CN103341521A - 管件一体化数控加工工序优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的管件一体化数控加工工序优化方法，包括开料、管端成型、弯管成型及分料放料四个加工工序，控制器给伺服驱动器（(40)～(44)）控制信号，通过伺服驱动器驱动加工装置上的电机(M1～M5)，使电机带动相应机构动作，完成高精度加工。本发明提供的方法可以按照图纸信息，只需人工将管件引入机床的检料口，便可以自动地实现管件的开料送料、无屑开料、旋压管端成型、弯管机械手自动取料、三维立体弯管、机械手自动放料等一体化数控加工或任意组合加工，避免了多机床、多步骤的复杂加工，实现了连续化自动生产，提高了管件加工的生产效益和加工质量，用于对空调、热水器、冰箱或汽车行业所用管件的弯曲成型加工。

Description

管件一体化数控加工工序优化方法

技术领域

本发明涉及弯管成型加工技术领域，尤其涉及管件一体化数控加工工序优化方法。

背景技术

空调、热水器、冰箱和汽车等行业所用管件型号、弯曲形状等变化频繁，要求管件弯曲精度高、批量需求量大，而管件的弯曲性能除了与材料自身的特性参数有关外，还与加工润滑条件、弯曲加工方法、弯管成型前后的其他加工造成累计误差较大有关。采用传统管件加工技术及设备，大多是专用机，加工功能单一，通用性差，不能满足各应用行业的加工要求。

此外，一般的弯管设备通常只有送料机构和弯管成型机构，加工出来的产品结构单一。弯管加工之前还需要一台开料机对管件进行定尺切割，而实际需要的弯管件往往还要对管口进行扩缩口处理，需要另一台管端成型设备来完成，后续加工定位较难控制。这样分设备、分步骤的加工既增加了加工工序，使生产复杂化，又加大了设备的占地面积、浪费劳动力资源，提高了弯管加工企业的生产成本。

其中，中山市奥美森工业有限公司的专利CN300809904对数控开料弯管管端成型一体化机的外观图形进行了设计，专利CN101474651、CN201168732，提供一种可将管件材料扩口和弯管一次成型的一体化弯管机，对弯管机的机械结构进行了研究设计。但以上专利只对一体化弯管机的外观图形及机械机构进行了研究设计，而对集“开料加工、管端成型、弯管成型、分料放料”于一体的管件加工工序未做研究。

因此，有必要开发一种高效节能的一体化生产加工模式，对集“开料加工、管端成型、弯管成型、分料放料”一体的管件加工工序进行研究并对其进行优化，实现管件的一体化数控加工或任意组合加工，较优加工工序，自动化程度高，节约劳动力提高管件的加工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有管件弯曲加工技术的不足，提供一种管件一体化数控加工工序优化方法，实现按照图纸信息，只需人工将管件引入机床的检料口，便可以自动地实现管件的“开料加工、管端成型、弯管成型、分料放料”一体的管件加工工优化方法，避免多机床、多步骤的复杂加工，实现连续化自动生产，提高管件加工的生产效益和加工质量。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的管件一体化数控加工工序优化方法，其步骤包括：

1.开料：将管件盘引入到机床的检料口，管件盘上的待加工的管件经过校直校圆后，开料送料小车沿开料送料丝杆移动，并夹紧管件向开料切割刀处移动，达到开料送料长度后，开料夹紧模与扩缩口夹紧模一起夹紧管件，切割刀切割管件，与扩缩口夹紧模相连的拉断机构带着扩缩口夹紧模向远离开料夹紧模的方向移动一小段距离，于是管件从切割处与后续管件分离开，其为管端成型待加工的开料后的管件，开出的管件要求是断口整齐、无毛刺、无切屑；

