CN104107848A - 数控矫圆机的矫圆工艺 - Google Patents

Abstract

数控矫圆机的矫圆工艺，它涉及卷板机技术的矫圆技术领域，它采用在数控矫圆机上安装一个高精度传感器，用以精确测量矫圆机的上辊的位置，传感器与PLC控制器相连接；由PLC控制器内置程序来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式进行筒体工件的高精度矫圆；它具有操作简便，通过输入筒体工件数据、数控矫圆机基本参数和材料基本性能参数，程序能够实时精确计算矫正量，生成相关数据，并控制矫圆机各个动作步骤，从而保证矫圆精确，提高了工作效率，降低劳动强度，提高产品的合格率，同时也降低了生成本。

Description

数控矫圆机的矫圆工艺

技术领域：

本发明涉及卷板机的矫圆技术领域，具体涉及数控矫圆机的矫圆工艺。

背景技术：

矫圆机一般是由两个直径相等且相互平行的下辊与一个位于两下辊之间且与下辊平行的可上下移动的上辊所构成，通过上辊下压和两下辊转动来实现对非正圆筒体工件的矫圆。在操作控制上、下辊对非正圆筒体工件进行矫圆时，通过调整上辊与两下辊中心线的距离，上辊下压，适应各种不同规格筒体工件的矫圆。其上、下辊动作的有关参数数据、工艺方法等，仅仅是凭技术人员的经验来确定。针对不同直径、不同材料、不同筒体壁厚和不同圆度要求等情况，利用传统的三辊卷板机和工艺方法来进行矫圆，已不能保证产品质量要求，生产效率要求和自动化装配要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种数控矫圆机的矫圆工艺，在数控矫圆机上安装一个高精度传感器，用以精确测量矫圆机的上辊的位置，传感器与PLC控制器相连接。为达到上辊上下移动的高精密控制，上辊升降传动机构可采用滚珠丝杆副，如采用液压传动，系统应具备自动调平功能；由PLC控制器内置程序来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式进行筒体工件的高精度矫圆。它具有操作简便，通过输入筒体工件数据、数控矫圆机基本参数和材料基本性能参数，程序能够实时精确计算并控制矫圆机各个动作步骤，从而保证矫圆精确，提高了工作效率，降低劳动强度，提高产品的合格率，降低了生成本。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：数控矫圆机矫圆工艺步骤如下：

第一：将上辊总下压量设置并分为n个区间，每个区间称为矫圆的道次，n个区间则有n个道次；

第二：每个道次的下压量设为x，该x根据需要可以设定为等值，也可以不等值，不等值时各区间下压量x则分别设定；

第三：每个道次设置下辊驱动正转与反转的次数，下辊正转与反转一次为一个周期，这样有利于矫圆成形，消除形变应力，提高矫正精度；周期为“空格”时，表示下辊驱动时单向转动，在矫圆过程中，最后一个道次的周期数应大于1；

第四：PLC控制器按n个道次、x下压量和下辊驱动的周期数程序指令，上辊下压和下辊驱动旋转对非正圆筒体工件进行矫正；

第五：当上辊下压矫正达到“矫正最大压下量”时，PLC控制器发出程序传输指令，上辊不再下压，上辊将按原来设定好的n个道次反向上升，上升中在矫圆的同时并对施加的压力进行卸载；

第六：矫圆机上辊升降速度相对较慢、板材厚度相对较薄和矫圆精度要求不高等情况下，道次n可设定为1，即上辊下压或上辊上升为无级渐进且匀速，实施对工件的矫正；

第七：当上辊上升到非矫正区间后，PLC控制器指令变频电机加速运转，驱动上辊快速上升到上辊上位始点h₀位置，打开矫圆机内的翻倒装置，退出矫圆筒体工件，实现了对非正圆筒体工件高精度数控全自动矫圆。

为有效实现矫圆机数控、智能自动化，PLC控制器内置程序会根据已知参数，运算出各动作指令的相关数据，从而最终确定矫正最大压下量，实现对筒体工件科学合理最佳矫圆。

PLC控制器的内置程序计算各相关数据计算方法如下：

(一)、已知参数设定：

(1)矫圆机基本参数：上辊直径D₁，下辊直径D₂，两下辊中心距a，

上辊上位始点h_0；

(2)矫正筒体工件基本参数：板厚t，筒体内径D(半径R)。

(3)板材性能基本参数：板材屈服强度σ_s，材料硬化系数K₀，以及材料弹性模量E等；

(二)、由PLC控制器内置的运行程序来确定上辊下压各状态矫正工作行程：

以两下辊中心连线为基准线，以上辊轴心为基准点，在两下辊与上辊，三辊与工件相切状态下：

(1)理论正圆工件状态下，工件圆心到两下辊基准线的距离为H：

$H=\sqrt{{(R+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(2)理论正圆工件状态下，上辊轴心到两下辊基准线的距离h：

