校直机设计任务书

一、 课题研究的目的和意义： 研究目的：改善校直机的结构，更合理的利用液压驱动，提高校直机的性能，使校直机能够精准、智能、平稳的进行校直工作，减少资源浪费。 研究意义： 校直机技术大多用在汽车、拖拉机、机床、纺织机械等行业，用来校直轧制、热处理后发生变形的轴类零件。一般可校直轴的直径、长度都不大。对于大尺寸、大弯矩、施力大、要求精度高的管轴工件的校直，在国内主要是采用普通重型液压校直机，依靠操作者的经验和手动来实现校直，由于测量模糊，精度不能保证，造成较大的经济浪费。 考虑到校直要求的特殊性 :直径大，跨度大，控制精度要求高，压点多等特点 ,把液压控制技术以及数字控制技术应用到校直机上 ,从而设计出全自动高精度校直液压机，提高系统性能，实现整个校直过程的全自动高精度控制。工作压力大、平稳可靠、投资小容易实现高精度和智能控制的特点，正是我们进一步研究高精度液压校直机的意义所在。 二 校直机的发展现状 国外的发展： 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。 MULLER WEINGARTEN 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 0.01 mm，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。 国内的发展： 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。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。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，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。 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。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。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，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。 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。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， 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。 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。 山东通裕集团股份有限公司研制的 25MN 数控校直液压机，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。 三 研究内容 1）工艺分析：校直工艺分析、液压机本体结构分析、动作顺序分析； 2）原理设计：性能参数分析、液压系统设计、控制系统设计； 3）元件选型：系统压力 流量计算、标准件选择、非标准件设计； 4）三维造型：部分元件造型； 5）仿真分析：系统动静态性能分析，以获得良好的工艺性能。 四研究方案 1） 利用中国知网、维普、万方等数据库完成与毕业论文相关内容的论文的检索；利用图书馆的图书资源查阅相关的理论内容；充分的利用互联网进行资料的检索收集； 2）查阅资料，掌握现在校直机设计的一般规程，了解其在实际使用过程中的利与弊； 3）查阅中英文资料，研究国内外校直机的概况、技术核心及应用发展情况； 4）整体方案的设计； 5）可行性分析：对数据进行假设、分析经过资料收集 确定方案实施； 6）材料的选择：根据所设计的校直机的要求，选择合适的材料，使其满足所有强度要求； 7）工艺，尺寸参数计算：对其中的参数等进行计算，对材料进行工艺的选择； 8）零件图、装配图的绘制：用 CAD 进行绘图； 9）设计说明书：根据绘制的图纸和查的资料撰写该设计的说明书。 五、进度安排： 2013 年 2 月 10 日 -2 月 22 日 查阅资料，撰写开题报告 2013 年 2 月 23 日 -3 月 3 日 查阅资料，完成外文翻译和文献综述定稿 2013 年 3 月 4 日 -3 月 10 日 向指导教师汇 报开发设计进展，并进一步收集和学习相关资料 2013 年 3 月 11 日 -3 月 20 日 总体的设计并绘制总装图 2013 年 3 月 21 日 -4 月 01 日 部件的设计计算并绘制各零件图 2013 年 4 月 02 日 -4 月 19 日 编写设计说明书 2013 年 4 月 20 日 -4 月 30 日 提交论文终稿给指导教师 六预期结果 通过对校直机的设计与研究，全面掌握校直机的基本结构、工作原理以及工作性能特点。反复审查，修改，并针对现有的一些设计方面的不足之处提出自己的观点与改进。同时绘制 出系统中各主要机构的零件图和装配图。 综合锻炼自己在工程制图、机械设计、工程材料、精度设计和工程校核等方面的知识与技能，为今后从事机械设计工作打下坚实基础。 七参考文献 1 庄树明自动校直机的应用与发展 J 工程与试验， 2009 ， 3： 1 4 2 李 骏，邹慧君，熊国良压力校直工艺理论研究的现状与展望 J机械设计与研究， 2004， 20（ 4）： 69-70 3 刘立玺 .轴类零件校直压力模型的研究 D吉林大学硕士学位论文， 2004： 3-5 4 陆青松数控精密校直 机的研制开发及其液压伺服系统研究 D.合肥工业大学硕士学位论文，2007： 2-6 5 李繁荣全自动液压校直机的研究 D哈尔滨工程大学硕士学位论文， 2002： 2-3 6 荆云海，李君芹，董小娟，王宏亮 10MN 全自动液压压力棒材校直机组工程建设与设计 J，2007，（ 5）： 108-110 7