CN111390078B - 一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合轧环机技术，具体涉及一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，包括制作标准环件，用于对待校准复合轧环机进行重新定位与测量；利用标准环件进行定位；将所得标准环件竖直放置在待校准复合轧环机上，控制三个轧辊缓慢进给，使三个轧辊与标准环件相切，记录轧辊位移量；建立数学模型计算轧辊外径；建立空间直角坐标系，推导出待校准轧辊外径的表达式，利用所测得的数据计算待校准轧辊外径的实际数值；根据待校准轧辊外径的实际数值修改轧辊参数，输入控制系统，完成参数校准。该方法适用于各种通用的数控复合轧环机，范围广适应性强，校准参数后生产精度更高，免去了拆卸和更换轧辊的过程，效率更高，操作方法简单。

Description

一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法

技术领域

本发明属于复合轧环机技术领域，尤其涉及一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法。

背景技术

随着国民经济和国防建设的不断发展，大型复杂环件在工业中的使用比例越来越大，直径1米以上、具有复杂截面的大型厚壁深槽类环件，如双边法兰、高压球阀体、石油管道端接头盒回转支承等，在工程机械、电力、石油化工等领域被广泛应用。复合轧环工艺是成形此类环件的新技术，具有低耗、高效、优质成形等优点，该类环件的成形分为两个阶段：1)普通轧环阶段，环件在碾压轮旋转和芯辊进给的作用下壁厚减小，直径扩大，凹槽初步成形，此阶段副辊不参与环件的轧制成形；2)三辊横轧阶段，随着轧制的进行，副轧辊开始与环件接触并参与轧制成形，此时环件直径不再扩大，在副轧辊挤压作用下，环坯外表面金属沿径向填充轧辊型腔，逐渐成型凹槽。

为了生产上述环件，近年来研发出了一些大型数控复合轧环机，可以手动控制三个轧辊的进给，也可以在自动模式下进行全自动轧制。但目前的复合轧环机还存在如下问题：由于复合轧制工艺的特点，随着工作时间的增加，其轧辊会发生磨损及高温下氧化形成铁锈皮脱落，造成轧辊的实际半径减小的现象。而此时复合轧环机控制程序中的参数并没有改变，在同一控制方法下轧环机所生产环件的精度会慢慢下降。因此定期测量轧辊外径，更新控制程序中的参数对复合轧环机生产精度的保证具有重要意义。而大型复合轧环机的轧辊结构与普通轧环机轧辊相比更复杂，且拆卸困难，因此不方便工人直接测量轧辊的外径。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于数控复合轧环机轧辊外径重新校准的方法，在保证不拆卸轧辊的同时，校准复合轧环机轧辊的参数，解决生产精度下降的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，包括以下步骤：

步骤1、制作标准环件；根据待校准复合轧环机三个轧辊的行程，制作一个外径和壁厚已知，且在待校准复合轧环机生产范围内的标准环件，用于对待校准复合轧环机进行重新定位与测量；

步骤2、利用标准环件进行定位；将步骤1所得标准环件竖直放置在待校准复合轧环机上，控制三个轧辊缓慢进给，使三个轧辊与标准环件相切，记录轧辊位移量；

步骤3、建立数学模型计算轧辊外径；建立空间直角坐标系，推导出待校准轧辊外径的表达式，利用所测得的数据计算待校准轧辊外径的实际数值；

步骤4、根据待校准轧辊外径的实际数值修改轧辊参数，输入控制系统，完成参数校准。

在上述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法中，步骤2的实现包括以下子步骤：

步骤2.1、将标准环件竖直放置在待校准复合轧环机的芯辊上，使其自然悬挂于芯辊；

步骤2.2、操作待校准复合轧环机，使三个轧辊缓慢进给，直到三个轧辊接触到标准环件；

步骤2.3、记录步骤2.2状态下三个轧辊的位移量，且多次测量取平均值，记为S1，S2，S3。

在上述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法中，步骤3的实现包括以下子步骤：

步骤3.1、建立数学模型；在步骤2.2状态下，以芯辊的中心为原点建立空间直角坐标系，设主辊圆心坐标为O1(0，y₁)，半径为r₁；右副辊圆心坐标为O2(x₂，y₂)，半径为r₂；左副辊圆心坐标为O3(x₃，y₃)，半径为r₃；标准环件圆心坐标为A(x，y)，则有如下关系式：

