CN1154890A - 一种三辊张力减径机轧辊加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三辊张力减径机轧辊加工方法，在现有轧辊加工方法基础上，在刀具距离E_w与刀具旋转角θ两参量之间建立数控关系：E_w=(E_wmax-EH)×f(θ)+EH，其中f(θ)为以刀具旋转角θ为变量在120°范围内对称变化的周期函数，EH为刀具调整量，E_wmax为最大刀具距离.从而使一个已由工艺要求确定了孔型参数的轧辊孔型曲线得到优化，在孔型辊缝处孔型曲线为半径等于孔型长半轴的近似圆弧，变形量沿孔槽合理分布，提高了产品质量和轧辊的使用寿命。

Description

一种三辊张力减径机轧辊加工方法

本发明涉及一种三辊张力减径机轧辊加工方法，是一种可使三辊张力减径机孔型得到优化的轧辊加工方法。

三辊张力减径机的孔型参数，如孔型直径、孔型椭圆度及轧辊理论直径，是根据工艺要求确定的。现有技术中的三辊张力减径机轧辊加工方法，根据上述由工艺确定的孔型参数，计算出刀具直径D_w和刀具距离E_w值。加工轧辊时，将三个轧辊组装成工作状态安装在车床上，刀具直径为D_w，其轴线垂直于轧辊轴线且过孔型中心，刀具与轧辊同时绕自身轴线转动对轧辊进行加工，当进刀至刀具距离为E_w时，即完成对轧辊的加工，加工方法简单。就一个孔型而言，刀具直径D_w与刀具距离E_w为常数，一旦计算出D_w与E_w值，则所加工出的轧辊孔型即是唯一的，无法人为改变孔型曲线的形状及各段曲线的连接关系，这无疑限制了对孔型的优化处理。因此，采用现有轧辊加工方法加工出的三辊张力减径机孔型，无论是椭圆孔型系或是圆孔型系，均存在孔型侧壁斜角小，辊缝处孔型曲线无法平滑过渡的问题，因而容易造成管子在辊缝处外表面出现青线、内孔呈六方或内壁起皱褶等内外表面缺陷，而且轧辊磨损率高。

本发明的目的是提供一种三辊张力减径机轧辊加工方法，从而使一个已由工艺要求确定了孔型参数的孔型曲线得到优化，变形量沿孔槽合理分布，并在孔型辊缝处形成半径近似为孔型长半轴的圆弧，以确保辊缝处孔型曲线平滑过渡，提高产品质量和轧辊的使用寿命。

本发明的目的是通过以下措施实现的。

一种三辊张力减径机轧辊加工方法，在刀具距离E_w与刀具旋转角θ两参量之间建立数控关系：

         E_w＝(E_wmax-EH)× f(θ)+EH，    (1)式中：f(θ)为以刀具旋转角θ为变量，在120°范围内对称变化的周期函数；

EH为刀具调整量，一般取EH＝0～4.0mm；

E_wmax为最大刀具距离： $E_{w\max }=\sqrt{{(0.5D_{\mathrm{id}}-B_i)}^2-0.25{(D_{\mathrm{id}}-D_w)}^2}---\left(2\right)$ 式中：D_id、B_i分别为轧辊理论直径和孔型短半轴，均由工艺给定；

D_w为刀具直径， $D_w=\sqrt{4T^2+3A_i^2}---\left(3\right)$ 式中：A_i为孔型长半轴，由工艺给定； $T=\frac{\sqrt{D_{\mathrm{id}}^2-4C}-D_{\mathrm{id}}}{2}---\left(4\right)$ $C={\mathrm{EH}}^2+\frac{1}{2}{A}_i\×D_{\mathrm{id}}-\frac{1}{4}{A}_i^2---\left(2\right)$

周期函数f(θ)可以是刀具旋转角θ的简单函数：

周期函数f(θ)也可以是刀具旋转角θ的复杂函数：

当    N×60°≤θ≤(N+1)×60°    N＝1、3、5、… $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1+\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7a\right)$

其它情况下： $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1-\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7b\right)$

