立式数控弯管机系统设计(全套含CAD图纸)
小批量生产环境下数控弯管工艺的发展汤姆-约翰和托尼学院航空航天、机械与制造工程,RMIT 大学,墨尔本,维多利亚,澳大利亚摘要在卡车制造业中,排气和进气管是一家专业的设备,需要高技术、重型机械和小批量的生产方法。本文介绍了一个项目开发的计算机数控(数控)管弯曲过程的卡车部件制造商。该公司向国内市场提供一个巨大的重型卡车零部件,并在澳大利亚是一个重要的供应商。本公司一直采用传统的机械辅助手法,采用弯管技术。在持续改进的推动下,本公司已获得了一个拥有一台数控折弯机,能够自动弯曲管道多达 25 个弯。然而,由于工艺不匹配,这台机器只用于单一的弯曲操作。研究者们研究了弯曲系统并改变了加工过程。使用排气管作为基准,一个显着下降,制造业领先时间从 70 分钟到 40 分钟,每一个管道被证明。还有一个因为材料成本的下降,由于多个弯曲部分在一块没有切割过多的材料,为每个单弯,如它过去也是这样。关键词: 弯管;数控弯曲;小批量生产;汽车零部件制造。在卡车制造业中,排气和进气管是一家专业的设备,需要高技术、重型机械和小批量的生产方法。卡车零部件制造商提供了一个巨大的重型卡车零部件的国内市场,是一个重要的供应商,卡车制造商和零部件网络在整个澳大利亚。该公司的制造业部门有能力适应小型和大批量生产。他们有专业的设备,使他们能够制造 2.5 英寸到 6 英寸之间的排气管。在过去的几年中,汽车行业的巨大改善,部分质量变得与使用的数值控制中心相近。最近,在不断提高质量和降低成本的尝试,并同时增加产品的产品,公司收购了计算机数控(数控)折弯机能够弯曲管道自动多达 25 个弯。然而,当这台机器来到工厂,由于缺乏培训和支持,它被用来使单弯。提高产品质量和精度是管理的愿望。公司需要改变手工操作这数控折弯机减少生产时间,提高生产制造过程。确定了数控折弯机的以下几个问题:(1)操作手册是中文书写的。有一些英文笔记,但它是非常简短的,并且是远远不够的,以支持操作员操纵机器在多弯模式。(2)由于缺乏适当的现场培训和知识多弯的原则,运营商和主管不知道如何编程和操作机器。(3)虽然有一个大范围的产品,他们没有很好地分类,根据机器和过程,特别是对多弯作业。缺乏系统的捕捉设计和制造方法,防止进一步改善制造技术。本文介绍了过程改进项目,导致超过 40%的生产时间和显着的材料节省六个月内的调查。2 弯曲过程弯管工艺在航空航天、汽车、石油等行业中广泛应用于航空、汽车、石油等 3 个行业。在过去的四年中,弯曲技术的发展可以分为三个时期:传统的弯曲(70 年代末至 80 年代初) ,新的弯曲(80 年代中期到 90 年代中期) ,和先进的弯曲(90 年代中期到 90 年代中期) 。最初,操作者弯曲管逐件。这种方法是非常缓慢的,没有工作的要求。在这一领域的不断改进,新的弯曲技术与计算机控制使弯曲不依赖发展。计算机辅助制造软件和其他的进展允许更快的设置时间和能力来处理更大的部分复杂度。数控弯管机来规避劳动密集型的方法相关的问题。现代计算机技术与伺服机械控制相联系,为控制三个弯曲轴提供了一个极好的方法。数控弯管机的机械操作手册的方法非常相似,除了伺服驱动控制的距离弯曲和平面弯曲之间。一辆马车/夹头系统是用于辅助喂养。工具运动和排序功能,部分数据存储由计算机自动控制。绕弯是最常用的弯曲方法在弯曲管,用于管和固体:扶手、相框、防滚架、把手、线和其他 2 。这种类型的弯曲使用“死哪有不变的中心线半径设置”(CLR) 。模件由两部分组成:成形模具有成形材料的形状,将压模推送材料到成形模中,而在弯曲的长度。图 1 显示了旋转拉伸弯管厂。图 1:旋转拉伸弯管机弯管在许多旋转拉伸弯管机,芯轴插入材料在弯曲后去除进一步减少任何可见的变形通过弯曲区域(图 2) 。有助于实现紧密的心轴弯曲半径用芯棒时(相对于普通旋转拉弯机)图 2:管弯曲芯棒工作原理比较简单。该管是由夹紧块在关键位置上,并被拉周围的成形模具的压力模。材料被压缩和拉伸通过弯曲。有些变形是不可避免的,但很难确定没有测量管或切割的横截面的弯曲 4 。以下是在手工过程中,该公司试图尽量减少使用一致的数控弯曲过程中常见的缺陷。在弯曲过程中,弯曲力矩会引起内外纤维的轴向力。内和外的纤维分别进行压缩和拉伸应力。