校直机设计-机械毕业论文【答辩优秀】

1 目 录 摘要 . Abstract . 第一章 绪论 .错误 !未定义书签。 1.1 校直技术的定义及应用 .错误 !未定义书签。 1.2 国内现状 . 2 第二章 校直设备的发展与分类 . 3 2.1 校直设备的发展概况 . 3 2.2 校直设备的分类 . 5 第三章 压力校直机 . 7 3.1 压力校直机的工作原理 . 7 3.2 压力校直机的分类 . 7 3.3 压力校直机的实例介绍 . 10 3.3.1 机动压力校直机 . 10 3.3.2 普通液压压力校直机 . 11 3.3.3 精密液压校直机 . 14 3.3.4 程序控制液压校直机 . 18 第四章 JZ-I 型校直机 . 24 4.1 用途 . 24 4.2 技术特征 . 24 4.3 结构特点 . 24 4.3.1 加载油缸 . 25 4.3.2 机身 . 27 4.3.3 工件挂悬装置 . 28 4.3.4 工作台 . 28 4.3.5 操纵控制系统 . 29 4.3.6 垫铁 . 31 4.4 校直机的维修调整 . 31 结论 . 32 致谢 . 33 参考文献 . 34 专题 精密校直机的控制系统 . 35 2 附录一 . 45 附录二 . 53 3 摘 要 机械、汽车、电机等行业大量使用轴类、杆类零件，这些零件的原材料在粗加工或热处理等过程中不可避免的会出现弯曲变形，如果不进行校直处理会直接影响工件的后序加工和使用，甚至可能出现相当数量的废品。所以为了能获得下道工序所允许的最小切削量或通过精密校直保证工件达到严格的最终设计公差要求，校直机成了工件热处理后不可缺少的关键设备。 本人设计的是 JZ-I 型校直机，该 校直机可用于校直单体支柱的油缸与活柱坯料热处理造成的变形，亦可用来校直类似的杆类管类零件。另备胎具也可用于钢板调平、压弯、压装等工作。并且本机可专用于单体液压支柱活柱和油缸的一般变形校直。 该机具有拆装使用方便，灵活。 关键词 ： 校直机 液压控制 加载油缸 4 Abstract Profession massive use axes class and so on machinery, automobile, electrical machinery, the pole class components, these components raw material in processes and so on rough machining or heat treatment inevitable can appear the bending strain, if does not carry on alignment processing to be able to affect the work piece directly after foreword processing and the use, even possibly appears the considerable amount the waste product. In order to therefore can obtain the smallest cutting quantity which the evil ways working procedure permits or through the precise alignment guarantee work piece achieve the strict finally design common difference request, after alignment machine has become the work piece heat treatment the essential essential equipment. Myself design am JZ-I alignment machine, this alignment machine available the distortion whi ch creates in the alignment monomer prop cylinder and the plunger semifinished materials heat treatment, also available comes the alignment similar pole class tubular goods components. P repares in addition molds available also in the steel plate leveling, bends, the pressure installs and so on the work. And the this aircraft may use in the monomer hydraulic pressure prop plunger and the cylinder general distortion specially alignment. This machines and tools have the disassembling easy to operate, nimble. Key word:Alignment machine Hydraulic control Loads the cylinder 5 6 7 8 9 10 11 第一章 绪论 1.1 校直技术的定义及应用 校直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。校直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求校直理论能 12 进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息 化带动工业化，校直技术也要跟上时代。首先要在校直机设计、制造、校直过程分析、校直参数设定及校直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化校直设备的研制，使校直技术走上现代化的道路，不断丰富金属校直学的内容。 校直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着生产成品的质量水平。校直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的发展，相应的校直理论也取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如校直辊负转矩的破坏作用在20 世纪下半叶才得以解决（改集体驱动为单辊驱动，改刚性连接为超越离合连接 等），但其破坏作用的机理直到 20 世纪 80 年代末才被阐明。另外，就校直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及校直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、校直缩尺、校直噪声、斜辊校直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯矩和校直曲率等都缺少通用表达式。 20 世纪70 年代以来，校直技术与校直理论的发展明显加快，如拉弯 校直技术很快走向成熟；开发成功平动（万能）校直技术、行星校直技术、全长校直技术、程序控制校直技术、变凸度及变辊距校直技术，以及双向旋转校直技术等；完善了等距双曲线辊形设计法；创立了等曲率递减反弯辊形设计法、校直耗能计算法、主要工艺参数法、两种拉弯制度的定性与定量分析法以及负转矩和超前接触分析法；尤其在利用相对值概念对各种校直过程进行定量分析工作中取得了系统化的成果，为校直技术数字化处理打下了基础。 