CN111195653A - 恒纯滚动的轧制结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒纯滚动的轧制结构及方法，它包括电动伸缩装置、与之连接的齿条、机架以及安装在机架上的轧辊和同轴的同步齿轮，同步齿轮与齿条相互配合；在实际工作中，利用电动伸缩装置推拉齿条，使同步齿轮能够模拟偏心齿轮，达到对轧辊和待加工变形锥相对滑动的补偿作用。本发明得到的恒纯滚动的轧制结构及方法，通过伺服电机推拉齿条，可以有效抵销轧辊有效直径变化导致的相对滑动，是轧辊与待加工变形锥保持滚动接触，减少成品表面的磨损及加工过程中的冲击和发热，节约生产成本、提高生产效率，同时采用电动伸缩装置及齿轮齿条机构，能够适应不同型号的轧辊，适用性更好。
Description
技术领域
本发明涉及机械控制领域，特别是一种恒纯滚动的轧制结构及方法。
背景技术
冷轧管机是一种用于制造金属管件的冷加工机械，主要通过一种带有轧槽的轧辊结构的旋转、利用金属的延展性将管件轧细；现有技术中，由于齿条固定，同步齿轮分度圆与齿条分度线间不发生相对滑动，同步转动的同步齿轮分度圆半径是一个常量；又由于这种加工方式主要是通过圆弧直径渐变的轧槽实现的，显而易见地，在此过程中，待加工的粗管会再轧辊前形成一个逐渐变细的待加工“变形锥”，而由于轧槽的尺寸变化，轧辊圆心到与加工变形锥接触面的距离不断在发生变化，即轧辊滚动有效半径随其行程时刻变化，而轧辊又与同步齿轮同向、同速转动，在同步齿轮和轧辊角速度同步不变的情况下，由于轧辊有效半径的变化，轧辊表面的线速度会不断发生变化，导致轧辊与待加工变形锥的接触面不断产生相对滑动，从而造成严重影响成品管质量、加速轧辊磨损、产生大量热量、加大冲击等诸多不良后果。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够基本消除轧辊与待加工变形锥间相对滑动的恒纯滚动的轧制结构及方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的恒纯滚动的轧制结构，它包括机箱、滑轨、在往复驱动机构作用下沿滑轨移动的机架、安装在机架上的轧辊轴、用于轧压待加工变形锥的轧辊以及与轧辊同轴的同步齿轮，与同步齿轮配合的齿条，所述机箱上设有耐磨导轨，所述齿条活动安装在耐磨导轨上，所述机箱上还设有电动伸缩装置，所述电动伸缩装置与上位机连接，电动伸缩装置还与齿条一端传动连接。
为了方便维护，所述电动伸缩装置可以包括依次连接的伺服电机、联轴器、丝杠螺母机构，所述伺服电机通过联轴器及丝杠螺母机构与齿条传动连接。
为了方便制造安装，所述电动伸缩装置包括伺服电动缸和连接块，所述伺服电动缸的推杆通过连接块与齿条传动连接。
一种使用如前所述的恒纯滚动的轧制结构的恒纯滚动轧制方法，包含如下步骤：
a.在安装轧辊前，通过尺寸测量及数据拟合获得轧辊与待加工变形锥接触面的有效半径R随轧辊滚动距离x变化的有效半径特性函数R＝f(x)；
b.将轧辊安装到机架上，并调整同步齿轮与齿条啮合，使同步齿轮的分度圆与齿条的分度线相切，同步齿轮分度圆直径Rm为选定同步齿轮时既知数据，通过公式△h＝R-Rm计算出轧辊在滚动过程中产生的滚动半径变化量△h；
c.将轧辊的滚动行程D划分为等长的小段，每个小段的长度为dx，计算出在每个小段内为补偿轧辊有效半径R变化所需的齿条移动补偿量dy，计算公式为：dy＝△h·dx/R＝(R-Rm)·dx/R；
d.将步骤c中得到的齿条移动补偿量dy输入电动伸缩装置的上位机内；