其中，2R为标准环件外径；

步骤3.2、根据步骤2.3的测量结果S1，S2，S3，将三个轧辊圆心坐标用三个轧辊的位移表示，三个轧辊圆心坐标和标准环件的圆心坐标为：

其中，r₄为芯辊半径，2r为标准环件内径，L1、L2、L3分别是主辊和右副辊、左副辊的起点位置与芯辊中心的距离，α和β分别是右副辊、左副辊运行轨迹所在的直线与竖直方向的夹角；

步骤3.3、计算轧辊外径；联立(1)和(2)解得三个轧辊的半径即主辊和右副辊、左副辊外径的表达式：

在上述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法中，步骤4的实现包括：将所测位移量S1，S2和S3带入公式(3)求得轧辊半径r₁，r₂和r₃修正后的数值，将修正后的轧辊半径输入到待校准复合轧环机的控制系统，完成轧辊外径的校准。

本发明的有益效果：(1)利用了数控复合轧环机自身的位移传感器的测量功能，很好的模拟了实际环件的轧制过程，由该方法测量轧辊的外径更精确，校准参数后生产精度更高。

(2)该方法适用于各种通用的数控复合轧环机，范围广适应性强。

(3)免去了拆卸和更换轧辊的过程，效率更高，操作方法简单。

附图说明

图1是本发明一个实施例中数控复合轧环机的物理模型示意图；

图2是本发明一个实施例中标准环件的示意图；

图3是本发明一个实施例中标准环件悬挂在芯辊上的示意图；

图4是本发明一个实施例中标准环校准时的数学模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种适用于数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，包括如下步骤：

1)标准环件的准备

根据现有的复合轧环机三个轧辊的行程，设计并准备一个外径和壁厚已知，且在复合轧环机生产范围内的标准环件，用于对复合轧环机进行重新定位与测量。

2)标准环件定位

将步骤1)中的标准环竖直放置在复合轧环机上，控制三个轧辊缓慢进给，使三个轧辊刚好与环件相切，记录轧辊位移。

3)数学模型的建立及轧辊外径的计算

建立空间直角坐标系，推导出轧辊外径的表达式，利用所测得的数据计算出现有轧辊外径的实际数值。

4)修改轧辊参数，写入控制程序，参数校准完成。

具体实施时，如图1所示，一种典型的大型数控复合轧环机的物理模型示意图，其主要结构由图中所示的主辊、左右副辊和芯辊组成。主辊和左右副辊这三个轧辊皆由液压缸驱动前进与后退，同时主辊和芯辊可以由电机驱动进行绕轴旋转。主辊的运行路径在竖直方向上，左右副辊的运行路径都与水平线有一定倾角。三个轧辊的运行路径的延长线交汇于芯辊的中心。三个轧辊上均安装有位移传感器，可以测量轧辊前进的位移量。S1、S2、S3分别是主辊和左右副辊的位移量，可以由位移传感器读取；L1、L2、L3分别是主辊和左右副辊的起点位置与芯辊中心的距离；r₁、r₂、r₃和r₄分别是主辊、左右副辊和芯辊的半径；α和β分别是左右副辊运行轨迹所在的直线与竖直方向的夹角。

a.标准环件的准备：根据待校准复合轧环机主辊、左、右副辊的行程，制作一个外径和壁厚已知，且在待校准复合轧环机生产范围内的标准环件，用于对等校准复合轧环机进行重新定位与测量。如图2所示，其外径为2R，内径为2r。

b.标准环定位实验：将步骤a所得标准环件竖直放置在待校准复合轧环机的芯辊上，使其自然悬挂于芯辊，如图3所示。操作复合轧环机，使主辊、左、右副辊缓慢进给，直到主辊、左、右副辊接触到标准环件，记录此时主辊、左、右副辊位移量，多次测量取平均值，记为S1，S2，S3。

c.建立数学模型；在步骤b中，三个轧辊刚好触碰到芯辊的情景，以芯辊的中心为原点建立空间直角坐标系，此时三个轧辊与标准环件两两相切，如图4所示。设主辊圆心坐标为O1(0，y₁)，半径为r₁；右副辊圆心坐标为O2(x₂，y₂)，半径为r₂；左副辊圆心坐标为O3(x₃，y₃)，半径为r₃；标准环件圆心坐标为A(x，y)，则有如下关系式：

