基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，屬于管材加工
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 管材成形加工易于滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化、加工過(guò)程低耗高效等特點(diǎn)，因此在航空 航天、電力聯(lián)結(jié)、大型發(fā)電機(jī)、船舶、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.管材的成形方法多 種多樣，總體可分為有模成形和無(wú)模成形。有模成形采用剛性模具直接作用于管材的彎曲 變形區(qū)進(jìn)行的彎曲，無(wú)模成形一般指彎曲變形區(qū)不受到剛性模具的直接作用，管材最終的 形狀由工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定的彎曲。
[0003] 由于管材在彎曲成形過(guò)程中，存在塑性變形和彈性變形。管材成形過(guò)程中回彈 控制是影響管材成形精度的主要因素，為提高彎曲精度，可經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)后利用 調(diào)整剛性模具工作部分的形狀和尺寸來(lái)補(bǔ)償管材卸載后發(fā)生的回彈，但是大量試驗(yàn)耗時(shí)耗 力。
[0004] 2012年9月19日專利數(shù)據(jù)庫(kù)中公開(kāi)了一件名稱為"一種管材熱成形設(shè)備"的中國(guó) 專利，其申請(qǐng)?zhí)枮椋?01210140059. 1，該實(shí)用新型主要解決了管材熱成形方法成形效率低W 及管材在轉(zhuǎn)移到模具的過(guò)程中成形不穩(wěn)定的問(wèn)題，管材加熱后進(jìn)行成形加工不但可W明顯 改善其成形性能，減小管材的成形后的回彈，而且可W大大減小其成形所需要的載荷。但運(yùn) 種成形方法降低了管材的剛強(qiáng)度，限制了其應(yīng)用范圍。 陽(yáng)0化]現(xiàn)有技術(shù)中管材成形技術(shù)的研究包括：管材成形機(jī)理、成形工藝等多種方法來(lái)預(yù) 測(cè)或估算回彈，實(shí)現(xiàn)管材的高精度成形加工。
[0006] 文獻(xiàn)"管材空間繞彎回彈補(bǔ)償方法研究"（西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)-2011年-第29卷-5 期-811~815)中，針對(duì)管材彎曲卸載后的回彈，利用數(shù)值回彈預(yù)測(cè)方法，提高彎管幾何精 度。文獻(xiàn)"管子彎曲成形的機(jī)理分析"（廣東造船-2013年-第5期-98~102)中，W提高 管材彎曲精度為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用彈塑性變形的原理，分析了管材回轉(zhuǎn)牽引彎曲過(guò)程中產(chǎn)生的 回彈、伸長(zhǎng)現(xiàn)象，并推導(dǎo)出管材彎曲后的延伸量、回彈量的近似計(jì)算公式。文獻(xiàn)"矩形管彎 曲實(shí)驗(yàn)及有限元仿真"（機(jī)械制造與自動(dòng)化-2014年4期-105~107)中，利用有限元軟件 對(duì)管材彎曲過(guò)程進(jìn)行分析，有效減少數(shù)控彎管機(jī)的調(diào)試時(shí)間和試驗(yàn)次數(shù)，提高管材的成形 品質(zhì)。但是由于管材一致性存在差異，上述方法都難W達(dá)到管材的高精度成形，影響后續(xù)加 工、安裝帶來(lái)不便。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于末端尺寸控制的管 材彎曲成形控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中管材在彎曲成形過(guò)程中，存在塑性變形和彈性變形 導(dǎo)致管材彎曲成形精度不高的技術(shù)問(wèn)題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：基于末端尺寸控制的管 材彎曲成形控制系統(tǒng)，包括底座、設(shè)于底座上的管材靠模、垂直底座設(shè)置的內(nèi)模、用于管材 彎曲加工的轉(zhuǎn)模、用于轉(zhuǎn)模的驅(qū)動(dòng)裝置、用于檢測(cè)轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)位置的位置編碼器和用于管材 回彈檢測(cè)的激光測(cè)距傳感器；所述轉(zhuǎn)模W內(nèi)模的中屯、軸為轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
[0009] 所述管材靠模與內(nèi)模之間設(shè)有供管材穿過(guò)的預(yù)留間隙；
[0010] 所述位置編碼器、激光測(cè)距傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置分別與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng) 裝置控制轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)，通過(guò)位置編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)角度，激光測(cè)距傳感器通過(guò)不斷檢測(cè)、反 饋激光測(cè)距傳感器與管材之間的實(shí)際距離，實(shí)現(xiàn)管材彎曲成形閉環(huán)控制。
[0011] 優(yōu)選的，所述激光測(cè)距傳感器的測(cè)量軸線與加工完成后的管材的測(cè)量面相垂直。
[0012] 優(yōu)選的，所述計(jì)算機(jī)上還連接有用于人機(jī)交互的觸摸屏。
