CN107552601A - 一种开环数字控制工件校直机及其校直方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种开环数字控制工件校直机，用于细长轴弯曲变形的校直，其包括通用油压机、校直专用压头、校直专用夹具、压头行程限位装置；所述校直专用夹具包括夹具支架、摇臂、上定位块、上定位块、连杆、气缸等；所述压头行程限位装置包括限位支承块、上楔块、下楔块、楔块导板、滚珠丝杠螺母副、轴承座、步进电机、单片机控制板等。本发明可通过在单片机控制板键盘上输入所测待校直工件的变形量，由单片机运算、处理，控制步进电机运转，进而控制限位支承块的位置，启动油压机完成校直作业。操作过程数字化、自动化，提高了工作效率和校直精确度，降低了废品率和对操作者的经验要求。

Description

一种开环数字控制工件校直机及其校直方法

技术领域

本发明涉及一种工件弯曲变形的校直装置，特别是涉及一种圆轴类细长工件在粗加工后热处理而产生弯曲变形的校直装置及校直方法。

背景技术

细长轴容易产生弯曲变形，尤其是经热处理后，因内应力变化而往往产生较大的变形，这种弯曲变形甚至可达数毫米。如此大的弯曲变形若不进行校直，则在后续机加工中，会使工件偏心或一侧过切一侧未切留有灰皮，从而导致零件报废。因此这类工件常常需要校直后才能进行后序加工。

当前细长轴类零件校直手段多为手动反弯校直。手动校直存在的问题是，手动操纵油压机控制阀或电气开关控制油压机压头下压，下压行程完全凭操作者经验和临场反应。操作时若压程过大可能导致零件报废，压程不足使得校直不足，往往需要反复多次操作才能达到要求。因此工作效率低，质量不易控制，操作者高度紧张，总体效果欠佳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种压弯行程开环数字控制工件校直机及其操作方法。

为了解决上述问题，本方面采用了如下技术方案：

一种开环数字控制工件校直机，包括一台通用油压机、专用压头、校直专用夹具、底座板、压头行程限位装置等。所述通用油压机为立式，即液压缸垂直布置；所述专用压头固定在油压机活塞杆下端；所述校直专用夹具和压头行程限位装置固定在底座板上；所述底座板安装固定在油压机工作台面上。

所述校直专用夹具包括夹具支架、摇臂、上定位块、下定位块、连杆、气缸及气动控制装置；所述夹具支架共分左右两个，分别固定在底座板的左右两侧；左、右夹具支架其后方通过螺栓8各固定安装一个气缸；气缸杆端安装有拨叉；气缸通过拨叉、销轴与摇臂铰接；摇臂中部通过销轴与连杆上孔铰接、连杆下孔通过销轴和夹具支架铰接。夹具支架上中部安装有下定位块；摇臂右端安装有上定位块。

所述压头行程限位装置包括限位支承块、上楔块、下楔块、上楔块左挡板、上楔块右挡板、楔块导板、滚珠丝杠螺母副、轴承、轴承座、步进电机、电机支架、步进电机驱动器、单片机控制板、电源；所述轴承座共有两个，分别固定在底座板左右两端，滚珠丝杠螺母副安装于两轴承座上；所述步进电机安装于电机支架上，且通过联轴器与丝杠右端相连；所述上楔块与下楔块，在主视图中其前后两侧分别布置有楔块导板；所述上楔块和下楔块，其两斜面组成斜面副；滚珠丝杠螺母副的螺母与下楔块固定连接；上楔块置于液压油缸及专用压头正下方，其左右两侧分别设置有上楔块左挡板和上楔块右挡板。

所述上楔块、下楔块，材料为45钢调质，其斜面与各自底面夹角为5°；所述上楔块与下楔块组成的斜面副，无润滑，相互之间静摩擦系数为0.1~0.15，当承受垂直于地面方向的正压力时可机械自锁。

所述上楔块上面设置有限位支承块，当油压机专用压头下压碰触到固定于上楔块的限位支承块时，液压缸下行运动被阻停，其输出力可通过上楔块上固定的限位支承块依次传递给上楔块、下楔块、楔块导板、底座板、油压机工作台面，最终由油压机机架形成内力平衡；上楔块、下楔块组成的斜面副有垂直方向自锁功能，因而不会产生额外的水平方向推力，即不会对滚珠丝杆螺母副、上楔块左挡板、上楔块右挡板产生附加作用力。

