CN103363915B - 一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置及监测方法，触头导轨的两端分别与旋压机主轴箱和旋压机尾顶座上。光栅尺读数头连杆的一端安装在触头导轨上。光栅尺尺体架一端固定在旋压机的旋轮头上，另一端连接在光栅尺尺体上。光栅尺读数头与光栅尺读数头连杆连接。触头的轴杆安装在触头导轨上，触头的轴承与芯模的圆周表面接触。本发明通过试旋压得到旋压过程材料挤出速度理论值V₂，并以所述旋压过程材料挤出速度理论值V₂为依据，将精旋压中实时监控得到的旋压过程材料挤出速度的实际值V₁与旋压过程材料挤出速度理论值V₂进行比较，并根据比较结果调整大旋轮与芯模之间的间隙，使旋压过程受控，将产品壁厚合格率从过去的95%提高到100%。

Description

一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体是一种对圆筒反旋过程中产品壁厚的随机监测装置。

背景技术

旋压工艺加工的主要产品为圆筒，旋压圆筒主要用于火箭、导弹等航天飞行器的推进器上，这些产品的最大需求特点是高可靠性，工作状态是承受高压，这两点需求最终体现在产品上，就是旋压圆筒的重要尺寸“壁厚”，壁厚超上限增加壳体重量，降低火箭发动机的运载能力；壁厚超下限则可能由于壳体强度不够而造成火箭爆炸，而使运载任务完全失败。在本行业中出现旋压圆筒壁厚超下差的一般均为直接报废，超上差时还可以采用打磨处理，使之满足设计要求，但这种处理不但劳动强度大，而且极容易出现打磨量过大而报废。

在旋压工艺中旋压圆筒的壁厚主要由旋压间隙确定，目前在旋压行业旋压间隙的选取主要由试旋来确定，当试旋段的壁厚满足设计要求时，就将试旋间隙作为圆筒旋压的正式间隙，确定下来用于产品旋压，加工过程中产品是否合格则不可知，旋完后用超声波测厚仪测量产品壁厚，该测量方法只能实现产品的质量检验，但无法实现加工成形过程中产品质量的实时监控，造成产品废品率增高。

发明内容

为克服现有技术中存在的无法实现加工成形过程中产品质量的实时监控，造成产品废品率增高的不足，本发明提出了一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置及监测方法。

本发明提出的反旋成形圆筒的壁厚监测装置包括触头导轨外套、光栅尺尺体、光栅尺数显表、光栅尺尺体架、触头导轨内套、触头、光栅尺读数头、光栅尺读数头连杆。其中：触头导轨的两端分别与旋压机主轴箱和旋压机尾顶座上。光栅尺读数头连杆的一端安装在触头导轨上，并且所述光栅尺读数头连杆的中心线垂直于触头导轨的圆周表面。光栅尺的尺体架一端固定在旋压机的旋轮头上，并且该光栅尺的尺体架宽度方向的中心线过旋轮头的中心；光栅尺尺体架另一端连接在光栅尺尺体上。光栅尺读数头与所述光栅尺读数头连杆连接。触头的轴杆安装在触头导轨上，触头的轴承与芯模的圆周表面接触。所述触头的轴承通过轴承挡圈固定在触头的轴上。

所述触头导轨包括触头导轨外套和触头导轨内套，其中触头导轨内套嵌套在触头导轨外套内，并且两者之间滑动配合。在该触头导轨外套的壳体上开有两个条形槽，并且两个条形槽在该触头导轨外套的圆周上成90°分布。触头导轨内套的壳体上开有两个同径的通孔，并且两个通孔在该触头导轨内套的圆周上成90°分布。

本发明还提出了一种利用所述反旋成形圆筒的壁厚监测装置对旋压圆筒的实时壁厚进行监测的方法，具体过程是：

步骤1，试旋压。启动旋压机，对圆筒工件进行试旋压。试旋压时，初步确定芯模主轴的转速、旋轮纵向进给速度和旋轮与芯模之间的间隙。通过试旋压得到旋压过程材料挤出速度的理论值V₂。试旋压长度需满足检测要求。

步骤2，检测试旋压后的圆筒工件的壁厚。采用常规方法检测圆筒工件的壁厚。如果检测结果合格，则进入步骤3；若检测结果不合格，调整旋轮与芯模之间的间隙再次试旋压，直至检测结果合格。

步骤3，旋压。以试旋压的参数作为旋压参数，采用常规方法对工件进行精旋压成形，并得到旋压过程材料挤出速度的实际值V₁。将得到的旋压过程材料挤出速度的实际值V₁与试旋压时得到旋压过程材料挤出速度理论值V₂进行对比：若V₁＞V₂，说明选出的圆筒工件的壁厚小于要求值，需加大旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＜V₂时，则说明选出的圆筒工件的壁厚大于要求值，需减小旋轮与芯模之间的间隙。若V₁＝V₂时，保持大旋轮与芯模之间的间隙。

本发明根据压变形等体积原理，δ₁·V_进＝δ₂·V₂   (1)

