CN111167898A

CN111167898A - 一种管材数控绕推成形方法及装置

Info

Publication number: CN111167898A
Application number: CN202010050324.1A
Authority: CN
Inventors: 宾一鸿; 危立明; 徐雪峰; 吴作元; 向彤; 李罡; 朱益文
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明公开了一种管材数控绕推成形方法及装置，所述装置包括水平推进电机和竖直推进电机，水平推进电机的一端设有水平丝杆滑台，水平丝杆滑台通过连接板固定轴向旋转电机；竖直推进电机的一端设有竖直丝杆滑台，竖直丝杆滑台通过连接板固定弯曲电机，弯曲电机通过联轴器连接水平连杆，水平连杆通过竖直连杆连接活动弯曲轴套，所述成型方法可实现管材无模弯曲成形，从而大幅减少资源浪费，充分体现绿色环保理念；可用于自动化加工，便于数控编程，进而提高弯管加工成形的效率；结构简单，部件较少，可在一定程度上降低功耗，具备一定的节能效益。

Description

一种管材数控绕推成形方法及装置

技术领域

本发明涉及一种管材绕推成形技术，具体的涉及一种管材数控绕推成形方法及装置，属于弯管生产技术领域。

背景技术

设计出便于操作且加工精度高的设备一直是机械设计的目标。同时，随着生活水平的提高，人们越发希望能够根据需求定制自己个性化的产品。

当前，弯管广泛应用于机械制造、加工、建筑等领域。弯管的优点主要在于：可代替部分机加工产品，而且比机械加工件、铸件、锻造结构件重量轻，节约材料；比机械加工产品节省工序、工时，降低工件成本。然而，受制于技术条件、加工精度等因素，当前的弯管生产要么工序较为繁琐，要么精度较低，无法很好地满足设计需求。

目前，轻质弯管加工方法主要包括模具弯曲、滚弯、拉弯、压弯、绕弯等，所使用的设备大多为专用的弯管机。然而，此类弯管机有的只能完成一个平面内的弯曲，有的只能完成固定半径的弯曲。当加工不同形态的弯管时，常需要制作多个模具，或采用多种弯管设备，导致了模具的浪费且增加了弯管成形难度，产生了不少资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的问题，提供一种管材数控绕推成形方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种管材数控绕推成形方法，它包括如下步骤：

步骤一，当控制器从外接设备获取了所需弯管的尺寸参数后，经过计算得出加工参数，控制各电机的旋转，以进行弯管的加工。

步骤二，由水平推进电机带动轴向旋转电机沿X轴正向将待加工管材推进一定的长度；随后，竖直推进电机带动弯曲电机沿Z轴运动，使得水平连杆的中心与固定弯曲轴套中心的距离为所需弯曲半径。

步骤三，由弯曲电机带动竖直连杆沿正向旋转一定的角度，使得固定弯曲轴套和活动弯曲轴套之间为所需弯管的一部分。

步骤四，再由水平推进电机带动轴向旋转电机沿X轴正向推进剩下弯曲部分的长度。

本发明提供了一种管材数控绕推成形装置，用于上述成型方法，包括水平推进电机和竖直推进电机，所述水平推进电机的一端设有水平丝杆滑台，所述水平丝杆滑台通过连接板固定轴向旋转电机；所述竖直推进电机的一端设有竖直丝杆滑台，所述竖直丝杆滑台通过连接板固定弯曲电机，所述弯曲电机通过联轴器连接水平连杆，所述水平连杆通过竖直连杆连接活动弯曲轴套。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水平丝杆滑台的右端焊接有固定弯曲轴套。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水平连杆通过其端部的轴套连接所述竖直连杆。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水平连杆轴套内部还设有夹紧装置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述活动弯曲轴套内径和固定弯曲轴套内径一致。

作为本发明的一种优选技术方案，所述轴向旋转电机、所述固定弯曲轴套和所述活动弯曲轴套位于同一水平线上

作为本发明的一种优选技术方案，所述水平推进电机、所述轴向旋转电机、所述竖直推进电机和弯曲电机均为步进电机，且均电性连接控制器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述控制器包括芯片、输入端口和输出端口，所述输入端口为USB接口，所述输出端口通过数据线与电机的驱动器电连。

