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Si与穹曲
空曲轴
图2弯曲轴与弯曲臂装配图3调整装置
2.3调整装置设计
调整装置，如图3所示，由丝杠、随动模具、防皱模具及随动油缸、夹紧油缸等组成。
丝杠起微调作用。
轴夹紧油缸驱动丝杠带动工装夹具来实现模具的对中和方便操作者装卸X管件。
随动模具由随动油缸驱动，随动模在弯管过程中也起到举足轻重的作用，为了防止管件被弯瘪和拉裂，随动模先在夹紧油缸的作用下把管件压紧在防皱模中，而后随弯曲轴的旋转而沿管件表面跟随移动。
2.4Y—B轴组合机构设计
丫-B轴组合机构，如图4所示，包括传动部件和执行部件。
丫向进给运动采用齿轮齿条传动，这样传动平稳。
B向转动采用圆柱直齿轮传动。
丫向和B向的动力机构是交流伺服电电机功率均为3.5KW。
向和B向都有CNCY机，装置。
考虑到结构既要轻便又要合理，小车车身采用箱体式结构。
三角卡盘是执行机构，通过三角卡盘实现管件的夹紧与放松，在管件夹由蜗轮蜗杆传动⑹带动夹紧的
管件向
紧状态下，前运动，能实现大的传速比，传递大的扭矩。
2.5床身设计
S4Y-U构
图4
丫一B轴组合机构机座和箱体等零件，在一台机器的总质量中占有很大的比例（例如在机床中约占总质量
的70%~80%，同时在很大程度上影响着机器的工作精度及振动性能；
所以正确选择机座和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性等的重要途径［7］。
本弯管机床身通
过铸造和焊接方式实现。
箱体受力情况比较复杂，当受到弯曲或扭转时，截面形状对于它的强度和刚度有着很大的影响。
本机床床身采用卧式结构，材料选用普
通灰铸铁。
2.6弯管机总体装配
Pro/ENGINEER是采用单一数据库的设计［8］，因此在完成零件的设计之后，可以利用Pro/ENGINEER的装配模式将零件进行组装。
总体装配要按照以后的机床生产装配顺序为参照，且要考虑计算机仿真，仿真是就是用计算机模拟弯管机的加工过程，合理的装配顺序才能有效的实现计算机仿真，如图5所示。
齿条
95
图5总体装配图
数控弯管机运动过程仿真
3
对设计的产品在加工之前进行运动仿真，能够生动形象地进行产品运动的模拟，
并能制作成清晰的MPEG
格式的影片，从而使电脑中的虚拟样机更加清晰地展现在设计人员和客户面前
[9]，为设计的产品尽快投产提供了很大帮助，大大提高了设计效率。
图6是仿真界面。
本次仿真主要在弯管机的丫方向、方向、方向、BX随动模的运动方向、C方向、芯棒的运动方向六个方向进行运动仿真，将丫轴的送料、空间的旋转、随动模的移动和弯曲轴的转动等运动在三维空间动态实时地显示，这样在机床投入
生产之前能很好的了解各个机构的运行情况，便于对设计进行修改和完善，缩短
弯管机设计周期，大大提高弯管机设计可靠性；
同时也方便操作者观察加工过程和检测机床故障。
图6仿真界面
结束语
4
本次设计是利用PRO/E实现了STAR-03W数控弯管机的结构设计，设计出了一套比较完整的机械三维图，图形直观和逼真。
并将弯管机的整个弯管工艺过程通过三维仿真软件进行动态模拟，将诸如丫轴的送料、空间的旋转、随动模的移
动和弯曲轴的转动等运动都在三维空间动态实时显示，方便了操作者观察加工过程和检测机床故障。
仿真降低了工程设计难度，使设计周期大大缩短，节约了资金，大大提高了设计效率。
[参考文献]
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2001.8
[2]唐长平数控弯管机的研究与开发合肥工业大学硕士学位论文2005.4P25
[3]机械工程手册、电机工程手册编委会机械工程手册1982.7
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P157~1832003.5P399
[7]濮良贵，纪明刚机械设计（第七版）北京高等教育出版社
