型材矫直-成型-剪切-机电液(气)集成系统实验平台.doc

强势特色学科2006-2008学科平台建设项目
建 议 书

项目名称：型材矫直-成型-剪切-机电液(气)集成系统实验平台
所在学院：机械工程学院
所属学科：机械设计及理论

燕山大学
二〇〇六年十月
一、 简表
项目名称
型材矫直-成型-剪切-机电液(气)集成系统实验平台
承担单位
机械设计及自动控制系
隶属学科
（1）机械工程
（2）机械设计及理论

建设投资
64（万元）
其中：
设备仪器
60（万元）
建设期限
2007年—— 2008年
预计固定资产沉淀率
93.75（％）
项

目

摘

要
（请简明扼要地对项目的建设内容、学术意义、预期目标和水平、投资方案、平台共享等关键问题加以说明）
项目内容摘要
数控型材矫直-成型-剪切-机电液(气)一体化系统主要由矫直系统、弯曲成型系统、剪切系统与检测控制系统组成，实行模块化设计，实现各种型材(圆棒材和方坯、三角形、六方形、椭圆截面等异型材)的矫直、弯曲成型与剪切，在此科研实验平台上，可以完成对上述各种型材的矫直、平面弯曲成型和剪切等机理与实验研究。该套技术可应用于交通工具制造业、装饰装璜、各种珩架与支承架制作、建筑业等领域。
学术意义
数控型材矫直-成型-剪切-机电液(气)一体化系统实验平台涵盖了矫直理论与设备，塑性成型，流体传动与控制，检测与控制技术等众多学科，使得传统工艺与现代先进技术实现了有机结合，做到了机电液(气)技术综合，开拓了新的应用领域，形成了型材加工新的发展方向，为教师和研究生提供了一个研究各种型材矫直、成型、剪切、机电液(气)一体化的科研实验平台。目前，国内还没有掌握整套工艺的关键技术，具备实现产业化的发展前景。
预期的目标和水平
(1) 实现各种型材的矫直、弯曲成型；
(2) 实现两交流伺服电机的协调控制；
(3) 完成数控型材矫直－成型－剪切－机电液(气)一体化系统实验科研平台，将填补国内空白，达到国际先进水平。
投资方案
2007年 申请拨款40万，完成平台各机械部分设计、加工与制造；
2008年 申请拨款24万，完成控制部分设计、调试，整套平台调试。
平台共享
提供了矫直系统、弯曲成型系统、剪切系统三套系统的成功案例，为以后矫直机理与设备、弯曲成型技术、剪切性能、流体传动与控制、交流变频伺服控制等研究提供了理想的实验科研平台。
二、 建设内容和目标
数控型材矫直-成型-剪切-机电液(气)一体化系统主要由矫直系统、牵引系统、弯曲成型系统、剪切系统、流体传动与控制系统、电气传动系统、检测控制系统组成。
矫直系统：针对各种型材的几何特性与机械特性，不同直径的型材及精度要求，可以建立不同的矫直辊形辊系配置方案，由专家系统给出各个矫直辊的压下量。只需改变辊系配置，就可实现四种传统矫直工艺：大变形矫直、小变形矫直、拉伸矫直、拉弯矫直，同时也可实现其中几种矫直工艺的模块式组合，达到矫直精度要求。比如依据大变形复合拉弯矫直工艺，采取斜置交叉辊式矫直方案，即小辊预矫+三辊定曲抗扭+多辊变距精矫。
牵引系统：牵引辊由交流伺服机驱动，液(气)动调整压下量，当改变型材直径或材质时，能保证型材的前进速度而不损伤型材的表面。通过检测辊的检测功能可以准确测量型材的牵引距离，通过控制器指令剪切机构动作，精确控制型材的长度尺寸精度。
弯曲系统：由弯曲头、传动系统、机架组成，弯曲头更换方便，定位准确(角度偏差小于±1°)，可使型材的弯曲角度在0～360°之间任意调节，正负双向弯曲。弯曲臂由一台交流伺服电动机驱动，弯曲速度和角度由计算机控制器控制，可正反两方向旋转、内外伸缩，速度快，角度精确，弯曲速度可以根据加工型材的表面形状和尺寸自动调整。整个弯曲平台可以上下移动，以实现型材双向弯曲时的换向功能。弯曲成型系统中储存了500多种弯曲形状。具有独立的弯曲图谱存储器，为了满足用户的要求，系统具有光电阅读机输入和网络输入功能，用户可以通过互联网将所需要的弯曲形状异地传送到图谱存储器。
剪切系统：剪切刀具由固定刀片与活动刀片组成，活动刀片固定在四连杆机构上，四连杆机构在刹车电机作用下，采用启停式剪切，不仅可提高剪切精度与剪切端面的形状质量，更有助于提高剪切速度。可实现对四连杆机构动力学分析及测试,对不同型材剪切机理与性能参数研究。
电气控制系统：由工业计算机、电机控制器、交流变频器、长度检测、伺服电机等组成。双伺服电机协调控制，完成型材各种平面成型；控制操作软件，具有图形显示功能，用于机器多种功能的管理；通过键盘或光电阅读机输入，可以设计360度弯角以内任何形状平面轮廓形型材，同步在CRT上比例性显示；能够可视化操作，通过触摸屏实现人机对话；矫直规程专家数据库的自动调用、修正；实时系统监控，具有自动故障诊断与预警功能，声光报警，并给出专家性的指导建议。
该科研平台建设完成后，可对各种型材的矫直、平面弯曲成型剪切工艺进行综合实验研究，揭示各工艺参数对型材性能的影响规律，建立专家数据库，为各工艺参数的确定提供理论依据，开发适于各种型材矫直-弯曲-剪切的分析与控制软件。

