亚克力板自动折弯机创新设计

伍正楷，孙亮波，王敏娜，向赫，陶昱



亚克力板自动折弯机创新设计

伍正楷，孙亮波*，王敏娜，向赫，陶昱

（武汉轻工大学 机械工程学院，湖北 武汉 430048）

为了解决现有折弯机人工操作工序多、弯曲曲率不易保证、成型精度难以控制等问题，设计了一款亚克力板自动折弯机。本产品在进料时通过调隙板结构可加工不同厚度的亚克力板，折弯过程由数控编程实现对加工板料任意角度、曲率半径的控制。折弯前利用加热板加热棒结构提高加热效率，折弯后通过散热棒结构加快了冷却速率。加工完成后由曲柄摇杆机构实现半成品的输送。并将对各部分功能作了进一步阐述。

亚克力板；自动折弯机；数控编程；半成品

目前市场上所采用的亚克力板一般厚3～5 mm，字高60～100 mm[1]，具有较宽的加工温度区间，熔体粘度较高，冷却速率较快[2-3]，切削性能好，其型材可很容易地机加工为各种要求的尺寸[4-5]。目前国内市场上亚克力弯曲成型设备的产品主要分为三类，如表1、图1所示。

表1 现有产品的性能分析比较

多数产品主要存在以下问题：

（1）设备复杂，人工操作较多，效率较低；

（2）折弯时弯曲曲率不容易保证，弯曲成型精度不易控制；

（3）模具需与产品一一对应，成型后需手动折弯矫正外形。

基于上述问题，本文设计了一款亚克力板自动折弯机，采用自动化进板机构，连续生产；利用数控编程控制，提高了精度和生产效率，减少了人力劳动。

图1 亚克力弯曲成型设备现有产品

1 亚克力板自动折弯机设备的生产制造流程（图2、图3）

图2 亚克力板自动折弯机设备生产制造流程

2 机械系统功能分析与实现

作为一款程序化设计、生产立体文字和图案的专业广告设备，亚克力板自动折弯机克服了以下技术难点。

2.1 加工不同板厚

间隙电机连接调隙板，将电机的转动转化为调隙板的前后移动，从而控制调隙板，形成不同的间隙，达到加工不同板厚的目的，调隙板之间的间隙区间为3～5 mm，如图4所示。

1.空压机 2.底座 3.旋转工作台 4.加热箱 5.传送架 6.椅子 7.电脑

1.间隙电机 2.调隙板

2.2 板料的折弯与切割

折弯时，气缸向上压缩，带动折弯棒向上运动，从而将板料折弯成所需字形，如图5所示。在平面示意图中，红色线表示旋转圆盘，黄色部分表示冷却管，蓝色部分表示加热套。

当折弯过程完成后，切割刀在气缸活塞的推动下伸出，将半成品切断，同时切割棒将其打断，实现半成品的分离。如图6所示。

图5 三维图线框及平面示意图

1.切割刀 2.切割棒 3.亚克力板

2.2.1 任意曲率、角度控制的实现

通过程序控制，实现折弯时对板料任意曲率、角度的控制，其原理如下。

折角度时，设目标折角为，即相邻两线段的夹角；折叠折角为，即的补角。由右手定则：四指指向正方向，大拇指指向下一条线段所在的一侧，手背朝里，折叠折角为正，折叠转盘逆时针转动；手心朝里，折叠折角为负，折叠转盘顺时针转动。如图7（a）所示。

折圆弧时，如图7（b）所示，根据微积分原理，取一小段圆弧，其对应角度为d，由勾股定理求得：

式中：L2为线段2长度，L2为线段2长度。

分段最大数为：

由于max不是一个整数，故取：

＝[max] （3）

每一段对应的圆心为：

则：

图7 折角度和折圆弧原理图

2.2.2 防止加工干涉

对于给定的字形，由电脑判断其成型方法，从而选择加工起始点，根据曲线分段，由电脑判别方向，使左右气动折弯棒转动，同时进料伺服电机配合进给。分段原理是未加工部分的切线不会与已加工部分干涉，如图8所示。

图8 防止干涉原理图

2.3 折弯件的加热及冷却

折弯前，需对折弯件进行加热，具体工作流程为：间隙电机转动，带动加热转盘转动，气缸向下压缩，使加热板和加热棒伸入加热套中，利用加热套对进料板进行加热。采用加热棒和加热板进行加热，传热性能好；为避免加热板加热棒在加热过程中粘接板子，在新款加热组件上增加了石英纤维布，另外使用了新型防粘防高温特氟龙贴膜。如图9所示。

1.气缸壳体 2.加热棒 3.加热板4.加热套 5.亚克力板

折弯过程完成后，半成品需进行冷却。亚克力由软化状态常温冷却至硬化，需要一定的时间，若不采取冷却措施，则效率不高且不便于下一步的成型。采用吹风冷却来实现变形区域的快速定型。风冷相对于水冷，优势在于，不会对设备产生破坏，还会起到清洁设备的作用。通气管连接散热棒，冷风从通气管进入，再进入散热棒中，散热棒表面有大量小圆孔结构，大大加快了冷却速度。如图10所示。

1.通气管 2.散热棒 3.亚克力板

2.4 半成品的运输

半成品的运输通过四杆机构实现。四杆机构由曲柄摇杆机构带动，电机连接曲柄结构，电机的转动使得旋转工作台翻转。通过VB编程对桌面四杆机构仿真分析，求得翻转时倾斜最大角度约为17°，半成品从工作台上滑落到运输带上，如图11。然后由运输带送至粘接工作台上，最后由人工完成后续粘接工作，如图12。

图11 平面图和运动仿真图

图12 线框图及半成品效果展示图

3 结论

本亚克力板自动折弯机与现有生产技术相比，有益效果有：实现了自动化进板、快速连续化自动生产，提高了生产效率，减少了人力劳动；采用数控编程控制，能加工不同曲率、不同角度的板料，提高了加工精度；可实现多种规格的亚克力板加工，不需要一一设计模具。该设备避免了手工折弯加热时间把握不好、加热时变形大不易控制、折弯精度难以保证等技术难题。

[1]赵升吨，崔敏超，陈超，等. 新型伺服折弯机发展趋势[J]. 锻压装备与制造技术，2015（6）：10-13.

[2]朱乃燔. 国内外折弯机技术的最新发展[J]. 锻压机械，1995（6）：9-13.

[3]王志明，佘杰，黄炯，等. 浅谈视觉检测技术在折弯机上的应用[J]. 装备制造技术，2012（2）：69-71.

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[5]张国锋，刘洋. 巨型亚克力玻璃板精密工程测量研究[J]. 北京测绘，2017（3）：124-126.

[6]杨金堂，孔建益，李公法. 基于运动学的受控机构优化[J]. 中国机械工程，2006（7）：8-10.

[7]白德安. 亚克力板的发展状况[J]. 化工科技市场，2002，6（25）：19-20.

[8]张继忠. 自动折弯机机械执行系统的创新设计[J]. 机械制造，2003，41（7）：12-14.

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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，湖北安陆人，本科，主要研究方向为机械设计制造。

孙亮波（1979－），男，湖北天门人，博士，副教授，主要研究方向为机械设计及理论、机械创新设计。