环件冷辗扩过程测量与控制研究

论文摘要

环件冷辗扩是环件在不需加热的条件下进行的特种成形工艺,它通过连续局部塑性回转变形扩大环件直径并成形环件。这种高效低成本优质量的工艺已在轴承等行业得到了应用,但还很不完善。随着冷辗扩环件应用范围的扩大,以及对环件精度要求的提高,迫切需要对环件冷辗扩工艺、设备与控制等进行更深入的研究。本文把冷辗扩工艺、设备与控制等因素作为一个相互关联的整体进行了研究,建立了冷辗扩工艺过程的数学模型,提出了环件尺寸在线测量和设备控制的技术方案。主要内容和研究成果如下:1.研究了芯辊进给速度和驱动辊转速对环件外径增长率的影响,系统地建立了冷辗扩过程数学模型。该模型全面反映了冷辗扩过程中工艺变量之间的关系,它为冷辗扩规程设计、冷辗扩机自动控制提供了理论基础。2.基于对圆度辊随动位置和随动约束力的分析,建立了圆度辊随动系统的模型,为圆度辊的控制和机构设计提供了理论依据。3.提出了以外径增长率为控制目标的冷辗扩规程设计方法。用该方法设计的冷辗扩规程,可直接给出芯辊进给速度与环件壁厚或外径变化关系曲线,这种曲线方便冷辗扩机实施控制。实验证明该方法高效快捷。4.根据所建立的数学模型,编制了过程参数模拟软件。该软件可模拟并显示主要过程参数的时间历程,为工艺分析和过程控制提供了有力工具。5.建立了冷辗扩环件尺寸在线测量的数学模型,给出了一种环件毛坯体积预测计算的简便算法,以及基于此算法的精辗位置外径判据。对环件尺寸误差进行了分析,提出了减小误差的措施。6.提出了冷辗扩设备数控系统的总体结构,根据冷辗扩过程的特点和控制要求,扩展了以PLC核心的冷辗扩机控制系统。7.分析了包括机械传动结构在内的冷辗扩机交流电气伺服系统,在Simulink/Matalb中建立了动态仿真模型,并进行了仿真研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 环件辗扩概况
• 1.2 环件辗扩研究发展状况
• 1.3 课题的来源、意义和目的
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 冷辗扩过程参数相互作用规律及其数学模型
• 2.1 冷辗扩原理及其基本特征
• 2.2 冷辗扩过程参数及其相互关系
• 2.3 冷辗扩过程数学模型
• 2.4 圆度辊系统的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 环件冷辗扩规程
• 3.1 芯辊进给规程
• 3.1.1 芯辊进给规程的制定策略
• 3.1.2 基于环件外径增长率的芯辊进给规程
• 3.2 圆度辊约束力设计
• 3.3 冷辗扩过程参数模拟
• 3.3.1 过程参数模拟流程
• 3.3.2 过程参数模拟示例
• 3.4 本章小结
• 第4章 环件冷辗扩测量研究
• 4.1 概述
• 4.2 传感器与接口电路
• 4.2.1 脉冲编码器
• 4.2.2 光栅
• 4.3 在线测量装置
• 4.4 冷辗扩环件尺寸在线测量
• 4.5 冷辗扩环件体积测算
• 4.6 基于环件体积测算的精辗位置外径判据
• 4.7 冷辗扩尺寸误差分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 数控冷辗扩机控制系统研究
• 5.1 冷辗扩机组成与控制系统任务
• 5.2 冷辗扩机控制系统硬件设计
• 5.2.1 数控系统
• 5.2.2 伺服系统
• 5.2.3 冷辗扩机辅助控制系统
• 5.3 冷辗扩机控制系统软件设计
• 5.3.1 PLC控制软件设计
• 5.3.2 人机界面软件设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 冷辗扩机伺服系统研究
• 6.1 冷辗扩机伺服系统结构与性能要求
• 6.2 冷辗扩机伺服系统数学模型
• 6.3 冷辗扩机伺服系统仿真研究
• 6.3.1 建立仿真模型
• 6.3.2 控制器参数设定
• 6.3.3 冷辗扩进给速度控制仿真
• 6.4 本章小结
• 第7章 环件冷辗扩实验研究
• 7.1 实验设备及方案
• 7.2 毛坯和轧辊准备
• 7.3 辗扩参数的设计
• 7.3.1 驱动辊转速
• 7.3.2 芯辊进给速度
• 7.3.3 圆度辊位置与圆度辊油缸压力
• 7.3.4 尺寸控制参数设定
• 7.4 实验过程
• 7.5 实验结果与分析
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 冷辗扩过程参数模拟程序
• 附录2 攻读博士学位期间的成果