[發(fā)明專利]基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510528334.0
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105032998A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬其;陳桂
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: B21D7/00
• 分類號: B21D7/00;B21D7/12;B21C51/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統(tǒng)，還涉及一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形的方法，屬于管材加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

管材成形加工易于滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化、加工過程低耗高效等特點，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運(yùn)動決定的彎曲。

由于管材在彎曲成形過程中，存在塑性變形和彈性變形。管材成形過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)過大量試驗得出數(shù)據(jù)后利用調(diào)整剛性模具工作部分的形狀和尺寸來補(bǔ)償管材卸載后發(fā)生的回彈，但是大量試驗耗時耗力。

2012年9月19日專利數(shù)據(jù)庫中公開了一件名稱為“一種管材熱成形設(shè)備”的中國專利，其申請?zhí)枮椋?01210140059.1，該發(fā)明主要解決了管材熱成形方法成形效率低以及管材在轉(zhuǎn)移到模具的過程中成形不穩(wěn)定的問題，管材加熱后進(jìn)行成形加工不但可以明顯改善其成形性能，減小管材的成形后的回彈，而且可以大大減小其成形所需要的載荷。但這種成形方法降低了管材的剛強(qiáng)度，限制了其應(yīng)用范圍。

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預(yù)測或估算回彈，實現(xiàn)管材的高精度成形加工。

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-2011年-第29卷-5期-811～815)中，針對管材彎曲卸載后的回彈，利用數(shù)值回彈預(yù)測方法，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，以提高管材彎曲精度為出發(fā)點，運(yùn)用彈塑性變形的原理，分析了管材回轉(zhuǎn)牽引彎曲過程中產(chǎn)生的回彈、伸長現(xiàn)象，并推導(dǎo)出管材彎曲后的延伸量、回彈量的近似計算公式。文獻(xiàn)“矩形管彎曲實驗及有限元仿真”(機(jī)械制造與自動化-2014年4期-105～107)中，利用有限元軟件對管材彎曲過程進(jìn)行分析，有效減少數(shù)控彎管機(jī)的調(diào)試時間和試驗次數(shù)，提高管材的成形品質(zhì)。但是由于管材一致性存在差異，上述方法都難以達(dá)到管材的高精度成形，影響后續(xù)加工、安裝帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(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)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(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)動裝置、用于檢測轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)位置的位置編碼器和用于管材回彈檢測的激光測距傳感器；所述轉(zhuǎn)模以內(nèi)模的中心軸為轉(zhuǎn)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；

所述管材靠模與內(nèi)模之間設(shè)有供管材穿過的預(yù)留間隙；

所述位置編碼器、激光測距傳感器、驅(qū)動裝置分別與計算機(jī)連接，計算機(jī)通過驅(qū)動裝置控制轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)，通過位置編碼器檢測轉(zhuǎn)模旋轉(zhuǎn)角度，激光測距傳感器通過不斷檢測、反饋激光測距傳感器與管材之間的實際距離，實現(xiàn)管材彎曲成形閉環(huán)控制。

優(yōu)選的，所述激光測距傳感器的測量軸線與加工完成后的管材的測量面相垂直。

優(yōu)選的，所述計算機(jī)上還連接有用于人機(jī)交互的觸摸屏。

優(yōu)選的，所述位置編碼器、驅(qū)動裝置通過CAN總線通訊卡與計算機(jī)通訊連接。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形方法，包括初步成形階段和漸進(jìn)加工成形階段；

所述初步成形階段是：通過驅(qū)動轉(zhuǎn)模，配合內(nèi)模擠壓，使管材彎曲初步成形；

所述漸進(jìn)加工成形階段是：通過激光測距傳感器反復(fù)測量管材初步成形后管材末端與激光測距傳感器間的實際距離，與計算機(jī)設(shè)定的目標(biāo)距離相比較，結(jié)合管材自身調(diào)整系數(shù)，計算管材加工角度，采用漸進(jìn)加工的方式實現(xiàn)管材彎曲成形的閉環(huán)控制。

所述初步成形階段包括如下步驟：

步驟101：調(diào)整管材靠模、轉(zhuǎn)模與內(nèi)模之間的間距，將待加工管材安裝于靠模、轉(zhuǎn)模與內(nèi)模之間；

步驟102：將管材理想成形角θ_max分為n等份；