陳 欣， 蔣永朋，李俊峰

(1.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山 528311；2.佛山市順德區(qū)精藝動(dòng)力科技有限公司，廣東 佛山 528311)

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斜輥矯直機(jī)矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)與控制技術(shù)

陳 欣1， 蔣永朋1，李俊峰2

(1.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山 528311；2.佛山市順德區(qū)精藝動(dòng)力科技有限公司，廣東 佛山 528311)

在生產(chǎn)中，矯直輥角度通常采用手動(dòng)或電動(dòng)調(diào)整，調(diào)整過程中存在誤差。本文介紹了一種斜輥矯直機(jī)矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)頂桿，通過調(diào)整螺母、導(dǎo)套使頂桿做軸向移動(dòng)，帶動(dòng)矯直輥托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使矯直輥旋轉(zhuǎn)；由油缸驅(qū)動(dòng)另一個(gè)頂桿，消除調(diào)整系統(tǒng)的間隙并鎖定矯直輥；由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)矯直輥角度調(diào)整。實(shí)際使用證明，該機(jī)構(gòu)調(diào)整準(zhǔn)確、性能可靠、精度高。

矯直輥；角度；自動(dòng)調(diào)整

0 前言

隨著汽車、石油、天然氣、航天航空等工業(yè)的發(fā)展，管、棒材的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，除機(jī)械性能及材質(zhì)要保證要求外，對(duì)管、棒材的彎曲度及橢圓度也提出了更高的要求，所以作為精整加工生產(chǎn)線中的矯直工序也顯得尤為重要，而高精度矯直機(jī)不一定能生產(chǎn)出高質(zhì)量的管、棒材，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的管、棒材，還需對(duì)矯直機(jī)進(jìn)行正確的調(diào)整。目前，矯直輥曲線是以矯直范圍內(nèi)某一個(gè)直徑計(jì)算而生成的包絡(luò)線，要矯直其它規(guī)格時(shí)，則必須對(duì)矯直輥進(jìn)行調(diào)整，矯直輥的調(diào)整參量有：壓下量、反彎量、矯直輥斜角，以往大多數(shù)矯直機(jī)設(shè)計(jì)上對(duì)這些調(diào)整量均采取手動(dòng)或電動(dòng)調(diào)整方式，調(diào)整量采用機(jī)械標(biāo)尺顯示，調(diào)整時(shí)由于標(biāo)尺和人工觀察誤差的存在，基本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的精度，往往都是憑操作人員的經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整，使得同臺(tái)矯直機(jī)的矯直質(zhì)量卻因人而異。

近年來，工業(yè)自動(dòng)化飛速發(fā)展，矯直技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新，崔甫教授在矯直原理與矯直機(jī)械第二版序言中提到“要進(jìn)行數(shù)字化矯直設(shè)備的研制”，可見自動(dòng)化、數(shù)字化是矯直機(jī)發(fā)展的方向，同時(shí)矯直設(shè)備數(shù)字化后對(duì)矯直理論的深入研究能起到一定的幫助作用。目前部分矯直機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了矯直機(jī)壓下及反彎的自動(dòng)調(diào)整及數(shù)字顯示，本文在此基礎(chǔ)上介紹了一種斜輥矯直機(jī)角度自動(dòng)、數(shù)字調(diào)整機(jī)構(gòu)。

1 矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)

安裝矯直輥的托盤的角度旋轉(zhuǎn)由兩個(gè)頂桿軸向伸縮來實(shí)現(xiàn)，其中一個(gè)頂桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)整螺母、導(dǎo)套使頂桿做軸向移動(dòng)，帶動(dòng)矯直輥托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使矯直輥旋轉(zhuǎn)。而另一個(gè)頂桿由油缸驅(qū)動(dòng)，不僅消除了調(diào)整系統(tǒng)的間隙，也使矯直輥鎖住不動(dòng)。油缸驅(qū)動(dòng)側(cè)帶有位移傳感器及限位開關(guān)，控制系統(tǒng)將位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)反饋給油缸和電機(jī)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)矯直輥角度旋轉(zhuǎn)，操作臺(tái)數(shù)顯式需要將油缸直線移動(dòng)行程轉(zhuǎn)換為角度值，限位開關(guān)則是對(duì)機(jī)構(gòu)的極限位置進(jìn)行限制，起保護(hù)作用。矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)Fig.1 Angle auto-adjusting mechanism of straightening roll

