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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0.01mm的, ,相对误差为锥度测量小于2 10-3 .测量误差直径为1.4 。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
2、。关键词：轧机，轧辊，光栅传感器，步进电机，虚拟装配1.说明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.该仪器在轧制条件下以圆柱表面作为参考测量了锥轴和锥套。轧制参数如下: 最大测量锥轴直
3、径241mm ，其测量锥轴长度范围为647mm 985mm ,测量轴套的最大直径为192mm,测量轴套的长度范围为647mm985mm，通常测量锥度是1：12。锥度的公差要求是，当轴向位移为12mm时，直径的公差为10.003mm。2.测量原则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.测量直径的大小等于传感器读数之和。锥体每旋转0.9 做一次测量，即整个周长测量400次。一个周长测量做每轴0.79区间. 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
4、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12mm时，直径的容许误差小于10.003mm。因此,仪器的测量误差在测量直径时不得超过3米.3.设备的结构分析 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.机械系统有两个功能：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
5、轴做直线运动.在测量操作中，首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0.5m/300mm，而结果的精度可达到0.05m。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.我们设计时，传感器的结果和测量精度分别达到0.5m和1m/20mm。轴向定位传感器的结果和测量精度分别达到0.5m和1m/20mm。 数据采集和数据处理系统数据采集和数据处
6、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RS-232C标准接口的计算机，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9600bps ,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.在该界面内操作，可以实现启动和停止发动机,控制旋转方向和定位传感
7、器沿锥轴的速度。步进电机的步进角为0.045 ; 精度达0.01mm ,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. 4.锥度测量的评价一旦测量结束，测量锥度的评价由400x100的测量数据获得。根据锥度的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：Ca= (Dd ) / L ,可以计算出测量的真正锥度。 共有400X100个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
8、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Ca = (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.为锥轴和锥套编号,然后保存它的测量结果.当他们被用到时，利用保存结果可在
9、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.同时该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1.4m，相对测量锥度误差小于210-3。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
10、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。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): 585-5972 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, l3(3): 473 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):10-114 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
11、，工程工具，2003, (5):44-465 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):34-356 石建要，杨德旺锥径测量和误差分析，实际测量技术2000, 26(5):34-36Measurement of Cone Shaft and Cone Sleeve of High-speed Wire Rolling Mills Roller ABSTRACTTo obtain good assembly performance when transferring roll moment, a cone fit is adopted between cone sha
12、ft and cone sleeve of roller of high-speed wire rolling mill. This paper introduces an automatic cone measuring method, dissertates the principle of taking reference cylindrical surface of the roller as measuring reference to measure cones, and the main characteristics of the associated horizontal a
13、utomatic cone measuring instrument. Measuring error of the instrument is also analyzed. The instrument uses grating transducers for cone diameter measurements and for axial positioning of transducer. The measuring error for diameter measurement is 1.4m,the axial positioning error is less than 0.01mm
14、, and the relative error for taper measurement is less than 210-3.Since the instrument is equipped with data acquisition system, many parameters and actual profile of the measured cone can be obtained according to the collected measuring data. Furthermore, virtual assembly of corn shaft with cone sl
15、eeve can be carried out on the computer, and the actual assembly effect of cone shaft with cone sleeve can be observed so that selective assembly with higher accuracy can be realized to the fullest extent.Keywords: rolling mill, roller, grating transducer, stepping motor, virtual assembly 1. INTRODUCTION
