CNC弯管原理.docx
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1、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、外形之简洁,给导管的加工带来了不少的困难。传统的弯管是承受成套弯曲模具进展弯曲的。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. 松开模具,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. 按需要的外形,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,又要求尽可能节约导管所占空间,因此必需将导管弯曲成各种外形,以防止在有限的空间
2、相互干预。导管的几何外形是格外简洁的,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,弯管外形公差通常为0.64 毫米,管端接口位置公差必需保持在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展验收的。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展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阅历和技术娴熟程度,因此,每根管子在验收之前,大都要进展手工校正,而且难免会消灭“反复”弯曲、
3、“串弯”等现象。这样,不但弯管质量不易把握,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,标准样件必需妥当保管,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,而且包括过去全部生产过的不同型号的发动机的标准样件,由于要供给备件,都必需储存起来,以保证用户的需要。每生产一种型号的发动机,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,就需要浩大的仓库或车间。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争论的一个课题。从常规弯管工艺稍加分析,就不难看出,管子的弯制
4、主要可以归结为三个根本动作,即直线送进、空间转角、弯曲。固然,欲弯制一根管子,还需要一些弯管关心动作,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洁机械动作确实定挨次的组 合。通过大量的实践活动,人们已经把握了弯管的动作规律,从而就有可能把这些简洁的动作按确定挨次连贯起来,并加以把握,实现弯管机械化、自动化。承受数控技术,不但可使导管的弯曲质量有了牢靠的保证,而且生产效率也大大提高,从而转变了手工弯管的落后面貌。但是,由于导管的空间几何外形很简洁,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展测量也相当困难,于是编辑“弯管程序”已成为当前承受数控弯管要解决的问题。
5、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终确定数据的方法来记录弯管程序。这样,不仅报废确定数量的管子,而且效率也很低。为了寻求的方法,加速编程,乃至承受电脑自动编程,提高目前的数控弯管水平,美国伊顿伦纳德公司于七十年月研制生产了一种电脑把握数控CNC矢量弯管设备,近年来普遍为西方各航空发动机公司所承受。为了进一步推动国内自动弯管技术的争论,将对此做些介绍。二、矢量弯管技术以矢量理论为根底,把管形上的每个直线段的中心线看成一系列的空间矢量,利用矢量的根本概念和运算,准确地计算出“增量管形数据”,以把握矢量弯管机。弯制出的管子还可以进展自动检验,与标准管形数据相比较,算出“差值”,并
6、用“差值”修正弯管程序,得出的弯管程序,再去弯制下一根管子,这就是矢量弯管技术的根本特点。一矢量的根本概念所谓矢量,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动身就可以知道,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外形和复合弯即两弯之间无直线段的特别外形的管子外, 在一般状况下,它都是由很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。而且管子的两端确定是直线段。假设把管子放在空间坐标系中,并且管子上的直
7、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,美国伊顿伦纳德公司制成了 VECTOR 1 管形测量机。假设一个管子有 8 个弯,那么,使用 VECTOR 1 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
8、点坐标数据,并存储在电脑的存储器内。也就是说, VECTOR 1 管形测量机用a、b、cj 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简洁的,以假设干点的坐标来描述管形,人们不易推想出管形的真实外形。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,存储在电脑存储器内的坐标点数据还必需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DBBDistance Between Bends)。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POBPlane Of
