
電磁鐵
YA14 YA15 YA16 YA17
電機啟動
+
慢彎
+
+
+
快彎
+
+
+
回退
+
+
4.3 液壓元件的選擇
4.3.1 液壓馬達的選擇
由于是范圍彎管，以最大載荷為選擇基準。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
管材抗拉強度： ????≥520Mpa； 管材條件屈服強度 ：σ0.2≥205Mpa
使不銹鋼管彎曲成形，產(chǎn)生塑性變形取 σ=450Mpa 彎曲強度計算如下：
彎管力矩
M = W[σ]3 ?? （4.1）
抗彎截變模量
√??
w= ????3
32(1???4)
（4.2）
式中
α =
?? （4.3）
??
帶入數(shù)據(jù)有
W=2.5 × 10?3??3
M=1219 N.m
取液壓缸效率η = 0.8 ??實 =
?? =
??
1219=1523N.m （4.4）
0.8
根據(jù)所需扭矩查《機械設(shè)計手冊》（第五版）成大先編。以下簡稱《手冊》表 21-
5-108 選擇液壓缸規(guī)格如下：
型號：YMD700 擺 角 ：180° 排量：700mL/r
額定壓力：14Mpa
內(nèi)泄露量：650mL/min
啟動轉(zhuǎn)矩：571 N.m
額定轉(zhuǎn)矩：1578N.m
花鍵連接：8×36×40×7mm 滿足彎管最大轉(zhuǎn)矩要求。
4.2.2 壓緊液壓缸選擇
因為 M=FL L=0.17m M=1219N.m 則 有 F=7170N
??
取 液 壓 缸 效 率 η = 0.8 ?? 實 = ?? =8962.5N
按經(jīng)濟適用原則選取輕型拉桿式液壓缸查《手冊》表21-6-87 選取液壓缸規(guī)格如下： 型號：WYX0170L-LB50C25
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：22mm 推力 13.71kN
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。
4.2 PLC 控制系統(tǒng)
4.2.1 控制系統(tǒng)簡介
控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC。PLC 主要由中央處理器、處理器、輸入輸出接口電路、通信接口、電源等部分組成。是專門在工業(yè)環(huán)境下設(shè)計的控制裝置， 具有功能強、可靠性高、程序設(shè)計簡單、修改方便等優(yōu)點。選取最常用的三菱公司FX2N-48MR 控制器，控制器的作用是控制液壓系統(tǒng)的電磁閥得電失電。
4.2.2 控制系統(tǒng)順序圖順序功能圖是用來表
達順序控制過程的程序，簡
稱功能圖。是一種說明性語言，可以完整的描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性。特別對于復(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、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動 圖 4.2 順序圖作組成。彎管機的控制系統(tǒng)
順序圖如圖 4.2 所示。
續(xù)圖 4.2 順序圖
4.2.2 控制系統(tǒng)梯形圖及代碼
梯形圖是目前應(yīng)用最為廣泛的 PLC 編程語言。是以電氣控制系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)演化而來的。它將電氣圖中的接觸器、繼電器等變成簡化符號，具有形象、直觀和實用的特點。以彎管機構(gòu)為例，I/O 分配及梯形圖分別如下：
表 4.2 I/O 地址分配表
X0 啟動開關(guān)
Y0 泵啟動 M0
Y1 慢彎電磁閥 YA17
Y2 彎管前進電磁閥 YA16
Y3 彎管后退電磁閥 YA15
代碼如下及梯形圖如下：
DL X0 OR Y0 ANI T2 OUT Y0 LD YO OUT T0
K30 LD T0 OUT T1
K70 LD T1 LD T1 OUT T2
K100
LD Y0 ANI T0 OUT Y1 LD T0 ANI T1 OUT Y2 LD T1 ANI Y2 OUT Y3 END