其中，2R为标准环件外径；

根据步骤b中的测量结果S1，S2，S3，可以将主辊、左、右副辊圆心坐标用主辊、左、右副辊的位移量表示出来，此时计算标准环件的圆心坐标：

其中，r₄为芯辊半径，2r为标准环件内径，L1、L2、L3分别是主辊和右副辊、左副辊的起点位置与芯辊中心的距离，α和β分别是右副辊、左副辊运行轨迹所在的直线与竖直方向的夹角；

联立(1)和(2)便可以解得此时主辊、右副辊、左副辊的半径：

d.步骤c中公式(3)的表达式即为主辊和右副辊、左副辊外径的表达式，将所测得的参数S1，S2和S3带入即可求得轧辊半径r₁，r₂和r₃修正后的具体数值，将校准后的轧辊半径输入到复合轧环机的控制系统中，轧辊半径校准完成。

本实施例方法解决了复合轧环机因工作磨损及氧化导致外径减小，从而使生产环件的精度下降的问题。使用该方法，在不更换和拆卸轧辊的情况下实现了对轧辊外径的测量及校准。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、制作标准环件；根据待校准复合轧环机三个轧辊的行程，制作一个外径和壁厚已知，且在待校准复合轧环机生产范围内的标准环件，用于对待校准复合轧环机进行重新定位与测量；

步骤2、利用标准环件进行定位；将步骤1所得标准环件竖直放置在待校准复合轧环机上，控制三个轧辊缓慢进给，使三个轧辊与标准环件相切，记录轧辊位移量；

步骤3、建立数学模型计算轧辊外径；建立空间直角坐标系，推导出待校准轧辊外径的表达式，利用所测得的数据计算待校准轧辊外径的实际数值；

步骤4、根据待校准轧辊外径的实际数值修改轧辊参数，输入控制系统，完成参数校准。

2.如权利要求1所述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，其特征是，步骤2的实现包括以下子步骤：

步骤2.1、将标准环件竖直放置在待校准复合轧环机的芯辊上，使其自然悬挂于芯辊；

步骤2.2、操作待校准复合轧环机，使三个轧辊缓慢进给，直到三个轧辊接触到标准环件；

步骤2.3、记录步骤2.2状态下三个轧辊的位移量，且多次测量取平均值，记为S1，S2，S3。

3.如权利要求2所述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，其特征是，步骤3的实现包括以下子步骤：

步骤3.1、建立数学模型；在步骤2.2状态下，以芯辊的中心为原点建立空间直角坐标系，设主辊圆心坐标为O1(0，y₁)，半径为r₁；右副辊圆心坐标为O2(x₂，y₂)，半径为r₂；左副辊圆心坐标为O3(x₃，y₃)，半径为r₃；标准环件圆心坐标为A(x，y)，则有如下关系式：

其中，2R为标准环件外径；

步骤3.2、根据步骤2.3的测量结果S1，S2，S3，将三个轧辊圆心坐标用三个轧辊的位移表示，三个轧辊圆心坐标和标准环件的圆心坐标为：

其中，r₄为芯辊半径，2r为标准环件内径，L1、L2、L3分别是主辊和右副辊、左副辊的起点位置与芯辊中心的距离，α和β分别是右副辊、左副辊运行轨迹所在的直线与竖直方向的夹角；

步骤3.3、计算轧辊外径；联立(1)和(2)解得三个轧辊的半径即主辊和右副辊、左副辊外径的表达式：

4.如权利要求3所述的适用于大型立式数控复合轧环机轧辊外径校准的方法，其特征是，步骤4的实现包括：将所测位移量S1，S2和S3带入公式(3)求得轧辊半径r₁，r₂和r₃修正后的数值，将修正后的轧辊半径输入到待校准复合轧环机的控制系统，完成轧辊外径的校准。

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