$h=H-R+\frac{D_1}{2}$

(3)最大压下量状态下，虚拟工件圆心到两下辊基准线的距离为H₁；

$H_1=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(4)最大压下量状态下，上辊轴心到两下辊基准线线的距离h₁：

根据弹塑性力学原理，最大压下量状态(工件回弹前)下的理论曲率半径R₁，再按下列公式计算h₁：

$h_1=H_1-R_1+\frac{D_1}{2}=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}-R_1+\frac{D_1}{2}$

(三)、计算矫正最大压下量(矫正量)h′：

h′=h₁-h₀

矫正最大压下量是指上辊从上位始点h₀位置下压，筒体产生形变，回弹后的曲率等于正圆曲率时的压下量的数值。矫正最大压下量是一个很重要且关键的数值，数值偏小矫正不到位；数值偏大，将会矫正过度，二种情况均会影响矫圆精度。

本发明采用设置一PLC控制器，由PLC控制器内置程序来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式对筒体工件的高精度矫圆。它具有操作简便，通过输入筒体工件数据、数控矫圆机基本参数和材料基本性能参数，程序能够实时精确计算矫正量，生成相关数据，并控制矫圆机各个动作步骤，从而保证矫圆精确，提高了工作效率，降低劳动强度，提高产品的合格率，同时也降低了生成本。

附图说明：

图1是本发明矫圆原理示意图；

附图标记如下：

1--上辊；2--下辊；3--筒体工件；R--工件半径；

R1--最大压下量时工件内弯区间曲率半径；a--两下辊中心距；

t--板厚；D1--上辊直径；D2--下辊直径；

H--理论正圆工件状态下，工件圆心到两下辊基准线的距离；

H1--最大压下量状态下，虚拟工件圆心到两下辊基准线的距离；

h--理论正圆工件状态下，上辊轴心到两下辊基准线的距离；

h1--最大压下量状态下，上辊轴心到两下辊基准线线的距离；

具体实施方式：

参看图1，本具体实施方式是采用以下技术方案：数控矫圆机矫圆工艺步骤如下：

第一：将上辊1总下压量设置并分为n个区间，每个区间称为矫圆的道次，n个区间则有n个道次；

第二：每个道次的下压量设为x，该x根据需要可以设定为等值，也可以不等值，不等值时各区间下压量x则分别设定；

第三：每个道次设置下辊2驱动正转与反转的次数，下辊2正转与反转一次为一个周期，这样有利于矫圆成形，消除形变应力，提高矫正精度；周期为“空格”时，表示下辊2驱动时单向转动，在矫圆过程中，最后一个道次的周期数应大于1；

第四：PLC控制器按n个道次、x下压量和下辊2驱动的周期数程序指令，上辊1下压和下辊2驱动旋转对非正圆筒体工件3进行矫正；

第五：当上辊1下压矫正达到“矫正最大压下量”时，PLC控制器发出程序传输指令，上辊1不再下压，上辊1将按原来设定好的n个道次反向上升，上升中在矫圆的同时并对施加的压力进行卸载；

第六：矫圆机上辊1升降速度相对较慢、板材厚度相对较薄和矫圆精度要求不高等情况下，道次n可设定为1，即上辊1下压或上辊1上升为无级渐进且匀速，实施对筒体工件3的矫正；

第七：当上辊上升到非矫正区间后，PLC控制器指令变频电机加速运转，驱动上辊快速上升到上辊上位始点h₀位置，打开矫圆机内的翻倒装置，退出矫圆筒体工件，实现了对非正圆筒体工件高精度数控全自动矫圆。

为有效实现矫圆机数控、智能自动化，PLC控制器内置程序会根据已知参数，运算出各动作指令的相关数据，从而最终确定矫正最大压下量，实现对筒体工件科学合理最佳矫圆。

进一步，PLC控制器的内置程序计算各相关数据计算方法如下：

(二)、已知参数设定：

(1)矫圆机基本参数：上辊直径D₁，下辊直径D₂，两下辊中心距a，

上辊上位始点h₀；

(2)矫正筒体工件基本参数：板厚t，筒体内径D(半径R)。

(3)板材性能基本参数：板材屈服强度σ_s，材料硬化系数K₀，以及材料弹性模量E等；

(二)、由PLC控制器内置的运行程序来确定上辊下压各状态矫正工作行程：

以两下辊中心连线为基准线，以上辊轴心为基准点，在两下辊与上辊，三辊与工件相切状态下：

(1)理论正圆工件状态下，工件圆心到两下辊基准线的距离为H：

$H=\sqrt{{(R+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(2)理论正圆工件状态下，上辊轴心到两下辊基准线的距离h：

$h=H-R+\frac{D_1}{2}$

(3)最大压下量状态下，虚拟工件圆心到两下辊基准线的距离为H₁；

$H_1=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(4)最大压下量状态下，上辊轴心到两下辊基准线线的距离h₁：

