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1 1 高速线材轧机轧辊的锥轴与锥套的检测 摘要 当更换轧辊时 为了取得良好的装配性能 ,高速线材轧机轧辊采用椎孔与锥套的配合。 本文介绍了一种锥 度的 自动测量方法 ，论述的原则是参照圆柱表面作为测量锥度的标准。主要特色是 横向联系锥自动测量仪器 。对 测量误差的仪器进行分析 . 该仪器采用光栅位移传感器锥直径和轴向定位传感器 . m 时 ,轴向定位误差小于 , ,相对误差为锥度测量小于 2 10 由于该仪器配备数据采集系统 , 许多参数和实际剖面测量 的 锥 度 可根据所收集的测量数据 确定 . 此外 ，锥轴与锥套可应用电脑进行虚拟装配。可以观察出锥轴与锥套的实际装配效果，可以实现装配精度最大程度的提高。 关键词 ：轧机，轧辊， 光栅传感器 ， 步进电机 ，虚拟装配 与光滑圆柱配合 相比，锥度具有其独特的优点，例如：自动定心，同轴度高，配合紧密，容易调整松紧度，容易拆装等。因此，它被广泛应用于机械装置中。现在，高线的轧制速度超过了 100m/s。为了适应这个速度，采用锥轴和锥套相配合的轧辊具有良好的表现，否则轧辊将会跑偏使得轧制速度和轧制受益不能保证。 有两个方法用来检查锥度： 综合检查和单项检 查 . 圆锥量是用于综合检查 ,而指标、正弦、角度是用于单项检查锥度公差。 本文介绍了一种锥自动测量方法 ,连同相关卧式锥自动测量仪器 柱表面作为参考 测量了 2 2 锥轴和锥套。轧制 参数如下 : 最大测量锥轴直径 241 其测量锥轴长度范围为 647 985测量轴套的最大直径为 192量轴套的长度范围为64785常测量锥度是 1： 12。锥度的公差要求是，当 轴向位移为 12直径的公差为 1 两个光栅传感器分别位于 锥轴 两边 , 他们是平 行的 ,与主轴 配以 合适的 角度 . 检测从测量较大一端的锥度开始， 以确保测量的准确性 体 每 旋转 做一次测量，即整个周长测量 400 次。一个周长测量做每轴 测量程序结束时 ,测量的周长较小一端的锥 度已完成 . 在其中一段是 :远离锥度大端的 l（直径为 D），假设理论测量直径是 d，测量值即为轧辊的轴套的直径。 C (D d ) / L (1) d D C L (2) D d d d (D L) d L D (3) 式中： c 锥度的正常值， d 直径的测量误差， 轴向位移是 12，直径的容许误差小于 1 因此 ,仪器的 测量误差 在 测量直径 时 不得超过 3 米 . 3 3 图 1 锥度自动测量仪 该设备由 四部分组成：机械系统，测量系统，数据采集系统和数据处理系统，控制系统 用于控制 轴向运动和径向旋转 . 机械系统 设备的机械系统包括： 底板 ,左 ,右支托辊 , 和 测量工作台 一 种 是 用于 测 量 锥体转动 , 而后者则是 用于使 光栅传感器沿着锥轴做直线运动 先用两个顶锥支撑住锥轴，然后 启动马达 使位于 轴向与横向光栅 的 传感器 工作，同时，靠锥轴驱动的径向传感器同时旋转。 测量系统 测量系统主要由 光栅传感器及测量电路 组成。 它是用于轴向 定位和测量直径 。 光栅传感器的特点 ,如高精度 ,高分辨率 ,量程 宽 , 抗干扰能力强 等。 普通光栅传感器 的准确性 可达到 00结果的精度可达到 光栅传感器 的 测量电路包括细分电路 ,方向识别电路 ,计数电路 ,显示电路 感器的结果和测量精度分别达到 1m/20向定位传感器的结果和测量精度分别达到 1m/20 数据采集和数据处理系统 4 4 数据采集和数据处理系统的功能是收集测量的数据如直径、角度、 轴向位置 ，然后把数据输入采用 准接口的计算机，因此可以得到测量结果和实际的锥度轮廓。 由于串行通信波特率设置为 9600该系统可 每秒 传输 1200字节 。当储存一次测量数据需要 9 字节时，测量数据的总计个数为400100=40000，因此做完整个测量所需的时间总共为 400009/1200=300 秒，大约为五分钟。 轴向运动和径向旋转 的控制系统 图 2 控制操作的界面 该控制系统功能是控制步进电机的旋转和 可实现的 轴向直线运动 . 