所述单片机控制板，包括单片机、晶振电路、复位电路、EEPROM电路、数码管键盘驱动芯片、2×8键盘、四位共阴极数码管、精密微动开关、继电器和急停开关。所述2×8键盘共16个按键，包括“0”~“9”十个数字键、“.”小数点键、“删除”键、“保存”键、“确认”键，及2个备用键。所述EEPROM电路其存储芯片为24C02，用于保存所测得的“工件弯曲度-反弯变形量”关系表数据。所述继电器，由单片机IO引脚控制，继电器输出端连接油压机电磁阀线圈；所述精密微动开关安装在底座板上中右部，所述碰块固定在滚珠丝杆螺母副的螺母下端；当滚珠丝杆螺母副的螺母回到最右端，则碰块碰触精密微动开关，使微动开关触点导通；当滚珠丝杠副螺母向左运动，并使碰块离开精密微动开关，微动开关触点断开。所述急停开关，安装在控制面板显著位置，用于紧急情况下停止步进电机和压力机油缸动作。

本发明的校直方法和原理是：

首先，每次系统开机后，单片机控制系统首先执行一次回零操作，即使丝杠螺母副回到右端接近极限位置。其过程是，单片机控制步进电机以设定的中等速度反向旋转，使丝杠副的螺母右行，同时检测精密微动开关是否被碰触导通；一旦检测到精密微动开关导通，则步进电机立即停转，并改为慢速正向旋转，当检测精密微动开关断开则控制步进电机立刻停止转动，此即完成回零操作。接着，将待校直工件水平放入校直专用夹具的下V形槽内，转动工件使其弯曲最大点置于上方最高点处，启动气缸并夹紧工件使之不能自由旋转；测得待校直工件的弯曲度值，单位为毫米（mm），并把此数据输入单片机控制器；单片机运算处理后输出控制信号至步进电机驱动器，由步进电机驱动器驱动步进电机转动，步进电机通过联轴器驱动滚珠丝杠螺母副，再通过斜面副即控制了压头行程限位支承块的位置；单片机控制油压机下压；当校直专用压头接触到待校直工件后，开始在工件上作用一向下的压弯力，使工件产生反向弯曲变形；当校直专用压头碰触限位支承块后，专用压头受阻停止运动。保持压头静止数秒后，单片机控制油压机缩回，压头上行；工件随之会有一定程度的回弹，经检验若符合要求则此次校直操作结束。

本发明的有益效果是：校直作业时，根据所测工件弯曲度，通过键盘手动输入单片机控制器，单片机控制器通过运算处理，控制步进电机转动，进而控制限位支承块的位置，控制油压机下压即可完成操作。操作过程为数字化、自动化，操作质量稳定可靠，提高了工作效率，降低了废品率和对操作者的经验要求。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为图2的B-B截面图。

图5为图1的A-A局部剖视图。

图6为单片机控制原理板框图。

图7为主程序流程图。

图8为急停中断服务程序

图9为键盘中断服务程序流程图。

图中标号：1-底座板，2-螺栓1，3-螺栓2，4-螺栓3，5-轴承座，6-轴承，7-气缸，8-上楔块左挡板，9-螺栓4，10-下定位块，11-上定位块，12-摇臂，13-待校直工件，14-限位支承块，15-专用压头，16-油压机，17-螺栓5，18-上楔块，19-下楔块，20-上楔块右挡板，21-螺栓6，22-连杆，23-联轴器，24-电机支架，25-步进电机，26-螺栓12，27-夹具支架，28-螺栓7，29-滚珠丝杆螺母副，30-楔块导板，31-螺栓8，32-销轴1，33-拨叉，34-销轴2，35销轴3，36-螺栓9，37-螺栓10，38-螺栓11，39-精密微动开关，40-碰块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进一步详细说明。

本发明是一种开环数字控制工件校直机，包括一台通用油压机（16）、专用压头（15）、校直专用夹具、底座板（1）、压头行程限位装置等。如图2所示，通用油压机（16）为立式，即液压缸垂直布置；专用压头（15）刚性固定在油压机活塞杆下端，并可随活塞杆同步上下移动；底座板（1）安装固定在油压机工作台面上，其上表面固定安装有校直专用夹具、压头行程限位装置。

校直专用夹具包括夹具支架（27）、摇臂（12）、上定位块（11）、下定位块（10）、连杆（22）、气缸（7）及气动控制装置；左右两侧夹具支架（27）通过螺栓2（3）固定在底座板（1）左右两侧，在两夹具支架（27）后方通过螺栓（31）各固定安装一个气缸（7），气缸杆端安装有拨叉（33），通过拨叉（33）、销轴（34）连接摇臂（12），摇臂（12）中部通过销轴（35）与连杆（22）上孔铰接、连杆（22）下孔通过销轴（32）和夹具支架（27）铰接。夹具支架上中部通过螺栓（37）固定安装有下定位块（10）；摇臂（12）右端通过螺栓（36）装有上定位块（11）；操纵气缸使无杆腔进气有杆腔回气，则活塞杆伸出，驱动摇臂（12）使工件加紧，反之能使工件松开。

