隨著不銹鋼彎管彎曲成形技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、理論研究及有限元法廣泛的應(yīng)用于各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)，極大的提高了設(shè)計(jì)研發(fā)效率以及企業(yè)的生產(chǎn)效率。將現(xiàn)代設(shè)計(jì)中的模塊化理念應(yīng)用于彎管機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)中，并且減少?gòu)澒軝C(jī)的研發(fā)成本和周期，提高企業(yè)的效率和競(jìng)爭(zhēng)力。依據(jù)合作企業(yè)所提出的要求，該裝備須具有高自動(dòng)化的管材彎曲成形裝備，具備全自動(dòng)上下料、自動(dòng)彎曲成形等功能，裝備采用模塊化設(shè)計(jì)，并將操作人員人數(shù)由原先的6人降為2人，不銹鋼彎管生產(chǎn)效率由原先的5根每分鐘提升至8根每分鐘，降低工藝設(shè)計(jì)人員的工作量。經(jīng)過(guò)多次討論研究后總體方案設(shè)計(jì)，如圖所示。

  但對(duì)于企業(yè)來(lái)講，完成高自動(dòng)化的不銹鋼彎管彎曲成形裝備還存在以下困難：

   1. 現(xiàn)有的彎管機(jī)技術(shù)大多沿用傳統(tǒng)技術(shù)，并且為了維護(hù)裝備運(yùn)行的可靠性，企業(yè)在機(jī)構(gòu)重新設(shè)計(jì)上，不愿嘗試新的設(shè)計(jì)；

   2. 全自動(dòng)化設(shè)計(jì)水平較低，尤其對(duì)于多私服動(dòng)作的多軸控制難度較大；

   3. 運(yùn)用數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用，如：有限元技術(shù)等，新的研究方式本身較為復(fù)雜，對(duì)于沒(méi)有相關(guān)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的人員來(lái)說(shuō)是較難掌握的；

   4. 目前的不銹鋼彎管專用成形過(guò)程分析軟件大多都是國(guó)外企業(yè)開(kāi)發(fā)的，所有的操作界面和分析流程全部是英文的，一般技術(shù)人員難以掌握，也不一定符合企業(yè)的實(shí)際要求。至德鋼業(yè)彎管技術(shù)人員分析研究并嘗試解決相關(guān)問(wèn)題，旨在為裝備設(shè)計(jì)以及提高管材成形質(zhì)量方面提供指導(dǎo)性建議，從而提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約社會(huì)勞動(dòng)力，提高企業(yè)研發(fā)及生產(chǎn)效率。

一、自動(dòng)裝送料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  裝送料系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)裝料自動(dòng)化和精度可視化，送料機(jī)構(gòu)定位的半自動(dòng)化。該系統(tǒng)由管材輸送機(jī)構(gòu)、定長(zhǎng)機(jī)構(gòu)，切割機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)定位裝置等部分組成。管材自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)，如圖所示。

  其工作原理為：原料定長(zhǎng)管材放置在落料倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)料槽中單件閥將單件管材送入到V型輸送帶上，在經(jīng)過(guò)帶回轉(zhuǎn)編碼器的滾輪對(duì)原料定長(zhǎng)管材進(jìn)行定長(zhǎng)，經(jīng)定長(zhǎng)后切割裝置工作，定長(zhǎng)圓管在重力的作用下落入料倉(cāng)，單件閥送出定長(zhǎng)圓管，氣動(dòng)手臂夾取定長(zhǎng)圓管，雙聯(lián)氣缸將夾在氣動(dòng)手臂上的定長(zhǎng)圓管送至管材彎管機(jī)夾鉗上。

二、自動(dòng)彎曲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  成形系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化不銹鋼彎管彎曲成形加工。該系統(tǒng)由彎曲機(jī)構(gòu)、輪模機(jī)構(gòu)、裝夾機(jī)構(gòu)、助推機(jī)構(gòu)、機(jī)頭、床身等部分組成，如圖所示為彎管機(jī)構(gòu)。其工作原理為：在氣動(dòng)手臂將定長(zhǎng)圓管的送至管材彎管機(jī)夾鉗上，夾鉗夾緊管材，彎管機(jī)各機(jī)構(gòu)復(fù)位，裝有夾鉗的小車移動(dòng)至預(yù)定位置，內(nèi)外兩個(gè)輪模相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度迫使管材產(chǎn)生一定角度的彎曲，實(shí)現(xiàn)異型管材的預(yù)彎，再通過(guò)伺服電機(jī)以及絲杠的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)小車將管材向前強(qiáng)行推行，完成管材推彎成形。

