姜榮升， 于志新， 何三慧， 曹全德

（長春工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，長春130012）

0 引言

我國是世界上卷板機產(chǎn)量最多的國家，但總體競爭力不強，特別是針對大型和重大型設(shè)備。本文的研究主要是在原有的四輥卷板機上進行改進，將四輥卷板機加工后的卷圓通過工作輥進行修正。

1 系統(tǒng)設(shè)計的主要功能

制造行業(yè)在材料加工尤其是重型工業(yè)領(lǐng)域的板材加工部分程序需要依賴于卷板機來實現(xiàn)，因而在四輥卷板機的基礎(chǔ)上對卷板機的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)進行重新改進和研究，與以往的卷板機相比，新方案的特點和主要實現(xiàn)的功能是利用數(shù)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)卷板機制作圓筒直徑。

圖1 工作輥對加工板材進行直徑調(diào)節(jié)

通過控制工作輥上的各個電機的進退和旋轉(zhuǎn)控制卷板機各個工作輥之間的相對位置和彼此施加的相互作用，從而完成對板材的加工。四輥卷板機完成板材加工后，工作輥對卷圓進行矯圓。卷圓直徑的調(diào)節(jié)通過連接計算機終端，在計算機上由USB和控制器進行通信，在計算機終端的上位機軟件中輸入調(diào)節(jié)直徑，上位機軟件經(jīng)過計算解析發(fā)送到主控制器，控制器會對23個伺服電機和尾部發(fā)出指令，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)直徑和尾部電機角度。在每次進行直徑調(diào)節(jié)的時候，控制器會讓23個伺服電機和尾部電機運動到原始位置，進行歸零，對直徑進行標定，而不是從原本調(diào)節(jié)好的位置進行調(diào)節(jié)，來減小累計誤差，如圖1所示。工作過程中，還可以手動控制各個伺服電機，以便修正誤差。

2 運動函數(shù)的解求

卷板機卷圓加工完成后，在調(diào)節(jié)卷板直徑的過程中，對各工作輥的工作狀態(tài)和運動位置進行修正。卷板機卷板過程中各輥工作狀態(tài)及局部圖如圖2所示。

圖2 工作輥卷圓運動狀態(tài)

圖2中，以A為圓心的圓為卷板機目標加工的形狀，其半徑用R表示，即表示卷板機加工板材的半徑參數(shù)為R，以O(shè)為圓心的圓為卷板機各個工作輥在運動中所卷制的板材的實際形狀，其半徑用L1表示。

為減小加工誤差，必須對圓心O進行修正，使的圓心O能夠移到A點并且兩圓軌跡重合。具體分析為：OA表示兩圓心之間的距離,即現(xiàn)加工的卷圓圓心和目標加工卷圓圓心的距離，OA=1 300-R。式中：1 300為卷板機卷制半徑的最大卷制能力，以卷板機最大卷制能力為計算；AB為目標加工卷圓直徑，AB=R?！螦OC為C處工作輥和位于垂直線底部的主動輥之間的角度，∠AOC=α。在∠AOC中，已知OA長度，R為板材目標加工半徑（為已知量），OC=1 300，由余弦定理 a2+b2-2abcosα=c2可知，AC2=OA2+OC2-2cosα，整理得 AC=，由于AC=AB+BC，所以整理可知：

BC即為在此角度下所對應(yīng)的卷板機工作輥為達到卷圓的目標曲率所需到達的位置，因為各個工作輥以圓心O為中心、每隔15°間隔分布的，由此可以推出，各個工作輥以O(shè)為圓心，與中心垂直線的夾角是已知的，板材卷制的目標半徑已知，OA已知，依次類推可以計算出23個輥目標位置的運動函數(shù)。

設(shè)定以垂直線的下半部分（水平中心線以下）為參考，向左偏15°的工作輥編號為2號，相對2號工作輥左偏15°編號為3，以此類推，則初始參考線右偏15°的工作輥編號為24，因為設(shè)計的對稱性，2號輥的位置和24號輥位置對稱，所以運動時也相互對稱，即運動函數(shù)相互對稱。設(shè)定L表示各個工作輥的移動距離，可知，L2=L24，L3=L23，L4=L22，L5=L21，L6=L20，L7=L19，L8=L18，L9=L17，L10=L16，L11=L15，L12=L14。L13是個特殊的位置，L13工作輥位于最頂端位置，其運動函數(shù)經(jīng)過計算可知為L13=1 300-R/2，其余各處的運動函數(shù)由公式整理可得：

L表示各個工作輥的移動距離，在現(xiàn)有位置的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)板材目標卷制半徑和曲率，工作輥需要對現(xiàn)有位置進行修正，卷制過程中主動輥（動力輥）旋轉(zhuǎn)運動，壓迫板材向前運動，各個工作輥為實現(xiàn)加工板材的目標加工半徑和曲率，電機帶動傳動系統(tǒng)通過運動函數(shù)到達各輥制定位置，在移動時對板材施行受壓，進而達到目標產(chǎn)品要求。為實現(xiàn)板材不同曲率的加工需求，各個工作輥通過程序和手動，單獨運動和作用。

3 結(jié)論

以原有的四輥卷板機為基礎(chǔ)，通過設(shè)計多輥結(jié)構(gòu)，對四輥卷板機的加工板材進行校正。經(jīng)企業(yè)加工實踐驗證，該卷板機可以卷制10 mm的加工板材，實現(xiàn)了設(shè)計初調(diào)節(jié)板材筒徑快速化的目標。

［1］ 刑偉榮.卷板機的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010（2）：8-15.

［2］ 孫廷波.特大型四輥卷板機的研發(fā)［D］.青島：中國石油大學(xué)（華東），2009.

［3］ 俞新陸，何德譽.鍛壓手冊：第三卷：鍛壓車間設(shè)備［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［4］ 楊樹平，馬悅山.四輥卷板機的數(shù)控實現(xiàn)［J］.沈陽化工學(xué)院學(xué)報，2005（2）：100-112.

［5］ 成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［6］ 王國強.四輥型材卷彎機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010（45）：1-3.