圖 4.2 彎管動作 PLC 控制梯形圖
總結(jié)
本文對全自動薄壁不銹鋼管的結(jié)構(gòu)，用途做了較為詳細的論述。在彎管機構(gòu)、卸料機構(gòu)、機架設(shè)計方面給出了詳細的方案。對于主要的零部件進行受力校核以保證設(shè)計的可行性。整套機構(gòu)采用液壓傳動的方式進行能量傳遞，PLC 控制系統(tǒng)進行自動化控制。主要得出以下結(jié)論：
1. 綜訴了彎管機的背景、發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計的目的及必要性等；
2. 簡單介紹傳統(tǒng)彎管工藝，對比卸料機構(gòu)的組合方式及優(yōu)缺點最后分析得出彎管機構(gòu)、卸料機構(gòu)的詳細方案；
3. 結(jié)合實際情況得出機架的設(shè)計方案；
4. 主要零部件的校核；
5. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計，液壓元件的選??；
6. 控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計;
7. 具體的零件圖及裝配圖。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計是一項綜合性較高的工作，整個設(shè)計過程就是將之前學(xué)習(xí)的知識進行融合。在這個過程中查找了很多資料，也得到了很多幫助。首先要感謝吳蒙華老師的細心指導(dǎo)， 在每次答疑的過程中老師都會幫助我解決很多設(shè)計上的問題，并告訴我怎么查找資料， 怎么合理布局。在細節(jié)上老師會指出不足指出，引導(dǎo)我找出最佳的方式。其次要感謝一 起做畢設(shè)的同學(xué)們，特別在文獻翻譯方面給了我很大的幫助，為我指出了很多語序，專 業(yè)詞匯翻譯不當?shù)膯栴}。在說明書寫作過過程中告訴我一些實用的技巧，提高書面的美 觀、整潔程度。
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附錄 1： 外文譯文
3.3 水壓法的技術(shù)要素
3.3.1 耐壓栓
一般情況下用金屬制的蓋子與鋼管焊接起來，或者在鋼管的端部插入螺釘、螺栓的方法，但是生產(chǎn)性方面存在一定的問題。
對于化學(xué)機械等的高壓容器制造公司，為了確認鋼管的焊接品質(zhì)，用耐壓栓進行水壓實驗。這個耐壓栓的原理是與外部連接防止鋼管徑向擴張，并且利用爪子楔子的效果，防止內(nèi)徑擠壓或發(fā)生竄動，借此來封閉內(nèi)部填充物，也容易應(yīng)對接下來的自動化要求（圖 9）。
采用這個機構(gòu)可以有效地防止空氣的混入。使用透明的亞克力管，水填充時可以分辨出有無空氣殘留。這樣做的結(jié)果是把管子豎直放置時可以分辨出鋼管上部的耐壓栓附近有無空氣聚集。在聚集處的上部設(shè)計一個排氣孔，可以確保沒有空氣在管子內(nèi)部殘留（圖 10）。
3.3.2 水壓泵
彎曲加工中發(fā)生封條破損時，為了最大限度地減小水的飛濺，在高壓時流量減少且容易控制的水泵比較合適，本設(shè)備采用以柱塞作為動力源壓縮空氣的水泵（圖11）。氣壓在 0.5Mpa 時最大水壓為 20Mpa（圖 12）。
3.3.3 壓力的控制
水壓法的加工中由于鋼管的彈性變形和塑性變形導(dǎo)致體積變大壓力減小，所以控制壓力一定是必要的。所以在鋼管入口處需要一個裝置可以檢出壓力且與設(shè)定壓力不同時，可以控制調(diào)整驅(qū)動壓力，重新調(diào)整水壓。
（圖 13）。
出于作業(yè)安全，對于本裝置應(yīng)該做出如下控制： (1)鋼管內(nèi)部注水后沒有殘留。注水時如果出現(xiàn)水泵
入口有氣泡殘留應(yīng)立刻停止，并且水泵出口處感知 不到氣泡后在規(guī)定時間后停止注水。
（2） 避免迅急地加壓。為了防備封條密封不嚴，最大限度地減小水的飛濺，朝著目標壓值階段性地升壓。
（3） 升壓時，鋼管內(nèi)無空氣殘留。因為有空氣在管內(nèi)殘留時升壓時間會變長，所以要停止并用時檢查。