當(dāng)角度調(diào)大時(shí)，油缸后腔進(jìn)油，活塞桿前進(jìn)，電機(jī)帶動(dòng)絲桿后退，調(diào)整到需要的角度時(shí)，位移傳感器反饋信號(hào)給油缸和電機(jī)停止動(dòng)作；當(dāng)角度調(diào)小時(shí)，油缸后腔背壓，活塞桿帶阻力后退(使球墊與托盤接觸面無(wú)間隙，保證精度)，電機(jī)帶動(dòng)絲桿前進(jìn)，調(diào)整到需要的角度時(shí)，位移傳感器反饋信號(hào)給油缸和電機(jī)停止動(dòng)作；當(dāng)調(diào)整結(jié)束至矯直過程中，油缸一直保壓。

圖1所示的調(diào)角機(jī)構(gòu)不僅用于對(duì)矯直輥的角度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在矯直時(shí)由于存在回轉(zhuǎn)力矩，所以調(diào)角機(jī)構(gòu)還起到對(duì)矯直輥的鎖緊作用。根據(jù)調(diào)角機(jī)構(gòu)的作用，兩驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的位置有一定的原則，即由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿承受矯直輥回轉(zhuǎn)力矩。

2 角度值與油缸位移的關(guān)系

由于位移傳感器連接在油缸上，所以控制上需要將調(diào)整的角度值轉(zhuǎn)換為油缸的直線位移。

圖2 角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Diagram of angle auto-adjusting mechanism

圖2為調(diào)角機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖中α為矯直輥安裝基準(zhǔn)角度。油缸往前推時(shí)矯直輥角度變大，油缸往回拉時(shí)矯直輥角度變小。

圖3為調(diào)角機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖，角度值與油缸位移值轉(zhuǎn)換計(jì)算如下：

Δα=α2-α0

Δα>0，油缸前進(jìn)，則

ΔS=S0-S1
S0=b+h

S1=(h/cosΔα)+(b/cosΔα)-a×tanΔα

Δα<0，油缸后退，則

ΔS=S1-S0
S0=b+h

S1=(h/cosΔα)+(b/cosΔα)+a×tanΔα

式中，α2為目標(biāo)角度，(°)；α0為矯直輥初始安裝角度，(°)；b，h，a為機(jī)構(gòu)參量， mm。

圖3 油缸伸出、縮回的調(diào)角機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖Fig.3 Moving figure of angle adjusting mechanism with oil cylinder extending and retracting

3 矯直輥角度自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)電氣控制技術(shù)

全自動(dòng)矯直機(jī)的矯直參數(shù)調(diào)整時(shí)，可在操作臺(tái)觸摸屏上輸入管、棒材直徑，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的該規(guī)格的參數(shù)工藝配方，該工藝配方包括角度工藝參數(shù)及其輥縫工藝參數(shù)；確認(rèn)工藝參數(shù)后各機(jī)構(gòu)將進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

角度自動(dòng)控制流程如下：

首先假設(shè)此時(shí)矯直輥的實(shí)際角度為α1,目標(biāo)角度為α2(即存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的角度工藝參數(shù))。

(1)電機(jī)方向的控制。PLC自動(dòng)判斷此時(shí)角度電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

如果α1<α2時(shí),此時(shí)實(shí)際角度小于目標(biāo)角度因此角度需要調(diào)大,故而電機(jī)需要啟動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿后退;

如果α1>α2時(shí),此時(shí)實(shí)際角度大于目標(biāo)角度因此角度需要調(diào)小,故而電機(jī)需要啟動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿前進(jìn);

