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机械系开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

可移动式简易弯管机设计

学生姓名：

刘丹学号：

12l0551299

专业：

机械设计制造及其自动化

指导教师：

单根立（教授）

2016年3月22日

1.结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

自动弯管机

弯管机是一种用于管道安装的轻便型现场施工液压机具，具有小巧轻便、移动方便、可解体等特点，最适宜冷弯各类无缝钢管。

弯管机是我国基础建设的关键设备。

不仅在电力，石油化工等工业，另外在天然气，集中供热等输送工程中，需要大量的弯管，弯头，而且在冰箱、空调和循环冷却系统等机械设备中有很大的使用价值。

所以弯管机是重要生产设备之一，它的安全、可靠、高效运行，直接关系到自动化生产线的生产效率和加工质量。

目前弯管机种类繁多且结构比较复杂，主要是在弯管的过程中对管的伤害比较大：

在弯曲的过程中，管的外壁被拉伸而内壁被压缩，存在应力集中，且在使用过程中承受（主要是来自弯管内液体或者气体）的压力范围较小，在外壁被拉伸处容易产生裂纹和泄露。

自动弯管机共有两部分组成：

校直截断机和自动弯管机。

校直截断机由导轮、滚筒、两台校直机、高速电机及砂轮，PLC控制部分组成。

其功用是将原材料管材校直后，再按照一定的长度截断，并保证其断口是平整的，长度是一致的。

自动弯管机由步进电机、摆动液压缸及附属部分、PLC控制部分、限位开关等组成，能够实现进料、弯曲、旋转的功能。

1.弯管机概述

弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。

机械传动式弯管机结构简单，制造方便，通用性大。

液压弯管机传动平稳、可靠、噪音小，结构紧凑，能弯制不同直径的管材。

半自动控制的弯管机，一般只对弯管角度进行自动控制，主要用于中、小批量的生产。

自动控制的弯管机通过尺寸预选机构和程序控制系统对弯管全过程（送进、弯管和空间转角）实行自动控制，这种弯管机一般采用液压传动，适用于大批量生产。

数控弯管机能够根据零件图规定的程序和尺寸，通过输入数据来实现弯管过程的全自动控制，它适用于大批量生产，尤其是管件尺寸参数多变的场合。

随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。

微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使弯管机的功能更趋完善。

下面是几种常用的代表目前国内外先进水平的弯管机。

1．1机械传动式弯管机

常用的机动（用蜗轮蜗杆驱动）弯管机，能弯曲直径为a15-032mm的管材，该弯管机由机架、蜗轮减速机、电动机及四副导轮等机件构成。

弯管时，先把管坯装入相应直径的导轮副内，并用夹圈予以固定，然后开动电机，使活动导轮绕固定导轮转动，便可完成弯管工作。

机动弯管机的弯管能力不高，弯管精度也一般。

1．2多功能弯管机

一般的弯管机每加工一种类型的管材，需加工一副型槽与管径一致、外形与弯曲半径一致的模具。

弯曲半径越大，管件批量越小，则模具费用越高，加工周期越长。

而且，往往需要在特制的模具上对大弯曲半径弯管的弯曲回弹超差进行修整，既不方便，又增加了加工成本。

多功能弯管机是江西省机械科学研究所在普通弯管机的基础上研制出来的。

它是一种生产准备周期短、模具费用低、功能齐全、能满足多种批量弯管生产要求的新型设备。

与普通弯管机相比，多功能弯管机增设了辊轮及其附属装置。

若要大规模、大批量地生产尺寸精密的弯管件，只需卸下辊轮3，4，使无缝管在芯棒支持下通过夹紧模进入弯曲模具，采用缠绕式弯管工艺即可将管坯弯成预定形状。

对于大弯曲半径、小批量、多品种的管件，则将夹紧模、压力模、夹头和芯棒卸下，采用三辊轮弯管工艺来进行生产。

由于辊轮3，4的位置可以利用丝杆和螺栓分别调节，使得辊轮与管件接触的三点A，B，C所确定圆弧的曲率半径可进行无级调节。

这种相互位置可调的辊轮，在弯管过程中实际上起着模具的作用，具有装拆方便、调节简易、一模多用的优点。

1．3数控弯管机

数控弯管机是基于矢量弯管原理，按程序通过数字控制系统来弯曲用户所需的任意空间立体管件的现代重要的先进弯曲加工设备，其执行机构主要包括夹紧弯曲机构和管材送进旋转机构。

