CN112958841A - 用于加工辊轮的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于加工辊轮的方法，其包括以下步骤：基于两轴加工工艺辊轮上虚拟出一偏心刀具轮廓；在偏心刀具轮廓上选取多个点；在辊轮的垂直于中心旋转轴线的侧端面中，将偏心刀具轮廓上的该多个点通过分别旋转相应的角度而投影到基准平面上；计算得出基准平面上的相应的多个投影点的空间坐标；通过多个投影点在辊轮上拟合出一目标轮廓；以及在辊轮上将目标轮廓绕中心旋转轴线旋转90度以获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓，并基于该入刀轮廓对辊轮进行加工。利用本申请的方法能够更简便且精确地确定基于三轴加工工艺的入刀轮廓，以便指导三轴辊轮加工设备进行加工。

Description

用于加工辊轮的方法

技术领域

本申请涉及一种用于加工辊轮的方法，尤其是一种利用三轴辊轮加工设备来加工辊轮的方法。

背景技术

在本领域中，用于加工辊轮的设备通常分类为两种，即，两轴辊轮加工设备和三轴辊轮加工设备，其中，此设备在本领域中由钢铁企业应用广泛，它是一种用来加工无缝钢管轧辊机架的设备，其所完成的主要功能是对机架上的辊轮进行加工。

两轴辊轮加工设备在本领域中应用广泛，其工艺相对简单，通过控制刀具的半径和偏心距就可完成对机架上的辊轮的加工，缺点是对于不同的机架需要更换不同规格的刀具。另外，机架上的三个辊轮的倒角需要单独到其它设备处理或手工处理，两轴辊轮加工设备无法完成倒角功能。两轴辊轮加工设备的优点是可一次完成三个辊轮的同步加工，但其缺点在于由于辊轮磨损不同，所以无法分别完成不同辊轮的偏差值处理。

三轴辊轮加工设备的优点是通用性强，不需要手动更换刀具，同时具备测量功能，可一次完成辊形和倒角加工，但其缺点在于三辊轧辊车目前的设计难点在于辊形的工艺算法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本申请提供了一种用于加工辊轮的方法，该方法能够更简便且精确地确定基于三轴加工工艺的入刀轮廓，以便指导三轴辊轮加工设备进行加工。

用于加工辊轮的方法包括以下步骤：基于两轴加工工艺在所述辊轮上虚拟出一偏心刀具轮廓，所述偏心刀具轮廓为一段圆弧并且所述偏心刀具轮廓限定一偏心平面，其中，所述辊轮的中心旋转轴线所在的且与所述偏心平面平行的平面被限定为一基准平面；在所述偏心刀具轮廓上选取多个点；在所述辊轮的垂直于所述中心旋转轴线的侧端面中，将所述偏心刀具轮廓上的所述多个点通过分别旋转相应的角度而投影到所述基准平面上；计算得出所述基准平面上的相应的多个投影点的空间坐标；通过所述多个投影点在所述辊轮上拟合出一目标轮廓；以及在所述辊轮上将所述目标轮廓绕所述中心旋转轴线旋转90度以获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓，并基于所述入刀轮廓对所述辊轮进行加工。

进一步地，穿过所述一段圆弧的圆心且垂直于所述偏心平面的直线被限定为一刀具轴线。

进一步地，所述方法还包括：在虚拟出偏心刀具轮廓的步骤之前，将三个所述辊轮相对于一中心点以120度等间隔地设置在机架上，其中，三个所述辊轮的中心旋转轴线两两相交并围成一等边三角形，所述中心点为所述等边三角形的中心且位于所述刀具轴线上。

进一步地，所述方法还包括：在获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓的步骤之后，将所述入刀轮廓绕所述刀具轴线沿相反方向分别旋转120度，以得到另外两个所述辊轮的入刀轮廓并对另外两个所述辊轮进行加工。

