CN105033658A - 用于加工细长坯料的设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了用于加工细长坯料的设备，所述设备包括沿与坯料(C)的送料方向一致的纵向(x)排列成行的多个机器(10，12，14)。每个机器具有设置为由各自的马达驱动旋转从而在坯料上同时进行加工的滚轮(18，20，22)，并且具有设置为控制这些马达的控制单元。每个机器设有测量装置(24)，适于将处于加工下的坯料沿着纵向在那个机器的滚轮上施加的总反作用力的测量值提供给那个机器的控制单元。每个机器的控制单元设置为以如下方式对那个机器的滚轮进行转矩控制，该方式为，使得处于加工下的坯料沿着纵向在那个机器的滚轮上施加的总反作用力等于包括零在内的预设值。

Description

用于加工细长坯料的设备
技术领域
本发明涉及一种设备，该设备用于加工细长坯料(诸如，例如管件、棒材、型材和带材)，该设备包括多个机器，所述多个机器排列成行并且具有马达驱动滚轮，或其它马达驱动加工构件，所述加工构件适于中同时作用在处于加工下的坯料上，从而将具有指向纵向(即坯料沿着设备移动所沿的方向)的分量的力施加到坯料上。
背景技术
已经构思出本发明并且在本文中将特别参考用于从主要为空心截面不锈钢的导体中形成超导线圈的设备对本发明进行说明，然而，在以下描述中显而易见的是，本发明还适用于任何其它用于加工细长坯料(诸如，管件，棒材，型材等)的设备，所述设备包括多个排列成行的用于在同一坯料上同时进行加工的机器。
用于形成超导线圈的典型设备主要包括解绕矫直单元以及弯曲卷绕单元。所述解绕矫直单元设计为解绕由导体形成的竖直轴线线圈并且提供矫直导体，所述导体以恒定的半径弯曲并且沿着柱状螺旋路径卷绕。为此，所述解绕矫直单元使线圈绕它的竖直轴线旋转，并且同时，借助于矫直装置将离开线圈的导体矫直。弯曲卷绕单元包括弯曲装置和回转台，所述弯曲装置设置为用于弯曲矫直导体，离开所述弯曲装置的弯曲导体放置于所述回转台上，借此形成一组匝以形成将要产生的超导线圈。在解绕矫直单元与弯曲卷绕单元之间还可以设置另外的装置，这些另外的装置设置为在离开解绕矫直单元的矫直导体上进行加工，并且包括，例如，放置在矫直装置下游以进一步矫直导体的一个或多个精矫直装置。
导体在最初的矫直步骤和最终的弯曲步骤之间必须经受的加工是借助于机器来完成的，所述机器沿着包含在解绕矫直单元与弯曲卷绕单元之间的导体的直线部排列成行，并且所述机器具有加工构件(诸如，例如，滚轮)，所述加工构件由各自的马达驱动来旋转，从而作用在导体上，以便将具有纵向分量的力施加在导体上。
在这样的设备中，各种机器的马达驱动加工构件的旋转显然必须得到控制，从而避免相对于导体的相对滑动，以及由于屈曲导致的导体不稳定的风险。
用于控制马达驱动加工构件的可能模式为，使得排列成行的各种机器的速度/位置同步。然而，这种控制模式受到很多缺点的影响。
首先，即使导体的前进方向对于所有机器来说显然是相同的，但是这并不一定意味着所有滚轮必须具有相同的圆周速度。事实上，第一矫直机和弯曲机均具有作用在曲线部上的马达驱动滚轮(进一步地说，曲线部具有非恒定的曲率半径，尤其是在弯曲机中)，其中拱背上的速度比导体的直线部的速度高，而拱腹上的速度比导体的直线部的速度低。这同样适用于精矫直机，其中导体轻微地变形成S形。圆周速度中的这种差异在导体上产生了纵向力，从而导致滑动(在牵引力的情况下)或导致滑动和/或屈曲失稳(在压缩力的情况下)。
其次，滚压机的总传动比可能是近似值而非确定值。从而，实施与排列成行的其它机器的速度/位置同步会使传动比的估计中形成的误差累加，并且不可避免地导致在导体上产生纵向牵引或压缩力，从而产生滑动和/或屈曲失稳。同样的效果也会由排列成行的且在理想情况下彼此相同的机器之间的几何差异(虽然该几何差异很小)产生，这些差异是由于机器的制造公差造成的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于加工细长坯料(诸如，例如类型为管件，棒材，型材和带材)的设备，所述设备包括多个机器，这些机器排列成行并且具有被马达驱动而旋转的加工构件，以同时作用在加工中的坯料上，从而在坯料上施加具有纵向分量的力，该设备能够防止滑动和/或屈曲失稳影响加工中的坯料。
