小批量生產(chǎn)環(huán)境下數(shù)控彎管工藝的發(fā)展湯姆-約翰和托尼學院航空航天、機械與制造工程，RMIT 大學，墨爾本，維多利亞，澳大利亞摘要在卡車制造業(yè)中，排氣和進氣管是一家專業(yè)的設(shè)備，需要高技術(shù)、重型機械和小批量的生產(chǎn)方法。本文介紹了一個項目開發(fā)的計算機數(shù)控（數(shù)控）管彎曲過程的卡車部件制造商。該公司向國內(nèi)市場提供一個巨大的重型卡車零部件，并在澳大利亞是一個重要的供應(yīng)商。本公司一直采用傳統(tǒng)的機械輔助手法，采用彎管技術(shù)。在持續(xù)改進的推動下，本公司已獲得了一個擁有一臺數(shù)控折彎機，能夠自動彎曲管道多達 25 個彎。然而，由于工藝不匹配，這臺機器只用于單一的彎曲操作。研究者們研究了彎曲系統(tǒng)并改變了加工過程。使用排氣管作為基準，一個顯著下降，制造業(yè)領(lǐng)先時間從 70 分鐘到 40 分鐘，每一個管道被證明。還有一個因為材料成本的下降，由于多個彎曲部分在一塊沒有切割過多的材料，為每個單彎，如它過去也是這樣。關(guān)鍵詞： 彎管；數(shù)控彎曲；小批量生產(chǎn)；汽車零部件制造。在卡車制造業(yè)中，排氣和進氣管是一家專業(yè)的設(shè)備，需要高技術(shù)、重型機械和小批量的生產(chǎn)方法?？ㄜ嚵悴考圃焐烫峁┝艘粋€巨大的重型卡車零部件的國內(nèi)市場，是一個重要的供應(yīng)商，卡車制造商和零部件網(wǎng)絡(luò)在整個澳大利亞。該公司的制造業(yè)部門有能力適應(yīng)小型和大批量生產(chǎn)。他們有專業(yè)的設(shè)備，使他們能夠制造 2.5 英寸到 6 英寸之間的排氣管。在過去的幾年中，汽車行業(yè)的巨大改善，部分質(zhì)量變得與使用的數(shù)值控制中心相近。最近，在不斷提高質(zhì)量和降低成本的嘗試，并同時增加產(chǎn)品的產(chǎn)品，公司收購了計算機數(shù)控（數(shù)控）折彎機能夠彎曲管道自動多達 25 個彎。然而，當這臺機器來到工廠，由于缺乏培訓(xùn)和支持，它被用來使單彎。提高產(chǎn)品質(zhì)量和精度是管理的愿望。公司需要改變手工操作這數(shù)控折彎機減少生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)制造過程。確定了數(shù)控折彎機的以下幾個問題：(1)操作手冊是中文書寫的。有一些英文筆記，但它是非常簡短的，并且是遠遠不夠的，以支持操作員操縱機器在多彎模式。(2)由于缺乏適當?shù)默F(xiàn)場培訓(xùn)和知識多彎的原則，運營商和主管不知道如何編程和操作機器。(3)雖然有一個大范圍的產(chǎn)品，他們沒有很好地分類，根據(jù)機器和過程，特別是對多彎作業(yè)。缺乏系統(tǒng)的捕捉設(shè)計和制造方法，防止進一步改善制造技術(shù)。本文介紹了過程改進項目，導(dǎo)致超過 40%的生產(chǎn)時間和顯著的材料節(jié)省六個月內(nèi)的調(diào)查。2 彎曲過程彎管工藝在航空航天、汽車、石油等行業(yè)中廣泛應(yīng)用于航空、汽車、石油等 3 個行業(yè)。在過去的四年中，彎曲技術(shù)的發(fā)展可以分為三個時期：傳統(tǒng)的彎曲（70 年代末至 80 年代初） ，新的彎曲（80 年代中期到 90 年代中期） ，和先進的彎曲（90 年代中期到 90 年代中期） 。