2.管端成型：开料后，管端机构上升，管端成型扩缩口冲头前移并夹紧管件，扩缩口冲头对管件进行一定冲口深度的旋压扩口或缩口加工，得到弯管成型再加工的管件，旋压管端成型使得管件的端口贴模性好、产生扩径或缩径后金属堆积较小；

3.弯管成型：管端成型完成后或不需要管端成型的在开料完成后，弯管取料机械手前移，该机械手通过其手指夹紧管件，向前移动到弯管成型机构处，弯管送料小车前移并与弯管靠模和弯管圆模一同接料，弯管送料小车上的夹爪夹紧管件，抽芯定位架上的芯杆对准管端成型完成后的管件的中心***管端成型完成后的管件中，管件与弯管送料小车一起沿导轨向后移动第一段弯管的送料长度；弯管送料结束后，弯管靠模与弯管圆模夹紧管件，弯管送料小车上的夹爪松开，芯杆后退，弯管夹模带着管件向左或向右弯管；同时在弯管送料完成后，弯管旋转夹紧模夹持管件，进行空间-360°～+360°旋转，可得三维立体的管件；

4.放料：弯管成型完成之后，取料小车沿取料丝杆前后移动，取料小车上的取料机械手在升降机构的驱动下上下移动，到管件加工末端的上方，将加工好的三维立体的管件取走，通过输送带自动平稳地送入接料箱内，完成管件的分料，由此避免所述管件因自由下落而造成的折弯、碰撞变形现象发生；

经过上述步骤，实现所述管件的一体化数控加工。

所述的开料送料小车、弯管送料小车、弯管旋转夹紧模、弯管夹模、取料小车中的传动伺服电机可以分别由其配套的伺服驱动器驱动，据此实现包括开料送料长度、弯管送料长度、弯管角度、管件旋转角度、机械手移动长度的精确控制；所述伺服驱动器均挂在Profibus总线上，通过总线与控制器相连。

所述的伺服电机和与之配套使用的伺服控制器，其在开料送料、弯管送料、管件空间旋转、机械手取料加工时可以构成半闭环控制，而在加工精度要求较高的弯管加工时则采用全闭环控制。

所述控制器，其对Profibus总线输入的各加工功能的完成及加工工序的切换的状态参数进行处理后，输出相应的阀控信号可以控制相应的气缸和油缸，完成各加工功能的控制和切换；同时采用磁性开关来检测各气缸和油缸的活塞位置，来判断夹爪及相应机构的夹紧和松开；设定及运行参数显示在与控制器相连的触摸屏上；所述状态参数包括限位开关、零点开关、起点开关信号。

开料后通过送料机械手把管件送给弯管加工机构，实现开料与弯管并行加工的方式。

本发明提供的上述管件一体化数控加工工序优化方法，其在对空调、热水器、冰箱或汽车行业所用管件的弯曲成型加工中的应用。

本发明应用时，可以由人工将管件引入机床的检料口，实现自动的以最少的加工工序来完成所述管件的一体化数控加工或任意组合加工。

本发明是一种集“开料、管端成型、弯管成型、分料放料”管件一体化数控加工工序优化方法。有国内管件的弯曲数控加工方面的报道，但未见有关“开料、管端成型、弯管成型、分料放料”于一体的管件一体化数控加工工序优化方法的报道。经综合对比分析可知，本发明所提供的管件一体化数控加工工序优化方法的创新点在国内相关文献中尚未发现相同或类似报道。本发明方法与现有技术相比主要具有以下优点：

1.全过程自动地实现“开料加工、管端成型、弯管成型、分料放料”等加工工序的全自动连续化生产。可以自动地以最少的加工工序来实现管件的一体化数控加工或任意组合加工，避免多机床、多步骤的复杂加工，实现连续化自动生产，工作稳定，提高管件加工的生产效益和加工质量。

