專利名稱：：可實現在線測量控制的立式軋環機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種立式軋環機。
背景技術：
：立式軋環機是中小型環件軋制成形的常用設備，屬于徑向軋制，軋制原理如圖1所示。傳統的立式軋環機工作前，需要一個標準環件來預先設置導向輥和測量輥的位置。工作時先將工件環坯(環件毛坯)套在芯輥上，芯輥不動，輾壓輪在氣缸壓力的作用下移動，實現輾壓進給，輾壓輪同時由另一水平電機驅動旋轉；在輾壓輪和芯輥的作用下環件壁厚逐漸變薄，直徑逐漸增大，當環件外徑增大到與測量輥接觸時，外徑尺寸到位，輾壓輪向上回程，取出環件，完成一次循環。熱軋過程中，環件毛坯外徑在短時間內急劇增大，且由于軋環機結構的局限性，很難實現軋環過程的實時在線測量環件毛坯的外徑尺寸，因而也就無法實現在線控制。目前國內外在立式軋環過程測量控制上尚無有效的方案，國內有人提出利用氣壓或液壓來帶動滑塊做直線進給運動，讓導向輥隨動，以保證軋制過程中環件毛坯的圓心始終沿著輾壓輪和芯輥中心連線運動，但是在軋制過程中導向輥的導向力和導向輥的運動規程無法控制，因此很難讓環件毛坯的中心始終不發生偏移，也很難實現在線測量環件毛坯的外徑，達不到在線控制的目的，而且氣壓和液壓的不穩定性很難保證在線控制的精度。因此現行的立式軋環機的生產完全靠人工目測來控制，即在軋制過程中，人工控制輾壓輪下移，當觀察到環件毛坯接觸到測量輥時，由人工控制輾壓輪返回，由于人工目測控制的不確定性因素很多，迫使工藝采取大公差、大留量的對策，造成鍛件精度低、原材料消耗大的弊端。因此，開發新型測量與控制技術對傳統立式軋環機更新改造很有意義。
發明內容本發明的目的在于提供一種可實現在線測量控制的立式軋環機，該立式軋環機為實現在線測量控制環件毛坯的外徑尺寸提供了條件。為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是可實現在線測量控制的立式軋環機，它包括機架3、輾壓輪機構、測量輥機構、導向輥機構、芯輥機構和卸料裝置14，測量輥機構中心線與機床豎直中心線呈50-60°夾角，導向輥機構中心線與機床豎直中心線呈60-70°夾角，測量輥機構的測量輥4位于芯輥機構的芯輥12的左側下方，導向輥機構的導向輥13位于芯輥機構的芯輥12的右側，輾壓輪機構的輾壓輪6位于芯輥機構的芯輥12的正上方，卸料裝置14的卸料板套在芯輥機構的芯輥12上；其特征在于它還包括在線測量控制裝置，線測量控制裝置包括位移傳感器組，移傳感器組由第一位移測量傳感器2和第二位移測量傳感器11組成，第一位移測量傳感器2安裝在測量輥機構的第一彈性隨動裝置1上，第二位移測量傳感器11安裝在輾壓輪機構的滑塊8上；所述的測量輥機構包括第一彈性隨動裝置1、測量輥4、第一推桿23、第一軸承26、第一軸27、第一支架28，測量輥4由第一軸承26固定在第一軸27上，第一軸27固定在第一支架28上，第一支架28固定在第一推桿23上，第一推桿23設置第一彈性隨動裝置1上；所述的導向輥機構包括第二彈性隨動裝置、導向輥13、第二推桿、第二軸承、第二軸、第二支架，導向輥13由第二軸承固定在第二軸上，第二軸固定在第二支架上，第二支架固定在第二推桿上，第二推桿設置第二彈性隨動裝置上。在線測量控制裝置，它包括位移傳感器組、可編程控制器(PLC)、定位模塊、伺服驅動器和控制系統；移傳感器組由第一位移測量傳感器2和第二位移測量傳感器11組成，第一位移測量傳感器2安裝在立式軋環機的測量輥機構的第一彈性隨動裝置1上，第二位移測量傳感器11安裝在立式軋環機的輾壓輪機構的滑塊8上；第一位移測量傳感器2、第二位移測量傳感器11的輸出均由數據線分別與可編程控制器的輸入接口相連，可編程控制器與定位模塊之間的通信聯接，定位模塊的輸出端與伺服驅動器的控制端相連(定位模塊控制伺服驅動器)；控制系統包括第一繼電器KA1、第二繼電器KA2、第三繼電器KA3和第四繼電器KA4;第一繼電器KA1接在伺服驅動器的27針腳BK+