最初，操作者彎曲管逐件。這種方法是非常緩慢的，沒有工作的要求。在這一領(lǐng)域的不斷改進，新的彎曲技術(shù)與計算機控制使彎曲不依賴發(fā)展。計算機輔助制造軟件和其他的進展允許更快的設(shè)置時間和能力來處理更大的部分復(fù)雜度。數(shù)控彎管機來規(guī)避勞動密集型的方法相關(guān)的問題。現(xiàn)代計算機技術(shù)與伺服機械控制相聯(lián)系，為控制三個彎曲軸提供了一個極好的方法。數(shù)控彎管機的機械操作手冊的方法非常相似，除了伺服驅(qū)動控制的距離彎曲和平面彎曲之間。一輛馬車/夾頭系統(tǒng)是用于輔助喂養(yǎng)。工具運動和排序功能，部分數(shù)據(jù)存儲由計算機自動控制。繞彎是最常用的彎曲方法在彎曲管，用于管和固體：扶手、相框、防滾架、把手、線和其他[ 2 ]。這種類型的彎曲使用“死哪有不變的中心線半徑設(shè)置”（CLR） 。模件由兩部分組成：成形模具有成形材料的形狀，將壓模推送材料到成形模中，而在彎曲的長度。圖 1 顯示了旋轉(zhuǎn)拉伸彎管廠。圖 1：旋轉(zhuǎn)拉伸彎管機彎管在許多旋轉(zhuǎn)拉伸彎管機，芯軸插入材料在彎曲后去除進一步減少任何可見的變形通過彎曲區(qū)域（圖 2） 。有助于實現(xiàn)緊密的心軸彎曲半徑用芯棒時（相對于普通旋轉(zhuǎn)拉彎機）圖 2：管彎曲芯棒工作原理比較簡單。該管是由夾緊塊在關(guān)鍵位置上，并被拉周圍的成形模具的壓力模。材料被壓縮和拉伸通過彎曲。有些變形是不可避免的，但很難確定沒有測量管或切割的橫截面的彎曲[ 4 ]。以下是在手工過程中，該公司試圖盡量減少使用一致的數(shù)控彎曲過程中常見的缺陷。在彎曲過程中，彎曲力矩會引起內(nèi)外纖維的軸向力。內(nèi)和外的纖維分別進行壓縮和拉伸應(yīng)力。這一結(jié)果在薄的管壁處的外段（拱）和增厚的管壁內(nèi)段（拱）[ 5 ]。壁厚變化如圖 3 所示。圖 3：壁厚變化在拱纖維受到拉伸應(yīng)力的狀態(tài)下。當拉伸應(yīng)力引起的管由于在拱的彎矩超過材料的極限強度的情況下，在拱[ 6 ]管骨折。圖 4 顯示管的骨折。 圖 4：管骨折作為管彎曲，該管，內(nèi)表面的內(nèi)弧面，是承受壓應(yīng)力。當管彎成一個緊密的半徑時，它是在振動導(dǎo)致分岔失穩(wěn)或屈曲壓縮應(yīng)力高（皺）的管。皺紋是表面扭曲的波浪型。在許多應(yīng)用中，由于管是在許多應(yīng)用中，嚴格的尺寸公差是理想的，皺紋是不可接受的，應(yīng)該被淘汰。此外，皺紋破壞了管的美學外觀[ 7 ]。圖5 顯示管起皺。即使是表面處理方法，如噴漆和產(chǎn)品，他們是很難消除的，這樣的產(chǎn)品質(zhì)量是顧客無法接受的。圖 5：管起皺一個嚴重的質(zhì)量問題是由于管材料的彈性性質(zhì)后的模具力被撤回的彈簧的量。在彎曲過程中，內(nèi)部應(yīng)力的開發(fā)在管內(nèi)和卸載的內(nèi)應(yīng)力不消失。彎曲后，外受殘余拉應(yīng)力和拱受殘余壓應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力產(chǎn)生一個凈的內(nèi)部彎矩，導(dǎo)致回彈。管繼續(xù)回彈，直到內(nèi)部彎矩下降到零?；貜椊侨Q于彎曲角度、管材料、管尺寸、芯軸、機床、工裝及工作條件。