精密校直机的控制系统

1 专题 精密校直机的控制系统 一、概述 机械、汽车、电机等行业大量使用轴类、杆类零件，这些零件的原材料在粗加工火热处理等过程中不可避免地会出现弯曲变形，如果不进行校直处理会直接影响工件的后序加工和使用，甚至可能出现相当数量的废品。所以为了能获得下道工序所允许的最小切削量或通过精密校直保证工件达到严格的最终设计公差要求，校直机成了工件热处理后不可缺少的关键设备。在传统工艺中，多数厂家选用手动压力机，校直量难以控制，效率低下，难以满足校直要求；而自动校直是一种先进的生产制造工艺，近年来随着我国工业整体技术水平和技 术要求的提高，该工艺被越来越广泛地应用于机械、汽车、电机等行业中。 自动校直技术通过数控精密校直液压机（简称精校机）完成对轴、管、棒等类零件的校直，是一种先进制造技术，是机械加工过程中保证产品质量的重要工序，广泛应用于汽车、拖拉机、工程机械、机床、纺织机械等机械制造行业。发达国家对该项技术的研究起步较早，已开发出具有本国特色的自动精校机产品。而我国在这一领域才刚刚起步，目前国内应用的大部分精校机都从国外引进。随着我国机械工业的发展，对机械产品质量的要求不断提高，此项技术的重要性日益显现出来，迫切需要自动校直 技术及其成套设备，实现对轴类零件的精密校直，以提高轴类零件的加工精度。 二、 列轴类自动校直机 一）设备说明 该产品适用范围包括：转向齿条、凸轮轴、曲轴、半轴、齿轮轴、电机轴、减震器杆、活塞杆、车桥壳等轴杆类零件。该系列产品在消化吸收国外技术的同时，针对国内客户情况，在校直原理、测量方式、人机交互、特殊工件处理方面都作了大量创新设计。普通零部件国内设计加工，关键器件选用的是日本、韩国、德国等国家著名公司的进口产品，从而保证了利用国内产品价格拥有世界级 2 自动校直机的整体品质。 该系列产品主要特性： 1、 高可靠性、高精度的测量系统，测量精度 5m 、显示分辨率 1m ； 2、 修正量的自适应调整系统，精密液压控制，自动分析计算修正量 对工件缺陷（中心偏心、椭圆、毛刺等）的特殊处理，解决了假性弯曲的问题 ； 3、 先进的 量系统，友好的人机对话界面，较好地实现了操作者与设备的人机交互 ； 4、 简洁方便的工件夹持定位装置，用户可快速方便地调整工装，满足不同工件生产要求 ； 5、 声发射装置可供选择，可检测出工件裂纹缺陷 ； 6、 高效生产效率，满足大批量生产要 求 7、 可存储多种不同工件参数，满足不同种类产品校直需要 二）主要部分介绍 1、液压控制系统 泵站、液压阀组、执行油缸，液压控制回路等组成了校直机的液压系统。由于液压系统的关键部件采用的是世界著名公司的产品，保证了液压系统工作的精确性、稳定性、可靠性。在校直机待机工作时，独到的节能卸荷方式设计较好的节约能源。 2、气动控制单元 气动三联件、压力继电器、集装阀组以及执行气缸组成的气动控制回路，构成了校直机的气动单元。气动单元主要是控制并执行工件的夹紧、定位、分选和运送等动作，在每个执行气缸上都有位置 检测开关用于向系统反馈动作执行情况，便于动作流程的控制以及故障诊断与排查。气动元件主要选用日本、韩国公司的产品，动作灵敏可靠，寿命长。 3、工件跳动检测单元 机械杠杆式的测量放大机构、高精度的位移和角度传感器、精密的速度控制电机以及测量探头构成了工件跳动检测单元。测量探头可以采用超硬圆棒式测量挺杆、全开或半开包容式测量片以及高精度标准齿轮等多种方式，分别对轴杆类工件的纯圆截面、 D 型截 3 面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动实现准确测量。复杂周密的设计保证了测量的精确性、实用性 。 4、可编程控制中心（ 可编程控制中心是校直机的关键组成部分。校直机繁杂有序的动作都是在它的程序控制下执行完成的。 