根据本发明，凭借一种设备完全实现了这个和其它目标。
简而言之，本发明是基于以下构思，所述构思为：设备的每个机器设置有测量装置，用于测量由坯料沿着纵向施加在相应机器上的总反作用力；以如下方式控制与加工构件相关的马达，所述方式即，由坯料沿着纵向施加在相应机器上的总反作用力等于预设值(包括零在内)。
使得由坯料沿着纵向在机器上施加的总反作用力等于零意味着，由相应机器的马达驱动加工构件施加到坯料上的扭矩是用于实现相应机器设计成所进行的加工(矫直，弯曲等)所严格需要的那些扭矩。在这种情况下，机器相对于坯料来说是中立的，并且避免了机器的马达驱动加工构件和坯料之间的不期望滑动。
与马达驱动加工构件相关的马达还可以被控制，从而在例如有必要确保将一定的牵引力施加到所述坯料上的情况下，使得坯料沿着纵向施加到机器上的反作用力为非零的。
优选地，为了能够测量由坯料沿着纵向施加在机器上的总反作用力，机器以在纵向上具有平移自由度的方式安装在支撑结构上，并且测量装置还设置在机器和支撑结构之间以测量在纵向上施加在机器上的力，这个力表示由坯料在纵向上施加在机器上的总反作用力。机器例如可以借助于低摩擦线性导向件(诸如，滚动接触导向件)安装在支撑结构上，并且测压元件(或类似测力装置)可安装在机器与支撑结构之间以测量在纵向上作用在机器上的力(作为由坯料施加的反作用力的结果)。
根据本发明，提供了一种用于加工细长坯料的设备，所述坯料如管件、棒材、型材和带材，所述设备包括沿与所述坯料的送料方向一致的纵向排列成行的多个机器。每个所述机器包括：至少一个加工构件，所述加工构件绕旋转轴线能旋转地安装并且适于在所述坯料上进行加工从而在所述坯料上施加具有沿着纵向的分量的力；用于驱动所述至少一个加工构件旋转的马达装置；以及用于控制所述马达装置的控制单元。每个所述机器设置有测量装置，所述测量装置用于将所述坯料在操作中沿着纵向在所述机器上施加的总反作用力的测量值提供给所述机器的控制单元，并且每个机器的控制单元设置为以如下方式控制所述马达装置，所述方式为，使得由所述测量装置提供的所述坯料在操作中沿着纵向在所述机器上施加的总反作用力的值等于包括零在内的预设值。
进一步地，至少一个所述机器以在纵向上具有平移自由度的方式安装在各自的支撑结构上，并且其中至少一个所述机器的测量装置插入在所述机器与支撑结构之间。
进一步地，至少一个所述机器借助于直线导向件安装在各自的支撑结构上。
进一步地，所述测量装置包括测压元件，所述测压元件在一侧连接到至少一个所述机器并且在另一侧连接到各自的支撑结构。
进一步地，所述马达装置包括用于每个加工构件的各自的马达。
进一步地，每个机器的控制单元设置为对所述机器的每个马达进行扭矩控制。
进一步地，至少一个所述机器的控制单元设置为基于预定义的比例标准而定义将由所述机器的马达施加的扭矩。
进一步地，至少一个所述机器包括用于测量施加在所述坯料与每个加工构件之间的法向力的另外的测量装置，并且其中，至少一个所述机器的控制单元设置为基于所述另外的测量装置提供的力测量值而定义将由所述机器的马达施加的扭矩。
附图说明
本发明的特征和优点将仅通过参考附图借助于非限制性例子给出的以下详细描述中变得更加明显，其中：
图1示意性地示出了用于形成超导线圈的设备，该设备作为用于加工细长坯料的设备的一个例子，并且所述设备包括适用于本发明的排列成行的多个机器；
图2为形成图1的设备的一部分的弯曲机的透视图；
图3为以放大的尺寸详细示地出了测力装置的透视图，所述测力装置用于测量由坯料在纵向上施加到图2的弯曲机上的力；以及
图4为图2的弯曲机的侧视图。
具体实施方式
首先参照图1，用于从导体C形成超导线圈B的设备包括沿着纵向x排列成行的多个机器，所述纵向与导体C向前移动所沿的送料方向一致，所述导体为空心截面的不锈钢，所述导体以恒定的半径沿着柱状螺旋路径卷绕，以形成线圈A。