上，接收來自伺服驅動器的指令信號，用于控制伺服制動器的閉合；第二繼電器KA2、第三繼電器KA3分別對應接在可編程控制器(PLC)的Y0、Y1點上，接收來自可編程控制器(PLC)的指令信號，第二繼電器KA2和第三繼電器KA3設置在立式軋環機的輾壓輪機構的軋輥電機的電源輸入線上(控制軋輥電機正反轉，工作及停止)，第二繼電器KA2和第三繼電器KA3控制軋輥電機的啟動；第三繼電器KA4接在可編程控制器(PLC)的Y2點上，接收來自可編程控制器(PLC)的指令信號，第四繼電器KA4設置在伺服電機15的電源輸入線上(控制伺服電機旋轉，工作及停止)，第四繼電器KA4控制伺服電機的啟動；第五繼電器KA5為備用繼電器，接在可編程控制器(PLC)的Y3點上。本發明的有益效果是1、測量輥機構采用上述結構(采用彈性隨動裝置)，測量輥機構的測量輥可隨環件毛坯外徑增大而移動，可以實時測量測量輥的位移量，為實現在線測量控制環件毛坯的外徑尺寸提供了條件。采用在線測量控制裝置，可實現在線測量控制環件毛坯的外徑尺寸。輾壓輪機構的滑塊上安裝有第二位移測量傳感器，測量輥機構上安裝有第一位移測量傳感器，可以實時測量輾壓輪和測量輥的位移量，通過公式換算得到環件毛坯的實時外徑值，當外徑值達到要求時，由通過可編程控制器控制輾壓輪停止進給，執行返回動作，可實現在線測量控制環件毛坯的外徑尺寸。具有節省人力、節約材料、零件成形精度高、后續機加工量小、廢品率低等優點。2、導向輥機構、測量輥機構設計成半隨動(采用彈性隨動裝置)，即軋制前期可動，軋制后期鎖緊，實現了導向輥在環件軋制前期對環件的抱緊力可調，且隨著導向輥被環件外壁推后，環件的偏心量大大降低；軋制后期導向輥位置固定，可方便環件外徑的實時換算。3、輾壓輪豎直方向進給運動由伺服電機通過減速機、滾珠絲桿副來控制，具有很高的精度。4、輾壓輪機構的軋制寬度可由調整墊片進行調節，實現了在軋制不同高度的環件時，只需更換調整墊片，無需重新加工一套輾壓輪。5、根據環件尺寸的要求，整個滑動座在底座內可調，當軋制大環時，可旋轉螺桿帶動滑動座往后移動，軋制小環時，可旋轉螺桿帶動滑動座往前移動。圖1是環件徑向軋制原理圖；圖2是本發明的立式軋環件幾何形狀數學模型示意圖；圖3是擬合公式和數學模型計算公式對比圖；圖4是本發明的可實現在線測量控制的立式軋環機的結構示意圖；圖5是圖4中沿A-A向的剖視圖；圖6是本發明的可實現在線測量控制的立式軋環機的測量輥機構的結構示意圖；圖7是圖6的俯視圖；圖8是圖6中沿B-B線的剖視圖；圖9是本發明的可實現在線測量控制的立式軋環機的輾壓輪機構的結構示意圖；圖10是本發明的可實現在線測量控制的立式軋環機的芯輥機構的結構示意圖；圖11是本發明的在線測量控制裝置的結構示意圖；圖12是FX系列可編程控制器接線圖；圖13是位移傳感器接線圖；圖14是FX系列定位模塊接線圖；圖15是伺服驅動器接線圖；圖中l-第一彈性隨動裝置，2-第一位移測量傳感器，3-機架，4-測量輥，5-環件毛坯，6-輾壓輪，7-左側板，8-滑±央，9-滾珠絲桿副，10-第一減速機，11-第二位移測量傳感器，12-芯輥，13-導向輥，14-卸料裝置，15-伺服電機，16-下支撐殼體，17-萬向聯軸器，18-第二減速機，19-螺栓，20-第一螺桿，21-第二螺桿，22-螺套，23-第一推桿，24-彈簧，25-第一固定插銷，26-第一軸承，27-第一軸，28-第一支架，29-右板，30-滑動座，31-傳感器固定軸，32-彈簧腔，33-第三軸承(第一調心滾子軸承)，34-底座，35-彈簧擋板，36-壓蓋，37-調整墊片，38-中間斜楔環，39-第四軸承，40-第五軸承，41-傳動軸，42-芯輥拉桿，43-下支撐主軸，44-第六軸承(調心滾子軸承)，45-第七軸承(推力球軸承)，46-第八軸承(調心滾子軸承)。