三、自動(dòng)卸料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  管材自動(dòng)卸料系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)卸料自動(dòng)化，減少人員勞動(dòng)量。該系統(tǒng)由取料機(jī)構(gòu)與輸送機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖所示。其工作原理為：在彎管機(jī)除小車外其余部件都回至零位后，機(jī)械手臂工作加緊成形后的管材，夾鉗松開(kāi)小車及其部件回至零位準(zhǔn)備下一周期工作，氣動(dòng)手臂夾有成形管材并回撤，這運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的上方松開(kāi)，成形管材落到運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上，當(dāng)運(yùn)送至預(yù)定位置時(shí)，由工作人員檢驗(yàn)、去毛刺最后裝箱。

四、管材自動(dòng)彎曲成形裝備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  為保證不銹鋼彎管在全自動(dòng)管材彎曲生產(chǎn)流水線上能夠安全穩(wěn)定地完成復(fù)雜形狀彎曲，彎曲生產(chǎn)流水線首先具有管材單件輸出并能實(shí)時(shí)測(cè)得所經(jīng)過(guò)的管材長(zhǎng)度的能力，完成管材的不間斷單件輸送以及定長(zhǎng)切割的工作，同時(shí)還要將定長(zhǎng)管材送至彎曲工位定位并夾緊，完成上料的工作；其次需要具有將定長(zhǎng)管材按一定的工藝要求彎曲成規(guī)定的形狀，完成管材的彎曲；再次需要具有將彎曲工位已成形的管材取下并將其運(yùn)輸出加工區(qū)域，完成管材的卸料及輸送的工作；最后具有接收檢測(cè)各工位中相應(yīng)位置的傳感器、電機(jī)彎矩以及液壓缸上磁性開(kāi)關(guān)等信號(hào)的能力，完成對(duì)整個(gè)管材自動(dòng)彎生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的監(jiān)控、報(bào)錯(cuò)的工作。根據(jù)上面所述的系統(tǒng)控制要求，至德鋼業(yè)設(shè)計(jì)全自動(dòng)管材彎曲生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)所需要的主要功能有：管材自動(dòng)上料及定位功能、管材自動(dòng)彎曲功能、管材自動(dòng)卸料功能以及系統(tǒng)故障報(bào)警功能，方案流程圖如圖2.6所示。

  1. 自動(dòng)上料模塊設(shè)計(jì)

   為實(shí)現(xiàn)裝料自動(dòng)化和精度可視化，送料機(jī)構(gòu)定位的半自動(dòng)化。現(xiàn)開(kāi)發(fā)不銹鋼彎管自動(dòng)上料系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管材輸送機(jī)構(gòu)、定長(zhǎng)機(jī)構(gòu)，切割機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)定位裝置等部分組成。管材自動(dòng)上料系統(tǒng)可分為手動(dòng)控制及自動(dòng)控制兩種工作方式，手動(dòng)控制專為上料模塊單獨(dú)調(diào)試或檢修時(shí)使用，可實(shí)現(xiàn)該模塊每個(gè)動(dòng)作的單一執(zhí)行。自動(dòng)控制的主要控制思路是，激光傳感器發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的原料定長(zhǎng)管低于某一設(shè)定高度時(shí)，提示燈亮起提醒用戶補(bǔ)足原料定長(zhǎng)管材，導(dǎo)料槽中單件閥接收到PLC的信號(hào)工作，將單件管材釋放到V型輸送帶上，電機(jī)正轉(zhuǎn)將管材向前輸送，在經(jīng)過(guò)帶回轉(zhuǎn)編碼器的滾輪時(shí)，測(cè)得管材長(zhǎng)度與原設(shè)定的長(zhǎng)度對(duì)比，當(dāng)長(zhǎng)度與設(shè)定的長(zhǎng)度相等時(shí)，PLC給出信號(hào)切割機(jī)構(gòu)電機(jī)工作對(duì)管材進(jìn)行切割，PLC對(duì)所有單根原料定長(zhǎng)圓管切割量進(jìn)行計(jì)算若達(dá)到最大切割次數(shù)，則PLC發(fā)送信號(hào)給定長(zhǎng)機(jī)構(gòu)中輸送電機(jī)翻轉(zhuǎn)退出邊角料，PLC同時(shí)發(fā)送信號(hào)給導(dǎo)料槽中單件閥使其釋放原料管材，經(jīng)定長(zhǎng)切割后的定長(zhǎng)圓管在重力的作用下落入料倉(cāng)，PLC發(fā)送信號(hào)給單件閥送出定長(zhǎng)圓管，氣動(dòng)手臂夾取定長(zhǎng)圓管，雙聯(lián)氣缸將夾在氣動(dòng)手臂上的定長(zhǎng)圓管送至管材彎曲系統(tǒng)的裝夾工位上，PLC發(fā)送信號(hào)給氣動(dòng)夾取機(jī)構(gòu)去夾取定長(zhǎng)圓管，同時(shí)發(fā)送信號(hào)給料倉(cāng)中的單件閥送出定長(zhǎng)圓管，該系統(tǒng)進(jìn)入下一工作周期，詳細(xì)流程如圖所示。