这一结果在薄的管壁处的外段(拱)和增厚的管壁内段(拱) 5 。壁厚变化如图 3 所示。图 3:壁厚变化在拱纤维受到拉伸应力的状态下。当拉伸应力引起的管由于在拱的弯矩超过材料的极限强度的情况下,在拱 6 管骨折。图 4 显示管的骨折。 图 4:管骨折作为管弯曲,该管,内表面的内弧面,是承受压应力。当管弯成一个紧密的半径时,它是在振动导致分岔失稳或屈曲压缩应力高(皱)的管。皱纹是表面扭曲的波浪型。在许多应用中,由于管是在许多应用中,严格的尺寸公差是理想的,皱纹是不可接受的,应该被淘汰。此外,皱纹破坏了管的美学外观 7 。图5 显示管起皱。即使是表面处理方法,如喷漆和产品,他们是很难消除的,这样的产品质量是顾客无法接受的。图 5:管起皱一个严重的质量问题是由于管材料的弹性性质后的模具力被撤回的弹簧的量。在弯曲过程中,内部应力的开发在管内和卸载的内应力不消失。弯曲后,外受残余拉应力和拱受残余压应力。这些残余应力产生一个净的内部弯矩,导致回弹。管继续回弹,直到内部弯矩下降到零。回弹角取决于弯曲角度、管材料、管尺寸、芯轴、机床、工装及工作条件。在实际应用中,计算出回弹量,并通过该量计算出管的弯曲量 9 。由于在这一过程中诱导的巨大的压力,以一个相对较小的体积的材料,控制过程中是特别重要的。数控折弯机的使用是更好的质量输出的关键。3 折弯机本机是一台数控回转拉弯机,有一个芯轴(图 7) 。它是一种计算机化和自动三维弯曲机的工业控制单元。这台机器是设计成弯曲管从 2.5 英寸到 6 英寸,它是能够弯曲管道自动高达 25 弯曲而不中断。事实上,该机设计弯曲薄壁管半径紧,保证不起皱弯曲畸变。夹模挤压弯曲模管,压模保持管的管送入折弯机。该雨刮器模具是用来消除起皱的管内弯曲。该芯轴通常插入管子,以减少横截面的平坦,防止弯曲时的折叠。原来的过程中产生的数控弯管机上的管有 70 分钟。这是不言而喻的,在生产过程中有许多问题。最大的问题是,只有单一的弯曲模式被使用。重复的切割工作,弯曲的小部分管,然后焊接到最终产品导致了重大浪费的材料和劳动。工作的数量越大,它就越浪费了。同时,由于长时间的制造业,工作效率不理想。是这两家主要的缺点,目前的进程,防止公司成为更具竞争力的市场和进一步发展。图 7:折弯机在一开始,研究小组与生产经理一起工作,熟悉机器。开发了一个工艺图,记录操作的每一个细节,并建立了机床的程序,并进行了修改。通过分析过程图,使用一个更好的方法来减少安装时间,并建立了一些标准和模板,为他们改变未来的工具。该项目有 2 个主要任务:1、定义参数:我们列出了所有的方程,这是需要找到的进料长度,弯曲和旋转的角度。我们列出了这些方程的解释和一些现实生活中的产品,让员工在公司的一个清晰的想法,他们应该如何工作。机器操作:我们在不同的方式操作机器,看看机器是如何工作的。我们也制定了正确的操作方法。此外,我们2.调查标准方法和手动的机器上安装工具生成。这种方法通常用于这些机器,它与现在的工具有关。4 数控弯管该项目最重要的一部分是计算弯曲的参数,如:进给长度,弯曲和旋转角度。这些参数是从产品的图纸出发,在我们的情况下,样品耗尽管。有 2 种方法可以得到正确的参数为多弯的目的。正如图 8 所示,我们的第一个方法是在图纸上的几何关系之后,在计算机辅助设计软件系统中建立三维模型。然而,这种方法需要一个计算机辅助设计系统和专业知识来推动它。这是不正常提供给小批量生产小批量。图 8:计算机辅助设计模型而不是构建三维模型的方法,另一种方法是应用一个系统的矢量分析方法来计算这些关键参数。这里给出了矢量分析的基本理论。距离是一种数值描述,在任何给定的时间内,除了对象的距离遥远。给定的两点之间的距离(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2 、Z2)在三维空间:D =(X1 X2)2 +( Y1Y2)2 +(Z1、Z2)2(1)也对于任何给定的三角形农行(图 9) ,三角形的角度给出:图 9:三角形中的角方程 2 是有用的计算三角形的第三边,当双方和他们的封闭的角度是已知的情况下,并在计算三角形的角度,如果所有三个边是已知的。在我们的情况下,计算一个单一的弯曲角度,我们需要建立一个三角形的三点之间的弯曲角度,只要我们得到的所有的双方的这个三角形。