[0013] 優(yōu)選的，所述位置編碼器、驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)CAN總線通訊卡與計(jì)算機(jī)通訊連接。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是：控制系統(tǒng)采用單軸運(yùn)動(dòng)控制 將管材成形分為兩個(gè)階段，在管材成形末端通過(guò)激光測(cè)距傳感器對(duì)管材回彈實(shí)時(shí)檢測(cè)，并 依據(jù)檢測(cè)結(jié)果漸進(jìn)成形，實(shí)現(xiàn)管材成形最終尺寸的高精度加工。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型提供的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型提供的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)加工過(guò)程 結(jié)構(gòu)不意圖。
[0017] 圖3是本實(shí)用新型提供的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)加工最終 成形結(jié)構(gòu)示意圖。 陽(yáng)01引圖中：1、底座；2、內(nèi)模；3、管材靠模；4、轉(zhuǎn)模；5、管材；6、激光測(cè)距傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。W下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本 實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能W此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0020] 如圖1所示，是本實(shí)用新型提供的基于末端尺寸控制的管材5彎曲成形控制系統(tǒng)， 包括底座1、設(shè)于底座1上的管材靠模3、垂直底座1設(shè)置的內(nèi)模2、用于管材5彎曲加工的 轉(zhuǎn)模4、用于轉(zhuǎn)模4的驅(qū)動(dòng)裝置、用于檢測(cè)轉(zhuǎn)模4旋轉(zhuǎn)位置的位置編碼器和用于管材5回彈 檢測(cè)的激光測(cè)距傳感器6。
[0021] 激光測(cè)距傳感器6安裝時(shí)，應(yīng)保證激光測(cè)距傳感器6的測(cè)量軸線垂直于管材5加 工完成后的測(cè)量面，同時(shí)應(yīng)盡可能靠近管材5末端，W提高測(cè)量精度。
[0022] 轉(zhuǎn)模4W內(nèi)模2的中屯、軸為轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0023] 管材靠模3與內(nèi)模2之間設(shè)有供管材5穿過(guò)的預(yù)留間隙，預(yù)留間隙可通過(guò)改變管 材靠模3位置實(shí)現(xiàn)調(diào)整，W適應(yīng)不同寬度的管材5加工。
[0024] 位置編碼器、激光測(cè)距傳感器6、驅(qū)動(dòng)裝置分別與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝 置控制轉(zhuǎn)模4旋轉(zhuǎn)，通過(guò)位置編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)模4旋轉(zhuǎn)角度，激光測(cè)距傳感器6通過(guò)不斷檢 巧。、反饋激光測(cè)距傳感器6與管材5之間的實(shí)際距離，實(shí)現(xiàn)管材5彎曲成形閉環(huán)控制。
[0025] 激光測(cè)距傳感器6的測(cè)量軸線與加工完成后的管材5的測(cè)量面相垂直。
[00%] 計(jì)算機(jī)上還連接有用于人機(jī)交互的觸摸屏，實(shí)現(xiàn)加工操作、指示加工進(jìn)程及工作 狀態(tài)顯不等。
[0027] 位置編碼器、驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)CAN總線通訊卡與計(jì)算機(jī)通訊連接，CAN總線通訊卡包 含CAN總線接口，安裝在計(jì)算機(jī)的插槽內(nèi)。初步成形階段，計(jì)算機(jī)通過(guò)CAN總線通訊卡上的 CAN總線接口讀取位置編碼器測(cè)量值，進(jìn)行位置校正運(yùn)算，并將位置校正運(yùn)算結(jié)果通過(guò)CAN 總線通訊卡上的CAN總線接口發(fā)送到驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)轉(zhuǎn)模4旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置。在 漸進(jìn)加工成形階段，計(jì)算機(jī)讀取激光測(cè)距傳感器6的測(cè)量值，且依據(jù)該測(cè)量值控制轉(zhuǎn)模4旋 轉(zhuǎn)。
[0028] 基于末端尺寸控制的管材5彎曲成形方法是采用上述控制系統(tǒng)完成的，它包括初 步成形階段和漸進(jìn)加工成形階段。
[0029] 初步成形階段是：通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)模4,配合內(nèi)模2擠壓，使管材5彎曲初步成形；漸進(jìn) 加工成形階段是：通過(guò)激光測(cè)距傳感器6反復(fù)測(cè)量管材5初步成形后管材5末端與激光測(cè) 距傳感器6間的實(shí)際距離，與計(jì)算機(jī)設(shè)定的目標(biāo)距離相比較，結(jié)合管材5自身調(diào)整系數(shù)，計(jì) 算管材5加工角度，采用漸進(jìn)加工的方式實(shí)現(xiàn)管材5彎曲成形的閉環(huán)控制。具體如下：
[0030] 如圖2所示，初步成形階段包括如下步驟：
[0031] 步驟101 :調(diào)整管材靠模3、轉(zhuǎn)模4與內(nèi)模2之間的間距，將待加工管材5安裝于靠 模、轉(zhuǎn)模4與內(nèi)模2之間； 陽(yáng)0巧步驟102:將管材5理想成形角0分為n等份；n滿足：3°<*^<20。。 n 陽(yáng)03；3] 步驟103 :計(jì)算機(jī)W目1=iX0 作為目標(biāo)角度，其中：iG(1，2,…，n)，通過(guò) 驅(qū)動(dòng)裝置控制轉(zhuǎn)模4旋轉(zhuǎn)，并在目標(biāo)位置保持0. 5~2秒，使管材5發(fā)生塑性變形；當(dāng)i=n時(shí)，表明轉(zhuǎn)模4已轉(zhuǎn)動(dòng)至0m。、角度，完成管材5初步成形。
