精密校直機的控制系統(tǒng)

1、<p>　　專題 精密校直機的控制系統(tǒng)</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　機械、汽車、電機等行業(yè)大量使用軸類、桿類零件，這些零件的原材料在粗加工火熱處理等過程中不可避免地會出現(xiàn)彎曲變形，如果不進行校直處理會直接影響工件的后序加工和使用，甚至可能出現(xiàn)相當數(shù)量的廢品。所以為了能獲得下道工序所允許的最小切削量或通過精密校直保證工件達

2、到嚴格的最終設計公差要求，校直機成了工件熱處理后不可缺少的關鍵設備。在傳統(tǒng)工藝中，多數(shù)廠家選用手動壓力機，校直量難以控制，效率低下，難以滿足校直要求；而自動校直是一種先進的生產制造工藝，近年來隨著我國工業(yè)整體技術水平和技術要求的提高，該工藝被越來越廣泛地應用于機械、汽車、電機等行業(yè)中。</p><p>　　自動校直技術通過數(shù)控精密校直液壓機（簡稱精校機）完成對軸、管、棒等類零件的校直，是一種先進制造技術，是機械加

3、工過程中保證產品質量的重要工序，廣泛應用于汽車、拖拉機、工程機械、機床、紡織機械等機械制造行業(yè)。發(fā)達國家對該項技術的研究起步較早，已開發(fā)出具有本國特色的自動精校機產品。而我國在這一領域才剛剛起步，目前國內應用的大部分精校機都從國外引進。隨著我國機械工業(yè)的發(fā)展，對機械產品質量的要求不斷提高，此項技術的重要性日益顯現(xiàn)出來，迫切需要自動校直技術及其成套設備，實現(xiàn)對軸類零件的精密校直，以提高軸類零件的加工精度。</p><p

4、>　　二、BUM系列軸類自動校直機</p><p><b>　　一）設備說明</b></p><p>　　該產品適用范圍包括：轉向齒條、凸輪軸、曲軸、半軸、齒輪軸、電機軸、減震器桿、活塞桿、車橋殼等軸桿類零件。該系列產品在消化吸收國外技術的同時，針對國內客戶情況，在校直原理、測量方式、人機交互、特殊工件處理方面都作了大量創(chuàng)新設計。普通零部件國內設計加工，關鍵器件

5、選用的是日本、韓國、德國等國家著名公司的進口產品，從而保證了利用國內產品價格擁有世界級自動校直機的整體品質。</p><p>　　該系列產品主要特性： 1、高可靠性、高精度的測量系統(tǒng)，測量精度±5μm、顯示分辨率1μm ； 2、 修正量的自適應調整系統(tǒng)，精密液壓控制，自動分析計算修正量 對工件缺陷（中心偏心、橢圓、毛刺等）的特殊處理，解決了假性彎曲的問題； 3、先進的WINDO

6、WS測量系統(tǒng)，友好的人機對話界面，較好地實現(xiàn)了操作者與設備的人機交互； 4、簡潔方便的工件夾持定位裝置，用戶可快速方便地調整工裝，滿足不同工件生產要求 ； 5、聲發(fā)射裝置可供選擇，可檢測出工件裂紋缺陷； 6、高效生產效率，滿足大批量生產要求 7、可存儲多種不同工件參數(shù)，滿足不同種類產品校直需要</p><p><b>　　二）主要部分介紹</b></

7、p><p><b>　　1、液壓控制系統(tǒng)</b></p><p>　　泵站、液壓閥組、執(zhí)行油缸，液壓控制回路等組成了校直機的液壓系統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)的關鍵部件采用的是世界著名公司的產品，保證了液壓系統(tǒng)工作的精確性、穩(wěn)定性、可靠性。在校直機待機工作時，獨到的節(jié)能卸荷方式設計較好的節(jié)約能源。</p><p><b>　　2、氣動控制單元<

8、/b></p><p>　　氣動三聯(lián)件、壓力繼電器、集裝閥組以及執(zhí)行氣缸組成的氣動控制回路，構成了校直機的氣動單元。氣動單元主要是控制并執(zhí)行工件的夾緊、定位、分選和運送等動作，在每個執(zhí)行氣缸上都有位置檢測開關用于向系統(tǒng)反饋動作執(zhí)行情況，便于動作流程的控制以及故障診斷與排查。氣動元件主要選用日本、韓國公司的產品，動作靈敏可靠，壽命長。 </p><p>　　3、工件跳動檢測單元<

