关键词 数控弯管机嵌入式 运动控制卡 伺服驱动 机械弯管机设计 摘要 数控弯管机是现代重要的弯曲塑料加工设备，它以矢量理论为基础，采用计算机控制，完成任意空间的三维加工。管以满足用户的要求。 本文主要对弯管机嵌入式控制系统数控设备硬件系统进行研究与开发，利用嵌入式微处理器硬件平台，代替传统的通用计算机和工业机械，对加工过程进行控制。有效地。 在此基础上加装运动控制卡PCI-1240U，通过运动控制卡实现伺服电机驱动控制，来控制各轴伺服电机驱动齿轮转动的精确运转。 本文主要对嵌入式硬件系统的控制系统进行研究和开发，针对工业控制电路的基本要求，利用PROTEL软件绘制了四路电机控制电路的原理图和现场分布电路的整体结构。设计; 根据设计精度和部件成本比较，选择设备包括嵌入式系统、运动控制卡、伺服电机、伺服电机驱动器、输入输出卡、编码器、传感器以及各类硬件部件。 该嵌入式控制系统专为控制弯管机进行工业现场实际操作而设计，主要实现送料、旋转、弯曲等功能的控制。 本电路设计及选型硬件调试在工业现场均能达到预期效果。关键词数控弯管机、嵌入式、运动控制卡、伺服驱动目录摘要摘要目录\o“1-3”\h\z\u 1 前言h 1 1.1弯管机在自制行业的现状及各种弯管机的性价比 h 1 1.2 弯管机的基本原理及选型 2 2弯管机弯管机4 2.1 工件工艺分析 4 2.2 计算弯曲4 2.3 电机选型 5 2.4 传动比计算及各传动装置动作及参数 6 2.5 滑轮、皮带计算与选型 7 2.6 蜗轮减速机计算与选型 8 2.7 联轴器计算与选型 8 2.8 轴承选型9 2.9 轴的初步计算、设计与验证 9 2.10 齿轮的计算与设计 13 2.11 大小齿 轴的前后端盖及轴承座的结构设计 14 2.12 轴套的结构设计 16 2.13 结构设计盖板及计算 16 2.14弯管机机构设计及计算 17 2.15 弯管机主要参数 18 3 护架结构设计 19 3.1 挡板结构设计 19 4 电器选型及电路设计 20 4.1各电器的选型及电路设计 20 结论 22 参考文献 23 附录 24 致谢 25 东北林业大学本科生设计 STYLEREF 标题、章节标题（无序号） \* MERGEFORMAT 错误！ 样式未定义。

-PAGE\*MERGEFORMAT42 -PAGE\*MERGEFORMAT43 -前言弯管机在自制行业中的地位以及各种弯管机的性价比。 如今的工业发达，无论什么样的机械、设备、健身器材、家具等，几乎都有用于输送石油、天然气、流体等的结构钢管和导管，它们在飞机、汽车及其发动机、健身器材、家具等。各种管材尺寸大、形状复杂、种类多，给管材加工带来很多困难。 对于很多小型企业、家庭作坊、需要管材的场合或大型企业来说，如压力管工程机械、液压管、机床厂油管、健身器材管等，这些应用并不需要折弯机功能齐全而且不高。 呵呵加工难度大，一台简单的手动折弯机就可以满足要求。 折弯机有手动夹紧和机械折弯方式。 该机结构简单，控制元件少，因此在价格上更容易被用户接受。 市场上的大型弯管机种类很多，但市场上现有的自动弯管机大多是液压机和数控机（如图1-1、1-2所示）。 由于其面积较大（2.5～4m长），且价格相对较贵（2万左右～价格在5万多元）。 相对很多企业不需要这么大、那么贵的弯管机。 小型、便宜、方便的自动折弯机可以被很多企业所接受。 本设计基于满足市场和用户的需求，拟开发一款价格低廉、占地面积小、使用简单的自动弯管机（长900mm、宽800mm、高1100mm，价格9000元左右）。

并且弯曲定型性能进一步增强，可弯曲不同直径、不同类型的钢管。 同时采用制动电机，提高了折弯机的折弯精度，大大简化了电气控制系统，方便操作。 图1-1 液压弯管机图1-2 数控弯管机弯管机及自动弯管弯管机的选型。 一般情况下分为以下两种方法，即滚压弯曲和环绕弯曲。 如图1-3和图1-4所示。 图1-3 图1-4 两者各有优缺点：绕线式主要用于结构复杂的方形弯管，弯管式主要用于弯管，也可用于弯管。 弯管的缠绕稍差一些，但也比较相似。 相比之下，下弯辊结构更简单，更容易设计，成本更低。 因此，该弯管机采用滚压弯管方式。 弯管机的工作步骤如下： 1、留出第一直段长度，用夹紧件夹紧管子。 2、启动弯管机，弯管。 3、松开弯管夹块，取出工艺管，然后复位模具。 根据所需的管标准样检查夹具上加工好的管形标准并修正。 4. 重复步骤 1，直至管道弯曲至所需程度。 弯管机设计工件工艺分析本设计选用的管材为钢件，直径为30mm，厚度为2mm。 钢管需要是无缝的。 选用的材料是10号钢。 最小弯曲半径为60mm，整管弯曲半径为100mm。 。 10号钢的力学性能如下： 抗拉强度（MPa）：335 屈服强度（MPa）：205 延伸率（%）：31 断面收缩率（%）：55 硬度：未热处理，137HBs 试样尺寸：样品尺寸：25mm垂直加工技术。

