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1 1 高速線材軋機軋輥的錐軸與錐套的檢測 摘要 當(dāng)更換軋輥時 為了取得良好的裝配性能 ,高速線材軋機軋輥采用椎孔與錐套的配合。 本文介紹了一種錐 度的 自動測量方法 ，論述的原則是參照圓柱表面作為測量錐度的標(biāo)準(zhǔn)。主要特色是 橫向聯(lián)系錐自動測量儀器 。對 測量誤差的儀器進行分析 . 該儀器采用光柵位移傳感器錐直徑和軸向定位傳感器 . 軸向定位誤差小于 ,相對誤差為錐度測量小于 2 × 10? 由于該儀器配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) , 許多參數(shù)和實際剖面測量 的 錐 度 可根據(jù)所收集的測量數(shù)據(jù) 確定 . 此外 ，錐軸與錐套可應(yīng)用電腦進行虛擬裝配。可以觀察出錐軸與錐套的實際裝配效果，可以實現(xiàn)裝配精度最大程度的提高。 關(guān)鍵詞 ：軋機，軋輥， 光柵傳感器 ， 步進電機 ，虛擬裝配 與光滑圓柱配合 相比，錐度具有其獨特的優(yōu)點，例如：自動定心，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)用于機械裝置中?，F(xiàn)在，高線的軋制速度超過了 100m/s。為了適應(yīng)這個速度，采用錐軸和錐套相配合的軋輥具有良好的表現(xiàn)，否則軋輥將會跑偏使得軋制速度和軋制受益不能保證。 有兩個方法用來檢查錐度： 綜合檢查和單項檢 查 . 圓錐量是用于綜合檢查 ,而指標(biāo)、正弦、角度是用于單項檢查錐度公差。 本文介紹了一種錐自動測量方法 ,連同相關(guān)臥式錐自動測量儀器 柱表面作為參考 測量了 2 2 錐軸和錐套。軋制 參數(shù)如下 : 最大測量錐軸直徑 241 其測量錐軸長度范圍為 647 985測量軸套的最大直徑為 192量軸套的長度范圍為64785常測量錐度是 1： 12。錐度的公差要求是，當(dāng) 軸向位移為 12直徑的公差為 1± 兩個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 . 檢測從測量較大一端的錐度開始， 以確保測量的準(zhǔn)確性 體 每 旋轉(zhuǎn) 做一次測量，即整個周長測量 400次。一個周長測量做每軸 測量程序結(jié)束時 ,測量的周長較小一端的錐 度已完成 . 在其中一段是 :遠離錐度大端的 l（直徑為 D），假設(shè)理論測量直徑是 d，測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—— 直徑的測量誤差， 軸向位移是 12徑的容許誤差小于 1? 因此 ,儀器的 測量誤差 在 測量直徑 時 不得超過 3米 . 3 3 圖 1 錐度自動測量儀 該設(shè)備由 四部分組成：機械系統(tǒng)，測量系統(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 軸向運動和徑向旋轉(zhuǎn) . ⑴ 機械系統(tǒng) 設(shè)備的機械系統(tǒng)包括： 底板 ,左 ,右支托輥 , 和 測量工作臺 一 種 是 用于 測 量 錐體轉(zhuǎn)動 , 而后者則是 用于使 光柵傳感器沿著錐軸做直線運動 先用兩個頂錐支撐住錐軸，然后 啟動馬達 使位于 軸向與橫向光柵 的 傳感器 工作，同時，靠錐軸驅(qū)動的徑向傳感器同時旋轉(zhuǎn)。 ⑵ 測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)主要由 光柵傳感器及測量電路 組成。 它是用于軸向 定位和測量直徑 。 光柵傳感器的特點 ,如高精度 ,高分辨率 ,量程 寬 , 抗干擾能力強 等。 普通光柵傳感器 的準(zhǔn)確性 可達到 00結(jié)果的精度可達到 光柵傳感器 的 測量電路包括細分電路 ,方向識別電路 ,計數(shù)電路 ,顯示電路 感器的結(jié)果和測量精度分別達到 1m/20向定位傳感器的結(jié)果和測量精度分別達到 m/20 ⑶ 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 4 4 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能是收集測量的數(shù)據(jù)如直徑、角度、 軸向位置 ，然后把數(shù)據(jù)輸入采用 準(zhǔn)接口的計算機，因此可以得到測量結(jié)果和實際的錐度輪廓。 由于串行通信波特率設(shè)置為 9600該系統(tǒng)可 每秒 傳輸 1200字節(jié) 。當(dāng)儲存一次測量數(shù)據(jù)需要 9 字節(jié)時，測量數(shù)據(jù)的總計個數(shù)為400×100=40000，因此做完整個測量所需的時間總共為 40000×9/1200=300 秒，大約為五分鐘。 ⑷ 軸向運動和徑向旋轉(zhuǎn) 的控制系統(tǒng) 圖 2 控制操作的界面 該控制系統(tǒng)功能是控制步進電機的旋轉(zhuǎn)和 可實現(xiàn)的 軸向直線運動 . 核心控制系統(tǒng) 是一個并行接口板 . 圖 2顯示控制操作 的 界面 可以實現(xiàn)啟動和停止發(fā)動機 ,控制旋轉(zhuǎn)方向和定位傳感器沿錐軸 的 速度 。 步進電機 的 步進角為 ; 精度達 可作直線運動的控制手段 和 驅(qū)動機制 ,就像 齒輪 、 滾珠絲杠等 . 