9、 Bend。它是两个弯不在一个平面上,其次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DOBDegree Of Bend)。它是其次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根底而产生的,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,用以把握矢量弯管机, 进展弯管。三矢量弯管技术用测量机测出管形,取得必要的数据之后,还必需把管子弯出来。因此和VECTOR 1
10、 管形测量机配套的还有VECTORBEND 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VECTOR 1 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VECTORBEND 弯管机弯管;4. 使用VERTOR 1 管形测量机进展自动检验,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VECTORBEND 弯管机弯出合格的管子。本过程全由电脑把握完成。也就是承受电脑数控CNC。固然, 这一过程中的第一步,测量管形数据也可以依据设计图纸,把管子各个直线段交点
11、和两端点的数据直接输入到电脑中去,以此来确定管子的外形。三、矢量弯管技术是弯管工艺的一个突破承受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外形是很简洁的, 它很难甚至不行能用设计图纸把它表达出来。因此,在导管的加工中, 很多导管的生产不是依据图纸,而是依据导管或管形标准样件来制造,在型面检验夹具上进展验收。假设单纯的承受数控弯管,鉴于用通常方法测量管形数据很困难,即使测量出来,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,都没有确定的规律。一系列的工艺问题,使得弯管程序的编制
12、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终确定数据”的方法来编辑弯管程序。然而,承受 VECTOR 1 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 VECTORBEND 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。特别是对于外形简洁的管形来说, 大量的、简洁的计算工作均由电脑来完成,这就解决了一般测取管形数据的难题,从而使管形的电脑编程成为可能,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,假设没有与之相适应的快速检验方法,势必造成检验
13、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 1 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力气一般 78 个弯的管子,从装夹、固定管子开头算起,到测量完毕、打印输出管形数据,3 分钟以内可以完成,可对弯出的管子的外形进展快速检验,和对标准样件管形数据进展比较,确定误差值,并可打印出“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,得出的弯管程序,再去弯管。这种用“差值”修正的弯管程序,供给了一个的弯管程序,使弯出的管形总是靠近管形标准样件,它实际上是一
14、种“自适应”把握。3. 为导管的设计制造一体化制造了条件矢量弯管技术是管子弯曲生产自动化的根底,也为导管的设计制造一体化制造了必要的条件。美国麦克唐纳道格拉斯飞机公司在导管的设计制造一体化方面迈出了一步。它将 VECTOR 系统与设计部门的大型电脑相连接,依据生产部门的安排,VECTOR 系统承受存储在大型电脑存储器内的管形数据,并编制弯管程序,进展管子生产。承受矢量弯管技术,从根本上转变了手工弯管的落后工艺面貌, 使弯管技术面貌焕然一。它提高了弯管精度,使产品质量稳定、牢靠。对于外形简洁、手工弯管难以完成的麻烦问题,可以比较简洁的得到解决,其工效可提高几倍、几十倍。可以说,矢量弯管技术是弯管
15、技术的一个重大突破。4. VECTOR 1 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,大大地缩短了生产预备周期,特别适应于机研制过程中产品的形式和尺寸常常转变的需要。而且,由于 VECTOR 1 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;再加上自动检验修正弯管程序,VECTORBEND 弯管机完全可以弯制符合要求的管形。因