在實際應(yīng)用中，計算出回彈量，并通過該量計算出管的彎曲量[ 9 ]。由于在這一過程中誘導(dǎo)的巨大的壓力，以一個相對較小的體積的材料，控制過程中是特別重要的。數(shù)控折彎機的使用是更好的質(zhì)量輸出的關(guān)鍵。3 折彎機本機是一臺數(shù)控回轉(zhuǎn)拉彎機，有一個芯軸（圖 7） 。它是一種計算機化和自動三維彎曲機的工業(yè)控制單元。這臺機器是設(shè)計成彎曲管從 2.5 英寸到 6 英寸，它是能夠彎曲管道自動高達 25 彎曲而不中斷。事實上，該機設(shè)計彎曲薄壁管半徑緊，保證不起皺彎曲畸變。夾模擠壓彎曲模管，壓模保持管的管送入折彎機。該雨刮器模具是用來消除起皺的管內(nèi)彎曲。該芯軸通常插入管子，以減少橫截面的平坦，防止彎曲時的折疊。原來的過程中產(chǎn)生的數(shù)控彎管機上的管有 70 分鐘。這是不言而喻的，在生產(chǎn)過程中有許多問題。最大的問題是，只有單一的彎曲模式被使用。重復(fù)的切割工作，彎曲的小部分管，然后焊接到最終產(chǎn)品導(dǎo)致了重大浪費的材料和勞動。工作的數(shù)量越大，它就越浪費了。同時，由于長時間的制造業(yè)，工作效率不理想。是這兩家主要的缺點，目前的進程，防止公司成為更具競爭力的市場和進一步發(fā)展。圖 7：折彎機在一開始，研究小組與生產(chǎn)經(jīng)理一起工作，熟悉機器。開發(fā)了一個工藝圖，記錄操作的每一個細節(jié)，并建立了機床的程序，并進行了修改。通過分析過程圖，使用一個更好的方法來減少安裝時間，并建立了一些標準和模板，為他們改變未來的工具。該項目有 2 個主要任務(wù)：1、定義參數(shù)：我們列出了所有的方程，這是需要找到的進料長度，彎曲和旋轉(zhuǎn)的角度。我們列出了這些方程的解釋和一些現(xiàn)實生活中的產(chǎn)品，讓員工在公司的一個清晰的想法，他們應(yīng)該如何工作。機器操作：我們在不同的方式操作機器，看看機器是如何工作的。我們也制定了正確的操作方法。此外，我們2.調(diào)查標準方法和手動的機器上安裝工具生成。這種方法通常用于這些機器，它與現(xiàn)在的工具有關(guān)。4 數(shù)控彎管該項目最重要的一部分是計算彎曲的參數(shù)，如：進給長度，彎曲和旋轉(zhuǎn)角度。這些參數(shù)是從產(chǎn)品的圖紙出發(fā)，在我們的情況下，樣品耗盡管。有 2 種方法可以得到正確的參數(shù)為多彎的目的。正如圖 8 所示，我們的第一個方法是在圖紙上的幾何關(guān)系之后，在計算機輔助設(shè)計軟件系統(tǒng)中建立三維模型。然而，這種方法需要一個計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)和專業(yè)知識來推動它。這是不正常提供給小批量生產(chǎn)小批量。圖 8：計算機輔助設(shè)計模型而不是構(gòu)建三維模型的方法，另一種方法是應(yīng)用一個系統(tǒng)的矢量分析方法來計算這些關(guān)鍵參數(shù)。這里給出了矢量分析的基本理論。距離是一種數(shù)值描述，在任何給定的時間內(nèi)，除了對象的距離遙遠。給定的兩點之間的距離（X1，Y1，Z1）和（X2，Y2 、Z2）在三維空間：D =（X1 ?X2）2 +（ Y1?Y2）2 +?