亞克力板自動折彎機(jī)創(chuàng)新設(shè)計

伍正楷，孫亮波，王敏娜，向赫，陶昱

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亞克力板自動折彎機(jī)創(chuàng)新設(shè)計

伍正楷，孫亮波*，王敏娜，向赫，陶昱

（武漢輕工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430048）

為了解決現(xiàn)有折彎機(jī)人工操作工序多、彎曲曲率不易保證、成型精度難以控制等問題，設(shè)計了一款亞克力板自動折彎機(jī)。本產(chǎn)品在進(jìn)料時通過調(diào)隙板結(jié)構(gòu)可加工不同厚度的亞克力板，折彎過程由數(shù)控編程實現(xiàn)對加工板料任意角度、曲率半徑的控制。折彎前利用加熱板加熱棒結(jié)構(gòu)提高加熱效率，折彎后通過散熱棒結(jié)構(gòu)加快了冷卻速率。加工完成后由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)半成品的輸送。并將對各部分功能作了進(jìn)一步闡述。

亞克力板；自動折彎機(jī)；數(shù)控編程；半成品

目前市場上所采用的亞克力板一般厚3～5 mm，字高60～100 mm[1]，具有較寬的加工溫度區(qū)間，熔體粘度較高，冷卻速率較快[2-3]，切削性能好，其型材可很容易地機(jī)加工為各種要求的尺寸[4-5]。目前國內(nèi)市場上亞克力彎曲成型設(shè)備的產(chǎn)品主要分為三類，如表1、圖1所示。

表1 現(xiàn)有產(chǎn)品的性能分析比較

多數(shù)產(chǎn)品主要存在以下問題：

（1）設(shè)備復(fù)雜，人工操作較多，效率較低；

（2）折彎時彎曲曲率不容易保證，彎曲成型精度不易控制；

（3）模具需與產(chǎn)品一一對應(yīng)，成型后需手動折彎矯正外形。

基于上述問題，本文設(shè)計了一款亞克力板自動折彎機(jī)，采用自動化進(jìn)板機(jī)構(gòu)，連續(xù)生產(chǎn)；利用數(shù)控編程控制，提高了精度和生產(chǎn)效率，減少了人力勞動。

圖1 亞克力彎曲成型設(shè)備現(xiàn)有產(chǎn)品

1 亞克力板自動折彎機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)制造流程（圖2、圖3）

圖2 亞克力板自動折彎機(jī)設(shè)備生產(chǎn)制造流程

2 機(jī)械系統(tǒng)功能分析與實現(xiàn)

作為一款程序化設(shè)計、生產(chǎn)立體文字和圖案的專業(yè)廣告設(shè)備，亞克力板自動折彎機(jī)克服了以下技術(shù)難點。

2.1 加工不同板厚

間隙電機(jī)連接調(diào)隙板，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為調(diào)隙板的前后移動，從而控制調(diào)隙板，形成不同的間隙，達(dá)到加工不同板厚的目的，調(diào)隙板之間的間隙區(qū)間為3～5 mm，如圖4所示。

1.空壓機(jī) 2.底座 3.旋轉(zhuǎn)工作臺 4.加熱箱 5.傳送架 6.椅子 7.電腦

1.間隙電機(jī) 2.調(diào)隙板

2.2 板料的折彎與切割

折彎時，氣缸向上壓縮，帶動折彎棒向上運動，從而將板料折彎成所需字形，如圖5所示。在平面示意圖中，紅色線表示旋轉(zhuǎn)圓盤，黃色部分表示冷卻管，藍(lán)色部分表示加熱套。

當(dāng)折彎過程完成后，切割刀在氣缸活塞的推動下伸出，將半成品切斷，同時切割棒將其打斷，實現(xiàn)半成品的分離。如圖6所示。

圖5 三維圖線框及平面示意圖

1.切割刀 2.切割棒 3.亞克力板

2.2.1 任意曲率、角度控制的實現(xiàn)

通過程序控制，實現(xiàn)折彎時對板料任意曲率、角度的控制，其原理如下。

折角度時，設(shè)目標(biāo)折角為，即相鄰兩線段的夾角；折疊折角為，即的補(bǔ)角。由右手定則：四指指向正方向，大拇指指向下一條線段所在的一側(cè)，手背朝里，折疊折角為正，折疊轉(zhuǎn)盤逆時針轉(zhuǎn)動；手心朝里，折疊折角為負(fù)，折疊轉(zhuǎn)盤順時針轉(zhuǎn)動。如圖7（a）所示。