[8]孙印杰，田效伍，郑延斌《野火中文版Pro/ENGINEER基础与实例教程》北
京电子工业出版社2004.7
[9]祝凌云，李斌《Pro/ENGINEEF运动仿真和有限元分析》北京人民邮电出版
社2004.3
3第二章弯管机设计
42.1工件工艺分析
42.1计算弯曲力矩
42.2电机选取
42.3传动比的计算与各传动装置的运动与参数
62.4皮带轮与皮带的计算与选择
72.5蜗轮蜗杆减速箱的计算与选择
82.6联轴器的计算与选择
92.7轴承的选择
92.8轴的初步计算与设计及校核
92.9齿轮的计算与设计
132.10大小齿轴前后端盖及轴承座的结构设计
152.11轴套的结构设计
162.12盖板的结构设计及计算
172.13机身的结构设计与计算
182.14弯管机的主要参数
19第三章挡料架的结构设计
193.1挡料架的结构设计
19第四章用电器选择与电路
214.1各用电器的选择与电路设计
21设计总结
23鸣谢
23参考文献
24自动弯管机装置及其电器设计（完整一套设计，有说明书:
论文，图纸）
A0零件11图.dwg
A0零件22图.dwg
A0自动弯管机装置及其电器设计-装备图.dwg
大齿轮A3.dwg
大轴A3.dwg
大轴承座A3.dwg
大轴后端盖A3.dwg
大轴前端盖A3.dwg
大轴套A4.dwg
挡料架A3.dwg
挡料轴A3.dwg
电路图.dwg
盖板A3.dwg
机身A3.dwg
小齿轮A3.dwg
小轴A3.dwg
小轴承座A3.dwg
小轴后端盖A3.dwg
小轴前端盖A3.dwg
小轴套A4.dwg
弯管机设计任务书.doc自动弯管机装置及其电器设计说明书.doc
附：
第1章绪论
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。
各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。
对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯管等等，这些场合可能不需要功能全的弯管机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的弯管机很可能适应。
这系列弯管机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因此价格上比较容易被用户接受。
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），也有机械传动的，但它
们的占地面积较大（长度在2.5~4m之间），价格昂贵（2~5万元人民币或更多），然而大多数用户都需求是占地面积小，价格便宜，使用方便的。
本设计便是朝这方面的用途方面设计的自动弯管机，设计出一种价格便宜,占地面积少,使用
方便的自动弯管机（长0.9M，宽0.8M，高1.1M，价格9000元人民币左右），并着手对弯管机的性能更进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。
大大的简化了电器控制系统，方便操作。
1.2弯管机的基本原理与选择弯管机的弯曲原理,在普通情况下有以下二种情况，即滚弯式与缠绕式。
如下图1-1、1-2分别是弯管原理图。
二者各有优缺点：
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。
v形夹模使用方法与R形夹模基本相同，因其结构有变化，应用时与R形夹模有区别，需要注意的工艺方法如下：
（1）弯管时夹紧部分不能过短，否则容易造成管子变形，保证20mm即可。
（2）在弯材料较软较薄的管子时，在夹紧部分应穿心轴，防止变形。
（3）夹模与轮模是同时旋转弯管的，夹紧力不需太大，故夹模的夹紧力根据管子直径、管壁厚度适当夹紧，观看管子没有变形即可。
否则用力过大，管子会产生变形（因轮模是面受力，夹模是两条线夹紧）。
（4）用v形夹模夹紧时，夹模与轮模有时有间隙，间隙的大小与管子直径大小有关，当管子直径为~10mm时，间隙最小。
