CN110238332A - 一种数控自动化液压碾环机 - Google Patents

Abstract

一种数控自动化液压碾环机，包括液压碾环机以及与液压碾环机连接的电控系统，所述液压碾环机包括机体、碾压机构、液压机构，所述电控系统包括磁尺、旋转编码器、电控柜；本发明设有磁尺、旋转编码器等感应机构，由电控柜自动化监测、控制，简单便捷，大大降低了工人劳动强度，提高了生产力和生产质量，值得应用推广。

Description

一种数控自动化液压碾环机

技术领域

本发明涉及锻件加工设备技术领域，具体涉及一种数控自动化液压碾环机。

背景技术

辗环机是一种历史长久的旋转锻造设备，按照环件轧制设备结构特点分类，可分为立式辗环机和卧式辗环机两类，前者适用于中、小型环件，后者适用于大型和特大型环件的制造。它们问世几十年来，广泛应用于轴承内外环、轮圈、铁路轮箍、汽轮机、飞机发动机、航天设备等环件的塑性成形。现有的立式碾环机包括床身、主碾压轮、芯辊等主要结构，立式辗环机是由电动机驱动旋转的主碾压轮，在下行施压的过程中与被动带转的芯辊形成一对轧辊，对套在芯辊上的环件毛坯进行周而复始的循环轧制，环件内外径扩大、壁厚减薄而逐步成形。

现在市场碾环机一般采用手动液压控制，将加热并冲有小孔的坯料套在芯辊上，靠碾压辊的外缘带动坯料旋转，实现坯料厚度的减薄与直径扩大的轧制成形。这种产品轧制成形的操作，全靠人工控制手动阀来控制产品成型，对操作者技术熟练度要求很高，在产品成型的瞬间需要根据不同产品的结构立刻或者延迟一点时间压辊将压辊抬出，这一过程全靠操作者的眼力和手感的配合。这个操作方式要求操作工人精神时刻保持高度集中，几个操作动作稍有配合不当就会导致产品失圆，尺寸超差等一系列问题，导致产品生产效率低，综合来说，不仅工人工作时精神强度大，人力成本高，而且产品质量不稳定，报废率高，非常不利于工业化的生产应用。因此，研发一种代替人力操控的数控自动化液压碾环机非常必要。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种数控自动化液压碾环机，设有磁尺、旋转编码器等感应机构，由电控柜自动化监测、控制，简单便捷，大大降低了工人劳动强度，提高了生产力和生产质量，值得应用推广。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种数控自动化液压碾环机，包括液压碾环机以及与液压碾环机连接的电控系统，所述液压碾环机包括机体、碾压机构、液压机构，所述电控系统包括磁尺、旋转编码器、电控柜；

所述碾压机构包括碾压辊、导向轮、信号轮、芯棒、合模支架，碾压辊、导向轮、信号轮呈三角结构转动安装于机体前侧外壁上，芯棒设于三角结构内部用于套接产品坯料，合模支架转动安装于机体前侧底部用于与芯棒合模套接；机体后侧安装有电机一，电机一输出端通过减速机、传动轴与碾压辊连接用于驱动碾压辊转动，电控柜通过导线与电机一的信号输入端连接用于调控电机一工作状态；

所述液压机构包括安装于机体前侧顶部的液压油缸一、安装于机体前侧底部的液压油缸二、以及驱动液压油缸一、液压油缸二工作的电机二，液压油缸一活塞杆与碾压辊连接用于驱动碾压辊上下运动，液压油缸二活塞杆与合模支架连接用于驱动合模支架转动运动，电控柜通过导线与电机二的信号输入端连接用于调控电机二工作状态；

所述磁尺安装于机体前侧面用于监测碾压辊位移高度，旋转编码器安装于机体前侧面用于监测信号轮转动圈数，磁尺、旋转编码器的信号输出端通过导线与电控柜连接。

作为本发明的进一步优化，磁尺对应于碾压辊高度由上至下依次设置a、b、c、d、e五个位置点，且每个位置点对应于碾压辊速度有所改变，其中a-b的行程中碾压速度为S1，其中b-c的行程中碾压速度为S2，其中c-d的行程中碾压速度为S3，其中d-e的行程中碾压速度为S4。