具體實施例方式如圖4、圖5所示，可實現在線測量控制的立式軋環機，它包括機架3、輾壓輪機構、測量輥機構、導向輥機構、芯輥機構、卸料裝置14和在線測量控制裝置，測量輥機構中心線與機床豎直中心線呈50-60°夾角，導向輥機構中心線與機床豎直中心線呈60-70°夾角，測量輥機構的測量輥4位于芯輥機構的芯輥12的左側下方(圖4中的左邊為左，右邊為右)，導向輥機構的導向輥13位于芯輥機構的芯輥12的右側，輾壓輪機構的輾壓輪6位于芯輥機構的芯輥12的正上方，卸料裝置14的卸料板套在芯輥機構的芯輥12上。如圖6、圖7、圖8所示，所述的測量輥機構包括第一彈性隨動裝置1、測量輥4、第一推桿23、第一固定插銷25、第一軸承26、第一軸27、第一支架28，測量輥4由第一軸承26固定在第一軸27上(如圖6所示，本實施例采用2個第一軸承)，第一軸27固定在第一支架28上(由第一固定插銷25固定)，第一支架28固定(通過螺紋連接)在第一推桿23上，第一推桿23設置第一彈性隨動裝置1上，第一彈性隨動裝置1上安裝有第一位移測量傳感器2[第一位移測量傳感器2的動尺固定在第一推桿23上，第一位移測量傳感器2的定尺固定在第一彈性隨動裝置1的滑動座30上的傳感器固定軸31(傳感器固定軸31固定在滑動座30上)];所述的導向輥機構包括第二彈性隨動裝置、導向輥13、第二推桿、第二固定插銷、第二軸承、第二軸、第二支架，導向輥13由第二軸承固定在第二軸上，第二軸固定在第二支架上(由第二固定插銷固定)，第二支架固定(通過螺紋連接)在第二推桿上，第二推桿設置第二彈性隨動裝置上。第二彈性隨動裝置的結構與第一彈性隨動裝置1的結構相同(即導向輥機構的結構與測量輥機構的結構相同)；所述的第一彈性隨動裝置1包括第一螺桿20、第二螺桿21、螺套22、彈簧24、滑動座30、底座34，底座34固定在機架1上，底座34的上端面上設有滑槽(或導軌)，底座34的左端固定(如焊接)有左側板7，左側板7上開有第一螺桿孔、第二螺桿孔，滑動座30底部的滑塊位于底座34的滑槽內(或滑動座30底部的設滑槽，底座34上的導軌位于滑動座30底部的設滑槽內；即滑動座30能在底座34上滑動)，第一螺桿20的右端穿過左側板7上的第一螺桿孔后與滑動座30螺紋連接，第一螺桿20上旋有螺母(通過調節螺母，可調節滑動座30在底座34上的位置)，滑動座30內為彈簧腔32(滑動座30由前板、后板、左板、右板29由螺釘固定而成，右板29上設右推桿通孔)，滑動座30的左端部設有左推桿通孔，滑動座30的右端部設有右推桿通孔，左推桿通孔、右推桿通孔分別與彈簧腔32相連通(左推桿通孔、右推桿通孔的中心軸線均位于同一軸線上，即第一推桿23能從左推桿通孔、右推桿通孔中穿過；在第一彈性隨動裝置中，圖6的左邊為左，右邊為右)，第一推桿23的左部從滑動座30上的右推桿通孔中插入彈簧腔32內，第一推桿23上固定有彈簧擋板35，彈簧擋板35、彈簧24分別位于彈簧腔32內，彈簧24套在第一推桿23的左部上，彈簧24的左端與滑動座30相接觸，彈簧24的右端與彈簧擋板35相接觸，第二螺桿21的右端穿過左側板7上的第二螺桿孔后與螺套22螺紋連接，第二螺桿21上旋有螺母(通過調節螺母，可調螺套22相對滑動座30的位置，即可限制第一推桿23的后退量，第一推桿23位置被第二螺桿21和螺套22鎖緊)。導向輥機構、測量輥機構的具體結構見圖6、圖7、圖8，整個機構設計成半隨動，即軋制前期可動，軋制后期鎖緊，實現了導向輥在環件毛坯軋制前期對環件毛坯5施加可調的抱緊力，防止環件毛坯在軋制前期的抖動，且隨著導向輥被環件毛坯5外壁推后，環件毛坯5的偏心量大大降低；軋制后期導向輥位置固定，可方便環件毛坯外徑的實時換算。具體實現如下底座34固定在機架1上，測量輥4通過第一軸承26、第一軸27固定在第一支架28內，第一支架28通過螺紋連接固定在第一推桿23上，第一推桿23通過套在外側的彈簧24在滑動座30內來回移動，軋制后期第一推桿23位置被第二螺桿21和螺套22鎖緊(限位)。根據環件尺寸的要求，整個滑動座30在底座34上可調，當軋制大環時，可旋轉第一螺桿20帶動滑動座30往后移動(即圖6中向左移)，軋制小環時，可旋轉第一螺桿20帶動滑動座30往前移動。