计算机处理系统相互通讯并协调控制各执行部件有序的进行夹紧、测量、校直部位选择、加压实施修正等动作。系统采用日本 列可编程控制器（也可根据用户要求选用日本 国 公司的产品），电气操作和执行元件主要采用 公司的产品，工作稳定可靠。 5、计算机处理系统 超高精度的数据采集系统、安全可靠的输入输出系统、带大屏幕彩色液晶显示器的工 业一体化工作站、高专业水准的软件包，全中文的人机交互界面，丰富多彩的图文显示、可打印的数据统计输出等构成了校直机的计算机处理系统。软件设计方面，我们在借鉴了国外各专业厂家的先进经验的基础上，增加了我们独特的校直理念，其中点振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是专门针对带有 D 形截面或表面局部淬火的工件（如转向器齿条）而开发设计的。这一类工件通常由于外形的不规则或各个方向上热处理不均匀，导致其不同的方向上机械特性存在差异，如果使用传统的校正方式很难达到产品的技术要求。向量分解式修正可以在不同的方向上建立不 同的修正模型进行校正，出色的解决了这类工件难于校直的问题。可任意扩展的工件参数存储，满足了一机多用的要求。完善的故障自诊断系统可使操作人员迅速排查设备故障。测量动态波形显示可以非常直观的发现工件的圆度误差、毛刺、凹坑等工件表面缺陷。 6、 工件特殊缺陷的处理 一般工件存在三种缺陷：中心偏心、表面椭圆、毛刺凹坑，针对以上三种缺陷我公司在软件和硬件上采用了特殊处理方式，如不对以上缺陷进行处理，可能隐藏了许多假性弯曲问题，针对中心偏心问题，我们在支撑端加装了两套测量装置，可直接测量出偏心，通过计算机演算，去除测量点 的假性弯曲；针对表面椭圆问题，我们对测量波形进行了波形分解处理，可通过计算得到真正的圆；针 4 对毛刺凹坑问题，我们对测量波形进行了平滑处理，把凸点和凹点去除掉，消除了由于毛刺凹坑产生的影响。 三、 列 自动轴类校直机 一）、设备说明 列校直机是长春试验机研究所与日本国际计测器株式会社（ 司）合作生产的产品。有自动、半自动两种机型，该机采用了日本技术及关键零部件，由长春试验机研究所生产主机及装配，实行中国市场价格，有极高的性能价格比。 零件在锻造、冷加工、回火、 淬火、调质过程中不可避免地会出现弯曲变形，在这种情况如果不进行校直处理，就会影响工件的后序加工或使用，甚至可能会出现废品。校直机正是为克服这种不良影响而设计制造的。 1994 年我所与日本国际计测器株式会社 (司技术合作，开始生产轴类校直机，目前形成了 型系列产品。 列校直机是一种集机械、液压、气动控制技术、检测技术、计算机分析为一体的高科技产品。具有优良技术性能，测量精度高，生产节拍快，工件适应能力强，对形状特异的零部件有一套成熟的程序。 二）、主要部分介绍 该系列样直机由智能化的分析测量系统、可程控的电机、电气、机械、液压、空压控制系统等组成。具有灵活的人机对话界面、操作使用方便，快捷。 1、承载机架 校直机按主机结构的形式分为 C 型和门型， C 型机具有结构简单，制造加工容易，在下部安装一可移动工作台，带动工件及支承在工作台上左右移动，把工件移到修正部位。加压油缸体固定于机器的上部，活塞可按计算机的计算修正量对工件进行校直。门型机具有封闭的主机框架，主机刚性好，易于加入自动生产线组成真正的全自动校直机亦称 列。门型机架有一个固定的工作台，加压油缸为可移动式。两种机架的工作台上件都是可更换式的台上部件，以适应各种可 5 动支承，测量单元、摩擦驱动装置，顶尖式回转中心的安装。 2、液压控制系统 泵站、阀组、执行油缸组成了校直机的液压控制系统。泵站由普通交流电机拖动柱塞式液压泵为校直机提供主要动力源，电磁阀组在可编程控制中心的指令下，进行有序的快进、快退、工进、修正进给等动作。