根据弹塑性力学原理，最大压下量状态(工件回弹前)下的理论曲率半径R₁，再按下列公式计算h₁：

$h_1=H_1-R_1+\frac{D_1}{2}=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}-R_1+\frac{D_1}{2}$

(三)、计算矫正最大压下量(矫正量)h′：

h′=h₁-h₀

矫正最大压下量是指上辊从上位始点h₀位置下压，筒体产生形变，回弹后的曲率等于正圆曲率时的压下量的数值。矫正最大压下量是一个很重要且关键的数值，数值偏小矫正不到位；数值偏大，将会矫正过度，二种情况均会影响矫圆精度。

本发明在矫圆机上设置一高精度传感器，该传感器与一PLC控制器相连，通过该高精度传感器来精确测量矫圆机的上辊的位置，同时将测得的数据实时传送给PLC控制器；为达到对上辊上下移动的高精密控制，设置在矫圆机上的上辊升降传动机构可采用滚珠丝杆，如采用液压传动，系统应具备自动调平功能；然后由PLC控制器的内置程序来通过上述的计算方法来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式进行筒体工件的高精度矫圆。

本发明采用设置一PLC控制器，由PLC控制器内置程序来计算各矫圆参数，反馈运行状态，传输各工艺动作指令，达到数控方式对筒体工件的高精度矫圆。它具有操作简便，通过输入筒体工件数据、数控矫圆机基本参数和材料基本性能参数，程序能够实时精确计算矫正量，生成相关数据，并控制矫圆机各个动作步骤，从而保证矫圆精确，提高了工作效率，降低劳动强度，提高产品的合格率，同时也降低了生成本。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请范围内。

Claims (2)

1.数控矫圆机的矫圆工艺，其特征在于：其矫圆工艺步骤如下：

第一：将上辊总下压量设置并分为n个区间，每个区间称为矫圆的道次，n个区间则有n个道次；

第二：每个道次的下压量设为x，该x根据需要可以设定为等值，也可以不等值，不等值时各区间下压量x则分别设定；

第三：每个道次设置下辊驱动正转与反转的次数，下辊正转与反转一次为一个周期，这样有利于矫圆成形，消除形变应力，提高矫正精度；周期为“空格”时，表示下辊驱动时单向转动，在矫圆过程中，最后一个道次的周期数应大于1；

第四：PLC控制器按n个道次、x下压量和下辊驱动的周期数程序指令，上辊下压和下辊驱动旋转对非正圆筒体工件进行矫正；

第五：当上辊下压矫正达到矫正最大压下量时，PLC控制器发出程序传输指令，上辊不再下压，上辊将按原来设定好的n个道次反向上升，上升中在矫圆的同时并对施加的压力进行卸载；

第六：矫圆机上辊升降速度相对较慢、板材厚度相对较薄和矫圆精度要求不高等情况下，道次n可设定为1，即上辊下压或上辊上升为无级渐进且匀速，实施对工件的矫正；

第七：当上辊上升到非矫正区间后，PLC控制器指令变频电机加速运转，驱动上辊快速上升到上辊上位始点h₀位置，打开矫圆机内的翻倒装置，退出矫圆筒体工件，实现了对非正圆筒体工件高精度数控全自动矫圆；

PLC控制器内置程序根据已知参数，运算出各动作指令的相关数据，从而最终确定矫正最大压下量，实现对筒体工件最佳矫圆。

2.根据权利要求1所述的数控矫圆机的矫圆工艺，其特征在于：PLC控制器的内置程序计算各相关数据计算方法如下：

(一)、已知参数设定：

(1)矫圆机基本参数：上辊直径D₁，下辊直径D₂，两下辊中心距a，上辊上位始点h₀；

(2)矫正筒体工件基本参数：板厚t，筒体内径D(半径R)。

(3)板材性能基本参数：板材屈服强度σ_s，材料硬化系数K₀，以及材料弹性模量E等；

(二)、由PLC控制器内置的运行程序来确定上辊下压各状态矫正工作行程：

以两下辊中心连线为基准线，以上辊轴心为基准点，在两下辊与上辊，三辊与工件相切状态下：

(1)理论正圆工件状态下，工件圆心到两下辊基准线的距离为H：

$H=\sqrt{{(R+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(2)理论正圆工件状态下，上辊轴心到两下辊基准线的距离h：

$h=H-R+\frac{D_1}{2}$

(3)最大压下量状态下，虚拟工件圆心到两下辊基准线的距离为H₁：

$H_1=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}$

(4)最大压下量状态下，上辊轴心到两下辊基准线线的距离h₁：

根据弹塑性力学原理，最大压下量状态(工件回弹前)下的理论曲率半径R₁，再按下列公式计算h₁：

$h_1=H_1-R_1+\frac{D_1}{2}=\sqrt{{(R_1+\frac{D_2}{2}+t)}^2-{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}-R_1+\frac{D_1}{2}$

(三)、计算矫正最大压下量(矫正量)h′：

h′=h₁-h₀。