汪超 夏宗寶 彭幸玲

摘要：本文介紹了卷板機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了常見卷板機(jī)的分類，運(yùn)用MATLAB工具建立了主要卷板機(jī)成型過程的數(shù)學(xué)模型，分析了卷板過程中起執(zhí)行作用的移動(dòng)部件移動(dòng)的位置和卷板半徑之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：卷板機(jī)；MATLAB；成型半徑

1緒論

卷板機(jī)是利用三點(diǎn)成圓的工作原理，通過改變各個(gè)成型輥的空間位置，使被加工板材產(chǎn)生塑性變形的一種加工設(shè)備。卷板機(jī)常用于汽車、造船、化工、石油、冶金、工程機(jī)械、航空航天等各行各業(yè)中，具有通用程度高，適應(yīng)被生產(chǎn)產(chǎn)品能力強(qiáng)、改型方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

常見的卷板機(jī)按輥數(shù)可分為三輥卷板機(jī)、四輥卷板機(jī)、兩輥卷板機(jī)和多輥卷板機(jī)[1]，圖1是某企業(yè)生產(chǎn)的三輥卷板機(jī)。

隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各行業(yè)的技術(shù)能力水平大幅提升，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求也相應(yīng)提高。未來卷板機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在提高自動(dòng)化程度、提高被生產(chǎn)產(chǎn)品的精度、提高生產(chǎn)效率、方便產(chǎn)品改型、降低廢品率、可利用于柔性加工單元。同時(shí)，目前我國卷板機(jī)研究方面，在卷板成型過程的仿真模擬與數(shù)學(xué)模型建立方面都不夠完善，實(shí)際生產(chǎn)大都是通過工人的經(jīng)驗(yàn)來操作，造成精度不高，產(chǎn)品易報(bào)廢，造成材料的浪費(fèi)。

本文嘗試建立常見的卷板機(jī)卷板過程的數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB分析各執(zhí)行移動(dòng)部件移動(dòng)的位置與被加工板材成型半徑之間關(guān)系。這將有利于提高卷板機(jī)卷板加工的精度，減小產(chǎn)品報(bào)廢率，節(jié)約資源。

2卷板機(jī)分類

卷板機(jī)按照輥數(shù)可分為三輥卷板機(jī)、四輥卷板機(jī)、兩輥卷板機(jī)和多輥卷板機(jī)。其中三輥卷板機(jī)和四輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)被加工板材性能好，操作者操作方便，被加工板材改型容易，成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，被社會(huì)廣泛使用。

三輥卷板機(jī)按照三個(gè)輥?zhàn)硬贾玫南鄬?duì)位置關(guān)系、各輥驅(qū)動(dòng)和成型功能的分工關(guān)系、各輥能否移動(dòng)等要素，基本可分為：對(duì)稱上調(diào)式三輥卷板機(jī)、上輥十字移動(dòng)式卷板機(jī)、水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)、弧線下調(diào)式三輥卷板機(jī)[2]。圖2為各輥的工作示意圖。

對(duì)稱上調(diào)式三輥卷板機(jī)下輥主驅(qū)動(dòng)用于帶動(dòng)被加工板材向前運(yùn)動(dòng)，上輥可上下運(yùn)動(dòng)，上輥上下運(yùn)動(dòng)的位移決定了被加工板材的成型半徑。這種結(jié)構(gòu)的卷板機(jī)三根輥?zhàn)佣疾荒茏笥乙苿?dòng)，因此，最終成型的好的工件兩端必然各有一段未能成型的部分，這部分對(duì)被加工板材的外觀和精度有一定影響。這種結(jié)構(gòu)的卷板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，適用于加工精度要求不高的場(chǎng)合。

上輥十字移動(dòng)式三輥卷板機(jī)的上輥可以左右移動(dòng)，通過上輥的左右移動(dòng)可以減小被加工板材兩端的直線段，但是這種結(jié)構(gòu)整體重心較高，不太適合加工變形應(yīng)力較大的板材，該結(jié)構(gòu)普遍運(yùn)用于中小結(jié)構(gòu)卷板機(jī)中。

水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)下輥可同時(shí)左右運(yùn)動(dòng)，這樣降低設(shè)備的中心，這種結(jié)構(gòu)的卷板機(jī)適用范圍比較廣。

弧線下調(diào)式三輥卷板機(jī)上輥為主動(dòng)輥，不可移動(dòng)。下輥可繞某一固定圓心擺動(dòng)以壓緊和成型板材。這種結(jié)構(gòu)的卷板機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊靈活，但是兩個(gè)下輥擺動(dòng)過程中，擺動(dòng)副受力較大，擺動(dòng)精度誤差容易隨下輥中心到擺動(dòng)中心的距離被放大。該形式的一種結(jié)構(gòu)如圖三所示。

3卷板機(jī)運(yùn)動(dòng)過程的數(shù)學(xué)分析

下面以水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)為例，建立數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB生成數(shù)學(xué)表達(dá)式并分析卷板成型移動(dòng)副移動(dòng)的位移與被加工板材成型半徑之間的關(guān)系。

3.1建立數(shù)學(xué)模型

如圖4所示，卷板機(jī)工作前各輥和板材的位置及幾何關(guān)系。圖中上輥半徑RT，下輥半徑RL，板材厚度T，上輥圓心到下輥圓心的距離L。

成型后各輥和板材的位置及幾何關(guān)系如圖5所示。當(dāng)上輥下降的距離為h時(shí)，板材成型的半徑為R。

4結(jié)論

本文介紹了一種卷板機(jī)成型半徑和移動(dòng)副移動(dòng)距離之間關(guān)系的研究方法，有效解決了實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，需要操作工多次試驗(yàn)才能確定卷板機(jī)相關(guān)參數(shù)的缺陷。幫助相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，節(jié)省加工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢偉榮.卷板機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，2：1016.

[2]郭永平.常用三輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)形式及傳動(dòng)方式[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，6：2123.

[3]郭仁生.機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析和MATLAB應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.10.

作者簡介：汪超（1990-），男，漢族，江蘇揚(yáng)州人，碩士，助理工程師，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。