亞克力板自動折彎機創新設計

伍正楷，孫亮波，王敏娜，向赫，陶昱

?

亞克力板自動折彎機創新設計

伍正楷，孫亮波*，王敏娜，向赫，陶昱

（武漢輕工大學 機械工程學院，湖北 武漢 430048）

為了解決現有折彎機人工操作工序多、彎曲曲率不易保證、成型精度難以控制等問題，設計了一款亞克力板自動折彎機。本產品在進料時通過調隙板結構可加工不同厚度的亞克力板，折彎過程由數控編程實現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構提高加熱效率，折彎后通過散熱棒結構加快了冷卻速率。加工完成后由曲柄搖桿機構實現半成品的輸送。并將對各部分功能作了進一步闡述。

亞克力板；自動折彎機；數控編程；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加工為各種要求的尺寸[4-5]。目前國內市場上亞克力彎曲成型設備的產品主要分為三類，如表1、圖1所示。

表1 現有產品的性能分析比較

多數產品主要存在以下問題：

（1）設備復雜，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）模具需與產品一一對應，成型后需手動折彎矯正外形。

基于上述問題，本文設計了一款亞克力板自動折彎機，采用自動化進板機構，連續生產；利用數控編程控制，提高了精度和生產效率，減少了人力勞動。

圖1 亞克力彎曲成型設備現有產品

1 亞克力板自動折彎機設備的生產制造流程（圖2、圖3）

圖2 亞克力板自動折彎機設備生產制造流程

2 機械系統功能分析與實現

作為一款程序化設計、生產立體文字和圖案的專業廣告設備，亞克力板自動折彎機克服了以下技術難點。

2.1 加工不同板厚

間隙電機連接調隙板，將電機的轉動轉化為調隙板的前后移動，從而控制調隙板，形成不同的間隙，達到加工不同板厚的目的，調隙板之間的間隙區間為3～5 mm，如圖4所示。

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

1.間隙電機 2.調隙板

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，紅色線表示旋轉圓盤，黃色部分表示冷卻管，藍色部分表示加熱套。

當折彎過程完成后，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

通過程序控制，實現折彎時對板料任意曲率、角度的控制，其原理如下。

折角度時，設目標折角為，即相鄰兩線段的夾角；折疊折角為，即的補角。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，手背朝里，折疊折角為正，折疊轉盤逆時針轉動；手心朝里，折疊折角為負，折疊轉盤順時針轉動。如圖7（a）所示。

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

式中：L2為線段2長度，L2為線段2長度。

分段最大數為：

由于max不是一個整數，故?。?/p>

＝[max] （3）

每一段對應的圓心為：

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，根據曲線分段，由電腦判別方向，使左右氣動折彎棒轉動，同時進料伺服電機配合進給。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，需對折彎件進行加熱，具體工作流程為：間隙電機轉動，帶動加熱轉盤轉動，氣缸向下壓縮，使加熱板和加熱棒伸入加熱套中，利用加熱套對進料板進行加熱。采用加熱棒和加熱板進行加熱，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，半成品需進行冷卻。亞克力由軟化狀態常溫冷卻至硬化，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。采用吹風冷卻來實現變形區域的快速定型。風冷相對于水冷，優勢在于，不會對設備產生破壞，還會起到清潔設備的作用。通氣管連接散熱棒，冷風從通氣管進入，再進入散熱棒中，散熱棒表面有大量小圓孔結構，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構實現。四桿機構由曲柄搖桿機構帶動，電機連接曲柄結構，電機的轉動使得旋轉工作臺翻轉。通過VB編程對桌面四桿機構仿真分析，求得翻轉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 結論

本亞克力板自動折彎機與現有生產技術相比，有益效果有：實現了自動化進板、快速連續化自動生產，提高了生產效率，減少了人力勞動；采用數控編程控制，能加工不同曲率、不同角度的板料，提高了加工精度；可實現多種規格的亞克力板加工，不需要一一設計模具。該設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難題。

[1]趙升噸，崔敏超，陳超，等. 新型伺服折彎機發展趨勢[J]. 鍛壓裝備與制造技術，2015（6）：10-13.

[2]朱乃燔. 國內外折彎機技術的最新發展[J]. 鍛壓機械，1995（6）：9-13.

[3]王志明，佘杰，黃炯，等. 淺談視覺檢測技術在折彎機上的應用[J]. 裝備制造技術，2012（2）：69-71.

[4]鞠青辰，王海祥. 基于PLC的折彎機自動控制系統的研制[J].機械設計與制造工程，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.

[6]楊金堂，孔建益，李公法. 基于運動學的受控機構優化[J]. 中國機械工程，2006（7）：8-10.

[7]白德安. 亞克力板的發展狀況[J]. 化工科技市場，2002，6（25）：19-20.

[8]張繼忠. 自動折彎機機械執行系統的創新設計[J]. 機械制造，2003，41（7）：12-14.

[9]王曉麗. 立式板料折彎機改造及PLC控制系統設計[J]. 機床與液壓，2013，41（16）：193-194.

[10]DericheR. UsingCanny's criteria to derive a recursively implemented optimal edge detector[J]. International Journal of Computer Vision，1987，1（2）：167-187.

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，主要研究方向為機械設計制造。

孫亮波（1979－），男，湖北天門人，博士，副教授，主要研究方向為機械設計及理論、機械創新設計。