核心控制系统 是一个并行接口板 . 图 2 显示控制操作 的 界面 可以实现启动和停止发动机 ,控制旋转方向和定位传感器沿锥轴 的 速度 。 步进电机 的 步进角为 ; 精度达 可作直线运动的控制手段 和 驱动机制 ,就像 齿轮 、 滚珠丝杠等 . 一旦测量结束，测量锥度的评价由 400测量数据获得。根据锥度的 5 5 定义 有两种方法可以用来获得实际测量锥度 。 锥轴的大端和小端的测量数据都是通过最小二乘法处理的。 D和 d 都是通过最小二乘法计算得来的。然后 ，我们可以找见 L，两段之间多轴向距离，来自于定位尺寸。根据公式： (Dd ) / L ,可以计算出测量的真正锥度。 共有 400数据和圆锥表面的计算式都是通过最小二乘法计算得来的。当选择了适当的章节后，我们可以计算出 d ，前两截面的直径，和 L，两截面之间的距离，然后测量的锥度可以通过式子 (Dd ) / L计算而得出。 这种仪器采用第二 种 评价方法 . 其它参数如标准偏差锥度 , 最大偏差锥度 、 最小偏差锥度也可以 通过 进一步的数据处 理工作完成 . 为了提高测量结果的可视化，已经采用了可视化的加工过程。根据测量数据，实际的锥面轮廓可以通过坐标显示于计算机屏幕上。图 3 是实际锥面的轮廓图。如果你点击轮廓的任意一点，该截面的 轴向位置和直径 即可显示。此外， 你还可以 用鼠标 拖动实际 轮廓 ,让你可以观察到的任意位置 的 概况 . 这种仪器可以 通过电脑做 锥轴与锥套 的虚拟装配 然后 保存它 的测量结果 用保存结果可在电脑上实现虚拟装配。标记 锥轴与锥套 的实际装配效果可以在很大程度上提高装配精度。 图 3 锥度的实际轮廓图 6 6 5. 结论 本文中对锥轴和锥套的测量参照了圆柱面轧辊的测量。它与锥度的实际工作状况相符合，所以原则上具有很大的优越性。 卧式锥自动测量仪器 有其自身的 特点 ,如 结构简单 ,便于调试和运行 , 精度 高 ,量程 宽 等 仪器具有沉重的承载能力 ,刚度大 ,增强 了 适应性 . 光栅传感器 ,用于测量系统的直径和轴向定位 , 径向角定位是 由 步进马达 完成的 . 因此，测量误差小于 对测量锥度误差小于 210 卧式锥自动测量仪器在很大程度上 实现了 自动化 . 采用数字式光栅传感器在于 精度 高 ,同时顺利的完成了 计算机数据采集和数据 处理 . 可从收集到的大量的数据数字化信息 进行 误差分离 , 纠错 ,并 施 行统计分析 . 应用 可视化技术 ，剖面测量锥 度 也可以显示在计算机屏幕上 . 更加 重要的是 ,利用所收集的数据 , 可实现虚拟装配锥轴与锥套 ,可以实现装配精度在很大程度的提高。 7 7 参考文献 1 勒凯什普塔，样机和装配的设计在多式联合虚拟环境中的应用 ，电脑辅助设计， 1997, (29): 5852 徐坤，王绍褍， 在同一方向上测量锥体的圆锥角 ， 拖拉机和农用运输车， 2002, ): 47 3 杜眀芳，张永明锥度的 测量和数据处理，精密测量技术， 2002, 29(4):104 李晓庆，张福云，杨楚敏大型圆锥体上的小锥径测量工具的发展， 工程工具， 2003, (5):445 余新海，陈萍用测量显微镜测量大锥径， 实际测量技术2000,26(4):346 石建要，杨德旺锥径测量和误差分析，实际测量技术 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 00100=40000 to So to do is 00009/1200=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 00100 to of be to of (1) 400 of D d , be we , to a= (Dd ) / L , of be (2) 00100 by be we d”, , 12 12 be to a (Dd ) / 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
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