f.在轧辊随机架往复运动的过程中，上位机依照输入的齿条移动补偿量通过电动伸缩装置驱动齿条伸缩，对由于有效半径R变化导致的轧辊与待加工变形锥间产生的速度差及相对滑动进行补偿，使待加工变形锥与轧辊之间始终保持纯相对滚动。
本发明得到的恒纯滚动的轧制结构及方法，通过电动伸缩装置推拉齿条，可以有效抵销轧辊有效直径变化导致的相对滑动，是轧辊与待加工变形锥保持滚动接触，减少成品表面的磨损及加工过程中的冲击和发热，节约生产成本、提高生产效率，同时采用电动伸缩装置及齿轮齿条机构，能够适应不同型号的轧辊，适用性更好。
附图说明
图1是本发明恒纯滚动的轧制结构实施例1的俯视图；
图2是图1中A-A阶梯剖视图；
图3是图2中B处的放大示意图；
图4是本发明恒纯滚动的轧制结构实施例2中电动伸缩装置部分的结构图。
图中：机箱1、滑轨2、机架3、轧辊轴4、轧辊5、同步齿轮6、齿条7、电动伸缩装置8、耐磨导轨9、待加工变形锥10、上位机11、伺服电机81、联轴器82、丝杠螺母机构83、伺服电动缸84、连接块85。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
本实施例描述的恒纯滚动的轧制结构及方法，如图1、图2、图3所示，它包括机箱1、滑轨2、在往复驱动机构作用下沿滑轨2移动的机架3、安装在机架3上的轧辊轴4、用于轧压待加工变形锥10的轧辊5以及与轧辊5同轴的同步齿轮6，与同步齿轮6配合的齿条7，所述机箱1上设有耐磨导轨9，所述齿条7活动安装在耐磨导轨9上，所述机箱1上还设有电动伸缩装置8，所述电动伸缩装置8与上位机11连接，电动伸缩装置8还与齿条7一端传动连接。
为了方便维护，如图2所示，所述电动伸缩装置8可以包括依次连接的伺服电机81、联轴器82、丝杠螺母机构83，所述伺服电机81通过联轴器82及丝杠螺母机构83与齿条7传动连接。
一种使用如前所述的恒纯滚动的轧制结构的恒纯滚动轧制方法，包含如下步骤：
a.在安装轧辊5前，通过尺寸测量及数据拟合获得轧辊5与待加工变形锥10接触面的有效半径R随轧辊5滚动距离x变化的有效半径特性函数R＝f(x)；
b.将轧辊5安装到机架3上，并调整同步齿轮6与齿条7啮合，使同步齿轮6的分度圆与齿条7的分度线相切，同步齿轮6分度圆直径Rm为选定同步齿轮6时既知数据，通过公式△h＝R-Rm计算出轧辊5在滚动过程中产生的滚动半径变化量△h；
c.将轧辊5的滚动行程D划分为等长的小段，每个小段的长度为dx，计算出在每个小段内为补偿轧辊5有效半径R变化所需的齿条7移动补偿量dy，计算公式为：dy＝△h·dx/R＝(R-Rm)·dx/R；
d.将步骤c中得到的齿条7移动补偿量dy输入电动伸缩装置8的上位机11内；
f.在轧辊5随机架3往复运动的过程中，上位机11依照输入的齿条7移动补偿量通过电动伸缩装置8驱动齿条7伸缩，对由于有效半径R变化导致的轧辊5与待加工变形锥10间产生的速度差及相对滑动进行补偿，使待加工变形锥10与轧辊5之间始终保持纯相对滚动。
上述步骤c中，为了方便计算，将滚动行程D划分为等长小段的方式可以利用轧辊5圆周的角度作为划分依据，一般技术中，滚动行程D＝πd，其中d是轧辊5的外圆周直径，可在安装轧辊5前测量得到，本实施例即将该滚动行程D分割为等长的n份，即dx＝D/n，其中n可以取足够大的任意整数。
