專利名稱：大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，屬高精度電液伺 服控制技術領域。
(二) 背景技術 輾環(huán)機是大型環(huán)件的主流毛坯加工設備，主要用于軋制軸承環(huán)、
齒圈、法蘭、輪轂、薄壁桶形等鍛件，可軋制碳鋼、不銹鋼、鈦合金、
鋁合金以及高溫合金等材質環(huán)形件；目前在機械工業(yè)、石油化工業(yè)、 紡織業(yè)、工程機械以及航空航天業(yè)等領域中得到應用。
現今國內輾環(huán)機使用的電液控制系統(tǒng)中普遍采用的控制系統(tǒng)是 軋制速度和軋制壓力的控制方式，以開環(huán)控制為主，軋制方法、軋制 穩(wěn)定性和軋制精度主要依賴于操作者的經驗，尤其是系統(tǒng)調試無法實 現空載模擬試車，試生產過程極易造成廢品；在環(huán)件軋制過程中，壓 力速度調節(jié)稍有調節(jié)不到位，直接導致環(huán)件橢圓及異形，造成報廢； 總之該控制方式導致了輾環(huán)過程中操作經驗依賴性，致使系統(tǒng)的可控 制性較差，難以實現數控自動化生產。
(三)
發(fā)明內容
本發(fā)明為了彌補現有技術的不足，提供了一種增加了系統(tǒng)的安全 可靠性、控制精度高的大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)。 本發(fā)明是通過如下技術方案實現的
一種大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，包括由徑向軋制控制系統(tǒng)、 軸向軋制控制系統(tǒng)、隨動機架控制系統(tǒng)、定心輥軋制控制系統(tǒng)、錐輥 轉速控制系統(tǒng)形成的五軸控制系統(tǒng)，其特殊之處在于
所述徑向軋制控制系統(tǒng)包括在床身導軌里作水平往復運動的徑 向軋制滑塊，徑向軋制滑塊的一端連接有控制其運動的徑向軋制 缸，徑向軋制滑塊的另一端連接有位于被軋環(huán)件內側的芯輥； 所述隨動機架控制系統(tǒng)包括移動機架以及控制其運動的移動機架缸，移動機架上的測量缸控制測量滾輪貼緊被軋環(huán)件的外緣； 所述軸向軋制控制系統(tǒng)移動機架上固定有軸向軋制缸和與軸向 軋制缸相連接的軸向軋制滑塊，軸向軋制滑塊上固定有位于被軋 環(huán)件上部的上錐輥，移動機架上固定有位于被軋環(huán)件下部的下錐 輥；
所述定心輥軋制控制系統(tǒng)主輥及定心輥機構安裝在床身上，定 心輥機構由前定心缸、前定心輥、前抱臂、后定心缸、后抱臂及 后定心輥組成，前定心輥、后定心輥分置于主輥兩側； 所述錐輥轉速控制系統(tǒng)上錐輥、下錐輥分別由直流電機帶動， 上錐輥、下錐輥分別連接有檢測錐輥轉速的錐輥轉速編碼器。 本發(fā)明解決了輾環(huán)機軋制壓力、軋制速度控制帶來的系統(tǒng)可控制 性差，軋制方法、軋制穩(wěn)定性、軋制精度主要依賴經驗，環(huán)件軋制壓 力速度開環(huán)控制容易導致由于操作問題造成環(huán)件報廢等問題。
輾環(huán)機機架通過螺栓和銷釘連成一體，安裝在基礎上。徑向軋 制滑塊和軸向機架在床身導軌內作水平往復運動，主輥機構及定心輥 機構安裝在床身上。徑向軋制滑塊在主油缸的推動下，在床身導軌里 作水平往復運動，實現徑向軋制；軸向機架部件由軸向機架、軸向軋 制缸、隨動缸和上、下錐輥組成，錐輥實施環(huán)件的軸向軋制，隨動缸 帶動軸向機架隨著環(huán)件軋制的直徑增加而后移，以滿足軸向軋制錐輥 和環(huán)件的相對位置要求；定心輥的作用是使整個軋制過程穩(wěn)定，提高 環(huán)件的圓度。它由前定心缸、前定心輥、前抱臂、后定心輥、后抱臂 及后定心缸組成。抱輥油缸控制一對抱輥保持在環(huán)件外圓理論位置， 當環(huán)件直徑增大時，達到整圓的目的。測量缸功能是測量環(huán)件件的外 徑，控制直流電機的轉速及控制軸向機架的隨動運動。測量滾輪在油 缸力的作用下貼緊工件的外緣，當環(huán)件的直徑增大時，將其推動后移， 此時環(huán)件在錐輥母線上的位置改變，軸向電機的轉速自動調整。根據 上述輾環(huán)機的動作的原理，在控制系統(tǒng)的核心主要分為徑向軋制、軸 向軋制、定心輥、隨動機架、錐輥轉速等五軸控制。