压头行程限位装置包括限位支承块（14）、上楔块（18）、下楔块（19）、上楔块左挡板（8）、上楔块右挡板（20）、楔块导板（30）、滚珠丝杠螺母副（29）、轴承（6）、轴承座（5）、步进电机（25）、电机支架（24）、步进电机驱动器、单片机控制板、电源。轴承座（5）安放在底座板（1）左右两端，滚珠丝杠螺母副（29）安装于两轴承座（5）上；步进电机（25）安装于电机支架（24）上，且通过联轴器（23）与丝杠右端相连，步进电机（25）可驱动丝杠正反向转动；在主视图中，上楔块（18）与下楔块（19）其前后两侧分别布置有楔块导板（30），该楔块导板（30）同时限制了上楔块（18和）下楔块（19）的前后向自由度；楔块导板（30）中部开有阶梯平面，下楔块（19）的下表面与该阶梯平面形成平面副，使得下楔块（19）仅有一个左右运动的自由度；滚珠丝杠螺母副（29）的螺母与下楔块（19）固定连接，受下楔块（19）的自由度牵连作用，丝杠副（29）的螺母仅剩一个水平左右运动的自由度；上楔块（18）置于液压油缸及专用压头（15）正下方，在主视图中其左右两侧分别设置有上楔块左挡板（8）和上楔块右挡板（20），受此限制，上楔块（18）仅有一个上下运动的自由度。上楔块（18）与下楔块（19）为上下布置，其两斜面组成斜面副；步进电机（）正反向转动时，下楔块（19）随丝杠副螺母左右运动，上楔块（18）则上下运动；在校直操作时，油压机专用压头（15）碰触到上楔块（18）上的限位支承块（14）后受阻停止，其作用力经上楔块（18）、下楔块（19）作用在楔块导板（30）的阶梯平面上，并传递给底座板（1），再作用在油压机（16）工作台面，最终由油压机（16）机架形成内力平衡。

上楔块（18）、下楔块（19），材料为45钢调质，其斜面与各自底面夹角为5°；所述上楔块（18）与下楔块（19）组成的斜面副，无润滑，相互之间静摩擦系数为0.1~0.15，当承受垂直于地面方向的正压力时可机械自锁。上楔块（18）、下楔块（19）组成的斜面副有垂直方向自锁功能，因而不会产生额外的水平方向推力，即不会对滚珠丝杆螺母副（29）、上楔块左挡板（8）、上楔块右挡板（20）产生附加作用力。

所述单片机控制板，包括单片机、晶振电路、复位电路、EEPROM电路、数码管键盘驱动芯片、2×8键盘、四位共阴极数码管、精密微动开关（39）、继电器和急停开关。所述2×8键盘共有16个按键，包括“0”~“9”十个数字键、小数点键“.”、“删除”键、“保存”键、“确认”键，及2个备用键。精密微动开关（39）安装在底座板（1）上中右部，所述碰块（40）固定在滚珠丝杆螺母副（29）的螺母下端；当滚珠丝杆螺母副（29）的螺母回到最右端，则碰块（40）碰触精密微动开关（39），使微动开关（40）触点导通；当滚珠丝杠副螺母向左运动，并使碰块离开精密微动开关（40），微动开关（40）触点断开。所述单片机型号为AT89S51，单片机内设软件程序。软件程序中包含在先前校直实践中归纳得到的“工件弯曲度-反弯变形量-步进电机转角”关系表；该表为一维表，如表1，是根据多次实践经验得出，对于同一批次相同工件，因材料相同、尺寸偏差很小、热处理过程一致，其数值具有高度一致性，将其存入EEPROM中，以便重新开机后仍能保持原有内容。

校直操作时，单片机执行程序依据该表线性插值得到步进电机所需转角值，再通过I/O口输出控制步进电机运转，进而实现对压头行程限位块的位置准停。单片机控制板上设置有继电器，用于自动控制油压机电磁阀，进而控制活塞杆的伸出和缩回；单片机控制板上还设置有“急停开关”，在单片机按程序自动运行时，若需紧急停止步进电机或油压机活塞杆伸缩，按“急停开关”即可紧急停止所有动作，避免危险的进一步发生。