9、/p><p>　　機械杠桿式的測量放大機構、高精度的位移和角度傳感器、精密的速度控制電機以及測量探頭構成了工件跳動檢測單元。測量探頭可以采用超硬圓棒式測量挺桿、全開或半開包容式測量片以及高精度標準齒輪等多種方式，分別對軸桿類工件的純圓截面、D型截面以及齒輪或花鍵的分度圓等部位的徑向跳動實現(xiàn)準確測量。復雜周密的設計保證了測量的精確性、實用性。</p><p>　　4、可編程控制中心（PLC）&l

10、t;/p><p>　　可編程控制中心是校直機的關鍵組成部分。校直機繁雜有序的動作都是在它的程序控制下執(zhí)行完成的。PLC與計算機處理系統(tǒng)相互通訊并協(xié)調控制各執(zhí)行部件有序的進行夾緊、測量、校直部位選擇、加壓實施修正等動作。系統(tǒng)采用日本MITSUBISHI系列可編程控制器（也可根據用戶要求選用日本OMRON、德國SIEMENS等公司的產品），電氣操作和執(zhí)行元件主要采用MITSUBISHI、FUJI、OMRON等公司的產品，

11、工作穩(wěn)定可靠。</p><p><b>　　5、計算機處理系統(tǒng)</b></p><p>　　超高精度的數(shù)據采集系統(tǒng)、安全可靠的輸入輸出系統(tǒng)、帶大屏幕彩色液晶顯示器的工業(yè)一體化工作站、高專業(yè)水準的軟件包，全中文的人機交互界面，豐富多彩的圖文顯示、可打印的數(shù)據統(tǒng)計輸出等構成了校直機的計算機處理系統(tǒng)。軟件設計方面，我們在借鑒了國外各專業(yè)廠家的先進經驗的基礎上，增加了我們獨特

12、的校直理念，其中點振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是專門針對帶有D形截面或表面局部淬火的工件（如轉向器齒條）而開發(fā)設計的。這一類工件通常由于外形的不規(guī)則或各個方向上熱處理不均勻，導致其不同的方向上機械特性存在差異，如果使用傳統(tǒng)的校正方式很難達到產品的技術要求。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進行校正，出色的解決了這類工件難于校直的問題?？扇我鈹U展的工件參數(shù)存儲，滿足了一機多用的要求。完善的故障自診斷系統(tǒng)可使操

13、作人員迅速排查設備故障。測量動態(tài)波形顯示可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)工件的圓度誤差、毛刺、凹坑等工件表面缺陷。</p><p>　　6、工件特殊缺陷的處理</p><p>　　一般工件存在三種缺陷：中心偏心、表面橢圓、毛刺凹坑，針對以上三種缺陷我公司在軟件和硬件上采用了特殊處理方式，如不對以上缺陷進行處理，可能隱藏了許多假性彎曲問題，針對中心偏心問題，我們在支撐端加裝了兩套測量裝置，可直接測量出偏心

14、，通過計算機演算，去除測量點的假性彎曲；針對表面橢圓問題，我們對測量波形進行了波形分解處理，可通過計算得到真正的圓；針對毛刺凹坑問題，我們對測量波形進行了平滑處理，把凸點和凹點去除掉，消除了由于毛刺凹坑產生的影響。</p><p>　　三、ASC系列自動軸類校直機</p><p><b>　　一）、設備說明</b></p><p>　　ASC系

15、列校直機是長春試驗機研究所與日本國際計測器株式會社（KOK公司）合作生產的產品。有自動、半自動兩種機型，該機采用了日本技術及關鍵零部件，由長春試驗機研究所生產主機及裝配，實行中國市場價格，有極高的性能價格比。 機械、汽車、電機等行業(yè)大量使用各種軸類、桿類零件，這些零件在鍛造、冷加工、回火、淬火、調質過程中不可避免地會出現(xiàn)彎曲變形，在這種情況如果不進行校直處理，就會影響工件的后序加工或使用，甚至可能會出現(xiàn)廢品。校直機正是為克服這種不

16、良影響而設計制造的。1994年我所與日本國際計測器株式會社(KOK)公司技術合作，開始生產軸類校直機，目前形成了ASC定型系列產品。ASC系列校直機是一種集機械、液壓、氣動控制技術、檢測技術、計算機分析為一體的高科技產品。具有優(yōu)良技術性能，測量精度高，生產節(jié)拍快，工件適應能力強，對形狀特異的零部件有一套成熟的程序。</p><p><b>　　二）、主要部分介紹</b></p&g

