基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，屬于管材加工
技術領域。
【背景技術】
[0002] 管材成形加工易于滿足產品結構輕量化、加工過程低耗高效等特點，因此在航空 航天、電力聯結、大型發電機、船舶、石油化工等領域得到了廣泛應用.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 變形區進行的彎曲，無模成形一般指彎曲變形區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動決定的彎曲。
[0003] 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，可經過大量試驗得出數據后利用 調整剛性模具工作部分的形狀和尺寸來補償管材卸載后發生的回彈，但是大量試驗耗時耗 力。
[0004] 2012年9月19日專利數據庫中公開了一件名稱為"一種管材熱成形設備"的中國 專利，其申請號為：201210140059. 1，該實用新型主要解決了管材熱成形方法成形效率低W 及管材在轉移到模具的過程中成形不穩定的問題，管材加熱后進行成形加工不但可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 種成形方法降低了管材的剛強度，限制了其應用范圍。 陽0化]現有技術中管材成形技術的研究包括：管材成形機理、成形工藝等多種方法來預 測或估算回彈，實現管材的高精度成形加工。
[0006] 文獻"管材空間繞彎回彈補償方法研究"（西北工業大學學報-2011年-第29卷-5 期-811~815)中，針對管材彎曲卸載后的回彈，利用數值回彈預測方法，提高彎管幾何精 度。文獻"管子彎曲成形的機理分析"（廣東造船-2013年-第5期-98~102)中，W提高 管材彎曲精度為出發點，運用彈塑性變形的原理，分析了管材回轉牽引彎曲過程中產生的 回彈、伸長現象，并推導出管材彎曲后的延伸量、回彈量的近似計算公式。文獻"矩形管彎 曲實驗及有限元仿真"（機械制造與自動化-2014年4期-105~107)中，利用有限元軟件 對管材彎曲過程進行分析，有效減少數控彎管機的調試時間和試驗次數，提高管材的成形 品質。但是由于管材一致性存在差異，上述方法都難W達到管材的高精度成形，影響后續加 工、安裝帶來不便。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于末端尺寸控制的管 材彎曲成形控制系統，解決現有技術中管材在彎曲成形過程中，存在塑性變形和彈性變形 導致管材彎曲成形精度不高的技術問題。
[0008] 為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：基于末端尺寸控制的管 材彎曲成形控制系統，包括底座、設于底座上的管材靠模、垂直底座設置的內模、用于管材 彎曲加工的轉模、用于轉模的驅動裝置、用于檢測轉模旋轉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；所述轉模W內模的中屯、軸為轉軸作旋轉運動；
[0009] 所述管材靠模與內模之間設有供管材穿過的預留間隙；
[0010] 所述位置編碼器、激光測距傳感器、驅動裝置分別與計算機連接，計算機通過驅動 裝置控制轉模旋轉，通過位置編碼器檢測轉模旋轉角度，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，實現管材彎曲成形閉環控制。
[0011] 優選的，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。
[0012] 優選的，所述計算機上還連接有用于人機交互的觸摸屏。
[0013] 優選的，所述位置編碼器、驅動裝置通過CAN總線通訊卡與計算機通訊連接。
[0014] 與現有技術相比，本實用新型所達到的有益效果是：控制系統采用單軸運動控制 將管材成形分為兩個階段，在管材成形末端通過激光測距傳感器對管材回彈實時檢測，并 依據檢測結果漸進成形，實現管材成形最終尺寸的高精度加工。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實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的結構示 意圖。
[0016] 圖2是本實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加工過程 結構不意圖。
[0017] 圖3是本實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加工最終 成形結構示意圖。 陽01引圖中：1、底座；2、內模；3、管材靠模；4、轉模；5、管材；6、激光測距傳感器。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。W下實施例僅用于更加清楚地說明本 實用新型的技術方案，而不能W此來限制本實用新型的保護范圍。
[0020] 如圖1所示，是本實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， 包括底座1、設于底座1上的管材靠模3、垂直底座1設置的內模2、用于管材5彎曲加工的 轉模4、用于轉模4的驅動裝置、用于檢測轉模4旋轉位置的位置編碼器和用于管材5回彈 檢測的激光測距傳感器6。
[0021] 激光測距傳感器6安裝時，應保證激光測距傳感器6的測量軸線垂直于管材5加 工完成后的測量面，同時應盡可能靠近管材5末端，W提高測量精度。
[0022] 轉模4W內模2的中屯、軸為轉軸作旋轉運動。
[0023] 管材靠模3與內模2之間設有供管材5穿過的預留間隙，預留間隙可通過改變管 材靠模3位置實現調整，W適應不同寬度的管材5加工。
[0024] 位置編碼器、激光測距傳感器6、驅動裝置分別與計算機連接，計算機通過驅動裝 置控制轉模4旋轉，通過位置編碼器檢測轉模4旋轉角度，激光測距傳感器6通過不斷檢 巧。、反饋激光測距傳感器6與管材5之間的實際距離，實現管材5彎曲成形閉環控制。