如果|α1-α2|<0.3時(shí),此時(shí)實(shí)際角度與目標(biāo)角度之間差值小于0.3度時(shí)不適于聯(lián)動(dòng)調(diào)整,只需要手動(dòng)微調(diào);

(2)油缸進(jìn)油或背壓控制。 PLC自動(dòng)判斷此時(shí)油缸相應(yīng)電磁閥的動(dòng)作順序。

如果α1<α2時(shí)角度調(diào)大,進(jìn)油閥得電油缸伸出；

如果α1>α2時(shí)角度調(diào)小,卸荷背壓閥得電油缸開始背壓。

(3)電機(jī)速度的實(shí)時(shí)控制。 PLC自動(dòng)控制角度電機(jī)的速度

角度調(diào)整過程中如果|α1-α2|=Δα；

如果Δα>0.3時(shí),此時(shí)調(diào)角電機(jī)滿速運(yùn)行以節(jié)省角度調(diào)整時(shí)間；

如果Δα≤0.3時(shí),此時(shí)調(diào)角電機(jī)低速運(yùn)行防止慣性緩沖;實(shí)現(xiàn)低速準(zhǔn)確定位。

(4)角度實(shí)時(shí)處理控制。

α1=α0+Δα1+Δα0

式中，α0為矯直輥初始安裝角度；Δα0為角度實(shí)時(shí)補(bǔ)償量；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)整觀察即可得到此值；Δα1為角度的動(dòng)態(tài)變化量；此值需要經(jīng)過相關(guān)運(yùn)算得到，Δα1=ΔS·k=(L1-L0)/k0·k，L0為矯直輥初始安裝角度時(shí)位移傳感器的信號(hào)采集值；L1為角度調(diào)整過程中位移傳感器的信號(hào)采集值；k0為傳感器的位移與采集值的固有斜率,即正比例函數(shù)；k為油缸位移與角度的比例關(guān)系,機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)固有的。

具體的角度顯示是通過相應(yīng)的位移傳感器采集其實(shí)時(shí)電壓信號(hào)然后經(jīng)過一定運(yùn)算最終完成；主要原理是將其實(shí)際位移值等比例轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，再通過相應(yīng)的模擬量模塊內(nèi)部采集其實(shí)時(shí)的電壓信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)算法經(jīng)PLC的相關(guān)計(jì)算及換算最終將其角度數(shù)據(jù)通過MPI總線實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上，如圖4所示。

圖4 矯直輥角度調(diào)整及監(jiān)控畫面Fig.4 Screen of straightening roll angle adjusting and monitoring

4 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)兩年，該機(jī)構(gòu)及控制技術(shù)已成功應(yīng)用于多條斜輥矯直機(jī)生產(chǎn)線中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用反饋，調(diào)角精度可達(dá)到0.1°，且調(diào)整可靠、方便，使操作人員減少，同時(shí)使操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減小，設(shè)備效率提高，生產(chǎn)成本降低。

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Angle auto-adjusting mechanism and control technology of roller withcross-roll straightening machine

CHEN Xin1, JIANG Yong-peng1, LI Jun-feng2

(1.Guangdong G.B. Technology Co., Ltd., foshan 528311，China；2.Foshan Shunde Jingyi Drive Technology Co., Ltd., foshan 528311，China)

In production, manual or electric method is usually adopted to adjust the angle of straightening roll, and error existed during the adjustment. In this paper, an angle auto-adjusting mechanism of roller with cross roll straightening machine is put forward. There are two mandrels in this mechanism, one is driven by the motor, and it moves axially by adjusting nut and guide sleeve, and the mandrel drives tray of straightening roll to rotate, and then the straightening roll rotates; the other is driven by oil cylinder, it eliminates adjustment system gap and locks straightening roll. Adjusting angle of straightening roll is achieved by the control system. Production practice has shown that the mechanism is precise adjustment, reliable performance, and high accuracy.

straightening roll; angle; automatic adjustment

2014-10-06；

2014-11-22

陳欣(1977-)，女，廣東冠邦科技有限公司工程師。

TG333.23

A

1001-196X(2015)01-0020-04