折圓弧時，如圖7（b）所示，根據(jù)微積分原理，取一小段圓弧，其對應(yīng)角度為d，由勾股定理求得：

式中：L2為線段2長度，L2為線段2長度。

分段最大數(shù)為：

由于max不是一個整數(shù)，故?。?/p>

＝[max] （3）

每一段對應(yīng)的圓心為：

則：

圖7 折角度和折圓弧原理圖

2.2.2 防止加工干涉

對于給定的字形，由電腦判斷其成型方法，從而選擇加工起始點，根據(jù)曲線分段，由電腦判別方向，使左右氣動折彎棒轉(zhuǎn)動，同時進(jìn)料伺服電機(jī)配合進(jìn)給。分段原理是未加工部分的切線不會與已加工部分干涉，如圖8所示。

圖8 防止干涉原理圖

2.3 折彎件的加熱及冷卻

折彎前，需對折彎件進(jìn)行加熱，具體工作流程為：間隙電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動加熱轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，氣缸向下壓縮，使加熱板和加熱棒伸入加熱套中，利用加熱套對進(jìn)料板進(jìn)行加熱。采用加熱棒和加熱板進(jìn)行加熱，傳熱性能好；為避免加熱板加熱棒在加熱過程中粘接板子，在新款加熱組件上增加了石英纖維布，另外使用了新型防粘防高溫特氟龍貼膜。如圖9所示。

1.氣缸殼體 2.加熱棒 3.加熱板4.加熱套 5.亞克力板

折彎過程完成后，半成品需進(jìn)行冷卻。亞克力由軟化狀態(tài)常溫冷卻至硬化，需要一定的時間，若不采取冷卻措施，則效率不高且不便于下一步的成型。采用吹風(fēng)冷卻來實現(xiàn)變形區(qū)域的快速定型。風(fēng)冷相對于水冷，優(yōu)勢在于，不會對設(shè)備產(chǎn)生破壞，還會起到清潔設(shè)備的作用。通氣管連接散熱棒，冷風(fēng)從通氣管進(jìn)入，再進(jìn)入散熱棒中，散熱棒表面有大量小圓孔結(jié)構(gòu)，大大加快了冷卻速度。如圖10所示。

1.通氣管 2.散熱棒 3.亞克力板

2.4 半成品的運輸

半成品的運輸通過四桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。四桿機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動，電機(jī)連接曲柄結(jié)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動使得旋轉(zhuǎn)工作臺翻轉(zhuǎn)。通過VB編程對桌面四桿機(jī)構(gòu)仿真分析，求得翻轉(zhuǎn)時傾斜最大角度約為17°，半成品從工作臺上滑落到運輸帶上，如圖11。然后由運輸帶送至粘接工作臺上，最后由人工完成后續(xù)粘接工作，如圖12。

圖11 平面圖和運動仿真圖

圖12 線框圖及半成品效果展示圖

3 結(jié)論

本亞克力板自動折彎機(jī)與現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)相比，有益效果有：實現(xiàn)了自動化進(jìn)板、快速連續(xù)化自動生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，減少了人力勞動；采用數(shù)控編程控制，能加工不同曲率、不同角度的板料，提高了加工精度；可實現(xiàn)多種規(guī)格的亞克力板加工，不需要一一設(shè)計模具。該設(shè)備避免了手工折彎加熱時間把握不好、加熱時變形大不易控制、折彎精度難以保證等技術(shù)難題。

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[4]鞠青辰，王海祥. 基于PLC的折彎機(jī)自動控制系統(tǒng)的研制[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程，2013（2）：16-18.

[5]張國鋒，劉洋. 巨型亞克力玻璃板精密工程測量研究[J]. 北京測繪，2017（3）：124-126.

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The Structure Design of Acrylic Semi Automatic Bending Machine

WU Zhengkai，SUN Liangbo，WANG Minna，XIANG He，TAO Yu

( School of Mechanical Engneering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430048, China )

In view of the existing manual bending machine, bending curvature is not easy to guarantee, insufficient forming angle is difficult to control, the innovative design of a acrylic plate automatic bending machine device. This product can be acrylic sheet material with different thickness, the angle of sheet metal processing by arbitrary NC programming, control in the process of radius of curvature. To improve the heating efficiency, speed up the cooling speed, save material. The processing can be realized after the separation, cutting half finished product conveying function, and the function of each part for further elaboration.

acrylic plate；automatic bending machine；NC programming；semi-finished products

TH16

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.07.010

1006－0316 (2018) 07－0040－05

2017－10－30

伍正楷（1996－），男，湖北安陸人，本科，主要研究方向為機(jī)械設(shè)計制造。

孫亮波（1979－），男，湖北天門人，博士，副教授，主要研究方向為機(jī)械設(shè)計及理論、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計。