（4） 升壓后，耐壓栓松弛，鋼管龜裂等發(fā)生時的對策。壓力急劇下降并伴隨送水量增加，水泵的脈沖數(shù)增加，檢查結(jié)果異常時停止作業(yè)。
3.4 水壓法測試機
為了確定以上的技術(shù)要素，利用單一發(fā)生機制作了試驗機。（圖 14）
3.5 彎曲加工步驟
最初的水壓設(shè)定為鋼管材料屈服應(yīng)力的一半，本裝置的加工步驟如下所示：
（1） 在鋼管上安裝耐壓栓，注水直到無氣泡后確認沒有水漏出；
（2） 把鋼管安裝到彎管機上并設(shè)定水壓后，開始彎管加工；
（3） 把鋼管取下，打開耐壓栓排水。
3.6 測試結(jié)果
用測試機彎曲了上述 YZF 系列比賽用鋼管后，結(jié)果是用以前的方法難以加工的鋼管，現(xiàn)在不會產(chǎn)出有褶皺、裂紋等不合格的產(chǎn)品，并且截面偏平率（=最小外徑/公稱外徑）比以前（93%）上升到了（96%），保證了產(chǎn)品的品質(zhì)（圖 15）而且彎曲加工的條件確定，試加工的鋼管數(shù)是平時的幾分之一就夠了，很容易完成測試。
4. 量產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)
4.1 量產(chǎn)設(shè)備的更新、改良項目
實現(xiàn)彎管機同時彎曲的改造，對于主要的新設(shè)備、改良項目進行說明。
（1） 新建密封注水機
往鋼管上插入耐壓栓后，螺母經(jīng)流道自動擰上、改造的水泵提前注水， 這時，若超出規(guī)定的扭矩、規(guī)定的擰緊力的話，警報鈴響停止工作。
（2） 新建高壓供水配管的自動除水
泡機注水后，供給高壓水時應(yīng)保證沒有氣泡。本裝置啟動時，安裝定期除水泡機。
（3） 耐壓栓的使用回數(shù)記憶電路
一臺機器需要使用多個耐壓栓。這套裝置可以記憶每次生產(chǎn)的次數(shù)，管理消耗品（墊片等）的壽命，提高了設(shè)備的保全性。
（4） 耐壓栓構(gòu)造的改良
實施復(fù)數(shù)回的彎曲加工，需要在耐壓栓安裝后，鋼管的一端保持、前進、扭轉(zhuǎn)等動作順利進行。這里對另一側(cè)安裝在彎管機上的耐壓栓進行改造，并且外部連接增強，更容易自動化地安裝、搬運鋼管的耐壓栓（圖 16）。
4.2 量產(chǎn)設(shè)備摘要
采用以上改良項目，為了提高安全性、減輕工作壓力、少人化、采用運輸機器人來進行搬運，工人則把鋼管的焊接線作為彎曲內(nèi)側(cè)將鋼管安裝在加工工位上并按下啟動開關(guān)。之后的一系列工程均自動完成，彎曲加工完成后的以彈出的方式下料，檢查（圖 17、表 3、圖 18）。
4.3 量產(chǎn)的實例
用本設(shè)備加工新 YZ250F 用的排氣管。為了使彎曲部位的偏平率相同，彎曲角度隨壓力的變化而變化（表 4）。
5. 成果
（1） 新 YZF 比賽用摩托車排氣管生產(chǎn)目標達成；
（2） 防止夾緊裝置產(chǎn)生滑動且不用加工防滑槽。并且夾緊裝置的材料選用塑料材料， 減少夾緊裝置的磨損，表面品質(zhì)提高，因此去除了除磨損的工藝步驟，同時減少了毛坯管半精加工的步驟。當使用精加工鋼管時，減少了成本，去除了搬運時的表面磨損。
（3） 要求熟練操作的彎曲加工變得簡單。因此，加工時間為原來的幾分之一，比以前的彎管機機械專用化，現(xiàn)在一臺機器可對應(yīng)多種鋼管，提高了替換率。
（4） 一般難以加工的鈦合金鋼管（由于鈦金屬的親和性易產(chǎn)生劃痕）也可以很好地彎曲加工，適合簡單調(diào)整后就可以得到良品的高價鈦合金鋼管。
（5） 芯棒不用含氯的潤滑油，減少清洗工藝。
（6） 可以多管同時生產(chǎn)，也可以一次生產(chǎn)一根。
6. 結(jié)語
本加工方法開發(fā)于 1999 年，設(shè)備生產(chǎn)使用于 2000 年 8 月。自開發(fā)初期就與商品開
發(fā)部門保持緊密聯(lián)系，短時間內(nèi)投放使用。2001 年 11 月起 2 代彎管機產(chǎn)出，開始生產(chǎn)鈦合金鋼管。關(guān)于本機的所有有關(guān)機構(gòu)和水壓法的注水方法、水壓的控制方法都已申請專利。今后，關(guān)于能否應(yīng)用在二重管加工、汽車的進氣口、汽車排氣管上，還要進行進一步的研究。