  2. 自動(dòng)彎曲模塊設(shè)計(jì)

   為實(shí)現(xiàn)不銹鋼彎管的彎曲自動(dòng)化，現(xiàn)開(kāi)發(fā)管材自動(dòng)彎曲系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管材彎曲部分、推送部分以及其他輔助部分組成，其中管材彎曲部分包括：彎曲機(jī)構(gòu)、內(nèi)外輪模機(jī)構(gòu)、機(jī)頭等，推送部分包括：推送機(jī)構(gòu)、夾鉗、芯棒缸座機(jī)構(gòu)等。管材自動(dòng)彎曲系統(tǒng)可分為手動(dòng)控制及自動(dòng)控制兩種工作方式，手動(dòng)控制專門(mén)為上料模塊單獨(dú)、調(diào)試或檢修時(shí)使用的，可實(shí)現(xiàn)該模塊每個(gè)動(dòng)作的單一執(zhí)行。自動(dòng)控制的主要控制思路是，夾鉗接收到上料系統(tǒng)中的定長(zhǎng)圓管后，PLC發(fā)送信號(hào)給推送機(jī)構(gòu)向前推送一定位置，夾模機(jī)構(gòu)接收到PLC信號(hào)后徑向加緊管材，芯棒缸座機(jī)構(gòu)同時(shí)將芯棒伸入管中一定程度，PLC發(fā)送信號(hào)給機(jī)頭機(jī)構(gòu)輸出扭矩，使得輪模機(jī)構(gòu)中的外輪模迫使管材繞內(nèi)輪模轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，內(nèi)、外輪模保持位置角度不變，PLC發(fā)送信號(hào)給推送機(jī)構(gòu)，將預(yù)彎一定角度的管材向前推送一定距離，PLC發(fā)送信號(hào)給彎曲部分及輔助部分使其復(fù)位，待管材自動(dòng)卸料系統(tǒng)中氣動(dòng)手臂加緊管材后，PLC發(fā)送信號(hào)使得夾鉗、推送機(jī)構(gòu)及芯棒缸座機(jī)構(gòu)復(fù)位，該系統(tǒng)進(jìn)入下一工作周期。

  3. 自動(dòng)卸料模塊設(shè)計(jì)

   為實(shí)現(xiàn)卸料自動(dòng)化和精度可視化，送料機(jī)構(gòu)定位的半自動(dòng)化。現(xiàn)開(kāi)發(fā)不銹鋼彎管自動(dòng)上料系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管材輸送機(jī)構(gòu)、定長(zhǎng)機(jī)構(gòu)，切割機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)定位裝置等部分組成。管材自動(dòng)上料系統(tǒng)為自動(dòng)控制其主要控制思路是，氣動(dòng)手臂從管材彎曲系統(tǒng)中取得成形管材后轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，釋放運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上并復(fù)位，激光檢測(cè)到成形管材到達(dá)到預(yù)定位置后，反饋信號(hào)給PLC，然后PLC發(fā)出信號(hào)給取料，并轉(zhuǎn)動(dòng)一定位置將成形管材運(yùn)送至預(yù)定的待檢驗(yàn)位置并復(fù)位，最終由工作人員檢驗(yàn)、去毛刺最后裝箱。

