随着社会经济的迅速发展和生活水平的不断提高 ,在家具业、空调制冷、汽车配件、自行车业、卫浴设备等领域对各种弯曲成型管件的数量、规格的需求都在不断地增加 ,花样不断翻新 ,同时对弯管精度和表面质量提出了更高的要求 ,这就要求弯管机能够满足不同类型、不同规格的生产需求。本文介绍一种新型半自动液压弯管机。
1 弯管机工作原理
  半自动液压弯管机主要由机械部分、液压系统和PLC控制系统 3 部分构成。机械部分主要有送料定位装置、转管定位夹持装置、弯管传动装置、压料装置、床身及弯管模等组成 ,主要完成直线送料、空间转管以及其他弯管辅助动作(如夹紧、压料等) 。弯管的工作原理如图 1 所示:弯管模固定在主轴上并随主轴

一起转动 ,管子通过夹紧模固定在弯管模的夹紧槽上 ,移动式导向压料滑槽紧贴于管坯的弯曲外侧 ,当弯管模回转一角度时 ,管子就被缠绕在弯管模的周向 ,从而得到某一弯曲半径的弯曲角度。要实现空间弯曲 ,手动通过送料小车将管件送到下一弯曲位置(由机械挡块确定 ,最多有 8 个) ,并转过一所需空间角度(由机械凸轮确定 ,有 8 组机械凸轮 ,可设置 8 种空间转角) ,进行弯管 ,即可得到相同弯曲半径的空间弯管。更换弯管模可改变弯曲半径。
2 半自动液压弯管机的液压系统

    图 2 为半自动液压弯管机的液压系统原理图。主要由 6 个液压缸组成 ,料夹缸用于夹持管料 ,保证弯管、送料、空间转管时管料的固定 ;芯棒缸驱动芯棒进入空心管料 ,使芯棒在弯曲时起支撑作用 ,特别是薄壁管料加工时 ,防止管料产生内皱和塌陷 ;主夹缸在弯管时始终保证管料通过夹紧固定于弯管模的夹紧槽上 ;导夹缸起辅助夹管作用 ,同时保证在弯管时 ,管坯弯曲外侧能沿着导向滑槽作移动 ;弯曲主油缸通过齿条齿轮 ,使弯曲模旋转 ,实现弯管。倾转轴归零缸用于手动空间转管后 ,使倾转轴回零位。在弯管机的液压系统中 ,弯曲主油缸、主夹缸、导夹缸和料夹缸均有液控单向阀锁紧 ,减少了压力损失 ,保证弯管过程中弯曲、夹紧、压料动作可靠。弯曲主油缸、主夹缸、导夹缸和芯棒缸都采用了单向节流回路 ,使得系统速度可调 ,满足不同的弯管工艺。其中弯曲主油缸设置了 2 次回油节流调速回路 ,这样工作速度平稳、无冲击 ,速度负载特性好 ,在达到弯曲角度前 5°～10°时 ,可采用慢速弯管 ,使最终到达的弯曲角度与设定弯曲角度十分接近 ;芯棒缸的单向节流回路用于弯管结束时 ,芯棒慢退使管制品轻微凹陷部分拉平滑 ,保证管制品的最终质量。用电磁溢流阀形成卸荷回路 ,系统结构简单 ,能量利用合理 ,节能效果明显。
3 半自动液压弯管机的 PLC 控制系统
311 控制系统原理
    半自动液压弯管机的控制系统采用可编程序控制器 ,PLC 是专门在工业环境下设计的控制装置 ,具有功能强、可靠性高 ,程序设计简单、修改方便等优点 ;操作系统采用新型人机界面 ———触摸屏 ,具有显示直观 ,操作简易 ,实时监控数据、修改参数功能强和工作稳定性好等优点。半自动液压弯管机硬件控制系统结构如图 3 所示。可编程控制器选用日本三菱公司 FX2N232MR ,触摸屏选 M T510L ,它们之间通过一根 RS485通信电缆线实现实时通讯。PLC 接受触摸屏上的操作控制按钮以及接近开关和光电编码器检测的位置和角度控制信号 ,使液压缸按规定的顺序完成弯管各动作。触摸屏一方面将弯管机操作控制信号和工艺参数等传送给 PLC ,另一方面将 PLC 工作状态和运行信息显示在触摸屏上 ,实现生产过程的动态监视。其中 ,角度控制是利用 PLC 中高速计数器和光电编码器来实现。
   312 PLC 的 I/ O 地址分配
PLC 的 I/ O 地址分配为 :
X0 弯管编码器B 相脉冲输入 Y0 油泵电动机控制接触器 KM
X1 弯管编码器 A 相脉冲输入 Y1 油泵电动机卸荷电磁阀 YA1
X2 急停按钮 Y2 料夹夹紧电磁阀 YA2
X3 倾转编码器B 相脉冲输入 Y3 料夹松开电磁阀 YA3
X4 倾转编码器 A 相脉冲输入 Y4 芯棒前进电磁阀 YA4
X5 液压油泵过载 Y5 芯棒后退电磁阀 YA5
X6 脚踏开关(料夹) Y6 芯棒慢退电磁阀 YA6
X7 脚踏开关(启动) Y7 主模夹紧电磁阀 YA7
X10 芯棒前进限位 Y10 主模松开电磁阀 YA8
X11 芯棒后退限位 Y11 导模夹紧电磁阀 YA9
X12 主夹缸后退限位 Y12 导模松开电磁阀 YA10
X13 导夹缸后退限位 Y13 弯管电磁阀 YA11
X14 弯管缸原位限位 Y14 退弯电磁阀 YA12
X15 倾转轴归零缸原位限位 Y15 慢弯管电磁阀 YA13
Y16 缓衡阀 YA14
Y17 倾转轴归零电磁阀 YA15
313 PLC 控制软件设计
   半自动液压弯管机有手动、半自动 2 种工作模式。手动模式主要用于系统的调整 (包括模具、弯曲速度、弯曲力及其相互之间的匹配等) 及设备排查故障和维修。通过触摸屏控制各按钮 ,使各工序单独工作。半自动模式为正常工作模式 ,调整好每一弯的弯曲位置和空间倾转角度 ,设置好每一弯的弯曲工艺参数 (弯曲角度、夹模夹持时间、慢速弯管角度、慢速退芯角度) ,完成有/ 无进芯、有/ 无慢退芯功能选择 ,将小车送到初始位 ,装上管坯 ,夹料 ,然后按下脚踏开关(启动) ,自动完成 1弯 ;接着将小车拉到第 2 弯定位块 ,转动管子到第2 倾转角 ,按下脚踏开关(启动) ,自动完成第 2 弯 ,直至最后 1 弯(1 根管材最多可有 8 个弯头) ,松开料夹 ,人工取走管制品。半自动液压弯管机 PLC 控制软件设计包括触摸屏界面设计和 PLC 程序设计。
31311 触摸屏界面设计
   触摸屏界面设计首先在计算机上应用触摸屏工具软件 EasyBuilder 500 ,根据生产工艺的控制要求进行界面设计 ,并做好相关设定 ,再进行编译 ,
在计算机与触摸屏正确通信后 ,下载给触摸屏M T510L 。触摸屏界面设计有初始界面、手动模式、半自动模式、角度编辑、多角度模式和故障报
警等界面。各界面之间切换方便、快捷。手动模式界面主要有手动操作设备的各按钮及其相关显示 ;半自动模式界面主要用于完成 1 弯的半自动
操作及其显示。角度编辑界面主要用于设置弯管的 1 组参数以及弯管总数 ,可设置最大为 38 组的系统参数存储档案。每组中可对弯曲轴的 8 种角
度以及每种弯曲角度的夹模夹持时间、慢速弯管角度、慢速退芯角度进行编辑。多角度模式界面主要用于半自动多弯加工过程中的实时监控 ,多
角度模式界面如图 4 所示。另外还设计有电动机过载、弯曲角度超程、接近限位开关故障等报警界面 ,当出现故障时 ,触摸屏转入报警界面 ,显示故
障信息 ,以利于故障处理。