作为本发明的进一步优化，a点为碾压辊上限位点，b点为碾压辊与坯料初始接触点，c点为碾压行程中间位点，d点为整圆开始位点，e点为碾压辊/芯棒防撞击位点；所述碾压速度S1为95-105mm/s，S2为50-80mm/s，S3为10-40mm/s，S4为0.2-0.5mm/s。

作为本发明的进一步优化，旋转编码器采用单圈脉冲值1000，旋转编码器与信号轮圈数比为1:0.25。

作为本发明的进一步优化，芯棒连通接有用于坯料冷却的冷却水管，冷却水管上安装有控制水阀。

作为本发明的进一步优化，电控柜包括PLC控制器、触摸显示屏、继电器、接触器、控制按钮。

作为本发明的进一步优化，一种基于上述数控自动化液压碾环机的使用方法，包括以下操作步骤：

1)启动电控系统，系统完成自检并复位，开启液压碾环机的电动机一、电机二，电机一启动通过减速机、传动轴带动碾压辊转动，电动机二启动，液压系统建立压力；

2)根据产品尺寸需求，预设磁尺a、b、c、d、e的位置点高度数值以及对应的S1、S2、S3、S4的碾压速度数值，同时，预设旋转编码器脉冲数值X，并将数据导入电控系统，由PLC控制器接受数据信号，判断分析后对相关部件发出控制信号；

3)关闭水阀，将产品坯料套入芯棒，启动液压油缸二使得合模支架与芯棒适配套接，启动液压油缸二使得碾压辊向下运动；

4)当碾压辊由a点向b点运动时，碾压辊转速为S1，当碾压辊由b点向c点运动时，碾压辊转速为S2，当碾压辊由c点向d点运动时，碾压辊转速为S3，当碾压辊由d点向e点运动时，碾压辊转速为S4；

5)当PLC控制器监测到旋转编码器脉冲数值达到预设的X，立刻控制液压油缸一向上收缩运动直至碾压辊恢复a位置点高度，然后控制液压油缸二收缩回转，打开合模支架，即碾压完成，取出成品即可。

作为本发明的进一步优化，步骤4)中当PLC控制器监测到b点位置信号时，打开控制水阀，冷却芯棒和压辊，防止模具温度过高。

另外，可设置与电控柜(PLC控制器)连接的报警模块，用于反馈自动/人工模式下异常状态警报。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明设有磁尺、旋转编码器等感应机构，由电控柜PLC控制器自动化监测、控制，简单便捷，自动化程度高，相较于原有设备需要工人手动完成每一个动作，现在工人只需要启动按钮就可以完成一个工件生产，大大降低了工人劳动强度，提高了生产力和生产质量，值得应用推广。

2、每个动作都由PLC控制，动作稳定，产品的尺寸控制能力得到极大的提升，产品报废率大大降低，有效减少了产品加工余量，减少材料消耗，同时有利于减少坯料加热阶段的能源消耗以及降低了后道工序的加工成本。

3、设有触摸显示屏，可采用手动模式操控，方便调试产品或者设备维修检测。

4、设备碾环过程中设有4个碾压速度行程，每个阶段速度独立可控，相比于原有设备只能以一个恒定值下压，本装置减少生产节拍的同时提高了生产效率和产品质量。

5、设备自动模式下每个动作都是环环相扣，一个位点完成后才会接受到下一个位点的信号，任何一个动作没有完成都不会触发下一个动作，同时设备在任何状态都可以手动人工干预复位，保障安全。另外，单个动作严重超时未完成时，一般是由于设备故障或者坯料温度超差导致，系统会自动报警并自动复位，防止导致设备故障。