17、t;<p>　　該系列樣直機由智能化的分析測量系統(tǒng)、可程控的電機、電氣、機械、液壓、空壓控制系統(tǒng)等組成。具有靈活的人機對話界面、操作使用方便，快捷。</p><p><b>　　1、承載機架</b></p><p>　　校直機按主機結構的形式分為C型和門型，C型機具有結構簡單，制造加工容易，在下部安裝一可移動工作臺，帶動工件及支承在工作臺上左右移動，把工

18、件移到修正部位。加壓油缸體固定于機器的上部，活塞可按計算機的計算修正量對工件進行校直。門型機具有封閉的主機框架，主機剛性好，易于加入自動生產線組成真正的全自動校直機亦稱FASC系列。門型機架有一個固定的工作臺，加壓油缸為可移動式。兩種機架的工作臺上件都是可更換式的臺上部件，以適應各種可動支承，測量單元、摩擦驅動裝置，頂尖式回轉中心的安裝。</p><p><b>　　2、液壓控制系統(tǒng)</b>

19、</p><p>　　泵站、閥組、執(zhí)行油缸組成了校直機的液壓控制系統(tǒng)。泵站由普通交流電機拖動柱塞式液壓泵為校直機提供主要動力源，電磁閥組在可編程控制中心的指令下，進行有序的快進、快退、工進、修正進給等動作。校直機是一種工作壓力大，動作頻繁、執(zhí)行精度高的復雜設備；動作的穩(wěn)定、準確、可靠對校直機的控制系統(tǒng)提出了很高的要求，國際計測器公司的專用測量放大系統(tǒng)具有較高的可靠性，而且放大器還設置了各個分步動作功能，以利操作者

20、或維護人員檢查機器的動作。在液壓系統(tǒng)中針對中國地域遼闊和生產場地溫差大的特點，采取節(jié)能卸荷方式，保證了工作油在較合適的工作溫度下的連續(xù)運轉。</p><p><b>　　3、氣動控制單元</b></p><p>　　校直機的控制系統(tǒng)在普通工程壓力下，控制機器各輔助零部件執(zhí)行動作。集裝閥組與各執(zhí)行氣缸的組合構成了校直機的氣動單元。在每個執(zhí)行氣缸上都有敏感元件，用以向PL

21、C系統(tǒng)反饋動作的執(zhí)行情況。氣動單元主要控制回轉中心的前進、后退、摩擦驅動壓桿的升降、各個可動支承的組合升降及中心孔部件頂尖的清潔等功能。</p><p>　　4、工件徑跳檢測單元</p><p>　　校直機的工作有一半取決于對工件徑跳的檢測，亦稱TIR測量。對于純圓工件的測量徑跳主要做工件的回轉驅動、彎曲位移的檢測以及最大彎曲變形發(fā)生角度的測量，還要將工件停止在彎曲最大點朝上的位置，精密的

22、速度控制電機單元驅動工件的旋轉及定位停止。角位移傳感器準確地給出工件最大彎曲變形發(fā)生的角度和工件需停止的角度。精確的彎曲位移測量傳感器是由差動變壓器式位移傳感器來充當?shù)摹Ｓ捎谠诠I(yè)現(xiàn)場各種干擾大，傳感器動作頻繁，因此校直機采用了帶小信號放大器傳感器，很好地解決了信號傳遞所引起的噪聲。針對形狀各異的工件可以安裝不同的探頭，諸如柱形挺桿 ，R型測量子，板式測量片，對開式圓形測量子等。</p><p><b>

23、;　　5、可編程控制中心</b></p><p>　　這是校直機的核心部件，它在程序控制下，指揮包括CPU在內的各執(zhí)行部件有序的進行夾持、檢測、修正，系統(tǒng)中采用日本OMROM系列可編程控制器，動作準確可靠，工業(yè)狀況好。各種卡接式安裝，易于局部更換部件。有編程經驗的用戶可自行編制用戶程序。ASC系列校直機在以PLC為中心設計時，幾乎全部執(zhí)行器件都使用了信息反饋，確保了各執(zhí)行動作準確可靠，有效地避免了誤動

24、作，保證了工件及設備的安全。</p><p>　　6、計算機分析處理系統(tǒng)</p><p>　　ASC系列校直機所用的計算機是日本國際計測器公司的專用型產品，操作者通過鍵盤輸入的工作參數(shù)。根據對各種傳感器的數(shù)據采集進行分析計算、確定工件的修正部位及修正量，給PLC單元提供依據。在數(shù)據采集和處理過程中，很好地解決了工件表面缺陷或毛刺所引起的測量誤差，并且對橢圓形工件也能正確找出其真實彎曲變形，