更具体地说，在图1中所示的实施例中，设备包括：第一矫直机10，用于矫直从线圈A上解绕下来的导体C；一个或多个另外的精矫直机12，用于对来自第一矫直机10的导体进行精矫直；以及弯曲机14，用于以期望的曲率半径弯曲导体C，从而与绕竖直旋转轴线z可旋转地安装的回转台16合作而形成线圈B。设备进一步包括送料装置(未详细示出)，用于使坯料以给定的前进速度在纵向x上向前移动。矫直机10、精矫直机12、弯曲机14以及送料装置是本身已知的类型，并且因此在本文中不作详细地描述。值得一提的是，出于本发明的目的，所有这些机器都具有马达驱动加工构件，特别是马达驱动滚轮，每个马达驱动滚轮都由各自的马达(特别是电动马达或液压马达)驱动以绕各自的旋转轴线旋转，加工构件既具有通过摩擦驱动导体C以使导体在纵向x上向前移动的功能，又具有使导体C变形从而矫直导体(在具有矫直机10和12的滚轮的情况下)或弯曲导体(在具有弯曲机14的滚轮的情况下)的功能。
现在参照图2至图4，以本身已知的方式，弯曲机14包括三个滚轮18、20、22，即可绕竖直旋转轴线z1旋转的第一滚轮18，可绕竖直旋转轴线z2旋转的中间滚轮20，以及可绕竖直旋转轴线z3旋转的弯曲滚轮22。这三个滚轮18、20和22以如下方式设置，所述方式为，在第一滚轮18和弯曲滚轮22位于导体C的一侧并且中间滚轮20位于相对侧的情况下使得导体C(图2至4中未示出)移动经过弯曲机14。弯曲机还可以具有与本文中示出的布置不同的布置，例如，包括超出以上提到的那三个滚轮之外的更多滚轮。
各自的电动马达(未示出，但为已知类型的)驱动三个滚轮18、20、22绕各自的旋转轴线z1、z2、z3旋转。根据本发明，电动马达由控制单元(未示出)进行扭矩控制，从而在各自的滚轮18、20、22上施加扭矩，使得由导体C在纵向x上施加到滚轮上(并且因此施加在机器上)的总反作用力等于预设值(例如，零)。因此，控制单元使用由导体施加到机器上的总反作用力作为反馈变量，以矫正施加到机器的单个滚轮上的扭矩。
根据图中示出的实施例，测量装置24与弯曲机14相关联以测量由导体C在纵向x施加到机器上的总反作用力。控制单元设置为基于由测量装置24提供的由导体C在弯曲机14上施加的总反作用力的值来计算将要施加到每个滚轮18、20、22上的扭矩，从而满足前面提到的使反作用力等于预设值的要求。
例如，可通过预先定义单个滚轮的扭矩值之间的比例标准来确定将要施加到机器的每个马达驱动滚轮上的扭矩满足前面提到的机器施加的反作用力等于预设值的要求。同一台机器上的单个滚轮的扭矩值之间的比例标准基于导体和滚轮之间交互的法向力的模量，这个模量从静力学法则中大约是已知的，至少就其垂直于导体的纵向x的分量(其为极为重要的分量)的范围内而言。例如，在如图2至图4中所示的具有三个滚轮的弯曲机中，其中滚轮18、20、22之间的纵向节距相同，至少在大半径的情况下，导体C可建模为在其端部被简单地支撑并且在其中心负载的横梁，并且因此，在中间滚轮20与导体C之间交互的法向力大约为在另两个滚轮(第一滚轮18和弯曲滚轮22)中的每一个与导体C之间交互的法向力的两倍。将要施加在滚轮18、20、22上的扭矩将遵循相同的比例，从而在这三个滚轮中，由于对于这三个滚轮来说摩擦角度最优选相同，因此同样确保了在滚轮和导体之间交互的纵向力和在滑动之前容许的最大纵向力之间的相同比例。
或者，将要施加到机器的马达驱动滚轮中的每一个上的扭矩可以从导体和每个马达驱动滚轮之间交互的法向力的实际测量中建立。
有利地，为了使得能够测量由导体C沿着纵向x在弯曲机14上施加的总反作用力，机器以在纵向x上具有平移自由度的方式安装在支撑结构26上，并且测量装置24在一侧上连接到弯曲机14，在另一侧上连接到支撑结构26以测量沿着纵向x在那个机器上施加的力，这个力表示导体C在机器的滚轮18、20和22上施加的总反作用力。在本文提出的例子中，弯曲机14安装在低摩擦线性导向件28(诸如，滚动接触导向件)上，该低摩擦线性导向件固定到支撑结构26并且沿着纵向x定向，并且测压元件(作为测量装置)24安装在机器14和支撑结构26之间。