三、 覆盖的学科方向
型材矫直理论与设备，塑性成型，流体传动与控制，检测与控制技术，信息技术等。

四、 平台的特色与水平
模块化：矫直系统中各种工艺方案的有机组合，同时矫直系统、弯曲成型系统、剪切系统各个部分具有相互独立性，可以单独作为子系统进行研究与设计。
集成化：实现机电液(气)一体化技术。
信息化：突破传统工艺，与先进技术结合，形成了型材加工新的发展方向。
产业化：作为核心技术，应用于各种型材全自动数控弯曲成型机，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。
数控型材矫直-成型-剪切-机电液(气)一体化系统实验平台为从事型材矫直理论的研究，成型机理与装备，交流变频伺服协调控制等研究方向的教师和博士、硕士研究生提供一个研究各种型材矫直、成型、剪切、机电液(气)一体化的科研实验平台。

五、 已有基础
燕山大学的机械设计及理论专业是国家级重点学科，有着多年从事机械设计及自动化的历史和经验。以卢秀春教授带头的课题组一直从事预应力钢筋机械设备的研制生产，LGTK6/12数控冷轧带肋钢筋矫直切断机于2000年12月通过河北省经委的技术鉴定，填补了国内空白，整套技术处于国内领先水平。RGTK6/12热轧带肋钢筋矫直切断机现已完成样机调试和试生产阶段，此项技术成功解决了带肋钢筋矫直后表面无划伤、纵肋无扭转等技术难题。目前承担河北省科技攻关项目(06212101D)：5/12全自动数控弯曲机。近些年，在国内一级期刊和核心期刊发表相关论文二十余篇，申请获得专利三项，申报专利三项。目前，培养该方面理论与技术研究的硕士研究生9名，其中已毕业四人。

六、 经费使用方案
机械部分：矫直系统 15.0万
牵引系统 5.0万
弯曲系统 8.0万
剪切系统 6.0万
流体传动与控制系统 6.0万
控制部分：电气系统 13.0万
控制系统 7.0万
设计费 3.0万
调试费 1.0万
总计 64.0万
七、 建设进度安排
2007.01－2007.04 调研、理论研究、参数设计
2007.05－2007.11 设计阶段
2007.12－2008.08 平台加工、装配
2008.09－2008.11 调试
2008.12 验收

八、 预期的投资效果
(1)通过对各种型材的矫直、平面弯曲成型、剪切工艺进行综合实验研究，建立各工艺参数对型材性能影响规律的专家数据库。
(2)为各工艺参数的确定提供理论依据，制定适于各种型材矫直-成型-剪切的新工艺，开发相应的分析与控制软件。
(3)完成数控钢筋矫直成型机电液一体化科研平台，将填补国内空白，达到国际先进水平。
(4)核心技术可应用于各种型材数控矫直弯曲成型机组，自动完成开卷，矫直，定尺，弯曲，切断，收集。最大移动速度90m/min，最大弯曲速度1120度/秒，移动误差±2mm，弯曲角度误差±1°，微机储存500种不同曲线，可满足任何施工工艺要求，具备广阔的工程应用前景。
九、 主要设备、仪器的预置清单（采用Microsoft Excel工作表格）

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