傳感器固定軸31固定在第一推桿23上，用來安裝位移傳感器。如圖4、圖5、圖9所示，所述的輾壓輪機構包括輾壓輪6、滑塊8、滾珠絲桿副9、第一減速機10、伺服電機15、軋輥電機、萬向聯軸器17、第二減速機18、壓蓋36、調整墊片37、中間斜楔環38、第三軸承(調心滾子軸承)33、第四軸承39、第五軸承40、傳動軸41，輾壓輪6的左端固定(通過螺釘固定)在中間斜楔環38上，輾壓輪6的右端由壓蓋36壓緊，壓蓋36與輾壓輪6之間設有調整墊片37(整個輾壓輪的軋制寬度可由調整墊片37的厚度調節，這樣可以實現在軋制不同高度的環件時，只需更換調整墊片37，而無需重新加工一套輾壓輪)，壓蓋36、傳動軸41的右端、中間斜楔環38通過螺釘固定連接在一起，中間斜楔環38由第三軸承(調心滾子軸承)33固定在滑塊8上(即輾壓輪6能隨傳動軸41旋轉，輾壓輪6由傳動軸41帶動做旋轉運動；機架上安裝有導軌，滑塊可在導軌內滑動)，滑塊8上設有傳動軸孔，傳動軸41的右端部穿過滑塊8上的傳動軸孔，并且傳動軸41由第四軸承(推力球軸承)39和第五軸承(調心滾子軸承)40與滑塊8相連(傳動軸41在傳動軸孔內能旋轉)，傳動軸41的右端部設有滑塊(或滑槽)，萬向聯軸器17的右端部設有傳動軸滑動孔，傳動軸滑動孔內設有滑槽(或滑塊)，傳動軸41的右端部插入萬向聯軸器17的傳動軸滑動孔內，傳動軸41的右端部上的滑塊位于傳動軸滑動孔內的滑槽內(或傳動軸滑動孔內的滑塊位于傳動軸41的右端部上的滑槽內)；軋輥電機的輸出軸與第二減速機18的輸入相連，第二減速機18的輸出軸與萬向聯軸器17相連；伺服電機(伺服電機)15的輸出軸與第一減速機10的輸入相連，第一減速機10的輸出由聯軸器與滾珠絲桿副9的絲桿相連，滾珠絲桿副9的螺母與滑塊8固定連接(絲桿旋轉，螺母帶著滑塊8上下移動，輾壓輪6做上下運動)。如圖5、圖10所示，所述的芯輥機構包括芯輥12、下支撐殼體16、螺栓19、芯輥拉桿42、下支撐主軸43、第六軸承(調心滾子軸承)44、第七軸承(推力球軸承)45、第八軸承(調心滾子軸承)46，下支撐主軸43分別由第六軸承(調心滾子軸承)44、第七軸承(推力球軸承)45和第八軸承(調心滾子軸承)46固定在下支撐殼體16內，下支撐殼體16由螺栓19固定在機架3上(下支撐殼體16在機架3中的前后距離可通過螺栓19進行微調)，芯輥12的左端由芯輥拉桿42固定在下支撐主軸43上(由芯輥拉桿42通過螺紋聯接往后拉緊)。環件軋制過程中，芯輥12可由軋制過程中產生的摩擦力帶動旋轉。如圖11所示，在線測量控制裝置(立式軋環過程在線測量控制裝置)，它包括位移傳感器組、可編程控制器(PLC)、定位模塊、伺服驅動器和控制系統；移傳感器組由第一位移測量傳感器2和第二位移測量傳感器11組成，第一位移測量傳感器2安裝在可實現在線測量控制的立式軋環機的測量輥機構的第一彈性隨動裝置1上(第一位移測量傳感器2的動尺固定在第一推桿23上，第一位移測量傳感器2的定尺固定在第一彈性隨動裝置1的滑動座30上的傳感器固定軸31)，第二位移測量傳感器11安裝在可實現在線測量控制的立式軋環機的輾壓輪機構的滑塊8上(第二位移測量傳感器ll的動尺固定在滑塊8上，第二位移測量傳感器ll的定尺固定在機架3上)；第一位移測量傳感器2、第二位移測量傳感器11的輸出均由數據線分別與可編程控制器的輸入接口相連，可編程控制器與定位模塊之間的通信聯接，定位模塊的輸出端與伺服驅動器的控制端相連(定位模塊控制伺服驅動器)；控制系統包括第一繼電器KA1、第二繼電器KA2、第三繼電器KA3和第四繼電器KA4;第一繼電器KA1接在伺服驅動器的27針腳BK+上，接收來自伺服驅動器的指令信號，用于控制伺服制動器的閉合；第二繼電器KA2、第三繼電器KA3分別對應接在可編程控制器(PLC)的YO、Yl點上，接收來自可編程控制器(PLC)的指令信號，第二繼電器KA2和第三繼電器KA3設置在可實現在線測量控制的立式軋環機的輾壓輪機構的軋輥電機的電源輸入線上(控制軋輥電機正反轉，工作及停止)，第二繼電器KA2和第三繼電器KA3控制軋輥電機的啟動；8第三繼電器KA4接在可編程控制器(PLC)的Y2點上，接收來自可編程控制器(PLC)的指令信號，第四繼電器KA4設置在伺服電機15的電源輸入線上(控制伺服電機旋轉，工作及停止)，第四繼電器KA4控制伺服電機的啟動；第五繼電器KA5為備用繼電器，接在可編程控制器(PLC)的Y3點上。