6、该设备可以接入自动化系统，最终实现整个生产系统的自动化。

附图说明

图1为本发明液压碾环机结构示意图；

图2为本发明碾压机构示意图；

图3为本发明控制柜示意图；

图4为本发明液压机构油路控制流程图；

图5为本发明电控系统示意图；

图中：1机体、11电机一、12减速机、13传动轴、2碾压机构、21碾压辊、22导向轮、23信号轮、24芯棒、25合模支架、3液压机构、31液压油缸一、32液压油缸二、33电机二、4磁尺、5旋转编码器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种数控自动化液压碾环机，如图1至5所示，包括液压碾环机以及与液压碾环机连接的电控系统，所述液压碾环机包括机体1、碾压机构2、液压机构3，所述电控系统包括磁尺4、旋转编码器5、电控柜；电控柜包括PLC控制器、触摸显示屏、继电器、接触器、控制按钮；

所述碾压机构2包括碾压辊21、导向轮22、信号轮23、芯棒24、合模支架25，碾压辊21、导向轮22、信号轮23呈三角结构转动安装于机体1前侧外壁上，芯棒24设于三角结构内部用于套接产品坯料(碾压辊通过碾压辊安装轮转动安装于机体上，芯棒通过芯棒安装座安装于机体上)，合模支架25转动安装于机体1前侧底部用于与芯棒24合模套接；机体1后侧安装有电机一11，电机一11输出端通过减速机12、传动轴13与碾压辊21(碾压辊安装轮)连接用于驱动碾压辊21转动，电控柜通过导线与电机一11的信号输入端连接用于调控电机一11工作状态；

所述液压机构3包括安装于机体1前侧顶部的液压油缸一31、安装于机体1前侧底部的液压油缸二32、以及驱动液压油缸一31、液压油缸二32工作的电机二33，液压油缸一31活塞杆与碾压辊21连接用于驱动碾压辊21上下运动，液压油缸二32活塞杆与合模支架25连接用于驱动合模支架25转动运动，电控柜通过导线与电机二33的信号输入端连接用于调控电机二33工作状态；

具体的，电机二工作时，驱动液压泵从油箱内输送液压油至油路内，油路包括两条分别与液压油缸一、液压油缸二连通的油路，油路上安装有调压阀、电控换向阀1、电控换向阀2、电控液压流量调节阀。使用时，由PLC控制器调控液压流量调节阀实现速度的调控。

所述磁尺4安装于机体1前侧面用于监测碾压辊21位移高度，旋转编码器5安装于机体1前侧面用于监测信号轮23转动圈数，磁尺4、旋转编码器5的信号输出端通过导线与电控柜连接。

另外，可设置与电控柜(PLC控制器)连接的报警模块，用于反馈自动/人工模式下异常状态警报。

作为本发明的一个优选实施例1：

磁尺对应于碾压辊高度由上至下依次设置a、b、c、d、e五个位置点，且每个位置点对应于碾压辊速度有所改变，其中a-b的行程中碾压速度为S1(快速接触速度)，其中b-c的行程中碾压速度为S2(快速碾压速度)，其中c-d的行程中碾压速度为S3(慢速碾压速度)，其中d-e的行程中碾压速度为S4(碾压完成，整圆速度)。

具体的，a点为碾压辊上限位点，b点为碾压辊与坯料初始接触点，c点为碾压行程中间位点，d点为整圆开始位点，e点为碾压辊/芯棒防撞击位点；所述碾压速度S1为95-105mm/s，S2为50-80mm/s，S3为10-40mm/s，S4为0.2-0.5mm/s，各个位点间的碾压速度根据具体的产品需求进行调控预设。

作为本发明的一个优选实施例2：

旋转编码器采用单圈脉冲值1000，旋转编码器与信号轮圈数比为1:0.25，使用时，通过读取旋转编码器的脉冲数值来计算信号轮的圈数，脉冲数值预先设定值X为500-3000(视不同产品需求设置具体值)。