其中，δ₁是旋前圆筒的壁厚，V_进是精旋压中旋轮进给速度，δ₂是所要求的壁厚，V₂是旋压过程材料挤出速度理论值。

在上述4个参数中，δ₁、V_进、δ₂均为已知值，通过公式(1)能够得到旋压过程材料挤出速度理论值。如果能测出旋压过程材料挤出速度的实际值V₁。将得到的旋压过程材料挤出速度理论值V₂与旋压过程材料挤出速度的实际值V₁进行比较，若V₁＞V₂，说明旋出的圆筒壁厚偏小，需适当调大旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＜V₂说明旋出的圆筒壁厚偏大，需适当减小旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＝V₂，保持大旋轮与芯模之间的间隙，这样旋压过程就得到了受控。

本发明能够实现对旋压过程的实时监控和及时调整，将产品壁厚合格率从过去的95％提高到100％

附图说明

附图1是本发明结构示意图的主视图；

附图2是本发明结构示意图的右视图；

附图3是触头的结构示意图；

附图4是光栅尺尺体架的结构示意图；

附图5是触头导轨外套的结构示意图，其中a是触头导轨外套的A-A向视图；b是触头导轨外套的主视图；

附图6是触头导轨内套的结构示意图，其中a是触头导轨内套的B-B向视图；b是触头导轨内套的主视图。图中：

1.主轴箱；2.触头导轨外套；3.旋压芯模；4.光栅尺尺体；5.工件圆筒；6.旋轮头；7.光栅尺数显表；8.光栅尺尺体架；9.触头导轨内套；10.触头；11.光栅尺读数头；12.尾顶座；13.光栅尺读数头连杆。

具体实施方式

本实施例是一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置，包括触头导轨外套2、光栅尺尺体4、光栅尺数显表7、光栅尺尺体架8、触头导轨内套9、触头10、光栅尺读数头11、光栅尺读数头连杆13。其中：触头导轨的两端分别与旋压机的主轴箱1和旋压机的尾顶座12上。光栅尺读数头连杆13的一端安装在触头导轨上，并且所述光栅尺读数头连杆13的中心线垂直于触头导轨的圆周表面。光栅尺的尺体架8一端固定在旋压机的旋轮头6上，并且该光栅尺的尺体架8宽度方向的中心线过旋轮头的中心；光栅尺尺体架8另一端连接在光栅尺尺体4上。光栅尺读数头与所述光栅尺读数头连杆13连接。触头10的轴杆安装在触头导轨上，触头10的轴承与旋压芯模3的圆周表面接触。

工作时，旋压芯模转动带动旋轮转动，旋轮转动时旋压工件圆筒5。在所述旋压过程中，工件圆筒产生延伸。当工件圆筒延伸时推动触头10向旋压芯模3的头部移动，进而带动触头导轨内套9移动，该触头导轨内套又带动光栅尺读数头11移动。工件圆筒5在旋轮的作用下，会产生挤压变形并从旋轮下挤出。在旋压过程中光栅尺尺体随旋轮头向旋压芯模根部移动，这时从光栅尺数显表7上读取的数值就是旋压过程中，工件圆筒5挤压变形后从旋轮下挤出的速度V₂。

所述触头导轨包括触头导轨外套2和触头导轨内套9，其中触头导轨内套9嵌套在触头导轨外套2内，并且两者之间滑动配合。触头导轨的长度根据光栅尺确定。所述触头导轨外套2为圆形管件，其内径与触头导轨内套9的外径相同。在该触头导轨外套2的壳体上开有两个条形槽，并且两个条形槽在该触头导轨外套2的圆周上成90°分布。所述两个条形槽长度方向的中心线与该触头导轨外套2的中心线平行。所述两个条形槽的宽度需保证触头10能够在该条形槽内滑动。触头导轨内套9亦为圆形管件。触头导轨内套9的壳体上开有两个同径的通孔，并且两个通孔在该触头导轨内套9的圆周上成90°分布。所述两个通孔的中心线垂直于该触头导轨内套9中心线。所述两个通孔的直径与触头10的外径相同。

触头10的主要作用就是将旋压圆筒口的转动与平移的复合运动转化为触头导轨内环的平移运动，以带动光栅尺读数头移动。所述触头10为回转体，包括轴、轴承挡圈和轴承组成。轴承与轴连接，并通过轴承挡圈将轴承固定在轴上。触头10的轴的外圆周表面为阶梯状，其小端的直径与触头导轨内套9通孔的内径相同，并且当触头10安装在触头导轨上后，所述触头10的轴与触头导轨内套9上的通孔干涉配合。轴承选用GB/T5801—1994NA6904。

光栅尺尺体架8用于安装光栅尺尺体，在旋压过程过能随旋轮纵向移动。所述光栅尺尺体架8为杆件，其外形成“T”形。该光栅尺尺体架8上端的水平杆与光栅尺尺体4连接，该光栅尺尺体架8竖直杆的下端与旋压机的旋轮头尾盖连接。