2.开料经切割刀旋转切割配合开料夹紧模和扩缩口夹紧模拉断，实现管件的无屑开料，提高开料加工精度。

3.管端成型的扩缩口冲头对管件进行冲口深度的旋压扩口或缩口加工，确保成型端口的贴模性好，减少扩径或缩径后的金属堆积。

4.弯管成型过程中，增设抽芯机构来实现管件的有芯弯曲，有效地避免弯扁率达不到要求的缺陷，提高弯管成型的加工成品率。

5.分料放料采用取料机械手，将成品管件平稳地送入接料箱内，避免自由下落而造成管件的刮伤及折弯变形，减小劳动强度，节约劳动力资源。

附图说明

图1是本发明“管件一体化数控加工工序优化方法”的原理图。

图中：1.管料盘；2.校直校圆机构；3.开料送料小车；4.开料送料丝杆；5.开料夹紧模；6.切割刀；7.扩缩口夹紧模；8.送料机械手；9.扩缩口冲头；10.抽芯定位架；11.芯杆；12.弯管送料小车；13.弯管送料丝杆；14.弯管旋转夹紧模；15.弯管靠模；16.弯管圆模；17.弯管夹模；18.取料机械手；19.取料小车；20.取料丝杆；21.取料机械手支架；22.待加工的管件；23.开料后的管件；24.管端成型完成后的管件；30.机床底座；40.开料送料伺服电机；41.弯管送料伺服电机；42.弯管旋转伺服电机；43.弯管伺服电机；44.机械手取料伺服电机；45.控制器；46.触摸屏。

具体实施方式

本发明提供的一体化数控加工工序优化方法，可以按照图纸信息，只需人工将管件引入机床的检料口，便可以自动地实现管件的开料送料、无屑开料、旋压管端成型、弯管机械手自动取料、三维立体弯管、机械手自动放料等一体化数控加工或任意组合加工，避免了多机床、多步骤的复杂加工，实现了连续化自动生产，提高了管件加工的生产效益和加工质量。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的一体化数控加工工序优化方法，该方法包括开料、管端成型、弯管成型及分料放料等四个加工工序。控制器给伺服驱动器控制信号，通过伺服驱动器驱动加工装置上的电机(M1～M5)，使电机带动相应机构动作，完成高精度加工。本发明提供的方法可以按照图纸信息，只需人工将管件引入机床的检料口，便可以自动地实现管件的开料送料、无屑开料、旋压管端成型、弯管机械手自动取料、三维立体弯管、机械手自动放料等一体化数控加工或任意组合加工，避免了多机床、多步骤的复杂加工，实现了连续化自动生产，提高了管件加工的生产效益和加工质量。

本发明提供的管件一体化数控加工工序优化方法，其包括以下步骤：

第一，开料加工：由开料装置I完成。开料装置I由开料送料小车3、开料送料丝杆4、开料夹紧模5和切割刀6构成。开料送料丝杆4带动开料送料小车3将待加工的管件22往右送到成品长度后松开，开料夹紧模5和扩缩口夹紧模7夹紧管件22，切割刀6旋转完成开料加工，于是管件22从切割处与后续管件分离开，其为管端成型装置II加工的管件23。提高管件22的开料加工精度，开出的管件是断口整齐、无毛刺、无切屑。

第二，管端成型：由管端成型装置II完成。管端成型装置II由扩缩口冲头9和扩缩口夹紧模7构成，位于开料装置I之后。开料加工结束后，管端成型扩缩口冲头9左移，扩缩口冲头9对管件23进行冲口深度的旋压扩口或缩口加工，其为弯管成型装置再加工的管件24。确保端口贴模性好，减少扩径或缩径后的金属堆积。

第三，弯管成型：送料机械手8把管端成型完成后的管件24送到弯管成型装置III中，对管件24进行弯管加工，实现有芯弯管、弯管长度定位、旋转、弯曲等加工，提高弯管成型的加工成品率。该弯管成型装置由抽芯定位架10、芯杆11、弯管送料小车12、弯管送料丝杆13、弯管旋转夹紧模14、弯管靠模15、弯管圆模16和弯管夹模17构成。

