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1 1 高速線材軋機(jī)軋輥的錐軸與錐套的檢測 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)測量方法 ，論述的原則是參照?qǐng)A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(dòng)測量儀器 。對(duì) 測量誤差的儀器進(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 , ,相對(duì)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(shí)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(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 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?，F(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)測量方法 ,連同相關(guān)臥式錐自動(dòng)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(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(gè)周長測量 400 次。一個(gè)周長測量做每軸 測量程序結(jié)束時(shí) ,測量的周長較小一端的錐 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，直徑的容許誤差小于 1? 因此 ,儀器的 測量誤差 在 測量直徑 時(shí) 不得超過 3 米 . 3 3 圖 1 錐度自動(dòng)測量儀 該設(shè)備由 四部分組成：機(jī)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(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 測量工作臺(tái) 一 種 是 用于 測 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) 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(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 00結(jié)果的精度可達(dá)到 光柵傳感器 的 測量電路包括細(xì)分電路 ,方向識(shí)別電路 ,計(jì)數(shù)電路 ,顯示電路 感器的結(jié)果和測量精度分別達(dá)到 1m/20向定位傳感器的結(jié)果和測量精度分別達(dá)到 1m/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(jì)算機(jī)，因此可以得到測量結(jié)果和實(shí)際的錐度輪廓。 由于串行通信波特率設(shè)置為 9600該系統(tǒng)可 每秒 傳輸 1200字節(jié) 。當(dāng)儲(chǔ)存一次測量數(shù)據(jù)需要 9 字節(jié)時(shí)，測量數(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 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 ; 精度達(dá) 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 . 一旦測量結(jié)束，測量錐度的評(píng)價(jià)由 400測量數(shù)據(jù)獲得。根據(jù)錐度的 5 5 定義 有兩種方法可以用來獲得實(shí)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(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： (D'?d ' ) / L' ,可以計(jì)算出測量的真正錐度。 ⑵ 共有 400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，然后測量的錐度可以通過式子 ??(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(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 然后 保存它 的測量結(jié)果 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 6 6 5. 結(jié)論 本文中對(duì)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(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)測量儀器 有其自身的 特點(diǎn) ,如 結(jié)構(gòu)簡單 ,便于調(diào)試和運(yùn)行 , 精度 高 ,量程 寬 等 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，測量誤差小于 對(duì)測量錐度誤差小于 2×10 臥式錐自動(dòng)測量儀器在很大程度上 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。 7 7 參考文獻(xiàn) [1] 勒凱什普塔，《樣機(jī)和裝配的設(shè)計(jì)在多式聯(lián)合虛擬環(huán)境中的應(yīng)用 》 ，《電腦輔助設(shè)計(jì)》， 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(jī)和農(nóng)用運(yùn)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(shí)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(shí)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 go of ]. an an as of of 41mm,le of 64785of 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 fo r by of as 4. F is of be 00×100 to of be to of (1) 400 of D' d ' , be we , to a= (D'?d ' ) / L' , of be (2) 00×100 by be we d”, " , 12 12 be to a ??(D"?d " ) / L" . as of of be is To of of of be on of in of to is of a If on of at is be on so yo u of an on of by to be be by by of of of of be to a ]. of a . he of of in of as of is of so it in as in in in is is .4 m 13 13 of is ×10is in of is to of be of of be on s It of of be so of be to a 1] ]. 1997, (29): 5852] s @ 2002, ): 47 14 14 [3] & 2002, 29(4):104] 2003, (5):445] 2000,26(4):346] e 2000, 26(5):34