随着管子直径的增加间隙逐渐增大，但不影响装夹与加工。
如遇到大于~18mm管子时，要更换v形夹模、轮模与导模。
与v形夹模不同，如用R形夹模装夹，夹模与轮模之间的间隙是没有变化的。
（5）导模与夹模的v形尺寸应统一，便于观察与调整模具。
经过改进，目前一年为公司节约了近20种模具，减少了调整时间，取得了明显的经济效益。
CNC弯管原理
一、概论
无论是哪一种机器设备，几乎都有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机及其发动机上更占有相当重要的地位。
各种导管品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。
传统的弯管是采用成套弯曲模具进行弯曲的。
3.松开模具，取出管子，使模具复位。
4.按需要的形状，把管子放在模具内，并夹紧。
5.弯曲。
6.重复第3步，直至弯完管子为止。
由于飞机及其发动机上的导管很多，又要求尽可能节省导管所占空间，因此必须将导管弯曲成各种形状，以避免在有限的空间互相干涉。
导管的几何形状是非常复杂的，很难用图形把它描绘出来。
尤其是航空发动机上所用的管子，制造公差要求很严格，弯管形状公差通常为±
0.64毫米，管端接口位置公差必须保持在±
0.127毫米以内，制造是很困难的。
传统的弯管工艺都是按飞机或发动机定型投产后的导管（或管型）标准样件在弯曲夹具或
弯管机上弯曲，在型面检验夹具上进行验收的。
由于管子的弯曲角度、两相邻弯平面间的空间夹角以及两个弯之间的直线距离都不能进行直接测量或很难测量准确，再加上弯管过程中的回弹等
一系列工艺和操作问题，在弯制管子时完全凭借操作者的经验和技术熟练程度，因此，每根管子在验收之前，大都要进行手工校正，而且难免会出现“反复”弯曲、“串弯”等现象。
这样，不但弯管质量不易控制，生产效率很低，劳动强度很大，而且需要相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和型面检验夹具。
此外，为了使同一型号的发动机上的管子能够互换，标准样件必须妥善保管，以作为每批生产时的依据和验收标准。
不仅正在生产的发动机的标准样件，而且包括过去所有生产过的不同型号的发动机的标准样件，由于要提供备件，都必须储存起来，以保证用户的需要。
每生产一种新型号的发动机，都要制造和储存这些标准样件，甚至还要储存弯管的夹具和检验夹具。
这样，就需要庞大的仓库或车间。
因此，解决弯管设备和工艺，成为长期以来世界各国航空工业所研究的一个课题。
从常规弯管工艺稍加分析，就不难看出，管子的弯制主要可以归结为三个基本动作，即直线送进、空间转角、弯曲。
当然，欲弯制一根管子，还需要一些弯管辅助动作，如夹模或压模的夹紧、松开，弯模的复位等。
全部弯管动作就是这些简单机械动作的一定顺序的组合。
通过大量的实践活动，人们已经掌握了弯管的动作规律，从而就有可能把这些简单的动作按一定顺序连贯起来，并加以控制，实现弯管机械化、自动化。
采用数控技术，不但可使导管的弯曲质量有了可靠的保证，而且生产效率也大大提高，从而改变了手工弯管的落后面貌。
但是，由于导管的空间几何形状很复杂，很难用设计图纸把它准确的表达出来；
而且对管形标准样件进行测量也相当困难，于是编辑“弯管程序”已成为当前采用数控弯管要解决的新问题。
目前，只能通过逐个弯试弯—初记数据—试弯整个管形—修正数据—
最后确定数据的办法来记录弯管程序。
这样，不仅报废一定数量的管子，而且效率也很低。
为了寻求新的方法，加速编程，乃至采用计算机自动编程，提高目前的数控弯管水平，美国伊顿2伦纳德公司于七十年代研制生产了一种计算机控制数控（CNC矢量弯管设备，近年来普
遍为西方各航空发动机公司所采用。
为了进一步推动国内自动弯管技术的研究，将对此做些介绍。
二、矢量弯管技术
以矢量理论为基础，把管形上的每个直线段的中心线看成一系列的空间矢量，利用矢量的基本概念和运算，精确地计算出“增量管形数据”，以控制矢量弯管机。