第四，分料放料：由分料放料装置完成。分料放料装置IV由取料机械手18、取料小车19和取料丝杆20构成，并安装在取料机械手支架21上，取料机械手支架21可任意转动。取料丝杆20上的取料小车19将夹有成品管件24的取料机械手18进行移动，将成品管件24平稳地送入接料箱内。避免了自由下落而造成管件的刮伤及折弯变形，减小劳动强度，节约劳动力资源。

经过上述加工工序，实现所述管件的一体化数控加工。

本发明提供的上述方法可以由管件一体化数控加工机床实现，其结构如图1所示：主要由位于机床上部的送料机械手8和处于同一水平中心线上且依次排列的管料盘1、校直校圆机构2、开料装置I、管端成型装置II，以及位于机床下部的弯管成型装置III和分料放料装置IV构成，均安装在机床的底座30上。

所述的管料盘1安装在底座30上，位于机床的最左上方。所述的校直校圆机构2安装在底座30上，在管料盘1的右边，其中放置的待加工的管件22与管料盘1的下边相切。

所述的开料装置I位于校直校圆机构2之后。该开料装置包括与底座30相连的开料送料丝杆4，安装在开料送料丝杆4上的开料送料小车3，由开料送料夹紧上模具、开料送料夹紧下模具组成的开料夹紧模5，以及安装在旋转轴上的切割刀6。开料送料丝杆4由开料送料伺服电机驱动。安装在开料送料丝杆4上的开料送料夹紧上模具、开料送料夹紧下模具，均固定在开料送料夹紧气缸的推杆上。管件22穿过开料送料夹紧上模具、开料送料夹紧下模具时，开料送料夹紧气缸带动开料送料夹紧上模具下压，使得管件22被夹制在开料送料夹紧上、下模具之间。在开料送料小车3之后，有一管件可穿过的空心旋转轴、安装在空心旋转轴上的切割刀6与控制切割刀头张合的控制机构。空心旋转轴通过皮带与固定在机床的底座30上的交流电机相连。

所述的开料装置I的工作过程是：本机床启动后，开料送料伺服电机通过开料送料丝杆4带动开料送料小车3，使管件22向前向后传动。将管件22送到成品长度后，开料送料伺服电机停止工作，开料夹紧模5和扩缩口夹紧模7夹紧管件22，切割刀6旋转完成开料加工。然后开料送料夹紧上模具提升松开管件22，驱动机构控制开料送料丝杆4反转，开料送料丝杆4带着开料送料夹紧气缸、开料送料夹紧上模具、开料送料夹紧下模具回到初始位置。开料时，管件22的两端分别由开料夹紧模5和扩缩口夹紧模7夹紧，与扩缩口夹紧模7相连的拉断机构带着扩缩口夹紧模7向远离开料夹紧模5的方向移动一小段距离，于是管件22从切割处与后续管件分离开，其为管端成型装置II再加工的开料后的管件23。

所述的管端成型装置II由扩缩口夹紧模7和扩缩口冲头9构成，安装在机床底座30上，在开料装置之后，并位于同一水平中心线上。扩缩口冲头9可顶靠在扩缩口夹紧模7一侧。开料加工结束后，管端成型扩缩口冲头9左移，扩缩口冲头9对开料后的管件23进行一定冲口深度的旋压扩口或缩口加工，其为弯管成型装置再加工的管件24。

所述的送料机械手8安装在机床底座30上，其工作范围横跨于扩缩口夹紧模7和扩缩口冲头9之间，把管端成型完成后的管件即图1中的管件24送到弯管成型装置中，对管件24进行弯曲加工。