25、很好的解決了花鍵及齒輪節(jié)圓徑跳測量問題。對于形狀特異的工件，如轉向機齒條系統(tǒng)，還能用矢量分割方法對可校工作面進行有效的校正。以上這些正是ASC系列校直機軟件包的獨到之處。該單元通過顯示器提供高清晰度的圖文顯示，并可通過打印機進行多功能的統(tǒng)計輸出。</p><p>　　四、ASC-Ⅱ系列自動校直機</p><p><b>　　一）、簡介</b></p>&

26、lt;p>　　長春試驗機研究所有著多年的與國外廠商合作生產自動校直機的經驗，經過多年的精心鉆研，我們博采眾家之長，推出了ASC-Ⅱ系列軸類自動校直機。該系列產品在消化吸收國外技術的同時，針對國內市場，在校直原理、測量方式、人機交互提示、中文操作界面、隨機電子圖文幫助等方面作了大量的完善和改進，使之更加適于中國的使用習慣和現(xiàn)場條件。所采用的元器件經過嚴格篩選，關鍵器件選用的是日本，德國等國家著名公司的進口產品，從而保證了自動校直機的

27、整體品質和可靠性，優(yōu)異的性價比會給新老用戶帶來豐厚的回報。</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　1、高可靠性、高精度的測量系統(tǒng)，測量精度±5μm、顯示分辨率1μm</p><p>　　2、修正量的自適應調整系統(tǒng)，自動分析計算修正量。</p><p>　　3、簡法的工件夾持定位裝置

28、，用戶可快速方便地調整工裝。</p><p>　　4、友好的人機對話界面，較好地實現(xiàn)了操作者與設備的人機交互。</p><p>　　5、必要的人與設備安全防護措施。</p><p>　　6、多種可供選擇的功能部件：聲發(fā)射裂紋檢測裝置；實現(xiàn)全自動生產的自動送料帶。</p><p>　　7、可達每小時30-180件的高校直生產效率，實際工作效率由

29、工件的不同精度要求決定。</p><p>　　二）、ASC-Ⅱ系列校直機各主要部分簡介</p><p>　　智能化的分析測量系統(tǒng)、可程控的電機、電氣、機械、液壓、氣動控制系統(tǒng)使得ASC-Ⅱ系列校直機成為一個多技術門類的復雜技術產品。校直機豐富直觀的人機界面、向用戶開放的技術條件為提高整機的工作效率創(chuàng)造了極大的方便，各主要部分的有機配合使得設備的整體性能出類拔萃。</p>&l

30、t;p><b>　　1、承載機架</b></p><p>　　自動校直機按主機結構形式可分為C型校直機和門型校直機兩種。C型校直機是開式框架結構，具有結構簡單、制造加工容易、但主機剛性差，只是對超長的軸桿類工件適應性好等特點，一般多用于超長工件的人工上下料操作的半自動校直機。門型校直機是封閉式框架結構，具有外觀勻稱、結構緊湊、主機剛性好、占地面積小、易于上線安裝于自動流水線等特點，選用

31、自動上下料機構即可實現(xiàn)全自動校直。在工作方式上C型校直機采用壓頭機構位置固定，通過電機驅動齒輪齒條機構控制移動工作臺的方式來切換工件軸向校直點；而門型校直機是采用工作臺固定，通過電機驅動滾珠絲杠副控制移動壓頭機構的方式來切換工件軸向校直點。由于C型校直機移動工作臺機構質量較大，系統(tǒng)慣量大，因而控制不靈敏，動作靈活性差，切換工件軸向校直點時定位不穩(wěn)定；而門型校直機移動壓頭機構質量較小，系統(tǒng)慣量小，因而控制更靈敏，動作更靈活，切換工件軸向校

32、直點時定位穩(wěn)定性和自鎖性均好。因此，門型校直機的結構較C型校直機更合理，工作性能更穩(wěn)定，精度更好、效率更高。校直機的工作臺上定位和夾緊部件采用積木式設計，以適應各種可動支承、測量單元、摩擦驅動裝置、頂尖式回轉中心的安裝與調整，同時也方</p><p><b>　　2、液壓控制系統(tǒng)</b></p><p>　　泵站、液壓閥組、執(zhí)行油缸，液壓控制回路等組成了校直機的液壓系

