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高速線材軋機(jī)軋輥的錐軸與錐套的檢測(cè)
摘要
當(dāng)更換軋輥時(shí)為了取得良好的裝配性能,高速線材軋機(jī)軋輥采用椎孔與錐套的配合。本文介紹了一種錐度的自動(dòng)測(cè)量方法，論述的原則是參照?qǐng)A柱表面作為測(cè)量錐度的標(biāo)準(zhǔn)。主要特色是橫向聯(lián)系錐自動(dòng)測(cè)量?jī)x器。對(duì)測(cè)量誤差的儀器進(jìn)行分析. 該儀器采用光柵位移傳感器錐直徑和軸向定位傳感器. m時(shí),軸向定位誤差小于0.01mm的, ,相對(duì)誤差為錐度測(cè)量小于2 × 10-3 .μ測(cè)量誤差直徑為1.4 。由于該儀器配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 許多參數(shù)和實(shí)際剖面測(cè)量的錐度可根據(jù)所收集的測(cè)量數(shù)據(jù)確定. 此外，錐軸與錐套可應(yīng)用電腦進(jìn)行虛擬裝配。可以觀察出錐軸與錐套的實(shí)際裝配效果，可以實(shí)現(xiàn)裝配精度最大程度的提高。
關(guān)鍵詞：軋機(jī)，軋輥，光柵傳感器，步進(jìn)電機(jī)，虛擬裝配
1.說明
與光滑圓柱配合相比，錐度具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如：自動(dòng)定心，同軸度高，配合緊密，，容易調(diào)整松緊度，容易拆裝等。因此，它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械裝置中。現(xiàn)在，高線的軋制速度超過了100m/s。為了適應(yīng)這個(gè)速度，采用錐軸和錐套相配合的軋輥具有良好的表現(xiàn)，否則軋輥將會(huì)跑偏使得軋制速度和軋制受益不能保證。
有兩個(gè)方法用來檢查錐度：綜合檢查和單項(xiàng)檢查. 圓錐量是用于綜合檢查,而指標(biāo)、正弦、角度是用于單項(xiàng)檢查錐度公差。本文介紹了一種錐自動(dòng)測(cè)量方法,連同相關(guān)臥式錐自動(dòng)測(cè)量?jī)x器.該儀器在軋制條件下以圓柱表面作為參考測(cè)量了錐軸和錐套。軋制參數(shù)如下: 最大測(cè)量錐軸直徑241mm ，其測(cè)量錐軸長(zhǎng)度范圍為647mm ~ 985mm ,測(cè)量軸套的最大直徑為192mm,測(cè)量軸套的長(zhǎng)度范圍為647mm~985mm，通常測(cè)量錐度是1：12。錐度的公差要求是，當(dāng)軸向位移為12mm時(shí)，直徑的公差為1±0.003mm。
2.測(cè)量原則
兩個(gè)光柵傳感器分別位于錐軸兩邊, 他們是平行的,與主軸配以合適的角度. 檢測(cè)從測(cè)量較大一端的錐度開始，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性.測(cè)量直徑的大小等于傳感器讀數(shù)之和。錐體每旋轉(zhuǎn)0.9 o做一次測(cè)量，即整個(gè)周長(zhǎng)測(cè)量400次。一個(gè)周長(zhǎng)測(cè)量做每軸0.79區(qū)間. 測(cè)量程序結(jié)束時(shí),測(cè)量的周長(zhǎng)較小一端的錐度已完成. 在其中一段是:遠(yuǎn)離錐度大端的l（直徑為D），假設(shè)理論測(cè)量直徑是d，測(cè)量值即為軋輥的軸套的直徑。
C = (D ? d ) / L (1)
d = D ? C - L (2)
D = d ? d = d ? (D ?-L) = d + L ? D (3)
式中：c——錐度的正常值，
d——直徑的測(cè)量誤差，
軸向位移是12mm時(shí)，直徑的容許誤差小于10.003mm。因此,儀器的測(cè)量誤差在測(cè)量直徑時(shí)不得超過3米.
3.設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析
圖1 錐度自動(dòng)測(cè)量?jī)x
該設(shè)備由四部分組成：機(jī)械系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)用于控制軸向運(yùn)動(dòng)和徑向旋轉(zhuǎn).