所述的弯管成型装置III位于管端成型装置之后，该弯管成型装置由抽芯定位架10、芯杆11、弯管送料小车12、弯管送料丝杆13、弯管旋转夹紧模14、弯管靠模15、弯管圆模16和弯管夹模17构成，其中：所述抽芯定位架10与机床的底座30相连；芯杆11安装于抽芯定位架10的最前端，芯杆头安装于芯杆11的前端。在弯管成型过程中，芯杆头及芯杆11对准管件24的中心***管件24中，并使芯杆头伸入到管件24的折弯位。弯管送料丝杆13与机床底座30相连，弯管送料丝杆13上的弯管送料夹紧上模具和下模具均固定在弯管送料夹紧气缸的推杆上。管件24穿过弯管送料夹紧上模具、下模具时，弯管送料夹紧气缸带动弯管送料夹紧上模具下压，使得管件24被夹制在弯管送料小车12之间；弯管旋转夹紧模14安装于弯管送料小车12的炮筒的前端，起夹持管件24的作用，可以使管件24进行空间-360°～+360°旋转，可得三维立体的管件。弯管靠模15安装在位于机床底座30的靠模座上，在弯曲管件24时防止管件24回弹。弯管圆模16安装在位于机床底座30的圆模座上，用于控制弯管成型的半径。弯管夹模17安装在位于机床底座30的夹模座上，弯曲管件24时，弯管夹模17夹紧管件24进行弯曲加工。

所述的分料放料装置IV安装在在取料机械手支架21的升降机构上，该分料放料装置由取料机械手18、取料小车19和固定在取料机械手支架21的升降机构上的取料丝杆20构成。取料机械手支架21的下端固定在机床底座30上。取料机械手18安装在取料小车19上，利用升降机构和取料小车19的前后移动，把料移动到接料摆放架相应的接料杆上。取料小车19在升降机构的驱动下可上下移动，并在取料丝杆20的带动下进行前后移动，将加工好的管件24取走，通过输送带自动平稳地送入接料摆放架，完成管件24的分料放料。

所述的开料送料小车3、弯管送料小车12、管件旋转夹紧模14、弯管夹模17、取料小车19等的传动伺服电机分别由伺服驱动器驱动。各加工工序的切换的状态参数（限位开关、零点开关、起点开关信号等）通过Profi-Bus现场总线传入控制器中，控制器对输入的这些状态参数进行处理后，输出相应的阀控信号控制相应的气缸和油缸，完成各加工功能的控制和切换；同时采用磁性开关来检测各气缸和油缸的活塞位置，来判断夹爪及相应机构的夹紧和松开。

所述控制器可以选用工业PC、多轴点位运动控制板卡、通用I/O板卡和液晶显示屏，完成对输入信号的采集、控制程序的执行、信号的输出处理，实现上述控制功能。

上述管件一体化数控加工机床，可以自动地以最少的加工工序来实现管件的一体化数控加工或任意组合加工，避免多机床、多步骤的复杂加工，实现连续化自动生产，提高管件加工的生产效益和加工质量。

上述管件一体化数控加工机床总的工作过程如下：首先，管料盘1上的管件22经过校直校圆机构2后送入开料装置I进行开料，开料后的管件23送入管端成型装置II进行管端加工；其次，管端加工后的管件24由送料机械手8送入弯管成型装置III中进行弯管成型加工，所得成品管件经分料放料装置IV完成分料放料。

Claims (7)

1.一种管件一体化数控加工工序优化方法，其特征是该方法包括以下步骤：

1）开料：将管件盘(1)引入到机床的检料口，管件盘(1)上的待加工的管件(22)经过校直校圆(2)后，开料送料小车(3)沿开料送料丝杆(4)移动，并夹紧管件(22)向开料切割刀（6）处移动，达到开料送料长度后，开料夹紧模（5）与扩缩口夹紧模（7）一起夹紧管件(22)，切割刀（6）切割管件(22)，与扩缩口夹紧模(7)相连的拉断机构带着扩缩口夹紧模(7)向远离开料夹紧模(5)的方向移动一小段距离，于是管件(22)从切割处与后续管件分离开，其为管端成型待加工的开料后的管件(23)，开出的管件要求是断口整齐、无毛刺、无切屑；