进一步地，所述多个点包括所述一段圆弧的中点以及两个端点。

进一步地，所述多个点的数量大于120个。

进一步地，在垂直于所述中心旋转轴线的侧端面中，所述多个点在一第一直线上且所述多个投影点在一第二直线上，其中，所述第一直线平行于所述第二直线。

进一步地，所述基准平面与所述偏心平面之间的距离被限定为偏心距，所述偏心距和所述一段圆弧的半径由所述两轴加工工艺本身确定。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是示出了根据本申请的用于加工辊轮的方法的流程图；

图2是说明根据本申请的用于加工辊轮的方法的原理的示意图，其中，以立体图示出了辊轮的一部分；

图3是说明根据本申请的用于加工辊轮的方法的原理的示意图，其中，分别以正视图和侧视图示出了辊轮；以及

图4是示出了根据本申请的适于三轴加工工艺的设置在机架上的三个辊轮的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的实施例中的技术方案进行详细的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本申请提出了一种用于加工辊轮的方法，该方法总体上包括以下步骤：基于两轴加工工艺在辊轮上虚拟出一偏心刀具轮廓，该偏心刀具轮廓为一段圆弧并且该偏心刀具轮廓限定一偏心平面，其中，辊轮的中心旋转轴线所在的且与该偏心平面平行的平面被限定为一基准平面(步骤S1)；在偏心刀具轮廓上选取多个点(步骤S2)；在辊轮的垂直于该中心旋转轴线的侧端面中，将偏心刀具轮廓上的该多个点通过分别旋转相应的角度而投影到基准平面上(步骤S3)；计算得出基准平面上的相应的多个投影点的空间坐标(步骤S4)；通过该多个投影点在辊轮上拟合出一目标轮廓(步骤S5)；以及在辊轮上将该目标轮廓绕该中心旋转轴线旋转90度以获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓，并基于该入刀轮廓对辊轮进行加工(步骤S6)。

下面将参考图2和图3详细说明本申请的用于加工辊轮的方法。

具体地，本申请的技术构思在于将基于两轴加工工艺的加工模型应用于三轴加工工艺中以确定基于三轴加工工艺的在辊轮上的入刀轮廓，以便指导三轴辊轮加工设备进行加工。

无论是两轴加工工艺还是三轴加工工艺，如图4所示，三个辊轮1以点A'为中心以120度等间隔地设置在机架上。但这两种工艺的入刀位置及入刀轮廓是完全不同的。

针对两轴加工工艺而言，如图2所示(为了清楚起见，在图2中仅示出了其中一个辊轮的一部分，具体来说，示出了一个辊轮的半部)，平面P_A是辊轮的中央旋转轴线(即，图3中的辊轮中心O与其在侧端面的投影点O'的连线所在的直线)所在的平面(简称为基准平面)，并且平面P_B是刀具旋转平面(简称为偏心平面)，这两个平面是彼此平行的，并且这两个平面之间的距离E称为偏心距。结合图2和图4所示，存在一个确定的刀具轴线(即，点A和点A'的连线所在的直线)，其中，三个辊轮的中心点(即，点A')位于平面P_A上，穿过点A'且垂直于平面P_A的直线为该刀具轴线。为了加工具有特定辊形的辊轮，该刀具轴线的位置是确定的，而两轴加工工艺的刀具以刀具轴线上的点A为中心在平面P_B中入刀。

两轴加工工艺的加工模型具有两个已知的参数，即，长轴值a和短轴值b(结合图2至图4所示，点A'到点E的距离为长轴值，且点A'到点B的距离为短轴值)，而且，基于两轴加工工艺的加工模型，偏心刀具轮廓的半径、偏心距以及夹角是确定的。另外，如上面提及的，在辊轮的空间位置确定的情况下，刀具轴线的空间位置也是确定的。需要指出的是，这样的两轴加工工艺的加工模型本身是本领域技术人员知晓的，在本文中不再赘述该加工模型的建立过程。如在图2中所示，以点A为圆心的圆H为该偏心刀具的刀尖形成的轨迹，该圆H在平面P_B上。由此可见，结合图3所示，在两轴加工工艺的加工模型中，如果以三个辊轮的中心点(即，点A')为XYZ坐标系中的空间原点的话，则能够确定出辊轮中心O的空间坐标、点A的空间坐标、点C及点D或点D₁的空间坐标以及夹角a0。由此，基于这些数据也就能够确定出图3所示的偏心刀具轮廓(即，点D到点D₁的一段圆弧)上的任意点的空间坐标。