对弯曲部分的要求是不能有裂纹、不能有大的凸起、不能有皱纹。 工件如图2-1、2-2所示。 图2-1 图2-2 弯矩计算 管材弯矩的计算根据自动弯管机的力学参数确定。 由于管材的弯曲半径较小，因此管材的弯矩处于钢管的最小弯矩处。 根据力学塑性理论分析，管材均匀弯曲时弯矩的理论表达式为： (2-1) 式中， 为弹性应力， r 为管材内径， t 为壁厚管道为屈服应力，为中性层弯曲半径=2420 电机选型凭经验。 如果选择弯管机的弯管速度为8r/min，则P==23462kw（2-2）。 由于工作功率确定为2kw，故电机功率公式P=(2-3)、、、分别为皮带传动、蜗轮传动、联轴器、工作齿轮和轴承的传动效率。 取=96%、=90%、=99%、=97%、=98%可得P==2.5kw。 由于可以满足各种钢筋的弯曲类型，所以选择的电机功率较大，这样折弯机可以弯曲更大的弯曲半径范围，所以电机具有制动功能，因为折弯机需要内部制动功能，且电机转速不宜过高，因为电机正反转频率过高。 因此，电机转速为960r/min即可满足上述要求。 选择yep132s-6电机类型。 电机基本性能如表[2]2-1 表2-1 yep132-6型号主要性能参数 型号满载堵转转矩 最大转矩、静态制动转矩、不小于空载制动时间，不大于噪声转速、电流效率、功率因数 YEP132S-63kw960r/min8.8A77%0.672.22.229.4N·m0.4/s71/db 电机主要安装尺寸如下图2-2 表2- 2 电机安装尺寸单位（mm）型号ABCDEFGHILYEP-132S-628515 传动比的计算及各传动装置的运动及参数由转速N1=960r/min给出，前机初始转速为确定N5=8r/min，故总传动比=N1/N5=120。 皮带轮的传动比为1~4。 由于齿轮齿数的传动比为1~8，因此带轮的传动比可确定为=2.5。

建议齿轮传动比=3，则蜗轮传动比=16。蜗轮传动比不大，有利于增加蜗轮寿命。 方便计算需要计算速度和扭矩的传动部件、轴（或功率）的设计。 传动装置按降序​​排列各轴，第1轴，第2轴，,...为相邻两轴之间的传动比；,...为相邻两轴之间的传动效率； P1、P2...为各轴传动比 输入功率（kw）； T1、T2...对于各轴，输入扭矩（N·m）； N1、N2……为各轴转速（r/min）； 各轴转速，电机轴转速为 960 rpm 蜗轮 小轴部分 N1===384 r/min 蜗轮大轴部分 N2===24 r/minN3= N2=24 rpm 小齿轮 N4===8 rpm 大齿轮工作台 N5= N4=8 rpm 转速 各轴输入功率 电机输出功率 P0=3kw 蜗轮小轴输入功率 P1= P0=3=30.96=2.88kw 蜗轮大轴输入功率 P2= P1= P1= 2.880.9=2.59kw 小齿轮轴输入功率 P3= P2= P2=2.590.99=2.56kw 大齿轮轴输入功率 P4= P3= P3=2.560.972 =2.41kw 输入功率= P4= P4=2.410 .9720.98=2.22kw 各轴输入扭矩 电机输出扭矩=9550=9500=29.84 N·m 蜗轮小轴扭矩输出==29.842.50.96=71.62 N·m蜗轮大轴输出扭矩==71.62160 .9=1031.27 N·m 齿轮小轴输出扭矩==1031.270.99=1020.96 N·m 齿轮大轴输出扭矩==1020.9630.972=2881.86 N·m 输出扭矩= =2881.860.9720.98=2657.31 N ·m带轮及皮带的计算与选择 电机的转速和功率是一定值，因此传动带可采用A型普通皮带。 已知A型带小带轮的最小直径为70mm，因此确定小带轮直径=100mm。 皮带速度检查 = 5.03 (2-4) 所以 5

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