另一组的参数是在方向上,这是矢量分析的一个组成部分。三维向量可以作为三号命令的三胞胎和遵守规则的二维向量服从非常相似。我们代表三维矢量箭头和这些向量的加法和减法的几何解释遵循平行四边形法则是在两个维度。我们定义单元向量 i,j 和 k 沿 X,Y 和 Z 轴的直角坐标系和三维向量表示双矢量的点积是用来计算它们之间的角度。需要 2 个矢量的交叉乘积来确定工作平面。它是由矩阵法扩展得来的。交叉乘积的意义在于它在包含前两个向量的平面上形成了三分之一个向量垂直。第三个向量服从右手规则。 基于向量分析的定义,我们可以得到最重要的参数之一,在弯曲的旋转角度(图 10) 。而这种方法被列为如下:1、在第一平面上找到 2 个向量。得到的交叉产物 N 1 这两个向量。2、在二面找到 2 个向量。得到的交叉产物 N 2 这两个向量。3。获得 N 1 和 N 2 使用这两个向量的数量积之间的角度,这个角度是弯曲的旋转角度。图 10:旋转角度的方法5 弯曲的例子该项目组使用了一个用于卡车的模型排气管作为研究实例。本公司为本工作提供了详细的尺寸和一些具体要求的初步图纸。图 11 是根据图纸在计算机辅助设计系统中建立的模型。图 11 所示的样品耗尽管被调查的有效工具,包括夹模、弯曲模(半径:114.3mm) 、压模、刷模、芯棒,三球,我们得出这样的结论:样品的排气管是不可能从 A 点到 D 点进行多次弯曲的工作,由于送料长度小于弯曲模的半径。这意味着弯曲不能完成,由于前弯曲的干扰。因此,我们决定开始使用多个弯曲点,从点到点克,其中包括三个弯。表 1 显示了几何参数和参数。表 1。产品的弯曲点坐标点的坐标(0,0,0 )313,0,755.1 弯曲角点对点的距离作为一个基本元素,用于进一步计算的关键的参数,如弯曲角度,进料长度和理论长度等使用方程 1,我们可以得到两点之间的距离根据给定的坐标如表 2 所示。表 2图 12下一步是计算我们所需的弯曲长度。在图 13 中,在弯曲处的持续角度确定弯曲长度。长度 x1(mm )维持在弯曲的 D 和 E 了:在哪里= 114.3 由于模具的半径。因此,从 C 到 D 的送料长度由下式给出:图 13:进给长度的计算类似地,其他部分的进料长度可以这样计算:3 管长度理论管的长度是所需的成品的最小长度,这是来自通过添加每个部分得到的,包括在每个点和进料长度的弧。由于生管的产生直管的过程,这个长度决定了原直筒的长度,必须被切割前弯曲。管的切割尺寸总是比理论长度长,因此我们应该增加额外的长度为管的抓地力和一些其他注意事项。要计算每一个弯曲的弧长,我们使用的弯曲角度。因此,理论管的长度是:5.4 角管道将环绕在卡车上的 3 维空间的角落。因此,弯曲是需要在不同的平面上进行,这是通过旋转的管在弯曲的。通过矢量分析计算旋转角度。我们的方法得到这个角度是找出 2 个向量,这是正常的,这两架飞机,然后计算出这两者之间的角度。向量之间的角度是我们需要的旋转角度。在这里,我们乘坐的飞机,和飞机之间的旋转角度,EFG 为例来说明求解旋转角度的方法一步一步。我们使用表 1 中的坐标来查找向量,并通过沿三角形的边的向量来定义这个计划。ED = 0 + 0740i J KEF =0 82 584i J + K因此,垂直的地方,矢量是由这两个向量的叉乘得到。使用方程 5:同样,向量平面 EFG 是:再次,基于方程 5,这 2 个向量的交叉乘积为(图 14): 图 14:飞机 DEF 和 EFG 的载体然后,我们需要把两者结合在相同的参考点。我们把向量 N 2 到 E 点:FE :(0,82,584) N2 = 26852i15102 J2716k计算向量 N 1 和 N 2 夹角:N 2 = 26852i 15102 2716k J.根据方程 5,可以从这些矢量的点产生的角度,这是所需的旋转角度。n n1 2。= 6068026852 + 0 + 0(15102 ) (2716)=1629379360| N1 | =(60680)2 = 60680 | N2 | =(26852)2 + 2 +(15102) (2716)2 = 30927 因为 = n 1 2 162937960 0.868239 = =n n1。