本发明所达到的有益效果是：

1.该管材数控绕推成形方法及装置可实现管材无模弯曲成形，从而大幅减少资源浪费，充分体现绿色环保理念。

2.该种管材数控绕推成形方法及装置可用于自动化加工，便于数控编程，进而提高弯管加工成形的效率。

3.该种管材数控绕推成形方法及装置结构简单，部件较少，可在一定程度上降低功耗，具备一定的节能效益。

4.该管材数控绕推成形方法及装置可在一定程度上减小加工误差，提高加工产品的良品率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明弯管加工过程主要构件拆分爆炸图；

图3是本发明弯管加工工作原理示意图之一；

图4是本发明弯管加工工作原理示意图之二；

图5是本发明一个具体实施例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-5所示，本发明提供一种管材数控绕推成形的装置，包括水平推进电机1和竖直推进电机4，水平推进电机1的一端设有水平丝杆滑台2，水平丝杆滑台2通过连接板固定轴向旋转电机3；竖直推进电机4的一端设有竖直丝杆滑台5，竖直丝杆滑台5通过连接板固定弯曲电机6，弯曲电机6通过联轴器连接水平连杆8，水平连杆8通过竖直连杆7连接活动弯曲轴套10。

水平丝杆滑台2的右端焊接有固定弯曲轴套11，固定弯曲轴套11可以对活动弯曲轴套10起到辅助定位效果，使其定位在固定弯曲轴套11的一侧面。

水平连杆8通过其端部的轴套连接竖直连杆7。

水平连杆8的轴套内部还设有夹紧装置，可在弯曲电机6运行到指定位置后，将竖直连杆7夹紧，实现不同弯曲半径管材的加工。

活动弯曲轴套10内径和固定弯曲轴套11内径均一致，以适应不同直径管材的加工。

轴向旋转电机3、固定弯曲轴套11和活动弯曲轴套10位于同一水平线上，提高不同弯曲半径管材的加工。

水平推进电机1、轴向旋转电机3、竖直推进电机4和弯曲电机6均为步进电机，且均电性连接控制器，可以在控制器的作用下实现联动，从而实现对三维弯管的加工。

控制器包括芯片、输入端口和输出端口，输入端口为USB接口，输出端口通过数据线与电机的驱动器电连，可由外接设备从输入端口将尺寸参数导入控制器中并进行运算、处理，得到加工参数；输出端口通过数据线与电机相连接，可将相应的加工参数传递给各个电机，以实现弯管的加工成形。

一项所述管材数控绕推成形的装置及方法，它包括如下步骤：

步骤二，由水平推进电机1带动轴向旋转电机3沿X轴正向将待加工管材推进一定的长度；随后，竖直推进电机4带动弯曲电机6沿Z轴运动，使得水平连杆8的中心与固定弯曲轴套11中心的距离为所需弯曲半径。

步骤三，由弯曲电机6带动竖直连杆8沿正向旋转一定的角度，使得固定弯曲轴套11和活动弯曲轴套10之间为所需弯管的一部分。

步骤四，再由水平推进电机1带动轴向旋转电机3沿X轴正向推进剩下弯曲部分的长度。

一种管材数控绕推成形的方法的具体步骤为：

首先，在夹紧装置处于夹紧状态时装夹待加工管材，之后开始弯管加工过程。

第一步：当控制器从外接设备接收到所需弯管的尺寸参数后，经过计算得到管材的加工参数，并计算出需初始成形的弯管长度L：

第二步：水平推进电机正向旋转，带动轴向旋转电机将待加工管材向X轴正向推进L₁的长度。其中，水平推进电机需转过的角度φ₁可由下列公式计算得出：

其中，s为螺纹丝杆的导程。

第三步：夹紧装置松开，随后竖直推进电机旋转，带动水平连杆沿竖直方向(Z轴方向)运动，使其中心与固定弯曲轴套中心的距离为R。之后夹紧装置再次夹紧。其中，竖直推进电机需转过的角度γ为：