一旦測量結(jié)束，測量錐度的評價由 400據(jù)錐度的 5 5 定義 有兩種方法可以用來獲得實際測量錐度 。 ⑴ 錐軸的大端和小端的測量數(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： (D'?d ' ) / L' ,可以計算出測量的真正錐度。 ⑵ 共有 400數(shù)據(jù)和圓錐表面的計算式都是通過最小二乘法計算得來的。當(dāng)選擇了適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)后，我們可以計算出 d "，前兩截面的直徑，和 L"，兩截面之間的距離，然后測量的錐度可以通過式子 ??(D"?d " ) / L"計算而得出。 這種儀器采用第二 種 評價方法 . 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 進一步的數(shù)據(jù)處 理工作完成 . 為了提高測量結(jié)果的可視化，已經(jīng)采用了可視化的加工過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，實際的錐面輪廓可以通過坐標(biāo)顯示于計算機屏幕上。圖 3 是實際錐面的輪廓圖。如果你點擊輪廓的任意一點，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) 拖動實際 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 然后 保存它 的測量結(jié)果 用保存結(jié)果可在電腦上實現(xiàn)虛擬裝配。標(biāo)記 錐軸與錐套 的實際裝配效果可以在很大程度上提高裝配精度。 圖 3 錐度的實際輪廓圖 6 6 5. 結(jié)論 本文中對錐軸和錐套的測量參照了圓柱面軋輥的測量。它與錐度的實際工作狀況相符合，所以原則上具有很大的優(yōu)越性。 臥式錐自動測量儀器 有其自身的 特點 ,如 結(jié)構(gòu)簡單 ,便于調(diào)試和運行 , 精度 高 ,量程 寬 等 儀器具有沉重的承載能力 ,剛度大 ,增強 了 適應(yīng)性 . 光柵傳感器 ,用于測量系統(tǒng)的直徑和軸向定位 , 徑向角定位是 由 步進馬達 完成的 . 因此，測量誤差小于 對測量錐度誤差小于 2×10 臥式錐自動測量儀器在很大程度上 實現(xiàn)了 自動化 . 采用數(shù)字式光柵傳感器在于 精度 高 ,同時順利的完成了 計算機數(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 進行 誤差分離 , 糾錯 ,并 施 行統(tǒng)計分析 . 應(yīng)用 可視化技術(shù) ，剖面測量錐 度 也可以顯示在計算機屏幕上 . 更加 重要的是 ,利用所收集的數(shù)據(jù) , 可實現(xiàn)虛擬裝配錐軸與錐套 ,可以實現(xiàn)裝配精度在很大程度的提高。 7 7 參考文獻 [1] 勒凱什普塔，《樣機和裝配的設(shè)計在多式聯(lián)合虛擬環(huán)境中的應(yīng)用 》 ，《電腦輔助設(shè)計》， 1997, (29): 5852] 徐坤，王紹褍，《 在同一方向上測量錐體的圓錐角 》，《 拖拉機和農(nóng)用運輸車》， 2002, ): 47 [3] 杜眀芳，張永明《錐度的 測量和數(shù)據(jù)處理》，《精密測量技術(shù)》， 2002, 29(4):104] 李曉慶，張福云，楊楚敏《大型圓錐體上的小錐徑測量工具的發(fā)展》，《 工程工具》， 2003, (5):445] 余新海，陳萍《用測量顯微鏡測量大錐徑》，《 實際測量技術(shù)》2000,26(4):346] 石建要，楊德旺《錐徑測量和誤差分析》，《實際測量技術(shù)》 2000, 26(5):34s o a is of of an of of as to of of is of .4 m,is is ×is be 8 8 of be on of be so be to . of to of to it is in of 00m/s. To to s of so t be of of ]. an an as of of 41mm,of 4785of 92of 4785mm of :12. of is in be ±2]. 2. F wo at of at of at of to of to of is of 400 a mm at of At ) of of is d, ??(D ??d ) / L (1) 9 9 d ??D ??C ??L (2) D ??d ??d ??d ??(D ??L) ??d ??L ??D (3) C is of d is of of in be 2of m. 3. F he of (1) of is to to is to to do in on at 10 10 to in to in by to a (2) is up of It is as to of .5 m /300m. of .5 m m/20of .5 m m/20(3) he of is to as to so of be of is 600200 in a of is 00×100=40000 to So to do is 0000×9/1200=300s, or (4) 11 11 of by be of is a of By of of of be of be by of as 4. 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