作为本发明的一个优选实施例3：

芯棒连通接有用于坯料冷却的冷却水管，冷却水管上安装有控制水阀。设置冷却水可用于碾压过程中对碾压辊和芯棒进行降温，防止模具温度过高，影响碾压质量。

作为本发明的一个优选实施例4：

基于上述提出的数控自动化液压碾环机，其具体的使用方法如下：

1.启动电控系统，系统完成自检并复位，开启液压碾环机的电动机一、电机二，电机一启动通过减速机、传动轴带动碾压辊转动，电动机二启动，液压系统建立压力。

2.根据产品尺寸调整设备参数，磁尺需要预先设定：a点(设备碾压辊上限位)、b点(碾压辊刚刚接触坯料点)、c点(碾压行程中间位置)、d点(整圆开始位置)、e点(碾压辊芯棒撞击保护点)；设定点之间碾压速度：S1(a-b点，快速接触速度)、S2(b-c点，快速碾压速度)、S3(c-d，慢速碾压速度)、S4(d-e碾压完成，整圆速度)，各个行程点的速度是PLC通过调节电控液压流量调节阀实现；旋转编码器脉冲数(控制信号轮转动圈数，给出碾环完成信号)。

3.操作人员将小孔产品坯料套入芯棒，启动液压油缸二使得合模支架与芯棒适配套接，启动液压油缸二使得碾压辊向下运动。

4.PLC程序关闭水阀，防止坯料未开始碾压前被冷却，同时给电控换向阀1信号使液压油缸二伸开传动支架合模，套住芯棒，同时行程开关得到信号反馈给PLC报告动作完成。

5.PLC程序给电控换向阀2信号使液压油缸一伸开传动碾压辊以S1速度从a点向b点运动，并反馈给PLC。该行程为空载行程，为节约工作流程时间，S1为系统最高速度。

6.当得到b点信号之后，PLC程序控制碾压辊下压速度调整为S2，同时打开冷却水阀冷却冷却芯棒和碾压辊，防止模具温度过高。碾环过程正式开始，碾压辊下压使坯料厚度减薄与直径扩大缓慢轧制成形。由于b-c点为粗碾过程，坯料过大过程相对自由，故S2速度在坯料不会被卡死的情况下尽可能大，以节约工作流程时间。该过程直到c点磁尺反馈信号给PLC。

7.当得到c点信号之后，PLC程序控制碾压辊下压速度调整为S3，坯料开始接触导向轮，进入精碾阶段，坯料成型受到约束，为保证产品质量，S3速度需要减慢。该过程直到d点磁尺反馈信号给PLC。

8.当得到d点信号之后，PLC程序控制碾压辊下压速度调整为S4，坯料在此时已经无限接近信号轮，并逐渐向信号轮靠拢，直到接触信号轮并带动信号轮转动，旋转编码器立刻实时监测信号轮转动角度(由脉冲数反映)，并实时反馈给PLC。整圆阶段是产品成型的关键，约束条件最多，故S4速度极慢。

9.在PLC测得信号轮达到预设转动角度的瞬间立刻控制电控换向阀2使液压油缸一收缩运动带动碾压辊迅速提升a点位置，PLC控制电控换向阀2使液压油缸一停止运动。

10.在液压油缸一停止运动之后，PLC控制电控换向阀1使液压油缸二收缩而打开支架直到行程开关得到信号并反馈给PLC，PLC控制电控换向阀1使液压油缸二停止运动。

11.碾压完成，机器给出信号，工人拿出产品即可。

设备各个部分的运动都可以在手动模式下单独完成，方便调试产品或者设备维修检测。另外，设备自动模式下每个动作环环相扣，任何一个动作没有完成都不会触发下一个动作，同时单个动作严重超时未完成一般会由于设备故障或者坯料温度超差导致，系统会自动报警并自动复位，防止导致设备故障(设备在任何状态都可以手动人工干预复)。

本发明设备可以接入自动化系统，最终实现整个生产系统的自动化。

本发明设有磁尺、旋转编码器等感应机构，由电控柜PLC控制器自动化监测、控制，简单便捷，自动化程度高，相较于原有设备需要工人手动完成每一个动作，现在工人只需要启动按钮就可以完成一个工件生产，大大降低了工人劳动强度，提高了生产力和生产质量，值得应用推广。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种数控自动化液压碾环机，包括液压碾环机以及与液压碾环机连接的电控系统，其特征在于：所述液压碾环机包括机体、碾压机构、液压机构，所述电控系统包括磁尺、旋转编码器、电控柜；