本發(fā)明采用四通比例閥作為高精度控制的核心液壓元件，通過徑 向軋制、軸向軋制、隨動機架、定心輥等理論位置設定和實際位置的檢測，以環(huán)件的外圓、內圓、高度及環(huán)件外圓線速度的理論尺寸為目 標值，芯輥位置、錐輥位置、隨動機架位置、定心輥位置、錐輥轉速 檢測值作為反饋，形成了五軸閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，這樣控制后可得到-
1) 五軸可相對獨立調試、空載模擬試驗、載荷試驗方便可靠。
2) 手動、自動軋制轉換靈活方便。
3) 較好地實現了位置控制、壓力保護功能，增加了系統(tǒng)的安全可 靠性。
4) 控制系統(tǒng)軋制工作特性穩(wěn)定，控制精度高。
5) 提高了系統(tǒng)可控特性，大幅簡化了輾環(huán)機的操作難度。 本發(fā)明為輾環(huán)機芯輥、錐輥、定心輥及隨動機架的高精度檢測及
閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以應用在D53K-3500、 5000、 7000輾環(huán)機上。
(四)
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。 圖1為本發(fā)明的主視示意圖2為本發(fā)明的俯視示意圖； 圖3為本發(fā)明的液壓原理簡圖。
圖中，l移動機架缸，2移動機架，3軸向軋制滑塊，4軸向軋制 缸，5上錐輥，6被軋環(huán)件，7芯輥，8主輥，10徑向軋制滑塊，11 徑向軋制缸，12后定心輥，13后抱臂，14后定心缸，15前定心輥， 16前抱臂，17前定心缸，18測量缸，19機架，20下錐輥。
具體實施方式
附圖為本發(fā)明的一種具體實施例。該實施例包括由徑向軋制控制
系統(tǒng)、軸向軋制控制系統(tǒng)、隨動機架控制系統(tǒng)、定心輥軋制控制系統(tǒng)、 錐輥轉速控制系統(tǒng)形成的五軸控制系統(tǒng)，所述徑向軋制控制系統(tǒng)包 括在床身導軌里作水平往復運動的徑向軋制滑塊10，徑向軋制滑塊 10的一端連接有控制其運動的徑向軋制缸11，徑向軋制滑塊10的另 一端連接有位于被軋環(huán)件6內側的芯輥7;所述隨動機架控制系統(tǒng) 包括移動機架2以及控制其運動的移動機架缸1，移動機架缸1固定 在機架19上，移動機架2上的測量缸18控制測量滾輪貼緊被軋環(huán)件 6的外緣；所述軸向軋制控制系統(tǒng)移動機架2上固定有軸向軋制缸4和與軸向軋制缸4相連接的軸向軋制滑塊3，軸向軋制滑塊3上固 定有位于被軋環(huán)件6上部的上錐輥5，移動機架2上固定有位于被軋 環(huán)件6下部的下錐輥20;所述定心輥軋制控制系統(tǒng)主輥8及定心輥 機構安裝在床身上，定心輥機構由前定心缸17、前定心輥15、前抱 臂16、后定心缸14、后抱臂13及后定心輥12組成，前定心輥15、 后定心輥12分置于主輥8兩側；所述錐輥轉速控制系統(tǒng)上錐輥5、 下錐輥20分別由直流電機帶動，上錐輥5、下錐輥20分別連接有檢 測錐輥轉速的錐輥轉速編碼器。
參見液壓原理簡圖，根據輾環(huán)機五軸控制要求，分別進行徑向軋 制、軸向軋制、隨動機架、定心輥位置及其錐輥轉速控制，各部位的 工作原理及工作過程如下
1) 徑向軋制控制芯輥水平進給量決定了環(huán)件的徑向軋制過程，
徑向軋制缸(主缸)通過徑向軋制滑塊帶動芯輥作水平徑向軋制進給 運動，芯輥位置由編碼器檢測，根據徑向軋制進給量與芯輥實際檢測 位置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制芯輥位置，以實現徑向軋制的精確控制。
2) 軸向軋制控制軸向軋制缸進給量決定了環(huán)件的軸向軋制過 程，軸向軋制缸通過軸向軋制滑塊帶動上錐輥向下運動，上錐輥位置 由軸向軋制編碼器檢測，根據軸向軋制進給量與上錐輥輥實際檢測位 置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制上錐輥位置，以實現軸向軋制的精確控制。
3) 隨動機架控制移動機架缸根據實測環(huán)件的直徑決定移動機架 的位置，移動機架缸帶動移動機架水平運動，移動機架位置由移動機 架編碼器檢測，根據環(huán)件實測直徑與移動機架實際檢測位置形成閉環(huán) 控制系統(tǒng)，控制移動機架位置，以實現移動機架的精確位置控制，為 錐輥轉速控制打好基礎。
