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随着社会经济的迅速发展，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、表面质量提出更高的要求。而老型弯管机加工时，每次只能完成1次弯曲，经常上下料，生产效率低，无法达到产量和质量的同步提高。本文介绍一种由液压驱动，可编程控制器控制的立体弯管机，在手工送料、手动转管下，自动弯管，实现l根管件上的同半径三维多弯。
1 立体弯管机工作原理及主要技术参数
立体弯管机主要由机械部分、液压系统和PLC控制系统三大部分构成。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。弯管的工作原理如图l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，弯管模的旋转角度即为弯曲角度。在l根管件上实现的同半径三维多弯，主要有直线送料、空间转管以及弯管三大动作，即在完成一弯后，管件送到下一弯曲位置，并转过一空间角度，再进行下一弯，即可得到相同弯曲半径的空间弯管。弯管模决定了弯曲半径。
该立体弯管机可实现手工送料(由机械挡块确定弯曲位置)、手动转管(由机械凸轮确定空间转角)，自动弯管，可进行有进芯棒(或无进芯棒)空间立体管的弯制，有手动和半自动两种工作状态。
图1 工作原理示意图
2 立体弯管机的液压系统
立体弯管机的弯管部分动作由液压驱动，图2为液压系统原理图。主要有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；主夹缸产生足够的夹紧力，通过夹紧模夹紧管件并和弯管模一起旋转；导夹缸产生一定的夹紧力，保证在弯管时管坯紧靠弯模，其与主夹缸同步动作；弯曲缸通过齿条齿轮，使弯管模旋转，实现弯管；辅推缸与弯曲缸同步。
图2 液压原理图
立体弯管机的有进芯棒半自动动作过程为：接通系统电源后，启动泵站电动机，电磁铁YA1通电，液压泵卸载；手动将管件置人料夹筒定位块中，压下料夹按钮(脚踏)，YA1断电、YA2通电，料夹缸伸出，夹持管件；压下自动启动按钮(脚踏)，YA4通电，芯棒缸伸出，到达限位开关SQ1；YA7、YA9通电，主夹缸和导夹缸同时伸出，完成夹紧后，延时5 S(可设置)；YA11、YA15通电，弯曲缸和辅推缸同时工作，在达到弯曲角度前5°～10°(可设置)时，YA11、YA15断电，YA13、YA6通电，弯曲缸慢速伸出，同时芯棒缸慢速后退，当弯管达到弯曲角度；YA13、YA6断电，YA5通电，芯棒缸后退到原位SQ2；YA8、YA10通电，主夹缸和导夹缸分别后退到原位sQ3和SQ4；YA12、YA14和YA16通电，弯曲缸和辅推缸分别后退到原位SQ5和SQ6，完成一弯。手动将装料小车送到下一弯曲位置，并转过一所需空间角度，压下自动启动按钮(脚踏)，又重复下一弯，直至最后一弯完成，YA3通电，料夹缸后退到原位SQ7，YA1通电，液压泵卸载，人工卸管，完成1根管的三维多弯。
在弯管机的液压系统中，弯曲缸、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。由于弯管、慢弯管、慢退芯的速度调整以及弯管速度与辅推速度的同步调整，是影响管件质量的重要因素，同时为满足不
同的弯管工艺，弯曲缸、辅推缸和芯棒缸都采用了回油节流调速回路，使系统速度可调，工作速度平稳、无冲击，速度负载特性好；其中弯曲缸设置了二次节流调速回路，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接近结束时，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 立体弯管机的PLC控制系统
立体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，工作稳定性好等优点。立体弯管机控制系统组成如图3所示。控制系统以PLC为核心控制器，触摸屏为操作终端。PLC接受触摸屏上的操作控制以及液压缸的位置信号和弯曲角度等控制信号，使液压缸按规定的顺序进行动作。触摸屏一方面将弯管机操作控制信号、工艺参数等传送给PLC，另一方面将PLC控制结果和运行信息显示在触摸屏上，实现生产过程的动态监视。