表1 “工件弯曲度-反弯变形量- 步进电机转角”关系表

工件弯曲度（mm）	0.25	0.5	0.75	1	1.25	1.5	1.75	2	……
										反弯变形量（mm）
步进电机转角（格）

设计的单片机控制系统程序流程图如图7所示，程序按结构化编程，分主程序和中断服务程序及各子程序。单片机上电复位后，即进入主程序，首先进行初始化，包括单片机初始相关设置、初始化显示CH452、输入缓冲器清零；其次，每次上电步进电机需先回零，其过程是：控制步进电机中速反向旋转、检测精密微动开关是否导通、若未导通则电机继续保持当前反转状态；若导通，则步进电机立刻停止，并以极慢速度正转，当检测到精密微动开关导通，则控制电机立刻停止。单片机处于等待键盘中断状态，等待键盘的输入。当按下键盘任意一键，则立即进入键盘中断服务程序，图9，首先读取键值，判断“设置”键是否按下，如果“设置”键按下，则进入“表1”数据状态，按保存则把当前输入的数字写入EEPROM；如果“设置”键未按下，则判断是否是“确认”键，如是“确认”键，则依据所输入数据，控制步进电机转动至规定转角位置，中断返回；若不是“确认”键，则判断是否是“删除”键，若是“删除”键，则当前输入缓冲器地址单元清零、缓冲器地址指针减一，中断返回；若不是“删除”键，则是数字键，把当次按键键入数值存入输入缓冲器、缓冲器地址加一，中断返回。图8，在任何状态下，如果急停开关按下，则立刻触发急停中断，紧急停止油压机和步进电机动作；该中断为高级中断，可以优先响应，以确保安全。

Claims (3)

1.一种开环数字控制工件校直机，包括一台通用油压机（16）、专用压头（15）、校直专用夹具、底座板（1）、压头行程限位装置；通用油压机（16）为立式，即液压缸垂直布置；专用压头（15）固定在油压机活塞杆下端；校直专用夹具和压头行程限位装置固定在底座板（1）上；底座板（1）安装固定在油压机工作台面上；校直专用夹具包括夹具支架（27）、摇臂（12）、上定位块（11）、下定位块（10）、连杆（22）、气缸（7）及气动控制装置；夹具支架（27）共有两个，分别固定在底座板（1）的左右两侧；左、右夹具支架（27）其后方通过螺栓8（31）各固定安装一个气缸（7）；气缸杆端安装有拨叉（33）；气缸通过拨叉（33）、销轴（34）与摇臂（12）铰接；摇臂（12）中部通过销轴（35）与连杆（22）上孔铰接、连杆（22）下孔通过销轴（32）和夹具支架（27）铰接，夹具支架上中部安装有下定位块（10）；摇臂（12）右端安装有上定位块（11）；压头行程限位装置包括限位支承块（14）、上楔块（18）、下楔块（19）、上楔块左挡板（8）、上楔块右挡板（20）、楔块导板（30）、滚珠丝杠螺母副（29）、轴承（6）、轴承座（5）、步进电机（25）、电机支架（24）、步进电机驱动器、单片机控制板、电源；轴承座（5）共两个，固定在底座板（1）左右两端，滚珠丝杠螺母副（29）安装于两轴承座（5）上；步进电机（25）安装于电机支架（24）上，且通过联轴器（23）与丝杠右端相连；上楔块（18）与下楔块（19），在主视图中其前后两侧分别布置有楔块导板（30）；上楔块（18）和下楔块（19），其两斜面组成斜面副；滚珠丝杠螺母副（29）的螺母与下楔块（19）固定连接；上楔块（18）置于液压油缸及专用压头（15）正下方，其左右两侧分别设置有上楔块左挡板（8）和上楔块右挡板（20）。

2.根据权利要求1所述的一种开环数字控制工件校直机，其特征在于：上楔块（18）和下楔块（19）材料为45钢调质，其斜面与各自底面夹角为5°；上楔块与下楔块组成的斜面副，无润滑，相互之间静摩擦系数为0.1~0.15，当承受垂直于地面方向的正压力时可机械自锁。

3.根据权利要求1所述的一种开环数字控制工件校直机，其特征在于：所述单片机控制板，包括单片机、晶振电路、复位电路、EEPROM电路、数码管键盘驱动芯片、2×8键盘、四位共阴极数码管、精密微动开关（39）、继电器和急停开关；EEPROM电路其存储芯片为24C02，用于保存所测得的“工件弯曲度-反弯变形量”关系表数据，继电器由单片机IO引脚控制，继电器输出端连接油压机电磁阀线圈；精密微动开关（39）安装在底座板（1）上中右部，碰块（40）固定在滚珠丝杆螺母副（29）的螺母下端；当滚珠丝杆螺母副（29）的螺母回到最右端，则碰块（40）碰触精密微动开关（39），使微动开关（40）触点导通；当滚珠丝杠副螺母向左运动，并使碰块离开精密微动开关（40），微动开关（40）触点断开；急停开关，安装在控制面板上，用于紧急情况下停止步进电机（25）和压力机油缸动作。