[0025] 激光測距傳感器6的測量軸線與加工完成后的管材5的測量面相垂直。
[00%] 計算機上還連接有用于人機交互的觸摸屏，實現加工操作、指示加工進程及工作 狀態顯不等。
[0027] 位置編碼器、驅動裝置通過CAN總線通訊卡與計算機通訊連接，CAN總線通訊卡包 含CAN總線接口，安裝在計算機的插槽內。初步成形階段，計算機通過CAN總線通訊卡上的 CAN總線接口讀取位置編碼器測量值，進行位置校正運算，并將位置校正運算結果通過CAN 總線通訊卡上的CAN總線接口發送到驅動裝置，驅動裝置帶動轉模4旋轉到目標位置。在 漸進加工成形階段，計算機讀取激光測距傳感器6的測量值，且依據該測量值控制轉模4旋 轉。
[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完成的，它包括初 步成形階段和漸進加工成形階段。
[0029] 初步成形階段是：通過驅動轉模4,配合內模2擠壓，使管材5彎曲初步成形；漸進 加工成形階段是：通過激光測距傳感器6反復測量管材5初步成形后管材5末端與激光測 距傳感器6間的實際距離，與計算機設定的目標距離相比較，結合管材5自身調整系數，計 算管材5加工角度，采用漸進加工的方式實現管材5彎曲成形的閉環控制。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 :調整管材靠模3、轉模4與內模2之間的間距，將待加工管材5安裝于靠 模、轉模4與內模2之間； 陽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03；3] 步驟103 :計算機W目1=iX0 作為目標角度，其中：iG(1，2,…，n)，通過 驅動裝置控制轉模4旋轉，并在目標位置保持0. 5~2秒，使管材5發生塑性變形；當i=n時，表明轉模4已轉動至0m。、角度，完成管材5初步成形。
[0034] 如圖3所示，漸進加工成形階段包括如下步驟：
[0035] 步驟201:設管材5完全加工成形后，管材5末端與激光測距傳感器6之間的目標 距離為L1，此時轉模4轉動的角度為0m。、；
[0036] 步驟202:反向轉動轉模4,設轉動角度為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，再次用激光測距傳感器6檢測管材5末端 與激光測距傳感器6之間的距離，設為L2,并求取AL=L2-L1;
[0038] 步驟204:重新驅動轉模4,使轉模4正向旋轉0y，0y按下式求取：
[0039] 白y=KXAL+0yi
[0040] 其中：yG(1，2...) ;0。= 0max;K為調整系數，其單位為度/毫米，K值大小影響 管材5成形達到最終成形尺寸速度，K值取的較大，則成形速度快，但過大，則會導致管材5 過成形而無法恢復，不同型號的管材由于其回彈特性不同，一般取不同值，同種型號管材取 相同值。
[0041]步驟205 :重復步驟202~204,漸進逼近成形尺寸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漸進加工成形。
[0042] 將管材5成形分為兩個階段，在管材5成形末端通過激光測距傳感器6對管材5 回彈實時檢測，并依據檢測結果漸進成形，實現管材5成形最終尺寸的高精度加工。
[0043]W上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可W做出若干改進和變形，運些改 進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，其特征在于，包括底座、設于底座上的 管材靠模、垂直底座設置的內模、用于管材彎曲加工的轉模、用于轉模的驅動裝置、用于檢 測轉模旋轉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；所述轉模以內模的 中心軸為轉軸作旋轉運動； 所述管材靠模與內模之間設有供管材穿過的預留間隙； 所述位置編碼器、激光測距傳感器、驅動裝置分別與計算機連接，計算機通過驅動裝置 控制轉模旋轉，通過位置編碼器檢測轉模旋轉角度，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，實現管材彎曲成形閉環控制。2. 根據權利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，其特征在于， 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。3. 根據權利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，其特征在于， 所述計算機上還連接有用于人機交互的觸摸屏。4. 根據權利要求1所述的基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，其特征在于， 所述位置編碼器、驅動裝置通過CAN總線通訊卡與計算機通訊連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于末端尺寸控制的管材彎曲成形控制系統，包括底座、設于底座上的管材靠模、垂直底座設置的內模、用于管材彎曲加工的轉模、用于轉模的驅動裝置、用于檢測轉模旋轉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；轉模以內模的中心軸為轉軸作旋轉運動。本實用新型解決了管材在彎曲成形過程中，存在塑性變形和彈性變形導致管材彎曲成形精度不高的技術問題，在管材成形末端通過激光測距傳感器對管材回彈實時檢測，并依據檢測結果漸進成形，實現管材成形最終尺寸的高精度加工。
【IPC分類】B21C51/00, B21D7/00, B21D7/12
【公開號】CN204892637
【申請號】CN201520647890
【發明人】萬其, 陳桂
【申請人】南京工程學院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月25日