⑴ 機(jī)械系統(tǒng)
設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)包括：底板,左,右支托輥, 和測(cè)量工作臺(tái).機(jī)械系統(tǒng)有兩個(gè)功能：一種是用于測(cè)量錐體轉(zhuǎn)動(dòng), 而后者則是用于使光柵傳感器沿著錐軸做直線運(yùn)動(dòng).在測(cè)量操作中，首先用兩個(gè)頂錐支撐住錐軸，然后啟動(dòng)馬達(dá)使位于軸向與橫向光柵的傳感器工作，同時(shí)，靠錐軸驅(qū)動(dòng)的徑向傳感器同時(shí)旋轉(zhuǎn)。
⑵ 測(cè)量系統(tǒng)
測(cè)量系統(tǒng)主要由光柵傳感器及測(cè)量電路組成。它是用于軸向定位和測(cè)量直徑。光柵傳感器的特點(diǎn),如高精度,高分辨率,量程寬, 抗干擾能力強(qiáng)等。普通光柵傳感器的準(zhǔn)確性可達(dá)到0.5m/300mm，而結(jié)果的精度可達(dá)到0.05m。光柵傳感器的測(cè)量電路包括細(xì)分電路,方向識(shí)別電路,計(jì)數(shù)電路,顯示電路.我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，傳感器的結(jié)果和測(cè)量精度分別達(dá)到0.5m和1m/20mm。軸向定位傳感器的結(jié)果和測(cè)量精度分別達(dá)到0.5m和1m/20mm。
⑶ 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能是收集測(cè)量的數(shù)據(jù)如直徑、角度、軸向位置，然后把數(shù)據(jù)輸入采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口的計(jì)算機(jī)，因此可以得到測(cè)量結(jié)果和實(shí)際的錐度輪廓。由于串行通信波特率設(shè)置為9600bps ,該系統(tǒng)可每秒傳輸1200字節(jié)。當(dāng)儲(chǔ)存一次測(cè)量數(shù)據(jù)需要9字節(jié)時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)的總計(jì)個(gè)數(shù)為400×100=40000，因此做完整個(gè)測(cè)量所需的時(shí)間總共為40000×9/1200=300秒，大約為五分鐘。
⑷軸向運(yùn)動(dòng)和徑向旋轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)
圖2 控制操作的界面
該控制系統(tǒng)功能是控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和可實(shí)現(xiàn)的軸向直線運(yùn)動(dòng). 核心控制系統(tǒng)是一個(gè)并行接口板. 圖2顯示控制操作的界面.在該界面內(nèi)操作，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止發(fā)動(dòng)機(jī),控制旋轉(zhuǎn)方向和定位傳感器沿錐軸的速度。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為0.045 o ; 精度達(dá)0.01mm ,可作直線運(yùn)動(dòng)的控制手段和驅(qū)動(dòng)機(jī)制,就像齒輪、滾珠絲杠等.
4.錐度測(cè)量的評(píng)價(jià)
一旦測(cè)量結(jié)束，測(cè)量錐度的評(píng)價(jià)由400x100的測(cè)量數(shù)據(jù)獲得。根據(jù)錐度的定義有兩種方法可以用來獲得實(shí)際測(cè)量錐度。
⑴ 錐軸的大端和小端的測(cè)量數(shù)據(jù)都是通過最小二乘法處理的。
D'和 d '都是通過最小二乘法計(jì)算得來的。然后，我們可以找見L，兩段之間多軸向距離，來自于定位尺寸。根據(jù)公式：Ca= (D'?d ' ) / L' ,可以計(jì)算出測(cè)量的真正錐度。
⑵ 共有400X100個(gè)數(shù)據(jù)和圓錐表面的計(jì)算式都是通過最小二乘法計(jì)算得來的。當(dāng)選擇了適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)后，我們可以計(jì)算出d "，前兩截面的直徑，和L"，兩截面之間的距離，然后測(cè)量的錐度可以通過式子Ca = (D"?d " ) / L"計(jì)算而得出。
這種儀器采用第二種評(píng)價(jià)方法. 其它參數(shù)如標(biāo)準(zhǔn)偏差錐度, 最大偏差錐度、最小偏差錐度也可以通過進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理工作完成. 為了提高測(cè)量結(jié)果的可視化，已經(jīng)采用了可視化的加工過程。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)際的錐面輪廓可以通過坐標(biāo)顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上。圖3 是實(shí)際錐面的輪廓圖。如果你點(diǎn)擊輪廓的任意一點(diǎn)，該截面的軸向位置和直徑即可顯示。此外，你還可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)實(shí)際輪廓,讓你可以觀察到的任意位置的概況.
這種儀器可以通過電腦做錐軸與錐套的虛擬裝配.為錐軸和錐套編號(hào),然后保存它的測(cè)量結(jié)果.當(dāng)他們被用到時(shí)，利用保存結(jié)果可在電腦上實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。標(biāo)記錐軸與錐套的實(shí)際裝配效果可以在很大程度上提高裝配精度。
圖3 錐度的實(shí)際輪廓圖
5. 結(jié)論
本文中對(duì)錐軸和錐套的測(cè)量參照了圓柱面軋輥的測(cè)量。它與錐度的實(shí)際工作狀況相符合，所以原則上具有很大的優(yōu)越性。臥式錐自動(dòng)測(cè)量?jī)x器有其自身的特點(diǎn),如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于調(diào)試和運(yùn)行, 精度高,量程寬等.同時(shí)該儀器具有沉重的承載能力,剛度大,增強(qiáng)了適應(yīng)性. 光柵傳感器,用于測(cè)量系統(tǒng)的直徑和軸向定位, 徑向角定位是由步進(jìn)馬達(dá)完成的. 因此，測(cè)量誤差小于1.4m，相對(duì)測(cè)量錐度誤差小于2×10-3。
臥式錐自動(dòng)測(cè)量?jī)x器在很大程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化. 采用數(shù)字式光柵傳感器在于精度高,同時(shí)順利的完成了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理. 可從收集到的大量的數(shù)據(jù)數(shù)字化信息進(jìn)行誤差分離, 糾錯(cuò),并施行統(tǒng)計(jì)分析. 應(yīng)用可視化技術(shù)，剖面測(cè)量錐度也可以顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上. 更加重要的是,利用所收集的數(shù)據(jù), 可實(shí)現(xiàn)虛擬裝配錐軸與錐套,可以實(shí)現(xiàn)裝配精度在很大程度的提高。
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