33、統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)的關鍵部件采用的是日本YUKEN、意大利ATOS、臺灣NORTHMAN等世界著名公司的產品，保證了液壓系統(tǒng)工作的精確性、穩(wěn)定性、可靠性。在校直機待機工作時，獨到的節(jié)能卸荷方式設計更適合于我國廣闊的地區(qū)氣候差異，保證了自動校直機能在任何地區(qū)以較合適的工作溫度連續(xù)運行。</p><p><b>　　3、氣動控制單元</b></p><p>　　氣動三聯(lián)件、

34、壓力繼電器、集裝閥組以及執(zhí)行氣缸組成的氣動控制回路，構成了校直機的氣動單元。氣動單元主要是控制并執(zhí)行工件的夾緊、定位、分選和運送等動作，在每個執(zhí)行氣缸上都有位置檢測開關用于向系統(tǒng)反饋動作執(zhí)行情況，便于動作流程的控制以及故障診斷與排查。氣動元件主要選用日本SMC、德國FESTO和臺灣SHAKO等世界著名公司的產品，動作靈敏可靠，壽命長。</p><p>　　4、工件徑跳檢測單元</p><p&g

35、t;　　機械杠桿式的測量放大機構、高精度的位移和角度傳感器、精密的速度控制電機以及測量探頭構成了工件徑跳檢測單元。測量探頭可以采用超硬圓棒式測量挺桿、全開或半開包容式測量片以及高精度標準齒輪等多種方式，分別對軸桿類工件的純圓截面、D型截面以及齒輪或花鍵的分度圓等部位的徑向跳動實現(xiàn)準確測量。復雜周密的設計保證了測量的精確性、實用性。</p><p>　　5、可編程控制中心（PLC）</p><p

36、>　　可編程控制中心是校直機的關鍵組成部分。校直機繁雜有序的動作都是在它的程序控制下執(zhí)行完成的。PLC與計算機處理系統(tǒng)相互通訊并協(xié)調控制各執(zhí)行部件有序的進行夾緊、測量、校直部位選擇、加壓實施修正等動作。系統(tǒng)采用日本OMRON系列可編程控制器（也可根據用戶要求選用日本MITSUBISHI、德國SIEMENS等公司的產品），電氣操作和執(zhí)行元件主要采用日本MITSUBISHI、FUJI、OMRON、MATSUSHITA、法國SCHNEI

37、DER等公司的產品，工作穩(wěn)定可靠。</p><p><b>　　6、計算機處理系統(tǒng)</b></p><p>　　超高精度的數(shù)據采集系統(tǒng)、安全可靠的輸入輸出系統(tǒng)、帶大屏幕彩色液晶顯示器的工業(yè)一體化工作站、高專業(yè)水準的軟件包，全中文的人機交互界面，豐富多彩的圖文顯示、可打印的數(shù)據統(tǒng)計輸出等構成了校直機的計算機處理系統(tǒng)。軟件設計方面，我們在借鑒了國外各專業(yè)廠家的先進經驗的基

38、礎上，增加了我們獨特的校直理念，其中點振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是專門針對帶有D形截面或表面局部淬火的工件（如轉向器齒條）而開發(fā)設計的。這一類工件通常由于外形的不規(guī)則或各個方向上熱處理不均勻，導致其不同的方向上機械特性存在差異，如果使用傳統(tǒng)的校正方式很難達到產品的技術要求。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進行校正，出色的解決了這類工件難于校直的問題。在軟件實現(xiàn)上，我們采用的是C++ BUILDER 6.

39、0 編程，C語言應用在工業(yè)控制領域的卓越表現(xiàn)使得我們的軟件包在代碼的執(zhí)行速度和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色。全中文的人機交互界面更加符合中國人的使用習慣，同時使操作人員更加容易理解掌握。詳盡的在線電子圖文幫助系統(tǒng)可使初學者迅速掌握操作要領?？扇我鈹U展的工件參數(shù)存儲，滿足了一機多用的要求。完善的故障自診斷系統(tǒng)可使</p><p><b>　　五、結束語</b></p><p>　

40、　手動伺服控制型精密校直液壓機適應各種軸類零件的附件，調整操作方便，較之精度高，對減少后序加工量、節(jié)約材料、提高生產效率和制件精度均有積極效果，國外發(fā)達國家已普及應用。我國液壓機行業(yè)在調整產品結構中，應減少Y41系列單柱校直液壓機的生產，積極開發(fā)技術附加價值高的精密校直液壓機系列及成套附件，完善檢測裝置，這樣對產品替代進口和出口，提高經濟效益都具有廣闊的前景。</p><p>　　全自動精密校直液壓機，生產效率高