  4. 系統(tǒng)故障報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

  不銹鋼彎管自動(dòng)化生產(chǎn)流水線工作過(guò)程的高效性、可靠性是能順利完成管材彎曲作業(yè)提高企業(yè)生產(chǎn)降低人工成本的保證，因此，在上料系統(tǒng)中的上料提醒、上料系統(tǒng)中的卡料報(bào)警、上料系統(tǒng)至管材彎曲系統(tǒng)以及管材彎曲系統(tǒng)至卸料系統(tǒng)的工件轉(zhuǎn)接報(bào)警、芯棒卡彎報(bào)警等都是必不可少的。

    a. 在送料過(guò)程中，可能由于人工未能及時(shí)添加物料長(zhǎng)圓管，料倉(cāng)中的物料長(zhǎng)圓管低于一定量時(shí)，激光傳感器發(fā)出信號(hào)給PLC，要求報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)給出聲、光報(bào)警，提醒工作人員上料，若達(dá)到最低值還未上料，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警。

    b. 在上料過(guò)程中輸送過(guò)程中單件閥可能出現(xiàn)卡料現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)的輸入端接具有過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，即當(dāng)單件閥電機(jī)輸出扭矩突然增大時(shí)發(fā)出警報(bào)，當(dāng)電機(jī)輸出扭矩持續(xù)性陡然增大時(shí)，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警。

    c. 在上料系統(tǒng)中將管材轉(zhuǎn)接到管材彎曲系統(tǒng)中，以防出現(xiàn)氣動(dòng)手臂沒(méi)有夾到定長(zhǎng)圓管或者在定長(zhǎng)圓管在被夾鉗夾住但氣動(dòng)手臂沒(méi)有松開(kāi)的現(xiàn)象，氣動(dòng)手臂內(nèi)側(cè)加裝壓力元件，PLC發(fā)送夾取信號(hào)時(shí)，氣動(dòng)手臂壓力元件沒(méi)有信號(hào)，氣動(dòng)手臂再夾取一次，若氣動(dòng)手臂上的壓力元件沒(méi)有信號(hào)，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警。在管材彎曲系統(tǒng)至卸料系統(tǒng)的工件轉(zhuǎn)接時(shí)，以防出現(xiàn)氣動(dòng)手臂沒(méi)有夾到或者夾鉗沒(méi)松開(kāi)但氣動(dòng)手臂已夾住的情況，夾鉗外側(cè)加裝壓力元件，同樣在氣動(dòng)手臂內(nèi)側(cè)加裝壓力元件，PLC發(fā)送夾取信號(hào)，氣動(dòng)手臂壓力元件沒(méi)有信號(hào)，氣動(dòng)手臂再夾取一次，若氣動(dòng)手臂上的壓力元件沒(méi)有信號(hào)，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警，若夾鉗有壓力信號(hào)且氣動(dòng)手臂內(nèi)側(cè)有壓力信號(hào)時(shí)，說(shuō)明夾鉗沒(méi)有松開(kāi)管材且氣動(dòng)手臂同樣夾緊了管材，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)報(bào)警一次，并發(fā)送信號(hào)給夾鉗松開(kāi)，若之前情況沒(méi)有改變，PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警。

    d. 在不銹鋼彎管彎曲系統(tǒng)中，防止在管材預(yù)彎過(guò)程中由于芯棒與管材內(nèi)壁摩擦增大，芯棒被管材裹挾至管材彎曲段，即芯棒參與管材彎曲那么彎曲電機(jī)就會(huì)扭矩增大，電動(dòng)機(jī)的輸入端接具有過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，接入到PLC輸入端，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)，一旦過(guò)載PLC發(fā)送信號(hào)系統(tǒng)停止運(yùn)行并持續(xù)報(bào)警，詳細(xì)流程圖如所示。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司從結(jié)構(gòu)和控制兩部分對(duì)不銹鋼彎管自動(dòng)彎曲成形裝備及控制進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括管材自動(dòng)裝送料部分、管材自動(dòng)彎曲部分以及管材自動(dòng)卸料部分，根據(jù)各部分工作要求對(duì)其進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。對(duì)管材推彎成形過(guò)程各模塊及各部件動(dòng)作進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)對(duì)各部分控制系統(tǒng)以及故障報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，明確了各部分的動(dòng)作順序以及各環(huán)節(jié)故障點(diǎn)的預(yù)設(shè)。