下面结合附图对本发明进行详述。

图1为本发明轧辊加工方法加工轧辊时，轧辊与刀具关系图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为采用本发明方法加工出的轧辊的孔型图。

图4为采用本发明方法加工的轧辊孔型各点半径R与刀具旋转角θ之间的关系图。

本发明三辊张力减径机轧辊加工方法，如图1、图2所示，图中：1为轧辊、2为刀具、3为辊缝、4为刀具轨迹。本方法与现有技术轧辊加工方法同样是将三个轧辊1组装成工作状态安装在车床上，刀具2轴线0-0垂直于轧辊1轴线0′-0′，且过孔型中心0，刀具2与轧辊1同时绕自身轴线旋转对轧辊1进行加工。所不同的是在原轧辊加工方法基础上，引入可变刀具距离E_w＝(E_wmax-EH)×f(θ)+EH，对加工机床的刀具进刀距离实行数控，从而使一个已由工艺给定了孔型长短半轴A_i、B_i及轧辊理论直径D_id等孔型参数的张力减径机孔型曲线，除满足上述孔型参数要求外，可通过改变周期函数f(θ)，人为地改变孔型曲线及各段曲线的连接关系，对孔型曲线进行优化，使变形量沿孔槽合理分布，并使孔型在辊缝3处的形状近似为半径等于孔型长半轴A_i的圆弧，实现平滑过渡，其所加工出的孔型如图3所示。

下面以轧辊理论直径D_id＝330mm，孔型长半轴A_i＝76.55mm，孔型短半轴B_i＝72.96mm的三辊张力减径机轧辊为例，介绍本发明的实施例。

在刀具距离E_w与刀具旋转角θ两参量之间建立数控关系：

           E_w＝(E_wmax-EH)× f(θ)+EH，    (1)式中：f(θ)为以刀具旋转角θ为变量，在120°范围内对称变化的周期函数；

EH为刀具调整量，用以防止机振，一般取EH＝0～4.0mm，本实例中EH＝0；

E_wmax为最大刀具距离： $E_{w\max }=\sqrt{{(0.5D_{\mathrm{id}}-B_i)}^2-0.25{(D_{\mathrm{id}}-D_w)}^2}---\left(2\right)$ 式中：D_id、B_i分别为轧辊理论直径和孔型短半轴，均已由工艺给定；

D_w为刀具直径， $D_w=\sqrt{4T^2+3A_i^2}---\left(3\right)$ 式中：A_i为孔型长半轴，由工艺给定； $T=\frac{\sqrt{D_{\mathrm{id}}^2-4C}-D_{\mathrm{id}}}{2}---\left(4\right)$ $C={\mathrm{EH}}^2+\frac{1}{2}{A}_i\×D_{\mathrm{id}}-\frac{1}{4}{A}_i^2---\left(5\right)$ 将式(4)、(5)代入式(3)可知：

当EH＝0时，D_w＝2A_i＝2×76.55＝153.10mm，将D_w＝153.10mm及D_id＝330mm、B_i＝72.96mm代入式(2)： $E_{w\max }=\sqrt{{(0.5\×330-72.96)}^2-0.25{(330-153.10)}^2}=25.46\mathrm{mm}$ 则式(1)为：

      E_w＝25.46×f(θ)    (1’)

周期函数f(θ)可以为旋转角θ的简单函数：

将式(6)代入式(1’)，即可得到与刀具旋转角θ相对应的瞬时刀具距离E_w，见附表。

周期函数f(θ)也可以是旋转角θ的复杂函数：

当                      N×60°≤θ≤(N+1)×60°    N＝1、3、5、… $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1+\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7a\right)$

其它情况下 $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1-\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7b\right)$ 将式(7a)、(7b)分别代入(1’)，同样可以得到与刀具旋转角θ相对应的各个刀具距离E_w，见附表。