圖12是在線測量控制裝置中FX系列可編程控制器(PLC)接線圖，表3是可編程控制器(PLC)控制輸入輸出點分配表。可編程控制器負責與定位模塊的通信；D01和D02分別是外部直流24V電源的正負極；X0-X5接收位移傳感器的輸入信號，通過單位標定得到輾壓輪和測量輥的實時位移；X10-X21是控制軋環機各機構動作的按鈕；X27是伺服故障標志，可接受伺服驅動器故障信號；Y0-Y3是控制各電機的繼電器動作的輸出信號點；Y14-Y25是各機構動作指示燈輸出信號點；Y26是中斷信號輸出點，當環件達到指定外徑值時，由該點發出中斷信號控制輾壓輪停止進給。表3:PLC控制輸入輸出點分配表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖13是位移傳感器接線圖，D01和D02分別是外部直流24V電源的正負極；將兩把光柵尺的輸入輸出信號通過一個轉接盒轉換之后得到了PLC可接受的24V脈沖信號，利用PLC的高速計數器可對光柵尺的脈沖進行計數，從而得到輾壓輪和測量輥的準確位移量(圖13中的光柵尺1就是第一位移測量傳感器，光柵尺2就是第二位移測量傳感器，光柵尺就是一種位移測量傳感器)。圖14是FX系列定位模塊的接線圖，表4是各輸入輸出點分配表。定位模塊負責與PLC之間通信以及控制伺服驅動器；DOl和D02分別是外部直流24V電源的正負極；DOG、LSF、LSR分別接收輾壓輪導軌的限位開關信號，防止輾壓輪運動超程；X3用來接收從PLC的Y26輸出的中斷信號，當環件尺寸達到要求時，終止輾壓輪的進給運動；SVRD點接收伺服驅動器的伺服就緒信號；CLR點用來清除伺服驅動器的偏移脈沖，FP和RP點可向伺服驅動器發送正向和反向脈沖，用以控制輾壓輪運動方向和運動速度；SVEND點用來接收來自伺服驅動器的定位完成信號；PGO點用來接收來自伺服驅動器的零點信號，當輾壓輪返回至機械零點時，將定位模塊中的位移寄存器清零。表4:定位模塊FX2N-10GM各輸入輸出點分配表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖15是伺服驅動器的接線圖，表5是各輸入輸出點分配表。伺服驅動器的作用是接收來自PLC和定位模塊的指令，并控制伺服電機的各種動作；DOl和D02分別是外部直流24V電源的正負極；L1、L2、L3是220V交流電源接口；L1C和L2C是伺服驅動器控制電源接口；/PULS點和/SIGN點分別與定位模塊的FP點和RP點連接，用來接收脈沖信號；/CLR用來接收定位模塊的清零信號；+24VIN點連接一個外部直流電源；/SON和/ALM-RST用來接收由PLC發送得伺服ON信號和故障復位信號；PCO和/PCO與定位單元的PGO和COM4連接，向定位單元發送零點信號；COIN+點可向定位單元發送定位完成信號，為下一個動作做準備；BK+點用于控制伺服制動器的繼電器KA1動作，當伺服驅動器失電時，可自動啟動制動器，以保持輾壓輪不因慣性或重力等因素移動；SRDY+與定位模塊的SVRD相連，可向其發送伺服準備就緒信號^111+點與PLC的X27點相連，當伺服驅動器出現故障時，可向PLC發送報警信號。圖15中的M3表示伺服電機，從伺服驅動器的PCO和/PCO輸出零點信號給定位模塊的PGO。