（Z1、Z2）2（1）也對于任何給定的三角形農(nóng)行（圖 9） ，三角形的角度給出：圖 9：三角形中的角方程 2 是有用的計算三角形的第三邊，當雙方和他們的封閉的角度是已知的情況下，并在計算三角形的角度，如果所有三個邊是已知的。在我們的情況下，計算一個單一的彎曲角度，我們需要建立一個三角形的三點之間的彎曲角度，只要我們得到的所有的雙方的這個三角形。另一組的參數(shù)是在方向上，這是矢量分析的一個組成部分。三維向量可以作為三號命令的三胞胎和遵守規(guī)則的二維向量服從非常相似。我們代表三維矢量箭頭和這些向量的加法和減法的幾何解釋遵循平行四邊形法則是在兩個維度。我們定義單元向量 i，j 和 k 沿 X，Y 和 Z 軸的直角坐標系和三維向量表示雙矢量的點積是用來計算它們之間的角度。需要 2 個矢量的交叉乘積來確定工作平面。它是由矩陣法擴展得來的。交叉乘積的意義在于它在包含前兩個向量的平面上形成了三分之一個向量垂直。第三個向量服從右手規(guī)則。??????? ?基于向量分析的定義，我們可以得到最重要的參數(shù)之一，在彎曲的旋轉(zhuǎn)角度（圖 10） 。而這種方法被列為如下：1、在第一平面上找到 2 個向量。得到的交叉產(chǎn)物 N? 1 這兩個向量。2、在二面找到 2 個向量。得到的交叉產(chǎn)物 N? 2 這兩個向量。3。獲得 N 1 和 N 2?? 使用這兩個向量的數(shù)量積之間的角度，這個角度是彎曲的旋轉(zhuǎn)角度。圖 10：旋轉(zhuǎn)角度的方法5 彎曲的例子該項目組使用了一個用于卡車的模型排氣管作為研究實例。本公司為本工作提供了詳細的尺寸和一些具體要求的初步圖紙。圖 11 是根據(jù)圖紙在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中建立的模型。圖 11 所示的樣品耗盡管被調(diào)查的有效工具，包括夾模、彎曲模（半徑：114.3mm） 、壓模、刷模、芯棒，三球，我們得出這樣的結(jié)論：樣品的排氣管是不可能從 A 點到 D 點進行多次彎曲的工作，由于送料長度小于彎曲模的半徑。這意味著彎曲不能完成，由于前彎曲的干擾。因此，我們決定開始使用多個彎曲點，從點到點克，其中包括三個彎。表 1 顯示了幾何參數(shù)和參數(shù)。表 1。產(chǎn)品的彎曲點坐標點的坐標（0，0，0 ）313，0，755.1 彎曲角點對點的距離作為一個基本元素，用于進一步計算的關(guān)鍵的參數(shù)，如彎曲角度，進料長度和理論長度等使用方程 1，我們可以得到兩點之間的距離根據(jù)給定的坐標如表 2 所示。表 2圖 12下一步是計算我們所需的彎曲長度。在圖 13 中，在彎曲處的持續(xù)角度確定彎曲長度。長度 x1（mm ）維持在彎曲的 D 和 E 了：在哪里= 114.3 由于模具的半徑。因此，從 C 到 D 的送料長度由下式給出：圖 13：進給長度的計算類似地，其他部分的進料長度可以這樣計算：3 管長度理論管的長度是所需的成品的最小長度，這是來自通過添加每個部分得到的，包括在每個點和進料長度的弧。由于生管的產(chǎn)生直管的過程，這個長度決定了原直筒的長度，必須被切割前彎曲。管的切割尺寸總是比理論長度長，因此我們應(yīng)該增加額外的長度為管的抓地力和一些其他注意事項。要計算每一個彎曲的弧長，我們使用的彎曲角度。因此，理論管的長度是：???5.4 角管道將環(huán)繞在卡車上的 3 維空間的角落。因此，彎曲是需要在不同的平面上進行，這是通過旋轉(zhuǎn)的管在彎曲的。通過矢量分析計算旋轉(zhuǎn)角度。