弯制出的管子还可以进行自动检验，与标准管形数据相比较，算出“差值”，并用“差值”修正弯管程序，得出新的弯管程序，再去弯制下一根管子，这就是矢量弯管技术的基本特点。
（一）矢量的基本概念
所谓矢量，就是具有大小和方向的量。
在几何中的有向线段就是一个直观的矢量。
从两矢量相等的定义出发就可以知道，将一矢量平行移动后，仍为与原来矢量相等的矢量。
所以矢量的起点可以放在空间任何一点。
（二）矢量在弯管技术上的应用除了螺旋形状和复合弯（即两弯之间无直线段）的特殊形状的管子外，在一般情况下，它都是由许多直线段和弯曲（圆弧）段所组成，并且直线段比圆弧段的数目多1。
例如，一个有8个弯的
管子就必定有8个圆弧段和9个直线段。
而且管子的两端一定是直线段。
如果把管子放在空间坐标系中，并且管子上的直线段用其中心线表示，那么，管形即可由每段直线段中心线所表示。
相邻两中心线延长后产生了交点。
相邻两相交点连线的距离和方向，就表示了矢量的大小和方向。
将管形上的各直线段中心线以一系列的空间矢量来表示，求出它们的交点，进而求出“增量管形数据”，这就是矢量弯管的原始设想。
基于以上设想，美国伊顿2伦纳德公司制成了VECTOR1管形测量机。
如果一个管子有8个弯，那么，使用VECTOR1管形测量机测量管形时，测量点选择在9个
直线段上任意一点（但两端的直线段需在端点处测量），而且每个直线段上只需测量一次。
因而，依次测量9次便可算出通过各测点的管形直线段中心线的方向余弦。
进而计算相邻两矢量的交点坐标数据，并存储在计算机的存储器内。
也就是说，VECTOR1管形测量机用a、b、c,j十个点的坐标数据来描述管形。
由于管形在空间的位置是比较复杂的，以若干点的坐标来描述管形，人们不易推想出管形的真实形状。
况且，弯管机所使用的数据不是坐标点数据，而是“增量弯管数据”。
因而，存储在计算机存储器内的坐标点数据还必须通过一系列矢量运算，计算出弯管所需要的“增量管形数据”。
1.两管间的送进距离DBB（DistanceBetweenBends）。
它是端点到直线与圆弧的切点之间的距离或直线与两圆弧的切点之间的距离。
对于弯管机来说，它是每一个弯之前的直线送进距离。
2.空间转角POB（PlaneOfBend）。
它是两个弯不在一个平面上，第二个弯所在的平面与第一个弯所在的平面的夹角。
对于弯管机来说，它是夹持管子的夹头的旋转角度。
夹头可作正向旋转运动，也可以作反向旋转运动。
3.弯曲角度DOB（DegreeOfBend）。
它是第二条直线段中心线相对于第一条直线段中心线的夹角。
对于弯管机来说，它是弯臂的转出角度。
管形的每一个弯都有这三个数据。
某一个弯的数据是依前一个弯的数据为基础而产生的，所以叫“增量管形数据”。
这种数据产生以后，还要经回弹数据修正，才成为弯管程序，用以控制矢量弯管机，进行弯管。
（三）矢量弯管技术
用测量机测出管形，取得必要的数据之后，还必须把管子弯出来。
因此和VECTOR1管形测
量机配套的还有VECTORBEN弯管机，用这一台设备按测量所得数据弯曲管子。
所以矢量弯管技术的整个过程是：
1.使用VECTOR1管形测量机按管子标准样件测取（或按图纸输入）管形数据，编辑、修改管形数据；
2.测取回弹数据，编制弯管程序；
3.使用VECTORBEN弯管机弯管；
4.使用VERTOR1管形测量机进行自动检验，与标准样件管形数据相比较，算出差值，并用“差值”自动修正弯管程序；
5.再使用VECTORBEN弯管机弯岀合格的管子。
本过程全由计算机控制完成。
也就是采用计算机数控（CNC。
当然，这一过程中的第一步，
测量管形数据也可以根据设计图纸，把管子各个直线段交点和两端点的数据直接输入到计算机中去，以此来确定管子的形状。
三、矢量弯管技术是弯管工艺的一个突破采用矢量弯管技术制造管子具有重要的意义。
1.快速测取管形数据，按管形标准样件编程
前面已经说过，飞机及其发动机的导管的形状是很复杂的，它很难甚至不可能用设计图纸把它表达岀来。