表5:伺服驅動器各輸入輸出點分配表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>立式軋環過程在線測量控制方法，它包括如下步驟1)將可實現在線測量控制的立式軋環機的測量輥機構的測量輥4設置在第一彈性隨動裝置1上，測量輥4隨立式軋環過程中環件毛坯的移動而移動，在第一彈性隨動裝置1上安裝第一位移測量傳感器2，第一位移測量傳感器2用于測量測量輥4的位移量；將可實現在線測量控制的立式軋環機的導向輥機構的導向輥13設置在第二彈性隨動裝置上，導向輥13隨立式軋環過程中環件毛坯的移動而移動；在可實現在線測量控制的立式軋環機的輾壓輪機構的滑塊8上安裝第二位移測量傳感器11，第二位移測量傳感器11用于測量可實現在線測量控制的立式軋環機的輾壓輪機構的輾壓輪6的位移量；2)在環件毛坯5軋制時，將實時測量的輾壓輪的位移量和測量輥的位移量采集到可編程控制器中，并代入下述公式(3)進行計算可得到環件毛坯5的實時外徑值，當環件毛坯5的實時外徑值達到環件尺寸要求時，可編程控制器控制輾壓輪停止進給并返回；R*=a+bX+cY+dX2+eY2+fXY(3)其中R々卜為環件毛坯5的實時外徑值，X-測量輥位移值(單位為mm)，Y-輾壓輪位移值(單位為mm)，a=436438(是系數，無單位)；b=0.40.5(是系數，無單位)；c=-0.2-0.3(是系數，無單位)；d=0.000050.00008(是系數，無單位)；e=0.0010.002(是系數，無單位)；f=0.00020.0004(是系數，無單位)。工作時，先將環件毛坯5套在芯輥12上，伺服電機15通過第一減速機10、滾珠絲桿副9和輾壓輪滑塊8推動輾壓輪6做直線進給運動，同時軋輥電機通過第二減速機18、萬向聯軸器17驅動輾壓輪6作旋轉運動。環件軋制過程中，環件毛坯5被連續咬入輾壓輪6與芯輥12之間的孔型產生軋制變形，使得環件壁厚變薄，外徑增大，環件外壁推動導向輥13和測量輥4沿彈簧方向后退，在輾壓輪的滑塊上安裝有第二位移測量傳感器ll，在第一彈性隨動裝置1上安裝有第一位移測量傳感器2，分別記錄兩個方向上的位移量并傳給可編程控制器進行外徑換算。當環件外徑達到規定尺寸時，由可編程控制器發出指令控制輾壓輪停止進給并返回，軋制成形的環件由卸料裝置14將環件從芯輥12上卸下，完成一次環件軋制。立式軋環過程在線測量控制方法的原理建立了立式軋環件幾何形狀數學模型，得到了環件軋制過程中的圓心坐標公式和外徑計算公式；運用數據插值和擬合的方法化簡了環件外徑的計算公式，通過對比可知該公式具有較高的精度。將該公式編入工業控制程序中，在環件軋制時，將實時測量的輾壓輪和測量輥的位移量采集到可編程控制器中，并代入公式進行計算可得到環件的實時外徑值，當該換算值達到零件尺寸要求時，可編程控制器控制輾壓輪停止進給并返回。該方法可適用于任意規格的立式軋環的設備在線測量控制。如圖2所示(為立式軋環件幾何形狀數學模型示意圖)，由于在軋制過程中，芯輥空間位置始終不變，故取它作為數學模型坐標系的原點，導向輥的導向力由彈簧控制，其沿與豎直方向呈P角的直線運動，導向輥在軋制過程前期是隨動的，到軋制后期，導向輥將被鎖緊，鎖緊位置預先設定，此時環件的幾何中心在導向輥的推力下產生偏移，測量輥沿與豎直方向呈a角的直線上運動，在輾壓輪與環件接觸處假設一個虛擬輥，05、03、04分別為虛擬輥、導向輥和測量輥的圓心。虛擬環件外圓通過05、03、04三個點，通過建立方程組，便可計算出環件軋制過程中的圓心坐標值和外徑計算值。圖中各尺寸量如表1:表1:熱軋幾何參數表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>環件壁厚環件中心坐標力由圖2和表1可得05、03、04三個點的坐標值，設環件中心坐標為(m，n)，則可列如下方程組<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>由幾何關系禾P表1得A=IOyOI_L2+R3、B=L5_L7sinP、C=L7cosPL6、D<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>由上表可知，上述方程組中除m、n為未知量外，參與計算的幾何尺寸都為已知量，解得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(2)由幾何關系可得環件軋制過程中的各尺寸分別為外徑R0y01_L2-R4;內徑r=R-h=W|0y01+L2+R4。