随着微机技术的迅速发展，现在的数控弯管机一般都采用微机控制，故也称CNC（ComputerNumericalContr01）系列的弯管机。

由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性”，使数控系统的性能大大提高。

DB80B（CNC）弯管机是英国Addison公司生产的一台代表弯管世界先进水平的机器。

该机床采用了多CPU控制系统、模块化设计方法、标准化总线结构和人机对话图形编程等先进技术，使其控制系统的控制精度、可靠性大大提高。

1．4中频感应弯管机

中频感应局部加热弯管技术不需要模具，具有生产效率高、劳动强度低、适应性强等优点，主要用于大口径、厚壁、高强度钢管的弯制加工。

目前，能弯制直径1520mm，壁厚80mm的各种弯管。

华北电力大学研制开发的机电液一体化ZW系列大型中频弯管机是我国目前最先进的中频弯管设备。

2.弯管机发展现状

数控机床水平和装备的数控化程度是一个国家综合国力的集中体现，装备的数控化是振兴我国制造业的重要基础。

数控机床按其功能类型大致分为金属切削加工类机床（如车、铣、镗、磨、加工中心、切齿设备等）、金属成形类机床（如冲床、弯管、折弯、剪边等）和特种加工类机床（如激光加工类机床、电加工类机床等）。

金属成形类机床的数控化起步相对较晚，发展迅速。

其中数控弯管机广泛应用在汽车、家电等行业，是汽车行业重要的加工装备，各种类型的数控弯管机工艺对象和工艺过程不同，单个品种数量不多，其核心数控系统尚未形成完整的系列产品，品牌比较杂而少。

在国内，塑性成形设备的特点是小批量多品种，其数控系统除了有跟一般金切机床相同的共性外，还有自己的独有的特性（如成形工艺的复杂性、控制对象的多样性、生产过程的非线性等）。

由于国外塑性成形设备的数控系统一般采用专用结构，给系统的维护和升级带来很大困难，且成本昂贵。

数控弯管机作为塑性成形设备之一，其应用广泛。

但是，目前在国内主要弯管机生产厂家：

长治锻压机床厂、江阴机械厂、上海常青机械厂、上海嘉定弯管机厂、中山市科力高自动仪设备有限公司、上海颁新弯管设备有限公司等，大多为液压半自动弯管机，数控弯管机品种批量较少，很多产品数控系统均是在工业PC基础上自主开发或者主要是国外非主流品牌数控系统，针对性强、通用性差。

国外弯管机主要生产厂家：

英国ADDISON公司、意大利BLM集团、日本大洋株式会社、瑞典HERBER公司和美国伊顿公司等，主要生产数控弯管机，且数控系统均是自己公司开发配套产品。

国外产品（相当STAR一03W弯管机）均在200万以上，国内产品约在80"--"120万元之间。

美国自20世纪60年代就开始使用垂直液压（即立式）弯管机，可以弯制152.4～762mm（6～30英寸）各种壁厚的钢管。

70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm（60英寸）。

原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。

目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式主要有气动式和液压式两种。

气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。

液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形。

如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：

1.摇臂，其作用是保证弯管弯曲半径符合要求，其夹紧座是限制钢管在弯曲过程中反弹。

2.矫直辊一是防止在弯曲过程中垂直方向变形，与浮动防椭圆夹具配合使用保证弯曲后的钢管椭圆度符合要求。

3.导向辊装置一有两组导向辊和机架及夹紧传动系统组成，导向辊开合由液压驱动来完成，其功能是与摇臂共同完成钢管水平方向的弯曲。

4.推送装置（由小车、床身、传动轴、牵引链等组成）推动钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。

5.驱动装置它是推送装置的动力源。

6.泵站一分高压和低压两部分为导向辊开合、摇臂夹紧座油缸、推送装置小车卡盘开合、矫直辊开合提供动力。

随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。

微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使弯管机的功能更趋完善。

数控弯管机介绍：

数控弯管机是数控技术与传统弯管工艺相结合，随着机床工业的发展而出现的。

其自动化程度高、效率高，适合于快速精确地弯制复杂的空间弯曲件。

作为数控弯管机的核心，控制系统的性能优劣对整个设备的精度和效率影响甚大。

因此，研究开发出先进的弯管控制系统具有重大的现实意义。

伴随着科学技术的不断发展，弯管性能也在大幅度地提高。

特别是微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使得传统弯管机的功能日趋完善，数控弯管机、PLC弯管机、单片机弯管机等自动化的弯管机将取代传统弯管机而成为现代弯管的主要设备。