其中，r为水平连杆中心与固定弯曲轴套中心在Z轴方向上的初始距离。

第四步：由弯曲电机带动水平连杆在(X,Z)平面内绕其中心(O点)旋转一定的角度θ，使得固定弯曲轴套与活动弯曲轴套之间成形一段长度为L的圆弧。

第五步：再由水平推进电机正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进|L-l|的长度。最后松开夹紧装置，此段弯管加工过程结束。其中，水平电机需转过的角度φ₂为：

其中，L为初始成形的弯管长度。

通过以上步骤可实现弯管在(X,Z)平面内的弯曲。

请参阅附图1、3、4、5，当需要加工如附图5所示的管材时，工作过程如下(尺寸参数包括所需弯管的弯曲半径、弯曲段的长度；所述加工参数包括活动弯曲轴套转过的角度(为定值，且很小)、初始成形的管材长度、水平连杆中心与活动弯曲轴套中心在Z轴方向上的初始距离、螺纹丝杆的导程)：

根据实际情况，本实例中取活动弯曲轴套转过的角度θ＝3°。

1)水平推进电机正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进41.05mm。

2)夹紧装置松开。随后竖直推进电机旋转，带动水平连杆沿Z轴方向运动，使其中心与固定弯曲轴套中心的距离为20mm。

3)夹紧装置夹紧，然后弯曲电机沿正向旋转3°。

4)水平推进电机再次正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进19.89mm。

5)弯曲电机反向旋转3°。然后水平推进电机正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进16.57mm。

6)轴向旋转电机带动管材沿正向(顺着X轴正向看去的逆时针方向)旋转60°。

7)夹紧装置松开。随后竖直推进电机旋转，带动水平连杆沿Z轴方向运动，使其中心与固定弯曲轴套中心的距离为30mm。

8)夹紧装置夹紧，然后弯曲电机沿正向旋转3°。

9)水平推进电机再次正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进45.55mm。

10)弯曲电机反向旋转3°。然后水平推进电机正向旋转，带动轴向旋转电机将管材沿X轴正向推进70mm。

11)夹紧装置松开，此段弯管加工过程结束。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管材数控绕推成形方法，其特征在于，

它包括如下步骤：

步骤一，当控制器从外接设备获取了所需弯管的尺寸参数后，经过计算得出加工参数，控制各电机的旋转，以进行弯管的加工；

步骤二，由水平推进电机带动轴向旋转电机沿X轴正向将待加工管材推进一定的长度；随后，竖直推进电机带动弯曲电机沿Z轴运动，使得水平连杆的中心与固定弯曲轴套中心的距离为所需弯曲半径；

步骤三，由弯曲电机带动竖直连杆沿正向旋转一定的角度，使得固定弯曲轴套和活动弯曲轴套之间为所需弯管的一部分；

2.一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，用于权利要求1所述的管材数控绕推成形方法，所述成形装置包括水平推进电机和竖直推进电机，所述水平推进电机的一端设有水平丝杆滑台，所述水平丝杆滑台通过连接板固定轴向旋转电机；

所述竖直推进电机的一端设有竖直丝杆滑台，所述竖直丝杆滑台通过连接板固定弯曲电机，所述弯曲电机通过联轴器连接水平连杆，所述水平连杆通过竖直连杆连接活动弯曲轴套。

3.根据权利要求2所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述水平丝杆滑台的右端焊接有固定弯曲轴套。

4.根据权利要求2所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述水平连杆通过其端部的轴套连接所述竖直连杆。

5.根据权利要求4所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述水平连杆的轴套内部还设有夹紧装置。

6.根据权利要求3所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述活动弯曲轴套内径和所述固定弯曲轴套内径一致。

7.根据权利要求2所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述轴向旋转电机、所述固定弯曲轴套和所述活动弯曲轴套位于同一水平线上。

8.根据权利要求2所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述水平推进电机、所述轴向旋转电机、所述竖直推进电机和弯曲电机均为步进电机，且均电性连接控制器。

9.根据权利要求8所述的一种管材数控绕推成形装置，其特征在于，所述控制器包括芯片、输入端口和输出端口，所述输入端口为USB接口，所述输出端口通过数据线与电机的驱动器电连。