在实际工作过程中，以轧辊5有效半径R减小、机架3带动轧辊5向右运动为例，在dx的短行程内，同步齿轮6的角速度视为不变，此时随着有效半径R减小，轧辊5与待加工变形锥10接触面的线速度减小，从而导致机架3运动速度等于同步齿轮6的线速度但不等于轧辊5内轧槽表面的线速度，导致轧辊5与待加工变形锥10发生相对滑动，此时，伺服电机81在上位机11控制下，根据前述步骤a-步骤f中计算出的齿条7移动补偿量dy，向左推动齿条7，使同步齿轮6起到类似偏心齿轮的作用，对相对滑动进行补偿。
本实施例提供的恒纯滚动的轧制结构及方法，通过伺服电机81推拉齿条7，可以有效抵销轧辊5有效直径变化导致的相对滑动，是轧辊5与待加工变形锥10保持滚动接触，减少成品表面的磨损及加工过程中的冲击和发热，节约生产成本、提高生产效率，同时采用电动伸缩装置8及齿轮齿条7机构，能够适应不同型号的轧辊5，适用性更好。
实施例2：
本实施例描述的恒纯滚动的轧制结构及方法，如图4所示，与实施例1所述特征不同在于，为了方便制造安装，所述电动伸缩装置8包括伺服电动缸84和连接块85，所述伺服电动缸84的推杆通过连接块85与齿条7传动连接。
本实施例提供的恒纯滚动的轧制结构及方法，采用伺服电动缸84，驱动过程中减少了传动件，传动精度更高、控制效果更好。
Claims (4)
1.一种恒纯滚动的轧制结构，它包括机箱(1)、滑轨(2)、在往复驱动机构作用下沿滑轨(2)移动的机架(3)、安装在机架(3)上的轧辊轴(4)、用于轧压待加工变形锥(10)的轧辊(5)以及与轧辊(5)同轴的同步齿轮(6)，与同步齿轮(6)配合的齿条(7)，其特征是所述机箱(1)上设有耐磨导轨(9)，所述齿条(7)活动安装在耐磨导轨(9)上，所述机箱(1)上还设有电动伸缩装置(8)，所述电动伸缩装置(8)与上位机(11)连接，电动伸缩装置(8)还与齿条(7)一端传动连接。
2.根据权利要求1所述的恒纯滚动的轧制结构及方法，其特征是所述电动伸缩装置(8)包括依次连接的伺服电机(81)、联轴器(82)、丝杠螺母(83)机构，所述伺服电机(81)通过联轴器(82)及丝杠螺母(83)机构与齿条(7)传动连接。
3.根据权利要求1所述的恒纯滚动的轧制结构及方法，其特征是所述电动伸缩装置(8)包括伺服电动缸(84)和连接块(85)，所述伺服电动缸(84)的推杆通过连接块(85)与齿条(7)传动连接。
4.一种使用如权利要求1所述的恒纯滚动的轧制结构的恒纯滚动轧制方法，其特征是包含如下步骤：
a.在安装轧辊(5)前，通过尺寸测量及数据拟合获得轧辊(5)与待加工变形锥(10)接触面的有效半径R随轧辊(5)滚动距离x变化的有效半径特性函数R＝f(x)；
b.将轧辊(5)安装到机架(3)上，并调整同步齿轮(6)与齿条(7)啮合，使同步齿轮(6)的分度圆与齿条(7)的分度线相切，同步齿轮(6)分度圆直径Rm为选定同步齿轮(6)时既知数据，通过公式△h＝R-Rm计算出轧辊(5)在滚动过程中产生的滚动半径变化量△h；
c.将轧辊(5)的滚动行程D划分为等长的小段，每个小段的长度为△x，计算出在每个小段内为补偿轧辊(5)有效半径R变化所需的齿条(7)移动补偿量dy，计算公式为：dy＝△h·△x/R＝(R-Rm)·dx/R；
d.将步骤c中得到的齿条(7)移动补偿量dy输入电动伸缩装置(8)的上位机(11)内；
f.在轧辊(5)随机架(3)往复运动的过程中，上位机(11)依照输入的齿条(7)移动补偿量通过电动伸缩装置(8)驱动齿条(7)伸缩，对由于有效半径R变化导致的轧辊(5)与待加工变形锥(10)间产生的速度差及相对滑动进行补偿，使待加工变形锥(10)与轧辊(5)之间始终保持纯相对滚动。
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