所述光栅尺采用加野仪器有限公司的WTB5-2000光栅尺。

组装时：

将光栅尺尺体架与旋轮座组装；将光栅尺尺体与光栅尺尺体架连接，保证在旋轮向后移动时光栅尺尺体能平稳随旋轮一起移动。将光栅尺读数头导轨架装在主轴箱与尾顶座上，保证触头的轴承外套与旋压圆筒起旋端正接触，13号件与光栅尺读数头相连，要求当圆筒向前延伸时触头能平稳带动光栅尺读数头向前移动。光栅尺数显表安装在控制台上，以便根据读数及时调整旋压间隙，以控制旋压圆筒的实时壁厚。

本实施例还提出了一种利用所述反旋成形圆筒的壁厚监测装置对旋压圆筒的实时壁厚进行监测的方法，具体过程是：

步骤1，试旋压。启动旋压机，对圆筒工件进行试旋压。试旋压时，初步确定芯模主轴的转速、旋轮纵向进给速度和旋轮与芯模之间的间隙。本实施例中，芯模主轴的转速为40r/min，旋轮纵向进给速度为40mm/min，旋轮与芯模之间的间隙为试旋压间隙，为4mm。试旋压时，工件圆筒5在旋轮的作用下，产生挤压变形并从旋轮下挤出的工件的长度需满足检测要求，本实施例中为40mm。通过光栅尺数显表7得到旋压过程材料挤出速度理论值V₂。

步骤2，检测试旋压后的圆筒工件的壁厚。采用常规方法检测圆筒工件的壁厚。如果检测结果合格，则进入步骤3；若检测结果不合格，调整旋轮与芯模之间的间隙再次试旋压，直至检测结果合格。

步骤3，旋压。以试旋压的参数作为旋压参数，采用常规方法对工件进行精旋压成形，并通过光栅尺数显表7得到旋压过程材料挤出速度的实际值V₁。将得到的旋压过程材料挤出速度的实际值V₁与试旋压时得到旋压过程材料挤出速度理论值V₂进行对比：若V₁＞V₂，说明选出的圆筒工件的壁厚小于要求值，需加大旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＜V₂时，则说明选出的圆筒工件的壁厚大于要求值，需减小旋轮与芯模之间的间隙。若V₁＝V₂时，保持大旋轮与芯模之间的间隙。

Claims (5)

1.一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置，其特征在于，包括触头导轨、光栅尺尺体、光栅尺数显表、光栅尺尺体架、触头、光栅尺读数头、光栅尺读数头连杆；其中：触头导轨的两端分别与旋压机主轴箱和旋压机尾顶座上；光栅尺读数头连杆的一端安装在触头导轨上，并且所述光栅尺读数头连杆的中心线垂直于触头导轨的圆周表面；光栅尺的尺体架一端固定在旋压机的旋轮头上，并且该光栅尺的尺体架宽度方向的中心线过旋轮头的中心；光栅尺尺体架另一端连接在光栅尺尺体上；光栅尺读数头与所述光栅尺读数头连杆连接；触头的轴杆安装在触头导轨上，触头的轴承与芯模的圆周表面接触。

2.如权利要求1所述一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置，其特征在于，所述触头导轨包括触头导轨外套和触头导轨内套，其中触头导轨内套嵌套在触头导轨外套内，并且两者之间滑动配合；在该触头导轨外套的壳体上开有两个条形槽，并且两个条形槽在该触头导轨外套的圆周上成90°分布；触头导轨内套的壳体上开有两个同径的通孔，并且两个通孔在该触头导轨内套9的圆周上成90°分布。

3.如权利要求1所述一种反旋成形圆筒的壁厚监测装置，其特征在于，所述触头的轴承通过轴承挡圈固定在触头的轴上。

4.一种利用权利要求1所述反旋成形圆筒的壁厚监测装置对旋压圆筒的实时壁厚进行监测的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，试旋压；启动旋压机，对圆筒工件进行试旋压；试旋压时，初步确定芯模主轴的转速、旋轮纵向进给速度和旋轮与芯模之间的间隙；通过试旋压得到旋压过程材料挤出的速度理论值V₂；试旋压长度需满足检测要求；

步骤2，检测试旋压后的圆筒工件的壁厚；采用常规方法检测圆筒工件的壁厚；如果检测结果合格，则进入步骤3；若检测结果不合格，调整旋轮与芯模之间的间隙再次试旋压，直至检测结果合格；

步骤3，旋压；以试旋压的参数作为旋压参数，对工件进行旋压成形，并通过光栅尺数显表得到旋压过程材料挤出速度的实际值V₁；将得到的旋压过程材料挤出速度的实际值V₁与试旋压时得到挤出速度V₂进行对比，并根据对比结果调整旋轮与芯模之间的间隙。

5.一种利用权利要求1所述反旋成形圆筒的壁厚监测装置对旋压圆筒的实时壁厚进行监测的方法，其特征在于，在将得到的旋压过程材料挤出速度的实际值V₁与试旋压时得到旋压过程材料挤出速度理论值V₂进行对比时：若V₁＞V₂，说明选出的圆筒工件的壁厚小于要求值，需加大旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＜V₂时，则说明选出的圆筒工件的壁厚大于要求值，需减小旋轮与芯模之间的间隙；若V₁＝V₂时，保持大旋轮与芯模之间的间隙。