然而，对于三轴加工工艺，刀具需要在辊轮的中心旋转轴线所在的且垂直于基准平面的平面中入刀，因此需要得到此入刀轮廓。为了得到此入刀轮廓，下面先引入目标轮廓的概念，例如在结合图2和图3所示，该目标轮廓为偏心刀具轮廓上的各个点投影到平面P_A上所拟合出的轮廓，即，如图3所示的点E到点E₁的一段弧线，在下文中将详细描述此投影过程。

简言之，本申请提出的用于加工辊轮的方法是利用两轴加工工艺的加工模型来实现基于三轴加工工艺的加工。具体地，如图3所示，图3的左侧部分示意性地示出了辊轮1的正视图，并且图3的右侧部分示意性地示出了辊轮1的侧视图。首先，利用两轴加工工艺的加工模型，在辊轮1上虚拟出偏心刀具所形成的偏心刀具轮廓，即，点D到点D₁的一段圆弧，其中，A为此段圆弧的圆心。同时可以设想到的是，对于三轴加工工艺而言，在基准平面中在辊轮上具有目标轮廓，即，点E到点E₁的一段弧线，此段弧线在此时是未知的，其为本申请在获得入刀轮廓的过程中旨在计算得出的参数。

如上面已经说明的，针对两轴加工工艺而言，在三个辊轮的空间位置确定的情况下，相应的偏心刀具的位置及其在辊轮上的偏心刀具轮廓也都是确定的。具体而言，如图3中的右侧部分所示，如果以三个辊轮的中心点(即，点A')为XYZ坐标系中的空间原点的话，辊轮中心O以及所虚拟出来的偏心刀具轮廓(即，点D到点D₁的一段圆弧)的空间坐标是确定的，并且该偏心刀具轮廓上的任一点的空间坐标也都是确定的。

针对步骤S2，参考在如图3所示的XYZ坐标系，以在Z方向上最高的点C(偏心刀具轮廓的中点)、在Z方向上最低的点D(偏心刀具轮廓的端点)以及点C到点D的一段圆弧上的任意点F为例作为所选取的偏心刀具轮廓上的点来进行说明。

如图3所示，点C在侧视图上对应于点P，点P通过旋转一角度a1而投影到基准平面上的点为点R，而点R在空间上的实际位置对应于正视图上的点B，在XYZ坐标系中，点B的Y坐标是确定的(即，与点C的Y坐标相同)并且点B的X坐标也是确定的(即，与点A'的X坐标相同)。在侧视图中，由于点P的X坐标和Z坐标能根据点C的空间坐标而得出，进而能够计算得出线段O'P的长度，并且由于线段O'P与线段O'R的长度相等，因此能够计算出点R的Z坐标，从而得到点B的Z坐标。由此可见，利用这样的方式，能够计算出点B的空间坐标。

此外，点D在侧视图上对应于点Q，点Q通过旋转一角度a2而投影到基准平面上的点为点T，而点T在空间上的实际位置对应于正视图上的点E。通过与上述计算点B的空间坐标类似的方式，也能够计算出点E的空间坐标。同理，由于偏心刀具轮廓的空间位置是确定的，所以能够以类似的方式基于偏心刀具轮廓上的任一点F(其在侧视图中对应于点S，点S通过旋转一角度a3而投影到基准平面上的点为点M)的空间坐标计算出在目标轮廓上的相应点G的空间坐标。