公上述方法適用于任意規格的立式軋環的設備在線測量控制，現以立式軋環機為例，取上述各參數分別為R2=350mm;R3=30mm;R4=40mm;L8=307mm;L9=438mm;/0y0/=220mm;L5=350mm;L6=700mm;L7=380mm;a=55°;P=65°;設L2和L4的量程分別為140mm和60mm。將包含復雜函數的計算公式擬合簡化成二次多項式的形式，進而編制成工業上可以使用的控制程序。通過編制程序得到外徑擬合公式如下上述外徑計算公式雖然得到了很大的簡化，但很難用于PLC等工業控制編程，必須對公式進行簡化，得到適合于編制PLC程序的計算公式。移值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中R,為環件毛坯5的實時外徑值，X-測量輥位移值(mm)，Y-輾壓輪位，a=436438(是系數，無單位)；b=0.40.5(是系數，無單位)；c--O.3(是系數，無單位)；d=0.000050.00008(是系數，無單位)；e=0.0010.002(是系數，無單位)；f=0.00020.0004(是系數，無單位)。圖3對比了擬合公式(3)和數學模型推導的公式(2)的計算結果，在圖中任取五個點進行比較如表2所示，數值也非常的接近，說明了擬合公式完全能滿足工業控制的精度要求，可以用來編制工業控制程序。表2:擬合公式和數學模型計算公式計算結果對比<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權利要求可實現在線測量控制的立式軋環機，它包括機架(3)、輾壓輪機構、測量輥機構、導向輥機構、芯輥機構和卸料裝置(14)，測量輥機構中心線與機床豎直中心線呈50-60°夾角，導向輥機構中心線與機床豎直中心線呈60-70°夾角，測量輥機構的測量輥(4)位于芯輥機構的芯輥(12)的左側下方，導向輥機構的導向輥(13)位于芯輥機構的芯輥(12)的右側，輾壓輪機構的輾壓輪(6)位于芯輥機構的芯輥(12)的正上方，卸料裝置(14)的卸料板套在芯輥機構的芯輥(12)上；其特征在于它還包括在線測量控制裝置，線測量控制裝置包括位移傳感器組，移傳感器組由第一位移測量傳感器(2)和第二位移測量傳感器(11)組成，第一位移測量傳感器(2)安裝在測量輥機構的第一彈性隨動裝置(1)上，第二位移測量傳感器(11)安裝在輾壓輪機構的滑塊(8)上；所述的測量輥機構包括第一彈性隨動裝置(1)、測量輥(4)、第一推桿(23)、第一軸承(26)、第一軸(27)、第一支架(28)，測量輥(4)由第一軸承(26)固定在第一軸(27)上，第一軸(27)固定在第一支架(28)上，第一支架(28)固定在第一推桿(23)上，第一推桿(23)設置第一彈性隨動裝置(1)上；所述的導向輥機構包括第二彈性隨動裝置、導向輥(13)、第二推桿、第二軸承、第二軸、第二支架，導向輥(13)由第二軸承固定在第二軸上，第二軸固定在第二支架上，第二支架固定在第二推桿上，第二推桿設置第二彈性隨動裝置上。2.根據權利要求1所述的可實現在線測量控制的立式軋環機，其特征在于所述的第一彈性隨動裝置(1)包括第一螺桿(20)、第二螺桿(21)、螺套(22)、彈簧(24)、滑動座(30)、底座(34)，底座(34)固定在機架(1)上，底座(34)的上端面上設有滑槽，底座(34)的左端固定有左側板(7)，左側板(7)上開有第一螺桿孔、第二螺桿孔，滑動座(30)底部的滑塊位于底座(34)的滑槽內，第一螺桿(20)的右端穿過左側板(7)上的第一螺桿孔后與滑動座(30)螺紋連接，第一螺桿(20)上旋有螺母，滑動座(30)內為彈簧腔(32)，滑動座(30)的左端部設有左推桿通孔，滑動座(30)的右端部設有右推桿通孔，左推桿通孔、右推桿通孔分別與彈簧腔(32)相連通，第一推桿(23)的左部從滑動座(30)上的右推桿通孔中插入彈簧腔(32)內，第一推桿(23)上固定有彈簧擋板(35)，彈簧擋板(35)、彈簧(24)分別位于彈簧腔(32)內，彈簧(24)套在第一推桿(23)的左部上，彈簧(24)的左端與滑動座(30)相接觸，彈簧(24)的右端與彈簧擋板(35)相接觸，第二螺桿(21)的右端穿過左側板(7)上的第二螺桿孔后與螺套(22)螺紋連接，第二螺桿(21)上旋有螺母。