图3 立体弯管机控制系统组成
图4 PLC外部接线图
3．1 硬件配置
可编程控制器选用日本某公司的FX2N一48MR，继电器输出型；触摸屏选深圳某公司的MT510L，它们之间通过一根RS485通信电缆线实现实时通信；位置检测元件选接近开关；角度检测元件用光电编码器；弯管角度、转管角度控制通过光电编码器接入FX2N可编程控制器的内部2相输入(A_B两相)高速计数器来实现。图4为弯管机PLC外部接线图，其中，KZ1、KZ2分别为弯管编码器、转管编码器；SB1为急停按钮；SB2为料夹按钮(脚踏)；St33为自动启动按钮(脚踏)；FR为泵电动机过载保护用热继电器；SQ1-sQ7为各缸的限位开关；KM 为泵电动机控制用接触器；YAl～YAl6为电磁阀。
3．2 PLC控制软件设计
立体弯管机有手动、半自动2种工作方式。手动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、维修，通过触摸屏控制各按钮，使各工序单独工作。半自动方式是机床正常工作状态，在加工前必须调整好每一弯的弯曲位置和空间倾转角度，在触摸屏中设置好每一弯的弯形参数(弯曲角度、夹模夹持时间、慢速弯管角度等)，完成有／无进芯、有／无慢退芯功能选择。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，并作好相关设定，再进行编译，在计算机与触摸屏正确通信后，下载给触摸屏MT510L。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(有液压泵启停、主模和导模的夹紧松开、夹料松料、进芯退芯、弯管退弯等)及其相关显示；半自动模式界面主要用于完成一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一组参数(包括弯管总数、弯曲轴的8种角度以及每一弯的弯形参数)；多角度模式界面主要用于半自动多弯加工过程中的控制与实时监控。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。
图5 PLC控制程序流程图
PLC程序设计PLC程序主要通过对现场信号、触摸屏发出的控制信号的采集，输出现场控制信号以及触摸屏显示信号，完成对弯管机的动作控制。根据弯管加工工艺要求，立体弯管机主要有料夹夹管、进芯、主夹模导夹模夹紧、弯管、辅推前进、慢速弯管、慢退芯、退芯、主夹模导夹模松开、弯管臂复位、辅推复位、松料夹等动作，考虑操作方便及安全可靠性，PLC设计分手动控制程序和半自动控制程序两部分：在半自动工作前，必须调整好每弯的转弯角度和送料长度，并在触摸屏中设置好相关参数，做好有／无芯棒、有／无慢退芯功能选择。图5所示为有芯棒、有慢退芯的PLC控制程序流程图。
4 结束语
立体弯管机是集机、电、液为一体的自动化设备，电气(PLC)控制液压，液压驱动机械，机械运动产生的位置信号又反馈给电气(PLC)。因此，在工作过程中机械、电气、液压关系非常密切，相互牵制，相互制约，另外对弯管制品质量也有很大的影响。
该立体弯管机可实现同半径三维多弯，每一管件最多可加工8个弯头数，同时适合于钢管、不锈钢管、铝管、钛合金管等管材加工，扩大了加工范围，增强加工能力，弯管质量高(弯管精度达±0．1。)，控制系统采用PLC和触摸屏，提高了系统的可靠性、柔性，同时使设备操作维护更方便。生产实践证明，设备运行状况良好，产品质量稳定，能取得较好经济效益。这种手工送料、手动转角、自动弯管的立体弯管机比用伺服电动机实现的全自动立体弯管机成本大大节约，实现了低成本的自动化，在中小企业中具有实用价值。
参考文献：
[1] 田福祥．新型半自动液压弯管机的研制 J]．锻压机械．2003(5)．
[2] 左健民．液压与气压传动 M ．北京：机械工业出版社，2003．
[3] 王兆义小型可编程控制器实用技术：M ．北京：机械工业出版社，2003．
[4] 深圳人机电子有限公司．EasyBuilder 500使用手册．深圳：深圳人机电子有限公司，2003．
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