所述碾压机构包括碾压辊、导向轮、信号轮、芯棒、合模支架，碾压辊、导向轮、信号轮呈三角结构转动安装于机体前侧外壁上，芯棒设于三角结构内部用于套接产品坯料，合模支架转动安装于机体前侧底部用于与芯棒合模套接；机体后侧安装有电机一，电机一输出端通过减速机、传动轴与碾压辊连接用于驱动碾压辊转动，电控柜通过导线与电机一的信号输入端连接用于调控电机一工作状态；

所述液压机构包括安装于机体前侧顶部的液压油缸一、安装于机体前侧底部的液压油缸二、以及驱动液压油缸一、液压油缸二工作的电机二，液压油缸一活塞杆与碾压辊连接用于驱动碾压辊上下运动，液压油缸二活塞杆与合模支架连接用于驱动合模支架转动运动，电控柜通过导线与电机二的信号输入端连接用于调控电机二工作状态；

所述磁尺安装于机体前侧面用于监测碾压辊位移高度，旋转编码器安装于机体前侧面用于监测信号轮转动圈数，磁尺、旋转编码器的信号输出端通过导线与电控柜连接。

2.根据权利要求1所述的数控自动化液压碾环机，其特征在于：所述磁尺对应于碾压辊高度由上至下依次设置a、b、c、d、e五个位置点，且每个位置点对应于碾压辊速度有所改变，其中a-b的行程中碾压速度为S1，其中b-c的行程中碾压速度为S2，其中c-d的行程中碾压速度为S3，其中d-e的行程中碾压速度为S4。

3.根据权利要求2所述的数控自动化液压碾环机，其特征在于：所述a点为碾压辊上限位点，b点为碾压辊与坯料初始接触点，c点为碾压行程中间位点，d点为整圆开始位点，e点为碾压辊/芯棒防撞击位点；所述碾压速度S1为95-105mm/s，S2为50-80mm/s，S3为10-40mm/s，S4为0.2-0.5mm/s。

4.根据权利要求2所述的数控自动化液压碾环机，其特征在于：所述旋转编码器采用单圈脉冲值1000，旋转编码器与信号轮圈数比为1:0.25。

5.根据权利要求2所述的数控自动化液压碾环机，其特征在于：所述芯棒连通接有用于坯料冷却的冷却水管，冷却水管上安装有控制水阀。

6.根据权利要求2-5任一项所述的数控自动化液压碾环机，其特征在于：所述电控柜包括PLC控制器、触摸显示屏、继电器、接触器、控制按钮。

7.一种基于权利要求6所述的数控自动化液压碾环机的使用方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

1)启动电控系统，系统完成自检并复位，开启液压碾环机的电动机一、电机二，电机一启动通过减速机、传动轴带动碾压辊转动，电动机二启动，液压系统建立压力；

2)根据产品尺寸需求，预设磁尺a、b、c、d、e的位置点高度数值以及对应的S1、S2、S3、S4的碾压速度数值，同时，预设旋转编码器脉冲数值X，并将数据导入电控系统，由PLC控制器接受数据信号，判断分析后对相关部件发出控制信号；

3)关闭水阀，将产品坯料套入芯棒，启动液压油缸二使得合模支架与芯棒适配套接，启动液压油缸二使得碾压辊向下运动；

4)当碾压辊由a点向b点运动时，碾压辊转速为S1，当碾压辊由b点向c点运动时，碾压辊转速为S2，当碾压辊由c点向d点运动时，碾压辊转速为S3，当碾压辊由d点向e点运动时，碾压辊转速为S4；

5)当PLC控制器监测到旋转编码器脉冲数值达到预设的X，立刻控制液压油缸一向上收缩运动直至碾压辊恢复a位置点高度，然后控制液压油缸二收缩回转，打开合模支架，即碾压完成，取出成品即可。

8.根据权利要求6所述的数控自动化液压碾环机使用方法，其特征在于：步骤4)中当PLC控制器监测到b点位置信号时，打开控制水阀，冷却芯棒和压辊，防止模具温度过高。