2）管端成型：开料后，管端机构上升，管端成型扩缩口冲头(9)前移并夹紧管件(23)，扩缩口冲头(9)对管件(23)进行一定冲口深度的旋压扩口或缩口加工，得到弯管成型再加工的管件(24)，旋压管端成型使得管件的端口贴模性好、产生扩径或缩径后金属堆积较小；

3）弯管成型：管端成型完成后或不需要管端成型的在开料完成后，弯管取料机械手(8)前移，该机械手通过其手指夹紧管件(24)，向前移动到弯管成型机构处，弯管送料小车(12)前移并与弯管靠模(15)和弯管圆模(16)一同接料，弯管送料小车(12)上的夹爪夹紧管件，抽芯定位架(10)上的芯杆(11)对准管端成型完成后的管件(24)的中心***管件(24)中，管件(24)与弯管送料小车(12)一起沿导轨向后移动第一段弯管的送料长度；弯管送料结束后，弯管靠模(15)与弯管圆模(16)夹紧管件(24)，弯管送料小车(12)上的夹爪松开，芯杆(11)后退，弯管夹模(17)带着管件(24)向左或向右弯管；同时在弯管送料完成后，弯管旋转夹紧模(14)夹持管件(24)，进行空间-360°～+360°旋转，可得三维立体的管件；

4）放料：弯管成型完成之后，取料小车(19)沿取料丝杆(20)前后移动，取料小车(19)上的取料机械手(18)在升降机构的驱动下上下移动，到管件(24)加工末端的上方，将加工好的三维立体的管件(24)取走，通过输送带自动平稳地送入接料箱内，完成管件的分料，由此避免所述管件因自由下落而造成的折弯、碰撞变形现象发生；

经过上述步骤，实现所述管件的一体化数控加工。

2.根据权利要求1所述的管件一体化数控加工工序优化方法，其特征在于开料送料小车（3）、弯管送料小车（12）、弯管旋转夹紧模（14）、弯管夹模（17）、取料小车（19）中的传动伺服电机（M1～M5）分别由其配套的伺服驱动器（（40）～（44））驱动，据此实现包括开料送料长度、弯管送料长度、弯管角度、管件旋转角度、机械手移动长度的精确控制；所述伺服驱动器均挂在Profibus总线上，通过总线与控制器(45)相连。

3.根据权利要求2所述的管件一体化数控加工工序优化方法，其特征在于所述伺服电机和与之配套使用的伺服控制器，其在开料送料、弯管送料、管件空间旋转、机械手取料加工时构成半闭环控制，而在加工精度要求较高的弯管加工时则采用全闭环控制。

4.根据权利要求2所述的管件一体化数控加工工序优化方法，其特征在于所述控制器(45)，其对Profibus总线输入的各加工功能的完成及加工工序的切换的状态参数进行处理后，输出相应的阀控信号控制相应的气缸和油缸，完成各加工功能的控制和切换；同时采用磁性开关来检测各气缸和油缸的活塞位置，来判断夹爪及相应机构的夹紧和松开；设定及运行参数显示在与控制器(45)相连的触摸屏(46)上；所述状态参数包括限位开关、零点开关、起点开关信号。

5.根据权利要求1所述的管件一体化数控加工工序优化方法，其特征在于开料后通过送料机械手（8），把管件（23）送给弯管加工机构，实现开料与弯管并行加工的方式。

6.权利要求1至5中任一权利要求所述的管件一体化数控加工工序优化方法的应用，其特征是在对空调、热水器、冰箱或汽车行业所用管件的弯曲成型加工中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征是由人工将管件引入机床的检料口，实现自动的以最少的加工工序来完成所述管件的一体化数控加工或任意组合加工。

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