参照弯曲机14的上述描述适用于形成设备的部分的所有其它机器(第一矫直机10和另外的矫直机12)。另外在这些机器中，驱动马达驱动滚轮的马达事实上将由各自的控制系统进行扭矩控制，从而将扭矩施加到各自的滚轮上，以使得由导体在纵向上施加到机器上的总反作用力等于预设值(例如，零)，并且将提供适当的测量装置来测量由导体施加到机器上的总反作用力。
因此，本发明的一个优点在于设备的每个机器都可以借助于简单的局部反馈回路进行自身调节，而不需要对排列成行的各种机器进行复杂的协调控制。
自然地，在本发明的原则保持不变的情况下，实施例和构造细节可相对于仅作为非限制性例子进行描述和说明的实施例和构造细节进行极大地修改，并且不会因此而脱离所附权利要求中所定义的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于加工细长坯料(C)的设备，所述坯料如管件、棒材、型材和带材，所述设备包括沿与所述坯料(C)的送料方向一致的纵向(x)排列成行的多个机器(10，12，14)，
每个所述机器(10，12，14)包括：至少一个加工构件(18，20，22)，所述加工构件绕旋转轴线(z1，z2，z3)能旋转地安装并且适于在所述坯料(C)上进行加工从而在所述坯料上施加具有沿着纵向(x)的分量的力；用于驱动所述至少一个加工构件(18，20，22)旋转的马达装置；以及用于控制所述马达装置的控制单元，
其特征在于，每个所述机器(10，12，14)设置有测量装置(24)，所述测量装置用于将所述坯料(C)在操作中沿着纵向(x)在所述机器上施加的总反作用力的测量值提供给所述机器的控制单元，并且每个机器(10，12，14)的控制单元设置为以如下方式控制所述马达装置，所述方式为，使得由所述测量装置提供的所述坯料(C)在操作中沿着纵向(x)在所述机器上施加的总反作用力的值等于包括零在内的预设值。
2.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个所述机器(10，12，14)以在纵向(x)上具有平移自由度的方式安装在各自的支撑结构(26)上，并且其中至少一个所述机器(10，12，14)的测量装置(24)插入在所述机器(10，12，14)与支撑结构(26)之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，至少一个所述机器(10，12，14)借助于直线导向件(28)安装在各自的支撑结构(26)上。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述测量装置(24)包括测压元件，所述测压元件在一侧连接到至少一个所述机器(10，12，14)并且在另一侧连接到各自的支撑结构(26)。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述马达装置包括用于每个加工构件(18，20，22)的各自的马达。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，每个机器(10，12，14)的控制单元设置为对所述机器的每个马达进行扭矩控制。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，至少一个所述机器(10，12，14)的控制单元设置为基于预定义的比例标准而定义将由所述机器的马达施加的扭矩。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，至少一个所述机器(10，12，14)包括用于测量施加在所述坯料与每个加工构件(18，20，22)之间的法向力的另外的测量装置，并且其中，至少一个所述机器(10，12，14)的控制单元设置为基于所述另外的测量装置提供的力测量值而定义将由所述机器的马达施加的扭矩。
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