校直机文献综述

一.校直机的国内外现状所谓校直机⑴,就是用来对轴杆类零部件进行校直的机器，通过校直以便获得理想的直线度要求回转精度要求，保证零部件能够达到装配精度或获得下道工序最小切削加工余量。校直狭义上是指针对回转类零部件的弯曲校直，例如:阶梯齿轮轴、电枢轴、花键轴、活塞杆、半轴、光轴、管件、齿条、石油钻杆等;广义上校直包括盘圆、丝杠、螺纹杆、钻头、直线导轨、多边形及椭圆杆类零部件、不规则形截面杆类零部件等。同时需要注意的是校直仅限于金属材料。因为微观下的非金属材料分子结构在外力的作用下不具有移位重组的稳定性，即外在表现形式体现在可延展性、韧性与塑性的同时存在。随着机械工业的迅速发展，大批量轴、管类产品被广泛应用，于是校直机便应运而生。1.1国内校直机研究现状在我国，早期的校直机领域一直处于原始的低水平阶段，大多数企业校直轴杆类零部件时，普遍采用简易型的压力机，或是手动螺旋式压力机，或是通用型的压力机，或是由压力机改造而成的校直机。由人工测量、校直、再由检查人员检验，工序复杂、劳动强度大、生产效率和控制精度低下，操作者的技术熟练程度对生产效率和产品质量的稳定性都有很大的影响，而且无法满足大规模生产的需要⑵。随着技术的发展和生产的需要，设计出了具有行程小、支点位置可调等校直工艺特点的专用压力校直机，主要有曲柄连杆式的机动压力校直机和普通液压压力校直机，机架一般采用C形开式结构或门形闭式结构，如图1.1所示。但是，这些设备在使用时，仍然需要凭经验估计校直行程，人工测量、反复试校，劳动强度大，校直效率低，校直精度不易保证。自二十世纪七、八十年代起，我国图1.1C形开式和门形闭式校直机在自动校直设备，的研制和生产上取得一定进展，但多数是辊式校直机，压点式校直设备在国内应用比较普遍的是Y41系列单柱校正液压机，如图1.2所示，该产品自动化程度比较低，也是属于凭经验校直，校直精度难以保证。图1.2Y41系列单柱校正液压机图1.3YH40-25自动精密校直机近几十年来，国内的校直设备的研制不断发展，总的趋势是：机型系列完整、品种规格齐全，精度高，检测、显示手段完善，校直工件质量提高，附件齐全、校直工艺范围扩大，向数控化、柔性化、自动化方向发展⑶。最早研究自动校直技术的单位是合肥工业大学自动校直技术研究所，于90年代初期成功研究开发出手动系列伺服校直液压机，为研究开发自动精密校直液压机作了充分的理论和实践准备，并于2001年成功研制出国内首台具有自主知识产权的自动精密校直设备YH40-25，如图1.3所示⑷。该机为“C”型框架机身，最大校直力100KN，采用移动式手动液压伺服控制，具有压力、行程和油温数字显示和预置功能，并具有报警功能，配以贯通式送料系统，使校直机具有良好的操作性和自动生产线布置的灵活性，并且使用多压头和多铁砧自动组合工作，校直工艺范围大，校直精度高，可满足不同轴类零件的校直工艺要求。该机的研制成功，提高了我国精密矫直工艺装备的水平，可对轴类、管类、棒料等多种零件进行精密校直，大大提高了校直精度和生产效率。此后，合肥工业大学机械与汽车工程学院又研制成功了YH40-10型数控精密校直机，可校直工件直径40mm，精度0.05mm，如图1.4所示，该机为数控精密电液位置伺服系统，采用理论分析和计算机软件仿真相结合的方法，在电液位置伺服系统的稳定性、系统精度和系统效率等方面有显著成效，极大地提高了生产效率和产品质量。图1.4YH40-10型数控精密校直机 图1.5ASC系列（3型自动校直机长春试验研究所90年代与日本国际计测器株式会社合作生产了ASC系列自动校直机，如图1.5所示［5］该系列校直机是引进日本国际计测器株式会社上世纪八十年代技术的C型自动校直机，设有自动、半自动两种工作模式，采用日本技术及关键零部件，由长春试验研究所生产主机及装配°ASC系列校直机是一种集机械、液压、气动控制技术、检测技术，计算机分析技术为一体的高科技产品，它具备智能化的分析测量系统、可程控的电机、电器、机械、液压、空压控制技术。该研究所于2003年又开发出具有自主知识产权的ASC-II系列自动校直机，如图1.6所示，ASC-II系列自动校直机有C型和门型两种规格，根据校直力不同，其主机的规格系列化产品为：100KN、200KN、300KN、400KN、500KN、600KN、800KN。该系列产品在消化吸收国外技术的同时，针对国内市场，在校直原理、测量方式、人机交互提示、中文操作界面、随机电子图文帮助等方面作了大量的完善和改进，使之更加适合于中国人的使用习惯和现场条件，且提高了整机的综合性能、可靠性和工作效率。