机械弯管机设计.doc

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毕业设计

机械弯管机设计

学生姓名：

专业班级：

机械电子工程2010-1班

指导教师：

学院：

机电工程学院

2014年6月

机械弯管机设计

摘要

数控弯管机是基于矢量弯管原理，运用微机控制，完成用户所需的任意空间立体管形，是现代弯曲整形的重要加工设备。

本文主要针对弯管机这一数控装备进行嵌入式测控系统的硬件系统研究开发，以嵌入式微处理器为硬件平台，代替传统的通用计算机和工控机，对机床的加工过程进行有效控制。

在此基础上加装运动控制卡PCI-1240U，通过运动控制卡实现对伺服电机驱动器的控制，从而控制伺服电机带动各轴进行准确的旋转走位操作。

本文主要对该嵌入式测控系统进行硬件系统的研究开发，针对工业现场控制电路的基本要求，利用PROTEL软件绘制四个控制电机的电路原理图和现场总体电路分布结构设计图；根据设计精度要求和对元器件性价比的比较，对包括嵌入式系统、运动控制卡、伺服电机、伺服电机驱动器、输入输出卡、编码器及传感器等元件在内的各类硬件设备的选型。

本文所设计的嵌入式测控系统用于控制数控弯管机的工业现场实际运行，主要实现弯管机的送料、旋转、弯曲等功能的控制。

所设计的电路及选取的硬件在工业现场调试中基本能够达到预期的效果。

关键词　数控弯管机、嵌入式、运动控制卡、伺服驱动器

Mechanicalbendingmachinedesign

Abstract

CNCpipebendingmachineisanimportantmoderncurvedplasticprocessingequipment,whichisbasedonthevectortheory,usingcomputercontrol,tocompleteanyspaceforthree-dimensionaltubetomeetusersrequirements.Inthispaper,itmainlyabouttheresearchanddevelopmentofhardwaresystemsonthenumericalcontrolequipmentforpipebendingmachineembeddedcontrolsystem,usingembeddedmicroprocessorhardwareplatform,insteadofthetraditionalgeneral-purposecomputersandindustrialmachines,tocontrolthemachiningprocesseffectively.Onthisbasis,installationofmotioncontrolcardPCI-1240U,realizedthroughthemotioncontrolcardservomotordrivecontrol,tocontroleachaxisservomotordriveforaccurateoperationofrotatinggears.Inthispaper,itmainlyaboutthecontrolsystemoftheembeddedhardwaresystems’researchanddevelopment,forindustrialcontrolcircuitofthebasicrequirements,usingPROTELsoftwaretodrawfourmotorcontrolcircuitschematicdiagramsandfielddistributionoftheoverallstructureofthecircuitdesign;accordingtothedesignprecisionandcomparisonofthecostoncomponents,selecttheequipmentincludingembeddedsystems,motioncontrolcards,servomotor,servomotordrive,inputandoutputcards,encoders,sensorsandvarioustypesofhardwarecomponents.Thisembeddedcontrolsystemdesignedtocontrolthepipebendingmachineforindustrialon-sitepracticaloperation,mainlyaboutfeeding,rotating,bendingandotherfunctionsofthecontrol.Thecircuitdesignandselectionofhardwaredebuggingintheindustrialfieldcanachievethedesiredresults.

Keywords　CNCpipebendingmachine、embedded、MotionControlCard、servodrive

目录

摘要

Abstract

1前言 1

1.1弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比 1

1.2弯管机的基本原理与选择 2

2弯管机设计 4

2.1工件工艺分析 4

2.2计算弯曲力矩 4

2.3电机选取 5

2.4传动比的计算与各传动装置的运动与参数 6

2.5皮带轮与皮带的计算与选择 7

2.6涡轮蜗杆减速箱的计算与选择 8

2.7联轴器的计算与选择 8

2.8轴承的选择 9

2.9轴的初步计算与设计及校核 9

2.10齿轮的计算与设计 13

2.11大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计 14

2.12轴套的结构设计 16

2.13盖板的结构设计及计算 16

2.14机身的机构设计与计算 17

2.15弯管机的主要参数 18

3挡料架的结构设计 19

3.1挡料架的结构设计 19

4用电器选择与电路 20

4.1各用电器的选择与电路设计 20

结论 22

参考文献 23

附录 24

致谢 25

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1前言

1.1弯管机在自工工业中的地位和各种弯管机的性价比

现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢管，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具等等占有相当重要的地位。