3.根據權利要求1所述的可實現在線測量控制的立式軋環機，其特征在于所述的輾壓輪機構包括輾壓輪(6)、滑塊(8)、滾珠絲桿副(9)、第一減速機(10)、伺服電機(15)、軋輥電機、萬向聯軸器(17)、第二減速機(18)、壓蓋(36)、調整墊片(37)、中間斜楔環(38)、第三軸承(33)、第四軸承(39)、第五軸承(40)、傳動軸(41)，輾壓輪(6)的左端固定在中間斜楔環(38)上，輾壓輪(6)的右端由壓蓋(36)壓緊，壓蓋(36)與輾壓輪(6)之間設有調整墊片(37)，壓蓋(36)、傳動軸(41)的右端、中間斜楔環(38)通過螺釘固定連接在一起，中間斜楔環(38)由第三軸承(33)固定在滑塊(8)上，滑塊(8)上設有傳動軸孔，傳動軸(41)的右端部穿過滑塊(8)上的傳動軸孔，并且傳動軸(41)由第四軸承(39)和第五軸承(40)與滑塊(8)相連，傳動軸(41)的右端部設有滑塊，萬向聯軸器(17)的右端部設有傳動軸滑動孔，傳動軸滑動孔內設有滑槽，傳動軸(41)的右端部插入萬向聯軸器(17)的傳動軸滑動孔內，傳動軸(41)的右端部上的滑塊位于傳動軸滑動孔內的滑槽內；軋輥電機的輸出軸與第二減速機(18)的輸入相連，第二減速機(18)的輸出軸與萬向聯軸器(17)相連；伺服電機(15)的輸出軸與第一減速機(10)的輸入相連，第一減速機(10)的輸出由聯軸器與滾珠絲桿副(9)的絲桿相連，滾珠絲桿副(9)的螺母與滑塊(8)固定連接。4.根據權利要求1所述的可實現在線測量控制的立式軋環機，其特征在于所述的在線測量控制裝置，它包括位移傳感器組、可編程控制器、定位模塊、伺服驅動器和控制系統；第一位移測量傳感器(2)、第二位移測量傳感器(11)的輸出均由數據線分別與可編程控制器的輸入接口相連，可編程控制器與定位模塊之間的通信聯接，定位模塊的輸出端與伺服驅動器的控制端相連；控制系統包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器；第一繼電器接在伺服驅動器上，接收來自伺服驅動器的指令信號，用于控制伺服制動器的閉合；第二繼電器、第三繼電器分別對應接在可編程控制器上，接收來自可編程控制器的指令信號，第二繼電器和第三繼電器設置在立式軋環機的輾壓輪機構的軋輥電機的電源輸入線上，第二繼電器和第三繼電器控制軋輥電機的啟動；第三繼電器接在可編程控制器上，接收來自可編程控制器的指令信號，第四繼電器設置在伺服電機(15)的電源輸入線上，第四繼電器控制伺服電機的啟動。全文摘要本發明涉及一種立式軋環機。可實現在線測量控制的立式軋環機，它包括機架、輾壓輪機構、測量輥機構、導向輥機構、芯輥機構和卸料裝置；其特征在于它還包括在線測量控制裝置，線測量控制裝置包括位移傳感器組，第一位移測量傳感器安裝在測量輥機構的第一彈性隨動裝置上，第二位移測量傳感器安裝在輾壓輪機構的滑塊上；所述的測量輥機構包括第一彈性隨動裝置、測量輥、第一推桿、第一軸承、第一軸、第一支架，測量輥由第一軸承固定在第一軸上，第一軸固定在第一支架上，第一支架固定在第一推桿上，第一推桿設置第一彈性隨動裝置上。本發明為實現在線測量控制環件毛坯的外徑尺寸提供了條件，具有節省人力、節約材料、零件成形精度高、后續機加工量小、廢品率低等優點。文檔編號B21B39/14GK101791670SQ20101012035公開日2010年8月4日申請日期2010年3月5日優先權日2010年3月5日發明者華林,朱春東,汪小凱,錢東升申請人:武漢理工大學