校直机是一种工作压力大，动作频繁、执行精度高的复杂设备；动作的稳定、准确、可靠对校直机的控制系统提出了很高的要求，国际计测器公司的专用测量放大系统具有较高的可靠性，而且放大器还设置了各个分步动作 功能，以利操作者或维护人员检查机器的动作。在液压系统中针对中国地域辽阔和生产场地温差大的特点，采取节能卸荷方式，保证了工作油在较合适的工作温度下的连续运转。 3、气动控制单元 校直机的控制系统在普通工程压力下，控制机器各辅助零部件执行动作。集装阀组与各执行气缸的组合构成了校直机的气动单元。在每个执行气缸上都有敏感元件，用以向 统反馈动作的执行情况。气动单元主要控制回转中心的前进、后退、摩擦驱动压杆的升降、各个可动支承的组合升降及中心孔部件顶尖的清洁等功能。 4、工件径跳检测单元 校直机的工作有一半取决 于对工件径跳的检测，亦称 量。对于纯圆工件的测量径跳主要做工件的回转驱动、弯曲位移的检测以及最大弯曲变形发生角度的测量，还要将工件停 止在弯曲最大点朝上的位置，精密的速度控制电机单元驱动工件的旋转及定位停止。角位移传感器准确地给出工件最大弯曲变形发生的角度和工件需停止的角度。精确的弯曲位移测量传感器是由差动变压器式位移传感器来充当的。由于在工业现场各种干扰大，传感器动作频繁，因此校直机采用了带小信号放大器传感器，很好地解决了信号传递所引起的噪声。针对形状各异的工件可以安装不同的探头，诸如柱形挺杆 ， R 型测量子，板式测量片，对开式圆形测量子等。 5、可编程控制中心 这是校直机的核心部件，它在程序控制下，指挥包括 内的各执行部件有序的进 行夹持、检测、修正，系统中采用日本 作准确可靠，工业状况好。各种卡接式安装， 6 易于局部更换部件。有编程经验的用户可自行编制用户程序。 列校直机在以 中心设计时，几乎全部执行器件都使用了信息反馈，确保了各执行动作准确可靠，有效地避免了误动作，保证了工件及设备的安全。 6、计算机分析处理系统 列校直机所用的计算机是日本国际计测器公司的专用型产品，操作者通过键盘输入的工作参数。根据对各种传感器的数据采集进行分析计算、确定工件的修正部位及修正量，给 元提供依据。在 数据采集和处理过程中，很好地解决了工件表面缺陷或毛刺所引起的测量误差，并且对椭圆形工件也能正确找出其真实弯曲变形，很好的解决了花键及齿轮节圆径跳测量问题。对于形状特异的工件，如转向机齿条系统，还能用矢量分割方法对可校工作面进行有效的校正。以上这些正是 列校直机软件包的独到之处。该单元通过显示器提供高清晰度的图文显示，并可通过打印机进行多功能的统计输出。 四、 列自动校直机 一）、简介 长春试验机研究所有着多年的与国外厂商合作生产自动校直机的经验，经过多年的精心钻研，我们博采众家之长，推出了 列轴类自动校直机。该系列产品在消化吸收国外技术的同时，针对国内市场，在校直原理、测量方式、人机交互提示、中文操作界面、随机电子图文帮助等方面作了大量的完善和改进，使之更加适于中国的使用习惯和现场条件。所采用的元器件经过严格筛选，关键器件选用的是日本，德国等国家著名公司的进口产品，从而保证了自动校直机的整体品质和可靠性，优异的性价比会给新老用户带来丰厚的回报。 主要特性： 1、 高可靠性、高精度的测量系统，测量精度 5 m、显示分辨率 1 m 2、 修正量的自适应调整系统，自动分析计算修正量。 3、 简法的 工件夹持定位装置，用户可快速方便地调整工装。 7 4、 友好的人机对话界面，较好地实现了操作者与设备的人机交互。 5、 必要的人与设备安全防护措施。 6、 多种可供选择的功能部件：声发射裂纹检测装置；实现全自动生产的自动送料带。 7、 可达每小时 30的高校直生产效率，实际工作效率由工件的不同精度要求决定。 