通过以上述方式得到目标轮廓上的尽可能多的离散点的空间坐标，能够拟合出目标轮廓。所拟合出的目标轮廓的精度与所选取的点的数量相关。然后，在辊轮1上将所得到的目标轮廓绕辊轮1的中心旋转轴线旋转90度，从而最终获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓，并基于该入刀轮廓能够利用基于三轴加工工艺的刀具对辊轮进行加工，从而获得期望的辊形。

通过上述加工过程，最终得到如图3和图4所示的从侧端面向中心逐渐凹入的辊形。

此外，如图4所示，由于基于三轴加工工艺的三个辊轮以点A'为中心以120度等间隔地设置在机架上，所以在利用上述用于加工辊轮的方法得到一个辊轮的入刀轮廓之后，将该入刀轮廓绕上述刀具轴线沿相反方向分别旋转120度，即能得到另外两个辊轮的入刀轮廓，以便指导刀具对另外两个辊轮的加工。

在步骤S2中，所选取的多个点可以包括偏心刀具轮廓的中点以及两个端点。具体地，所选取的多个点的数量优选大于120个，并且所选取的点的数量越多，则加工精度越高。

如图3中的右侧部分的侧视图所示，在垂直于中心旋转轴线的侧端面中，所选取的多个点在一第一直线(线段PQ所在的直线)上且相应的多个投影点在一第二直线(线段RT所在的直线)上，其中，第一直线平行于第二直线。

利用本申请的用于加工辊轮的方法，能够更简便且精确地确定基于三轴加工工艺的入刀轮廓，以便指导三轴辊轮加工设备进行加工。与两轴加工工艺相比，本申请的三轴加工工艺的加工范围更广，可以实现辊轮的定制加工，加工精度更高；无需依据加工半径手动换装刀具，使用一把刀可以完成所有加工；同时可以完成辊轮的倒角功能。此外，由于待加工的辊轮本身可能存在磨损，利用本申请的用于加工辊轮的方法能够对每个辊轮进行额外补偿加工。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于加工辊轮的方法，包括：

步骤S1，基于两轴加工工艺在所述辊轮上虚拟出一偏心刀具轮廓，所述偏心刀具轮廓为一段圆弧并且所述偏心刀具轮廓限定一偏心平面，其中，所述辊轮的中心旋转轴线所在的且与所述偏心平面平行的平面被限定为一基准平面；

步骤S2，在所述偏心刀具轮廓上选取多个点；

步骤S3，在所述辊轮的垂直于所述中心旋转轴线的侧端面中，将所述偏心刀具轮廓上的所述多个点通过分别旋转相应的角度而投影到所述基准平面上；

步骤S4，计算得出所述基准平面上的相应的多个投影点的空间坐标；

步骤S5，通过所述多个投影点在所述辊轮上拟合出一目标轮廓；以及

步骤S6，在所述辊轮上将所述目标轮廓绕所述中心旋转轴线旋转90度以获得基于三轴加工工艺的入刀轮廓，并基于所述入刀轮廓对所述辊轮进行加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，穿过所述一段圆弧的圆心且垂直于所述偏心平面的直线被限定为一刀具轴线。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：在步骤S1之前，将三个所述辊轮相对于一中心点以120度等间隔地设置在机架上，其中，三个所述辊轮的中心旋转轴线两两相交并围成一等边三角形，所述中心点为所述等边三角形的中心且位于所述刀具轴线上。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述步骤S6之后，将所述入刀轮廓绕所述刀具轴线沿相反方向分别旋转120度，以得到另外两个所述辊轮的入刀轮廓并对另外两个所述辊轮进行加工。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个点包括所述一段圆弧的中点以及两个端点。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个点的数量大于或等于120个。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在垂直于所述中心旋转轴线的侧端面中，所述多个点在一第一直线上且所述多个投影点在一第二直线上，其中，所述第一直线平行于所述第二直线。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基准平面与所述偏心平面之间的距离被限定为偏心距，所述偏心距和所述一段圆弧的半径由所述两轴加工工艺本身确定。

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