因此，在导管的加工中，许多导管的生产不是按照图纸，而是按照导管（或管形）标准样件来制造，在型面检验夹具上进行验收。
如果单纯的采用数控弯管，鉴于用通常办法测量管形数据很困难，即使测量岀来，数据也不会准确，再加上影响回弹的因素很多，如管子
的材料、直径、壁厚、弯曲半径和弯角大小等等，都没有一定的规律。
一系列的工艺问题，使得弯管程序的编制相当困难。
这就只能通过“逐个弯试弯—初记数据—试弯整个管形—修正数据—最后确定数据”的办法来编辑弯管程序。
然而，采用VECTOR1管形测量机，这个问题便迎刃而解了。
它通过对管形标准样件的测量，取
得了管形数据，并经回弹修正后，自动编制VECTORBEN弯管机所需要的弯管程序。
这是一种“仿形”的方法，在实际生产中的用途很大。
特别是对于形状复杂的管形来说，大量的、复杂的计算
工作均由计算机来完成，这就解决了一般测取管形数据的难题，从而使管形的计算机编程成为可能，并极大地减轻了编程人员的计算工作量。
2.快速综合检验管形
对于高质量、高效率的数控机床来说，如果没有与之相适应的快速检验方法，势必造成检验时间比弯管所需的时间长得多，以致影响数控弯管机床的高效率，造成“窝工”的现象，这是很不合理的。
VECTOR管形测量机解决了这个问题。
它具有高效率综合检验管形的能力（一般7〜
8个弯的管子，从装夹、固定管子开始算起，到测量完毕、打印输岀管形数据，3分钟以内可以
完成），可对弯岀的管子的形状进行快速检验，和对标准样件管形数据进行比较，确定误差值，并可打印岀“检验报告单”。
这就有利于提高零件批量生产时的快速检验工效，有利于实现检验
自动化。
同时，它还用“差值”自动修正弯管程序，得岀新的弯管程序，再去弯管。
这种用“差值”修正的弯管程序，提供了一个新的弯管程序，使弯岀的管形总是逼近管形标准样件，它实际上是一种“自适应”控制。
3.为导管的设计—制造一体化创造了条件
矢量弯管技术是管子弯曲生产自动化的基础，也为导管的设计—制造一体化创造了必要的条件。
美国麦克唐纳2道格拉斯飞机公司在导管的设计一制造一体化方面迈岀了一步。
它将VECTORS
统与设计部门的大型计算机相连接，根据生产部门的安排，VECTOR系统接受存储在大型计算机
存储器内的管形数据，并编制弯管程序，进行管子生产。
采用矢量弯管技术，从根本上改变了手工弯管的落后工艺面貌，使弯管技术面貌焕然一新。
它提高了弯管精度，使产品质量稳定、可靠。
对于形状复杂、手工弯管难以完成的棘手问题，可以比较容易的得到解决，其工效可提高几倍、几十倍。
可以说，矢量弯管技术是弯管技术的一个
重大突破。
4.VECTOR1管形测量机可以按图纸尺寸输入“管形数据”，按管形标准样件测取管形数据或测量回弹数据，可以按需要编辑管形数据，如增加一个弯、撤消一个弯、移动一个弯、镜像、翻转管形数据；
具有显示管形坐标数据、增量管形数据、回弹数据；
存储和编制弯管程序等多种功能，其适应性大，操作简便，大大地缩短了生产准备周期，特别适应于新机研制过程中产品的形式和尺寸经常改变的需要。
而且，由于VECTOR1管形测量机能够获得准确的标准样件管形数据，并可存储保存；
而在弯管
之前测取回弹数据，编制弯管程序；
再加上自动检验一修正弯管程序，VECTORBEN弯管机完全
可以弯制符合要求的管形。
因此，从弯管的角度看，不需要保存大量的管形标准样件和型面检验夹具。
这样，既降低了生产费用，又节省了车间的庞大占地面积。
四、矢量弯管一一CNC数控弯管系统介绍
如上所述，美国伊顿2伦纳德公司生产的CNC矢量弯管系统共分两部分，即VECTOR
管形测量机和VECTORBEND简称VB）矢量数控弯管机。
VECTOR1管形测量机的功能有数十个，其主要功能是：
测取管形标准样件管形数据，将若干点的坐标数据变成增量管形数据；
用增量管形数据来控制VB弯管机进行弯管，在一般情况下是不
行的，还必须考虑管子的回弹修正问题。
在每批管子弯曲之前，用
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