二）、 列校直机各主要部分简介 智能化的分析测量系统、可程控的电机、电气、机械、液压、气动控制系统使得 系列校直机成为一个多技术门类的复杂技术产品。校直机丰富直观的人机界面、向用户开放的技 术条件为提高整机的工作效率创造了极大的方便，各主要部分的有机配合使得设备的整体性能出类拔萃。 1、承载机架 自动校直机按主机结构形式可分为 C 型校直机和门型校直机两种。 C 型校直机是开式框架结构，具有结构简单、制造加工容易、但主机刚性差，只是对超长的轴杆类工件适应性好等特点，一般多用于超长工件的人工上下料操作的半自动校直机。门型校直机是封闭式框架结构，具有外观匀称、结构紧凑、主机刚性好、占地面积小、易于上线安装于自动流水线等特点，选用自动上下料机构即可实现全自动校直。在工作方式上 C 型校直机采用压头机构位置固定， 通过电机驱动齿轮齿条机构控制移动工作台的方式来切换工件轴向校直点；而门型校直机是采用工作台固定，通过电机驱动滚珠丝杠副控制移动压头机构的方式来切换工件轴向校直点。由于 C 型校直机移动工作台机构质量较大，系统惯量大，因而控制不灵敏，动作灵活性差，切换工件轴向校直点时定位不稳定；而门型校直机移动压头机构质量较小，系统惯量小，因而控制更灵敏，动作更灵活，切换工件轴向校直点时定位稳定性和自锁性均好。因此，门型校直机的结构较 C 型校直机更合理，工作性能更稳定，精度更好、效率更高。校直机的工作台上定位和夹紧部件采用积木式设 计，以适应各种可动支承、测量单元、摩擦驱动装置、顶尖式回转中心的安装与调整，同时也方便了易损零部件的维修与更换，更有利于用户对新 8 产品零部件校直工序的切换与扩展。机械系统关键部件采用日本国 世界著名公司的产品，校直机运行精度保持性能长久。 2、液压控制系统 泵站、液压阀组、执行油缸，液压控制回路等组成了校直机的液压系统。由于液压系统的关键部件采用的是日本 大利湾 世界著名公司的产品，保证了液压系统工作的精确性、稳定性、可 靠性。在校直机待机工作时，独到的节能卸荷方式设计更适合于我国广阔的地区气候差异，保证了自动校直机能在任何地区以较合适的工作温度连续运行。 3、气动控制单元 气动三联件、压力继电器、集装阀组以及执行气缸组成的气动控制回路，构成了校直机的气动单元。气动单元主要是控制并执行工件的夹紧、定位、分选和运送等动作，在每个执行气缸上都有位置检测开关用于向系统反馈动作执行情况，便于动作流程的控制以及故障诊断与排查。气动元件主要选用日本 国 台湾世界著名公司的产品，动作灵敏可靠，寿命长。 4、工 件径跳检测单元 机械杠杆式的测量放大机构、高精度的位移和角度传感器、精密的速度控制电机以及测量探头构成了工件径跳检测单元。测量探头可以采用超硬圆棒式测量挺杆、全开或半开包容式测量片以及高精度标准齿轮等多种方式，分别对轴杆类工件的纯圆截面、 D 型截面以及齿轮或花键的分度圆等部位的径向跳动实现准确测量。复杂周密的设计保证了测量的精确性、实用性。 5、可编程控制中心（ 可编程控制中心是校直机的关键组成部分。校直机繁杂有序的动作都是在它的程序控制下执行完成的。 计算机处理系统相互通讯并协调控制各执行部件 有序的进行夹紧、测量、校直部位选择、加压实施修正等动作。系统采用日本 列可编程控制器（也可根据用户要求选用日本 国 电气操作和执行元件主要采用日本 国 公司的产品，工作稳定可靠。 6、计算机处理系统 9 超高精度的数据采集系统、安全可靠的输入输出系统、带大屏幕彩色液晶显示器的工业一体化工作站、高专业水准的软件包，全中文的人机交互界面，丰富多彩的图文显示、可打印的数据统计 输出等构成了校直机的计算机处理系统。软件设计方面，我们在借鉴了国外各专业厂家的先进经验的基础上，增加了我们独特的校直理念，其中点振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修