农业机械学报

的弊端与限制，并且弯管曲线灵活、修改方便，尤其

可以根据管材的回弹量修正弯曲弧度，大大提高了

生产效率和加工精度。全程由计赞。机控制加工过程，

实现弯管加工的现代化与自动化，为“柔性”生产奠

定了设备基础。通过更换滚轮，可实现多种条型材料

（如矩型管、圆型管、槽钢、角钢等）的弯制。

１工作原理

全自动液压数控弯管机简图如图１所示。

９

１０

１ｌ

１２

１３

１４

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１６

１７

图１垒自动数控液压弯管机简图

Ｆｊｇ．１

Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄ１８９ｒａｍ。ｆ ｈｙｄｒａｕｎｃ ＣＮＣ ｐｉｐｅ ｂｅｎｄｅｒ

１．床身２工控机３．位移传感器４ Ｙ油缸５．光电编码器

６．ｘ、Ｙ伺服阀７．液压伺服系统８．ｘ油缸９．上料支架１０．

动溪轮１】．定滚轮ｌｏ．靠蒗轮１３．矩形管１４．顶料支架

１５．滑轨１６芯捧１７芯捧支架

根据待加工的杆件设计图形，由随机安装的专

用软件在“编辑”界面生成管件各个点的平面曲线数

据（可以进行编辑和修改），进入“控制”界面产生控

制数据。“自动”启动后，Ｙ油缸退回，滑轨与待弯管

件一起向右运动，实现“上料”过程。在向左运动的

“弯制”过程中，计算机根据管件的控制数据，实时检

测滑轨的位置并精确控制Ｙ油缸的位移量（即动滚

轮运动量）。矩形管在顶料支架的推动下向前运动，

同时，Ｙ油缸带动动滚轮伸出，矩形管在动滚轮、定

滚轮、靠滚轮的作用下弯曲变形。随着滑轨与顶料支

架的不断推进，推动矩形管在动滚轮、定滚轮和靠滚

轮的作用下形成一定的弧度。Ｙ油缸位移量越大，则

矩形管的弧度就越大，Ｙ油缸位移量不断变化，则矩

形管的弧度也随之变化。

２弧度管轨迹形成原理

通过计算机上的靠模曲线实现多种曲率的弧度

管输出，但计算比较复杂而且计箅量大。若忽略回

弹，程序设计中的简化算法依据如下：图２中ｚ代表

矩形管与定滚轮接触点到动滚轮圆心的水平距离，

近似认为弯曲过程中矩形管与定滚轮的相切点不

变，则这一距离是固定的，Ｊ代表Ｙ油缸的位移。由

前面的分析可知，当ｙ保持一个同定的位移不变时，

矩形管足够长必然会形成一个半径为Ｒ的网，如

图２所示。ＢＤ为圆的切线，敞由么ＢＡｃ一么ｃＢＤ、

ｚＨＢｃ一么Ｂ（？Ｄ可知，△ＡＢｃ∽△ＢＤｃ，则有兰＝

去，可得

尺＝筹＝警

㈤

式（１）表明了Ｙ油缸位移

和弯管半径的对应关系。

从上面工作过程及其

工作原理的分析可知，其

主要部分在于动滚轮、靠

滚轮和定滚轮的相对位置

变化，导致矩形管输出轨

迹变化而形成所需要的样

件。

在Ｙ油缸某一位置，

对应着弯管半径的最小

值，由式（１），令

ｚ２＋ｖ２

２ｙ

Ｏ

（２）

图２

Ｙ油缸位移与

弯曲半径的对应关系

Ｆｉｇ．２

Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ

ｃｙｌｉｎｄｃｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎ‘

ａｎｄ ｐｉｐｅ ｒａｄｈＪｓ

可解得当ｙ—ｚ时，尺有最小值。设计时取ｚ＝

】３０

ｍｍ。通过Ｍａｔｌａｂ将Ｒ一，的函数关系绘成曲

线，如图３所示。

图３

Ｙ油缸位移与弯管半径关系曲线

Ｆｉｇ．３

Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｉｐｅ ｒａｄｉｕｓ

通过图３可知，随着Ｙ油缸位移由初始位置逐

渐增加，所形成的弯管半径逐渐减小。设弯管半径Ｒ

最小值所对应的为ｙ…在ｏ～ｙ。。范围时，弯管半径

Ｒ随着ｙ的增大而减小，而且变化率比较大，到达某

一位置（ｙ＝１３０ ｍｍ）时，弯管半径有一个最小值

（１

３０

ｍｍ）。之后，随着Ｙ油缸位移的增加，弯管半

径反而增加。也就是说，当Ｙ油缸位移等于动滚轮

与定滚轮圆心水平距离，即ｙ—ｚ时，弯管半径最

小。实际设汁过程中使ｙ在ｏ～ｙ～范围内变化，对

应每一个ｙ值，可得到一个唯一的弯管半径，并且ｙ

变化很小的距离，可以得到比较大的弯管半径变化

范围。弯管形成过程如图４所示。在实际弯管机上

也验证ｒ上述结沦的正确陆。

图４ａ是弯制开始时的状态，此时，动滚轮１的

位移为零，弧度管没有变形，可以认为半径为无穷

　

万方数据