4) 定心輥軋制控制定心輥包括前后定心缸、前后抱臂及前后抱 輥組成，定心輥的位置直接影響環(huán)件的成形過程，它決定了環(huán)件的圓 度。前后定心缸前后運動通過抱臂帶動抱輥以抱輥銷軸為圓心水平擺 動，抱輥位置由抱輥位置編碼器檢測，根據環(huán)件實測直徑確定抱輥理 論位置，與抱輥實際檢測位置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制抱輥位置，以 實現被軋環(huán)件的圓度控制和保證環(huán)件的圓心保持在輾環(huán)機中心軸線上。
5)錐輥轉速控制錐輥轉速要求確保主輥母線特征點線速度與環(huán) 件旋轉對應特征點的線速度相等。依照此原則設定錐輥轉速理論值， 通過直流電機帶動上下錐輥以同轉速反轉向轉動，錐輥轉速由錐輥轉 速編碼器檢測，根據理論設定轉速與錐輥輥實際檢測檢測轉速形成閉 環(huán)控制系統(tǒng)，控制錐輥特征點線速度依照被軋環(huán)件的特征點線速度變 化而變化，以實現確保環(huán)件軋制過程中的轉速匹配控制。
權利要求
1.一種大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，包括由徑向軋制控制系統(tǒng)、軸向軋制控制系統(tǒng)、隨動機架控制系統(tǒng)、定心輥軋制控制系統(tǒng)、錐輥轉速控制系統(tǒng)形成的五軸控制系統(tǒng)，其特征在于所述徑向軋制控制系統(tǒng)包括在床身導軌里作水平往復運動的徑向軋制滑塊(10)，徑向軋制滑塊(10)的一端連接有控制其運動的徑向軋制缸(11)，徑向軋制滑塊(10)的另一端連接有位于被軋環(huán)件(6)內側的芯輥(7)；所述隨動機架控制系統(tǒng)包括移動機架(2)以及控制其運動的移動機架缸(1)，移動機架(2)上的測量缸(18)控制測量滾輪貼緊被軋環(huán)件(6)的外緣；所述軸向軋制控制系統(tǒng)移動機架(2)上固定有軸向軋制缸(4)和與軸向軋制缸(4)相連接的軸向軋制滑塊(3)，軸向軋制滑塊(3)上固定有位于被軋環(huán)件(6)上部的上錐輥(5)，移動機架(2)上固定有位于被軋環(huán)件(6)下部的下錐輥(20)；所述定心輥軋制控制系統(tǒng)主輥(8)及定心輥機構安裝在床身上，定心輥機構由前定心缸(17)、前定心輥(15)、前抱臂(16)、后定心缸(14)、后抱臂(13)及后定心輥(12)組成，前定心輥(15)、后定心輥(12)分置于主輥(8)兩側；所述錐輥轉速控制系統(tǒng)上錐輥(5)、下錐輥(20)分別由直流電機帶動，上錐輥(5)、下錐輥(20)分別連接有檢測錐輥轉速的錐輥轉速編碼器。
2. 根據權利要求1所述的大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，其特征在 于上述采用的液壓元件為四通比例閥。
3. 根據權利要求1所述的大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，其特征在 于上述五軸控制系統(tǒng)的各軸分別采用了位置閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，屬高精度電液伺服控制技術領域。該大型輾環(huán)機比例伺服控制系統(tǒng)，包括由徑向軋制控制系統(tǒng)、軸向軋制控制系統(tǒng)、隨動機架控制系統(tǒng)、定心輥軋制控制系統(tǒng)、錐輥轉速控制系統(tǒng)形成的五軸控制系統(tǒng)，通過徑向軋制、軸向軋制、隨動機架、定心輥等理論位置設定和實際位置的檢測，以環(huán)件的外圓、內圓、高度及環(huán)件外圓線速度的理論尺寸為目標值，芯輥位置、錐輥位置、隨動機架位置、定心輥位置、錐輥轉速檢測值作為反饋，形成了五軸軸閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，這樣控制后五軸可相對獨立調試，增加了系統(tǒng)的安全可靠性，控制系統(tǒng)軋制工作特性穩(wěn)定，控制精度高。
文檔編號G05D3/12GK101524717SQ20091002052
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權日2009年4月17日
發(fā)明者周文東, 姬高索, 張金才, 王建中, 王西鋒, 解德華, 郭長清 申請人:濟南巨能液壓機電工程有限公司