采用本发明方法加工出的轧辊孔型各点半径R与刀具旋转角θ的关系如图4所示。图中X-Y坐标系的0点为孔型中心，辊缝3处θ＝30°。孔型槽底5处θ＝90°，则孔型各点半径R值可由简单的几何关系确定： $X=\frac{D_w}{2}\mathrm{Cos\θ}$ $Y=\frac{D_{\mathrm{id}}}{2}-\sqrt{{(\frac{D_{\mathrm{id}}}{2}-\frac{D_w}{2}\×|\mathrm{Sin\θ}\left|\right)}^2+{E_w}^2}$ $R=\sqrt{X^2+Y^2}$

附表为孔型半径R，刀具距离E_w与刀具旋转角θ之间关系对照表。由该表不难看出，本发明在满足孔型工艺参数的同时，可通过采用不同的周期函数f(θ)，改变孔型曲线及各段曲线的连接关系，对孔型曲线进行优化，同时使孔型辊缝处曲线呈半径为孔型长半轴A_i的近似圆弧。

本发明轧辊加工方法与现有技术相比所具有的优点是：优化了孔型曲线，使得孔型辊缝处为半径等于孔型长半轴的近似圆，保证了孔型形状的平滑过渡，进而改善了被加工管材的外表面质量。同时孔型曲线的优化可使变形量沿孔槽合理分布，改善管子变形的均匀性，减少管壁不均匀及内孔六方化，提高管子内表面质量，减少轧辊磨损。另外，本方法原理简单明确，易于掌握。

附表：刀具距离E_w、孔型半径R与刀具旋转角θ关系对照表

刀具旋转角θ(度)	f(θ)为简单周期函数		f(θ)为复杂周期函数
					刀具距离Ew(mm)	孔型半径R(mm)	刀具距离Ew(mm)	孔型半径R(mm)
	30	0.00	76.55	0.00					76.55
31					0.67	76.55	0.02	76.55
	32	1.33	76.55	0.07					76.55
33					2.00	76.54	0.16	76.55
	34	2.66	76.53	0.28					76.55
35					3.32	76.52	0.43	76.55
	58	17.03	75.33	11.40					76.00
59					17.52	75.24	12.06	75.93
	60	18.00	75.14	12.73					75.84
61					18.46	75.05	13.39	75.75
	62	18.92	74.95	14.06					75.66
85					25.24	73.05	25.02	73.10
	86	25.32	73.01	25.18					73.05
87					25.38	72.99	25.30	73.01
	88	25.42	72.97	25.39					72.98
89					25.45	72.96	25.44	72.97
	90	25.46	72.96	25.46					72.96

Claims (3)

1.一种三辊张力减径机轧辊加工方法，其特征在于：在刀具距离E_w与刀具旋转角θ两参量之间建立数控关系：

        E_w＝(E_wmax-EH)×f(θ)+EH，    (1)式中：f(θ)为以刀具旋转角θ为变量，在120°范围内对称变化的周期函数；

EH为刀具调整量，一般取EH＝0～4.0mm；

E_wmax为最大刀具距离： $E_{w\max }=\sqrt{{(0.5D_{\mathrm{id}}-B_i)}^2-0.25{(D_{\mathrm{id}}-D_w)}^2}---\left(2\right)$ 式中：D_id、B_i分别为轧辊理论直径和孔型短半轴，均由工艺给定；D_w为刀具直径， $D_w=\sqrt{4T^2+3A_i^2}---\left(3\right)$ 式中：A_i为孔型长半轴，由工艺给定； $T=\frac{\sqrt{D_{\mathrm{id}}^2-4C-D_{\mathrm{id}}}}{2}---\left(4\right)$ ${\mathrm{EH}}^2+\frac{1}{2}{A}_i\×D_{\mathrm{id}}-\frac{1}{4}{A}_i^2---\left(5\right)$

2.根据权利要求1所述的轧辊加工方法，其特征在于所述的周期函数f(θ)是刀具旋转角θ的简单函数：

3.根据权利要求1所述的轧辊加工方法，其特征在于所述的周期函数f(θ)是刀具旋转角θ的复杂函数：

当      N×60°≤θ≤(N+1)×60°    N＝1、3、5、… $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1+\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7a\right)$

其它情况下： $f\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\[1-\left|\mathrm{Sin}(3\×\mathrm{\θ})\right|\]---\left(7b\right)$

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