，机架采用圆柱拉杆式预应力结构，加热预紧后，立柱伸入上下梁部分产生预应力，上下梁在预应力作用下组成一个刚性机架。主工作缸采用柱塞缸，缸体与上梁焊成一体，两个回程缸对称安装于上梁的主缸两侧，通过回程缸实现主柱塞的空程快速前进和回程。主缸上部装有大通径充液装置，用于主缸快速动作时的充、排液。该校直机针对以前压力校直机的缺图1.6ASC-II系列门型自动校直机点开发出了三维扫描检测技术、跟随式检测机构、压力校直专家系统等专有技术，实现了压力校直的自动化、智能化，使压力校直机得以融入连铸或锻造生产线，成为在线设备。该机组可以校直◎300mm以下的棒材或锻件，是按全自动在线设备来开发设计的，从上料、工件扫描、校直到出料全程自动控制，同时开发出压力校直专家系统，不同截面、不同材质的棒料，通过专家系统自动确定初始压下量，并自动修正该压下量，一般只需压下1次-2次便可校直棒料，大大提高了生产率［6］。哈尔滨工程大学最近研制的用于油井钻具校直的专用全自动液压校直机，该机针对钻具大直径、大跨距（直径150mm，跨度10m，壁厚9mm），且校直精度要求高（直线度10mm/m）的设计研发要求。主要由校直机机架和压力机组成，压力机由小车带动沿导轨往复运动，采用了工件不动，压头沿钻具轴线方向可移动的方案，该方案开创了大型校直机设计的新思路可。山东通裕集团股份有限公司研制的25MN数控校直液压机，如图1.7所示，该机于2003年11月通过了新产品鉴定，被认为达到国际领先水平，是目前国内吨位规格最大、位置精度最高，技术水平最先进的一台液压校直机。采用二通插装阀系统，当代先进的不受大系统污染的闭环比例阀控制以及其他先进技术：PLC可编程序技术，旋转编码器技术，触摸屏技术，小车式可滚动的便于检测、便于选校点的“支座”系统等等。该机压力、速度、位移等主要参数均可在显示屏设置，集“粗校”、“精校”于一身，粗校位置精度可达0.1mm，精校位置精度小于0.05mm，主要用于校直长型轴类和管类零件⑻。图1.725KW数控矫宜液压机1.2国外校直机研发现状[9]上世纪八十年代末，德国、意大利、日本等国家己逐步研发出了品种规格齐全、高精度、高智能化系列的全自动校直机产品，其应用比较普遍，典型产品如下：日本东和精机株式会社：ASP系列智能型校直机，ASP系列智能型校直机能自动检测工件在三维方向上的挠度，根据计算结果选出校直点，控制滑块位移及校正挠度量。检测装置包括:计算机控制的轴直线度检测系统，以千分表指示修正点的顺序号和挠度值，以数字开关输入最小校正值，通过弯曲形式的识别，计算并选择出滑块的加压点。该机还带有自动上下料装置。日本国际计测器株式会社与长春试验研究所合作生产了ASC系列校直机。该机有自动、半自动二种模型，采用日本技术及关键零部件，由长春试验研究所生产主机及装配。詹尼公司1993年在上海举办了“詹尼(JENNY)高精度全自动校直系统技术研讨会”，该公司生产的校直设备，其校直力选择范围从1-100吨，并具有可选择适合于各种工件几何尺寸的校直点和测量点等功能。德国DUNKES公司生产从100-2000KN共11个规格的手动伺服单柱精密液压校直机。德国的MAE公司研发了ADS2.5RH型25KN和ADSF63RH型630KN闭式全自动液压校直机，该系统带有与材料性能相关的自动优化工艺的软件，并以可编程微处理器控制校直和测量的顺序。主要功能有:最大8个感觉位置的测量、处理和记忆系统；数字键盘的屏幕显示终端并有人机对话系统；直观的文字说明和图形信息以及完善的程序，能够精确控制最终校直的顺序和校直结果；可存储大量修正结果的统计数据，还有与主计算机连接的接口；适用于校直中、大批量生产的对称平衡件，具备自动生产线中的校直工序。MULLERWEINGARTEN公司生产用于校直轴类零件的全自动液压校直机RRE系列(100-1000KN)。该系列校直机为闭式，组合结构床身，通过电子系统控制工件的回转和夹紧，可编程控制器可精心编程记忆和主要故障防护、数据存储，及对校直过程进行控制等。同时还配备有自动废品剔除系统、裂纹监控装置、机器人等。这些国外校直机的校直滑块定位精度达0.01mm，可满足精密校直工艺的要求。轴心线检测可用百分表量，可用光柱，也有用计算机系统对工件进行在线检测、记录，并进行质量分析。测量结果可在视屏上显示，不仅能反映零件弯曲状况，还能以灯光表示工件的“好”、“坏”、“需要修正”等信号，测量结果能够自动保存，满足多点校直工艺的所有要求。