60680 2 30926.96所以,= 150.256 个实施在确定这些参数,建立了弯曲的初始程序,其中包括所有的定义坐标、长度、弯曲和旋转角度,也有一些机器参数如模具半径和进给速度等,根据初步方案,我们做了几次测试机上找出回弹角,这是受环境(如温度,湿度,等)影响。之后,对该机进行了调整参数的调整,并采用了新的程序对产品进行了加工。数据输入过程是通过编辑功能的机器上。用户界面允许控制的试运行,以及生产运行。图 15 显示了样品耗尽管的数据输入接口,在顶部的坐标由点到点克,以及在右手边的机器的参数,而进给长度,弯曲,和转向角在下面列出。图 15:机器参数输入接口正如我们之前所提到的,由于公司存在工具的限制,我们只能在多弯中完成该产品的一部分块机生产。图 16 显示了多弯产品的一部分:图 16:多弯曲的产品(管)完成后,我们完成了一件多弯部分和个别弯曲(其他部分是太短,由于干扰与模具的干扰。它们分别是弯曲的,我们焊接在一起形成最终产品。一切完成后,管道被裁去(图 17) 。 图 17:喷漆后的样品排气管随着数控折弯机的多个弯曲的实现,生产过程也随之发生相应的变化。在使用多弯曲方法和使用多弯曲方法后,可通过比较样品前的生产过程来确定该工艺的改进。表 3 显示了原始的手动过程和表 4 显示了在多弯功能实现后的改进过程。表 3。多弯前实现的过程音视频前处理。时间1 把整个管子切成 10 块 5 分钟2 素描的甜甜圈 5 块 3 分钟3 清洗甜甜圈 5 分钟4 清洗管道的末端 6 分钟5 单弯零件 9 分钟6 清洗管道和甜甜圈 10 分钟7 安装管道焊接 20 分钟的甜甜圈8 清洗完整产品 2 分钟9 油漆的产品 5 分钟总 70 分钟表 4。多弯的实现过程过程新的影音。时间1 把整个管子切成 6 块 3 分2 素描的甜甜圈 3 块 2 分钟3 把甜甜圈 3 分钟4 清洗管道的末端 4 分钟5 个单弯的一部分 3 分钟6 启动多个弯曲部分 7min7 清洗管道和甜甜圈 3 分钟8 安装管道焊接 5 分钟的甜甜圈9 清洗完整产品 2 分钟10 油漆的产品 5 分钟总共 40 分钟正如我们可以从表中看到的,我们记录了项目的平均生产时间单弯)和工程(多弯)的基础上工作的样品耗尽管的过程。有一个显着下降,制造业的领先时间从 70 分钟到 40 分钟的每一个管道。减少了 30 分钟(42.86%的原始生产时间) ,它不仅降低了劳动成本,而且缩短了总生产时间。我们还发现,能够减少的材料成本,由于多个弯曲部在一块(不切割过多的材料,为每个单弯,如它曾经是) 。因此,随着新的生产方法在数控机床上实现多个弯折功能后,生产过程被简化,制造时间缩短,更重要的是,人工和材料成本降低。本项目的另一个组成部分,除了确定设计的参数外,还将建立车间工人和主管的手册作为工作操作的标准。我们将内容分为手动操作和自动操作。我们的重点是自动操作,特别是如何设置的机器自动进行多个弯曲操作。值得注意的是,在进行多弯生产之前,要注意要找出机器的初始位置,否则,机器就要回到初始位置,不然就无法启动自动功能。7 结论我们调查的生产过程中的管道弯曲操作,并确定了重要的方面,使产品信息的有效处理,以产生制造业数据。采用新的多弯工艺对数控弯管机的性能进行了改进。 这一新的指令集已经被开发出来,用于小型生产商,使用多个弯曲数控机床,它的最小生产。数控折弯机的理论计算框架已经研制出来。一个简单的和廉价的方法,使用矢量分析的建议和方法,证明了一个工作的例子。本研究的结果由一个结构化的方法,分析和处理的数据,以生产该产品。使用所示的方法,运营商与基本的数学知识,将能够系统地分析产品设计数据,并记录为制造目的所产生的信息。预期设计和制造业数据的集成,将为进一步提高利用数控弯管机和工厂现代化的基础。我们创建了英语机器操作手册。这本手册有明确的建设和旅游指南有图可以帮助那些使用机器了解哪些功能或部分需要使用。本手册很容易理解和遵循的步骤。我们分为三个部分的手册。数控多台折弯机的使用及在该厂的生产效率得到了极大的提高。他们的制造在制造成本和交货时间和基于该机近期产品家族的扩张潜力急剧减少。
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