我們的方法得到這個角度是找出 2 個向量，這是正常的，這兩架飛機，然后計算出這兩者之間的角度。向量之間的角度是我們需要的旋轉(zhuǎn)角度。在這里，我們乘坐的飛機，和飛機之間的旋轉(zhuǎn)角度，EFG 為例來說明求解旋轉(zhuǎn)角度的方法一步一步。我們使用表 1 中的坐標來查找向量，并通過沿三角形的邊的向量來定義這個計劃。???ED = 0 + 0?740i J K???EF =?0 82 584i J + K因此，垂直的地方，矢量是由這兩個向量的叉乘得到。使用方程 5：同樣，向量平面 EFG 是：???再次，基于方程 5，這 2 個向量的交叉乘積為（圖 14）： ?圖 14：飛機 DEF 和 EFG 的載體然后，我們需要把兩者結(jié)合在相同的參考點。我們把向量 N? 2 到 E 點：F→E ：（0,82，584）?? ????? N2 = 26852i?15102 J?2716k計算向量 N 1 和 N 2?? 夾角：N? 2 = 26852i? ?15102? ?2716k? [J].根據(jù)方程 5，可以從這些矢量的點產(chǎn)生的角度，這是所需的旋轉(zhuǎn)角度。n n1 2。= ?60680×26852 + 0 + 0（15102 ）×? ×（2716）?=?1629379360| N1 | =?（60680）2 = 60680 | N2 | =（26852）2 + 2 +??（15102） （2716）2 = 30927 因為 θ= n? 1 2 162937960 0.868239? ?= =?n n1。60680 2 30926.96所以，θ= 150.256 個實施在確定這些參數(shù)，建立了彎曲的初始程序，其中包括所有的定義坐標、長度、彎曲和旋轉(zhuǎn)角度，也有一些機器參數(shù)如模具半徑和進給速度等，根據(jù)初步方案，我們做了幾次測試機上找出回彈角，這是受環(huán)境（如溫度，濕度，等）影響。之后，對該機進行了調(diào)整參數(shù)的調(diào)整，并采用了新的程序?qū)Ξa(chǎn)品進行了加工。數(shù)據(jù)輸入過程是通過編輯功能的機器上。用戶界面允許控制的試運行，以及生產(chǎn)運行。圖 15 顯示了樣品耗盡管的數(shù)據(jù)輸入接口，在頂部的坐標由點到點克，以及在右手邊的機器的參數(shù)，而進給長度，彎曲，和轉(zhuǎn)向角在下面列出。圖 15：機器參數(shù)輸入接口正如我們之前所提到的，由于公司存在工具的限制，我們只能在多彎中完成該產(chǎn)品的一部分塊機生產(chǎn)。圖 16 顯示了多彎產(chǎn)品的一部分：圖 16：多彎曲的產(chǎn)品（管）完成后，我們完成了一件多彎部分和個別彎曲（其他部分是太短，由于干擾與模具的干擾。它們分別是彎曲的，我們焊接在一起形成最終產(chǎn)品。一切完成后，管道被裁去（圖 17） 。 圖 17：噴漆后的樣品排氣管隨著數(shù)控折彎機的多個彎曲的實現(xiàn)，生產(chǎn)過程也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。在使用多彎曲方法和使用多彎曲方法后，可通過比較樣品前的生產(chǎn)過程來確定該工藝的改進。表 3 顯示了原始的手動過程和表 4 顯示了在多彎功能實現(xiàn)后的改進過程。表 3。多彎前實現(xiàn)的過程音視頻前處理。