各种管，对大，形状复杂，种类数，带来了很多的困难，在管加工。

对许多小企业，家庭作坊，需要管的场合或大型企业，如压力管道工程机械，液压管路，机床厂机油，健身器材管等，这些应用程序不需要折弯机功能齐全，不高的拟合和加工难度，简单的手动式折弯机可满足要求。

折弯机手动夹紧，机械弯曲模式，该机具有结构简单，控制元件少，所以更易被用户所接受的价格。

现在市场上有很多种类的大型弯管机销售，但市面上现有的自动弯管机大多数是液压的、数控的（如图1-1,1-2），因他们的大面积（2.5~4m长），且价格相对昂贵的（约20000~价格在50000元以上）。

相对很多企业不需要这样的大型和昂贵的弯管机，自动弯曲机小便宜和方便的区域可以被许多企业所接受。

本设计从满足市场及使用者需求等方面出发，计划出一种价格低廉、面积较小、使用简单的自动弯管机（长900mm，宽800mm，高1100mm，价格9000元人民币左右）。

并对进一步加强弯曲设置属性，使它能弯曲在不同直径和不同类型的钢管。

同时采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度，大大的简化了电气控制系统，便于操作。

图1-1液压弯管机

图1-2数控弯管机

1.2弯管机的基本原理与选择

自动式弯管机的弯管原理,在通常情形下分为如下俩种方式，即滚弯式与缠绕式。

如图1-3、图1-4所示。

图1-3图1-4

二者各有优缺点：

绕线式主要用于方形弯管结构复杂，和弯曲型主要用于弯曲管也可用于管弯曲，在弯曲管绕稍差，但相比之下弯滚式结构更加简单容易设计且成本更低。

故本弯管机采用滚弯式。

以下是弯管机的工作步骤：

1.留出第一段直线段长度，并用夹紧件夹紧管子。

2.启动弯管机，将管材弯曲。

3.夹紧块松开弯管件，拿出工艺管材，然后把模具重置。

按照所需要管的标准样品在夹具上检查加工出的管形标准并校正。

4.重复第1步，直至将管材弯曲到理想程度为止。

2弯管机设计

2.1工件工艺分析

本设计选用的管材是直径30mm，厚度为2mm的钢件，钢管需是无缝的，选材为10号钢，其最小弯曲半径为60mm,整个管件的弯曲半径为100mm。

10号钢力学性能如下：

抗拉强度（MPa）:

335

屈服强度（MPa）:

205

伸长率（%）:

31

断面收缩率（%）:

55

硬度：

未热处理，137HBs

试样尺寸：

试样尺寸纵向25mm

加工技术。

弯曲部分的要求，不得有裂纹，不能有凸起的大，不能有皱纹。

其工件如图2-1,2-2所示。

图2-1图2-2

2.2计算弯曲力矩

管弯曲力矩的计算是在自动折弯机机械参数的基础上确定的。

由于管弯曲半径小的时候，弯曲的弯曲力矩管在弯矩最小半径的钢管。

依据力学的塑性理论分析，剖析出管材均匀弯折时的弯矩理论表达式为：

（2-1）

其中为弹性应力

r为管材内径

t为管材壁厚

为屈服应力

为中性层的弯曲半径

=2420

2.3电机选取

按照经验弯管器的弯管速度选择为8r/min

则有

P==23462kw（2-2）

因为工作功率确定为2kw所以由电机功率公式P=（2-3）

、、、、分别为带传动、蜗轮蜗杆传动、联轴器、工作齿轮、轴承的传动效率。

取=96%、=90%、=99%、=97%、=98%得

P==2.5kw

由于满足弯曲各种钢筋的弯曲类型，因此选用的电动机功率较大，这样弯曲机可以弯曲更大范围的弯曲半径，电机设有制动功能是因为折弯机需要内在的制动功能，且电机转速不宜过大是因为电机正反的频率过大。

因此，电机的速度是960r／min达到上述要求，yep132s-6电机类型选择，电机的基本性能如表[2]2-1

表2-1yep132-6主要性能参数

型号

功率

满载时

堵转转矩

最大转达矩

静制动转达矩不小于

空载制动时间不大于

噪声