16、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,又节约了车间的浩大占地面积。四、矢量弯管CNC 数控弯管系统介绍如上所述,美国伊顿伦纳德公司生产的 CNC 矢量弯管系统共分两局部,即 VECTOR 1 管形测量机和 VECTORBEND简称VB矢量数控弯管机。VECTOR 1 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,将假设干点的坐标数据变成增量管形数据;用增量管形数据来把握VB 弯管机进展弯管,在一般状况下是不行的,还必需考虑管子的回弹修正问题。在每批管子弯曲之前,用试验件在弯管机上做回弹试验,并在 VECTOR 1 管形测量机
17、上进展测量,以确定回弹数据。而后修正增量管形数据,成为增量弯管程序,实现电脑编程。VB 数控弯管机承受来自VECTOR 1 管形测量机传送过来的增量弯管程序数据,并存储在把握柜的电脑中。弯管机好象一个机械手, 它按增量弯管程序数据和机床预定的弯管动作,将直管弯曲成所需要的外形。下面对这套电脑把握的弯管系统作一些具体的介绍:一VECTOR 1 管形测量机VECTOR 1 管形测量机由工作台、测量臂、电脑、打印机、管子固定支撑架等组成。1. 测量臂带电脑的 VECTOR 1 管形测量机仿照人的手臂、手腕和手制成了测量臂。测量臂的五个肘节处装有反映臂旋转角度的器件编码器。整个测量臂由臂、和探头组成。
18、臂是测量臂的立柱,它和坐标系统的 z 轴重合,并能绕 z 轴转动,其转角 A 由编码器A 记录下来。臂绕肘节 B 摇摆,摇摆角 B 由 B 处的编码器记录下来。臂绕肘节 C 摇摆,摇摆角 C 由 C 处的编码器记录下来。臂 上装有探头,它除了可绕肘节 E 摇摆,摇摆角 E 由 E 处的编码器记录下来外,还可绕臂的轴线转动,转动的角度 D 由 D 处的编码器记录下来。实际上,臂是由两段组成的,即下面的一段连同臂一起,可绕其臂轴线转动。构造上保证了臂、的中心线在一个平面上,臂、和由探头所打算的被测管子直线段中心线也在一个平面上,并且臂与探头所打算的管子直线段中心线相垂直。整个测量臂上的五个肘节,使
19、得测量臂能在空间任意转动,这就保证了探头能够比较便利的测量空间任意矢量。同时,对于某一固定的测点来说,各肘节只有一个固定的转角,分别由五个编码器记录下来。为了测取管形数据,应将管形标准样件固定在工作台面上的支架上,并用探头在管子各直线段上依次测量。当测量完毕后,电脑把计算的管形数据存储在存储器内,并可用坐标点x,y,z的形式或增量管形数据DBB、POB、DOB的形式输出。2. 接口设计这一系统的目的是收集五个编码器的数据,由电脑加以处理,完成各种测量的计算。前面已经说过,VECTOR 1 管形测量机编制的弯管程序可经由专用电缆直接传送给VB 弯管机的把握柜。而且 VECTOR 1 管形测量机上
20、备有多个插座,可为多台弯管机效劳。数据的传输由 VECTOR 1上的弯管机接口板完成。二VECTORBEND 矢量数控弯管机与VECTOR 1 管形测量机配套的VB 弯管机是模块式弯管机,它是三坐标DBB、POB、DOB、点位闭环系统。1. 弯管机构造简要介绍1床身。床身由板材、型材焊接而成,被支撑在尾座和液压油箱上。床身上装有导轨、弯管头、芯棒机构等。在导轨上装有小车,床身上有行程开关。2弯管头。弯管头的功用在于完成“弯曲DOB”运动,把管子弯成需要的角度。它由夹模机构、压模机构、助推机构、驱动回转机构等组成。弯管头可以通过丝杠作横向运动,以便调整弯模中心线。3小车。小车由直流电机带动,以完
21、成“直线送进DBB” 运动。小车上装有夹头,用气动操作。夹头同样由直流电机带动,完成“空间转角POB”运动。4芯棒机构。芯棒机构装在床身的尾部,用其上面的螺母可前后调整芯棒,以保证芯棒在所需的位置上。在自动弯管过程中,芯棒的前进、后退按电脑的指令,由液压操作完成。2. 液压系统VB 弯管机的液压系统比较简洁。它由带压力补偿的柱塞变量油泵、电液伺服阀、调压阀、压力表、油箱、油滤等组成。应当指出的是,各液压执行元件油缸动作完成以后,反响的信号不是由“微动开关”发出,而是在液压动作完成时,所需的液压油流量急剧削减,变量泵的斜盘倾角随之减小,连接在斜盘转轴上的液压臂,通过无触点开关发出反响信号,使程序
22、转入下一步。因此, 它简洁、牢靠。3. 弯管机的特点VB 弯管机在机械方面是比较完善的,有些地方是可以借鉴的。机械方面的特点是:1弯管头可沿导轨作横向移动,这是更换弯模后,调整弯模管槽对准机床中心线所必需的。这样比用调整床身上的导轨和尾座来调整机床中心线简洁。2完成直线送进运动DBB的小车,在管子弯曲过程中, 被管子拉着向前运动。这样,去掉了“正推力”,从而去掉了小车与弯曲速度的同步问题,去掉了为增加“正推力”而设置的直流电机负反响系统,简化了电气线路。由于正推力对管子的弯曲有利,特别是在弯曲直径较大的管子时,正推力是必要的。因而,VB 弯管机增加了助推装置。3弯曲时,由于小车作为负载,被管子
23、拉着向前,为了改善弯曲,防止管子弯曲局部壁厚过分减薄,削减回弹,增加了助推装置。弯曲时,压模不但压紧管子,而且被助推力推动向前,以形成一个助弯的侧推力。4弯管臂和弯曲主轴连成一体、弯模轴可更换、夹模上下运动,这样不但构造合理,增加了机械局部强度,而且构造简洁, 从而使电气线路也简化了。5当送进最终一个弯时,小车可能与压模相碰撞,这时可用“干预区”功能,即压模退回小车连续送进弯管臂返回空间转角POB夹模夹紧夹头松开,小车退出干预区压模压紧弯曲管子。这样,不但防止了小车同压模相碰撞,保证了最终一个弯的顺当完成,而且可以削减料头夹紧损失,降低生产本钱。6床身承受焊接构造,简洁、紧凑。五、增量管形数据
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