传统的二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要。

三维数控弯管机正是在这一背景下逐渐开发并成熟起来的。

可程序设计控制器（PLC）在弯管机控制系统中的应用给复杂要求的弯管系统提供了技术支持。

到现在，由于国内空调，汽车等行业的兴起对于弯管机的需求产生了由量到质的转变。

所以同样催生了弯管机技术的飞跃，数控技术终于引入到了弯管机行业，数控的介入是弯管行业的一次技术革命，不管从弯管速度、精度上都是具有具有相当大的优势。

自工业经济快速发展的上世纪90年代后以来，基础设施建设厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足需求。

许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。

台达作为行业的领军者率先利用产品的优势以及中达电通的整合技术销售给行业带了更强的生命力。

现今，我国弯管机制造也已基本上能够满足工业需求了，特别是在普通弯管机上。

目前，国内研制的中频加热弯管机基本上可以显示我国的自动弯管机发展进程。

它是以液压、机械机构、中频加热为主要的运动执行机构，以可编程控制器（PLC）为控制机构来进行工作的。

这种弯管机广泛用于直径较大且管壁较厚的管材。

弯曲效果很好，应力集中不明显，这种弯管机用于加工输送石油，天然气等易泄露物料弯管。

中国作为全球最大机床生产国、进口国和消费国,早期的机床均属国营，生产效率不佳，出口比例较低；目前管类加工机床弯管机及其行业机床正在逐渐成熟走向国际市场。

在国内机床企业大力改革、裁汰冗员，大量崛起“人员精简、产值高”的民营企业等事件后，情况得到好转。

同时，随着逐步学习日本、美国的技术设计理念，把主要市场投向汽车、模具、电子等高端产业。

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乐观，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仍将保持高速增长。

但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，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高。

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。

因此，传统的机械行业，其产业升级改造，关键在于提高产品质量和效率。

未来弯管机应该朝着更加智能化、标准化发展。

用弱电控制强电来提高精度，用PLC或者单片机控制来替代传统的手工目测控制。

而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，使弯管机结构更加紧凑，更容易控制。

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。

但是，我认为随着我们工业技术的发展，赶上世界先进技术要求还是很有希望的。

3.弯管机种类

弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。

弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以情二种，即滚弯式与缠绕式。

如下图1-1、1-2分别是弯管原理图。

1-11-2

缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。

故本弯管机采用滚弯式。

弯管的步骤大致是：

1.留出第1段直线段长度，并夹紧管子。

2.弯曲。

3.松开夹紧块，取出管子，使模具复位。

按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。

4.重复第1步，直至弯完管子为止。

参考文献

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

1．研究目的

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。

2.研究手段及途径

（1）.弯管机的基本原理:

液压弯管机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。

管件的成形极限的要求条件主要包含了以下的几个条件：

（一）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；

（二）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；

（三）假如管件有椭圆度要求时，应该控制弯管断面不产生畸变；

（四）管件有承受内压力的强度要求，应该控制其壁厚减薄的成形极限

（2）.总体方案确定

机械系统确定

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。

弯管机整体示意

液压系统设计

液压弯管机的液压系统原理，主夹缸在弯管时始终保证管道通过夹具固定于旋臂之上，确保管道按预定的半径进行弯曲；辅夹缸在弯管时把弯管固定于推进小车之上，防止管道在推进时产生振动；在弯管机的液压系统中，弯曲主夹缸、辅夹缸均采用液控单向锁紧阀，减少压力损失，以保证弯管过程中夹紧、弯曲动作可靠。

初步确定液压系统

1.弯管机的工作行程：

当电磁换向阀3处于左位时，来自液压泵2的压力油经阀3中频液压弯管机液压系统原理图单向节流阀4进入液压缸5和6的左腔，液压缸右腔回油经阀3流回油箱，于是活塞向右运动，从而推动回转臂作顺时针转动，钢管被弯成所要求的弧度。

  2．弯管机的返回行程：

当电磁换向阀3处于右位时，来自液压泵2的压力油经阀3进入液压缸5和6的右腔，液压缸左腔回油经单向节流阀4、阀3流回油箱，于是液压缸活塞快速返回，完成一次弯管的工作循环。

电气设计

程序框图

为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合。

这些设备要有以下功能：

（1）自动控制功能。

一般都采用操作系统来控制弯管机开、关，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。

（2）保护功能。

电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备。

（3）监视功能。

电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。

（4）测量功能。

灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。

这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

指导教师意见：

指导教师：

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