[0034] 如圖3所示，漸進(jìn)加工成形階段包括如下步驟：
[0035] 步驟201:設(shè)管材5完全加工成形后，管材5末端與激光測(cè)距傳感器6之間的目標(biāo) 距離為L(zhǎng)1，此時(shí)轉(zhuǎn)模4轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為0m。、；
[0036] 步驟202:反向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)模4,設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0X，0xG巧。~15。），使管材5充分 釋放彈性變形，圖3中虛線為管材5釋放后的回彈位置。
[0037] 步驟203:管材5充分釋放彈性變形后，再次用激光測(cè)距傳感器6檢測(cè)管材5末端 與激光測(cè)距傳感器6之間的距離，設(shè)為L(zhǎng)2,并求取AL=L2-L1;
[0038] 步驟204:重新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)模4,使轉(zhuǎn)模4正向旋轉(zhuǎn)0y，0y按下式求?。?br>[0039] 白y=KXAL+0yi
[0040] 其中：yG(1，2...) ;0。= 0max;K為調(diào)整系數(shù)，其單位為度/毫米，K值大小影響 管材5成形達(dá)到最終成形尺寸速度，K值取的較大，則成形速度快，但過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致管材5 過(guò)成形而無(wú)法恢復(fù)，不同型號(hào)的管材由于其回彈特性不同，一般取不同值，同種型號(hào)管材取 相同值。
[0041]步驟205 :重復(fù)步驟202~204,漸進(jìn)逼近成形尺寸11，直到AL《5，5為管材 5加工成形允許的最大偏差，完成管材5漸進(jìn)加工成形。
[0042] 將管材5成形分為兩個(gè)階段，在管材5成形末端通過(guò)激光測(cè)距傳感器6對(duì)管材5 回彈實(shí)時(shí)檢測(cè)，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果漸進(jìn)成形，實(shí)現(xiàn)管材5成形最終尺寸的高精度加工。
[0043]W上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和變形，運(yùn)些改 進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，其特征在于，包括底座、設(shè)于底座上的 管材靠模、垂直底座設(shè)置的內(nèi)模、用于管材彎曲加工的轉(zhuǎn)模、用于轉(zhuǎn)模的驅(qū)動(dòng)裝置、用于檢 測(cè)轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)位置的位置編碼器和用于管材回彈檢測(cè)的激光測(cè)距傳感器；所述轉(zhuǎn)模以內(nèi)模的 中心軸為轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述管材靠模與內(nèi)模之間設(shè)有供管材穿過(guò)的預(yù)留間隙； 所述位置編碼器、激光測(cè)距傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置分別與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置 控制轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)，通過(guò)位置編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)角度，激光測(cè)距傳感器通過(guò)不斷檢測(cè)、反饋激 光測(cè)距傳感器與管材之間的實(shí)際距離，實(shí)現(xiàn)管材彎曲成形閉環(huán)控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光測(cè)距傳感器的測(cè)量軸線與加工完成后的管材的測(cè)量面相垂直。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述計(jì)算機(jī)上還連接有用于人機(jī)交互的觸摸屏。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述位置編碼器、驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)CAN總線通訊卡與計(jì)算機(jī)通訊連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，包括底座、設(shè)于底座上的管材靠模、垂直底座設(shè)置的內(nèi)模、用于管材彎曲加工的轉(zhuǎn)模、用于轉(zhuǎn)模的驅(qū)動(dòng)裝置、用于檢測(cè)轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)位置的位置編碼器和用于管材回彈檢測(cè)的激光測(cè)距傳感器；轉(zhuǎn)模以內(nèi)模的中心軸為轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型解決了管材在彎曲成形過(guò)程中，存在塑性變形和彈性變形導(dǎo)致管材彎曲成形精度不高的技術(shù)問(wèn)題，在管材成形末端通過(guò)激光測(cè)距傳感器對(duì)管材回彈實(shí)時(shí)檢測(cè)，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果漸進(jìn)成形，實(shí)現(xiàn)管材成形最終尺寸的高精度加工。
【IPC分類】B21C51/00, B21D7/00, B21D7/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204892637
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520647890
【發(fā)明人】萬(wàn)其, 陳桂
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月25日