有的自动校直机上还配有裂纹检测装置，可及时发现加工过程中工件产生的裂纹，并能显示和自动停机。此类校直机附件齐全，可满足多种轴类零件校直工作的需要，目前开发出的附件不仅可满足光轴、台阶轴的校直需求，也可满足齿轮轴、花键轴、凸轮轴和曲轴的校直工艺需要。由于新的附件不断出现，校直工艺范围也在不断扩大，上述生产自动校直机的公司都发展了适应大、中批量生产的全自动校直机，这些设备均配备有专用数控系统、校直工艺决策系统、轴类零件数据库、自动检测系统和质量分析系统等，有良好的人机对话功能和故障检测功能。还有一些生产校直机知名度比较高的企业，如意大利的GALDABINI公司，美国的EITEL公司等。他们的校直机都有较高的水平，集中表现在智能化、自动化程度高、测量精度高、生产节拍快等。二、研究主要成果[1]由国内外现状可看出，在众多的压点弯曲校直工艺中，目前普遍存在的校直设备主要分为三大类:普通液压校正压装机、手动伺服精密校直液压机、国外引进的全自动精密校直液压机。现行校直方式可分为两大类:A辊式校直;B三点弯曲式校直。辊式校直机应用较为普遍和广泛，可用于中小尺寸轴、管、异性线材的弯曲和扭转校直，典型产品有：中国重型机械研究院(西安重型机械研究所)设计制造的SI60-200mm七辊棒材校直机；三点弯曲式校直通常限于大中轴、管类零件的弯曲校直，典型产品有：ASC-II系列自动校直机、哈尔滨工程大学研制的针对油井钻具校直的专用全自动液压校直机、山东通裕集团股份有限公司研制的25MN数控校直液压机等，我们研究的的问题就是大跨度大直径的弯曲校直，即基于现有三点弯曲式设备的工作原理，改进为生产率高、校直精度高的多点校直机。三、发展趋势[2][10]高精度智能化扩大压力校直工艺理论研究的对象，丰富压力校直技术的内容将是校直工艺理论研究的方向。同时由于现有校直模型存在着不足，建立高精度的、实用的、易于控制的简易校直行程计算模型或修正模型，也将是压力校直工艺理论的发展方向之一。校直设备的发展将以减轻工人劳动强度、提高校直精度及工作效率为目的。随着计算机技术的快速进步，校直设备将朝着数控化、柔性化、智能化的方向发展，同时扩大校直工艺范围也将成为校直设备发展的新方向之一。根据现有研究不难看出，压力校直控制研究的趋势是:参数的在线测量和识别，并将人工智能的相关技术应用于校直过程的控制中，从而有效地获得较好的校直精度。电液控制数字化液压传动及控制技术与计算机技术、微电子技术、传感器技术等新技术紧密结合，形成一个高效的控制中枢，以及其在高压、大流量、大功率、高效率、数字化、机电一体化方面的优势，综合了传动、控制、检测乃至校正和预报等技术，是大功率机械设备自动化不可缺少的基础技术。而且近年来随着液压伺服控制技术的发展和电液比例控制技术抗污染能力的不断增强，电液比例伺服阀在实现自动控制的电液比例位置控制系统中用的越来越广泛，它能够同时实现流量和方向的计算机控制，简化系统，提高控制精度，因此电液比例伺服控制系统因其结构简单、可靠性高被应用到液压自动校直机械研发领域。同时针对以前压力校直机附件功能不足的缺点，开发三维扫描检测技术、跟随式检测机构、压力校直专家系统等完备功能，实现压力校直技术的自动化、智能化，使压力校直机的应用范围和校直精度不断提高。主要由主机、可升降旋转托辊装置、压紧装置、校直支架（砧座）、工件直线度自动检测系统、计量装置等组成。提高经济性。近年来，自动校直机的出现改善了以往手动校直的生产率状况，自动校直机能够实现自动上下料、自动装夹、自动旋转测量、自动校直、并可自动检测裂纹，并且在校直精度、校直节拍、校直种类上较手动压力机相比有很大提高，同时能够节省大量的人工成本、减轻工人的劳动强度。但是，在设备成本上自动校直机是手动校直机的2〜10倍,这也是手动校直机至今仍沿存的原因之一，所以降低成本，提高经济性势在必行。四、存在问题及研究展望已有的校直这些校直设备一般可校直轴的直径、长度都不大，对于这种大尺寸、大弯矩、大刚度、施力大、要求精度高的的全自动液压校直机，还有待于进一步研究，如引入多工位伺服控制uh。我国液压校直机研究大多是针对轴类零件或管状零件展开的，对于其他截面形状零件的校直问题研究得不多，有待拓展Mo进一步提高计算精度和实用性是液压校直弹塑性理论计算所面临的问题，新的理论模型或修正模型研究应以此为目的。目前关于压力校直经验计算公式的研究几乎是空白，相关研究值得关注。目前关于液压校直控制方法的研究开展得还非常有限，更深入更广泛的研究工作有待进行，特别是智能化的校直控制研究意义重大。为了配合理论研