時間1 把整個管子切成 10 塊 5 分鐘2 素描的甜甜圈 5 塊 3 分鐘3 清洗甜甜圈 5 分鐘4 清洗管道的末端 6 分鐘5 單彎零件 9 分鐘6 清洗管道和甜甜圈 10 分鐘7 安裝管道焊接 20 分鐘的甜甜圈8 清洗完整產(chǎn)品 2 分鐘9 油漆的產(chǎn)品 5 分鐘總 70 分鐘表 4。多彎的實現(xiàn)過程過程新的影音。時間1 把整個管子切成 6 塊 3 分2 素描的甜甜圈 3 塊 2 分鐘3 把甜甜圈 3 分鐘4 清洗管道的末端 4 分鐘5 個單彎的一部分 3 分鐘6 啟動多個彎曲部分 7min7 清洗管道和甜甜圈 3 分鐘8 安裝管道焊接 5 分鐘的甜甜圈9 清洗完整產(chǎn)品 2 分鐘10 油漆的產(chǎn)品 5 分鐘總共 40 分鐘正如我們可以從表中看到的，我們記錄了項目的平均生產(chǎn)時間單彎）和工程（多彎）的基礎(chǔ)上工作的樣品耗盡管的過程。有一個顯著下降，制造業(yè)的領(lǐng)先時間從 70 分鐘到 40 分鐘的每一個管道。減少了 30 分鐘（42.86%的原始生產(chǎn)時間） ，它不僅降低了勞動成本，而且縮短了總生產(chǎn)時間。我們還發(fā)現(xiàn)，能夠減少的材料成本，由于多個彎曲部在一塊（不切割過多的材料，為每個單彎，如它曾經(jīng)是） 。因此，隨著新的生產(chǎn)方法在數(shù)控機床上實現(xiàn)多個彎折功能后，生產(chǎn)過程被簡化，制造時間縮短，更重要的是，人工和材料成本降低。本項目的另一個組成部分，除了確定設(shè)計的參數(shù)外，還將建立車間工人和主管的手冊作為工作操作的標準。我們將內(nèi)容分為手動操作和自動操作。我們的重點是自動操作，特別是如何設(shè)置的機器自動進行多個彎曲操作。值得注意的是，在進行多彎生產(chǎn)之前，要注意要找出機器的初始位置，否則，機器就要回到初始位置，不然就無法啟動自動功能。7 結(jié)論我們調(diào)查的生產(chǎn)過程中的管道彎曲操作，并確定了重要的方面，使產(chǎn)品信息的有效處理，以產(chǎn)生制造業(yè)數(shù)據(jù)。采用新的多彎工藝對數(shù)控彎管機的性能進行了改進。 這一新的指令集已經(jīng)被開發(fā)出來，用于小型生產(chǎn)商，使用多個彎曲數(shù)控機床，它的最小生產(chǎn)。數(shù)控折彎機的理論計算框架已經(jīng)研制出來。一個簡單的和廉價的方法，使用矢量分析的建議和方法，證明了一個工作的例子。本研究的結(jié)果由一個結(jié)構(gòu)化的方法，分析和處理的數(shù)據(jù)，以生產(chǎn)該產(chǎn)品。使用所示的方法，運營商與基本的數(shù)學知識，將能夠系統(tǒng)地分析產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)，并記錄為制造目的所產(chǎn)生的信息。預(yù)期設(shè)計和制造業(yè)數(shù)據(jù)的集成，將為進一步提高利用數(shù)控彎管機和工廠現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。我們創(chuàng)建了英語機器操作手冊。這本手冊有明確的建設(shè)和旅游指南有圖可以幫助那些使用機器了解哪些功能或部分需要使用。本手冊很容易理解和遵循的步驟。我們分為三個部分的手冊。數(shù)控多臺折彎機的使用及在該廠的生產(chǎn)效率得到了極大的提高。他們的制造在制造成本和交貨時間和基于該機近期產(chǎn)品家族的擴張潛力急劇減少。