31312 PLC 设计
    对于半自动液压弯管机的手动和半自动 2 种工作方式 ,考虑操作方便及安全可靠性 ,采用模块式程序设计 ,分手动控制程序和半自动控制程序 ,2 个模块的更改互不干扰 ,有利于程序维护。在半自动控制程序中 ,针对有进芯棒与有慢退芯、有进芯棒与无慢退芯和无进芯棒 3 种不同加工工艺需要 ,设计出各对应的控制程序 ,各控制程序为一子程序。因此 ,当管件的加工工艺不同时 ,对应的控制程序只需通过有进芯棒/ 无进芯棒、有慢退芯/ 无慢退芯 2 个选择开关的选择来进行切换即可。半自动工作方式在手动送料、手动转角下自动弯管 ,完成管件的空间多弯 ,下面是有进芯棒与有慢退芯的自动弯曲控制流程 :
进芯 → 主夹、导夹 → 弯管 → 慢弯 → 慢退芯 →退芯 →松主夹、导夹 →退弯
即在管件弯曲位置与空间转角确定后 ,芯棒前进到位 ,主夹模和导夹模夹紧并延时 ,弯管并检
测角度 ,在达到弯管角度前 5°～10°(可设置) 时 ,
慢速弯管至弯管角度 ,慢退芯 5°～10°(可设置) ,
快退芯至原位 ,主夹模和导夹模松开 ,弯管臂退回到原位。
4 结语
该半自动液压弯管机具有以下特点。

1) 弯管能力强 ,加工范围广
  半自动液压弯管机可实现三维多弯 ,每一管件最多可加工 8 个弯头数 ,每弯可有 8 档空间转角 ,最大弯管角度可达 185°,同时适合于钢管、不锈钢管、铝管、钛合金管等管材加工。
2) 弯管工艺精度高 ,质量好
    采用编码器和 PLC 对弯管角度进行自动准确控制 ,弯管精度达 ±011°,另外增加了慢速弯管、慢退芯工序使弯管质量可进一步得到提高。
3) 安全可靠 ,操作方便

   该机控制系统采用 PLC ,大大提高了系统的可靠性和柔性 ,运行更加稳定 ;操作系统采用触摸屏 ,显示直观 ,操作简易 ,并且增加了系统自测功能 ,为设备的操作及维护提供了便利条件。生产实践证明 ,机床运行状况良好 ,产品质量稳定 ,取得较好经济效益 。这种手工送料 、手动转角 、自动弯管的半自动液压弯管机比用伺服电动机实现的全自动液压弯管机成本大大减少 ,实现了低成本的自动化 ,在中小企业有广阔的应用前景 。

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