1.2 国内现状 合肥工业大学与合肥压力机械厂，在广泛地市场调研及与国外产品的性能水平对比基础上联合攻关，经过一 年多的努力，研究成功最大校直力为 100KN 的单柱精密校直液压机， 1991 年 1 月在合肥通过部级鉴定。 该机采用移动式手动液压伺服控制校直滑块上下运动，在行程 13 最后 25mm 范围内。可实现滑块位置的精确调整，下死点定位精度在0.05mm 以内。 该机为行程控制型精度校直液压机，一个新工人在很短的时间内就可以学会操作，使滑块得到很高的定位精度。该机具有压力、行程和油液温度数字显示和预置功能，并具有压力超限报警、油温超限报警和行程超限系统卸压控制功能，操作方便。 该机的研制成功，提高了我国型材精密校直工艺装备的水平。用于 汽车、拖拉机、机床、纺织机械等行业，对轴类、管类、棒料零件进行精密校直，可减少加工余量，提高制件精度和生产效率。该机市场前景广阔，元器件和材料全部国产化，其价格不足目前进口价的 1/5。它的开发成功，将会带来很高的经济效益和社会效益。 我国现在主要用 Y41 系列单柱校正压装液压机进行型材校直，校直力从 1001600KN 约七个规格，在 “ 七五 ” 期间平均年产量近千台，产值约 2400 万元，约占全国液压机总产量的 40%，总产值的 20%；产品水平低，重复生产多；采用压力型凭经验校直方式，校直精度差，工件质量不稳定，且缺少 附件，满足不了精校工艺的需要。因为压装工艺与校直工艺对设备和液压系统要求不一样，放在一起也不一定合理；在国外发达国家很少见到，主要是苏联还在批量生产，目前国内销售形势也不甚好。 第二章 校直设备的发展与分类 机械、汽车、电机等行业大量使用轴类、杆类零件，这些零件的原材料在粗加工或热处理等过程中不可避免的会出现弯曲变形，如果不进行校直处理会直接影响工件的后序加工和使用，甚至可能出现相当数量的废品。所以为了能获得下道工序所允许的最小切削量或通过精密校直保证工件达到严格的最终设计公差要求，校直机成了工 件热处理后不可缺少的关键设备。 14 2.1 校直设备的发展概况 校直技术产生的确切时间尚未找到准确的文字记载。但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工校直和平整技术已经达到很高水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵都要求用校直技术来完成成品的制造。手工校直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等。对大型工件手工校直常借助高温加热进行。古代人在校直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了 “ 校直必须过正 ” 的哲理，用之于改造社会也有指导意义。由于 中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态， 18 世纪末叶到 19 世纪初叶，欧洲进行了产业革命，逐步实现了用蒸汽动力代替人力，机械化生产代替了手工作坊。 19 世纪 30 年代冶铁技术发展起来，当时英国的生铁产量已由 7 万吨增长到 19 万吨。增加了 2.7 倍。 19 世纪 50 年代开辟了炼钢技术发展的新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到 19 世纪末时，钢产量增加 50 多倍。钢材产量占钢产量的比重也显著增加。这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和校直机械。进入 20 世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。英国在 1905 年制造的辊式板材矫直机大概是我国见到的最早的一台校直机。 20 世纪初已经有校直圆材的二辊式矫直机。到 1914 年英国发明 212 型五辊式，解决了钢管校直问题，同时提高了棒材校直速度。 20 世纪 20 年代日本已经制造多斜辊矫直机， 20世纪 30 年代中期发明了 222 型六辊式校直机，显著提高了管材校直质量。 20 世纪 60 年代中期，为了解决大直径管材的校直问题，美国萨顿公司研制成功 313 型七辊式矫直机（ KTC 型校直机）。 20 世纪3040 年代国外技术发达国家的型材校直机及板材校直机也得到迅速发展，而且相继进入到中国的钢 铁工业及金属制品业。新中国成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的校直机。与此同时还出现了拉伸校直机，20 世纪 50 年代苏联的校直机大量进入到中国。同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，校直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。 20 世纪 70 年代我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果。有小到 1.6mm 15 金属丝校直机和大到 600mm 管材校直机。有速度达到 300m/min 的高 速校直机和精度达到 0.038mm/m 的高精度校直机。 同时也引进许多先进的校直设备。如英国的布朗克斯矫直机；德国的凯瑟琳校直机、德马克校直机连续拉弯校直机及高精度压力校直机；日本的薄板校直机等。值得自豪的是我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从 20 世纪 50 年代起就有刘天明提出的双曲线辊形设计的精确计算法及钢材的校直与校直力中提出的校直曲率方程式。 60-80 年代在辊形理论方面有许多学者进行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，还召开了全国性的辊形理论讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，以西安重型机械研究所为代表的科研单位何以太原重型机器 厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进入 90 年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的校直机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省及部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊校直机，多斜辊薄壁转毂式校直机，平行辊异辊距校直机及校直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。在校直高强度合金钢方面也已获得很好的校直质量。其校后的残留挠度为 0.2-0.5mm/m。此外，从 20 世纪 60 年代以后拉伸 与拉弯校直设备得到很大发展，对管材生产起到重要作用。 在传统工艺中，多数厂家选用手动压力机，较之量难以控制，效率低下，难以满足校直要求；而自动校直是一种先进的生产制造工艺，近年来随着我国工业整体技术水平和技术要求的提高，该工艺被越来越广泛地应用于机械、汽车、电机等行业中。合肥工业大学与合肥压力机械厂合作，在广泛地市场调研及与国外产品的性能水平对比基础上联合攻关，经过一年多的努力，研究成功最大校直力为 100KN 的单柱精密校直液压机， 1991 年 1 月在合肥通过部级鉴定。该机的研制成功提高了我国型材精密校直工艺装备 的水平。用于汽车、拖拉机、机床、纺织机械等行业，对轴类、管类、棒料零件进行精密校直，可减少加工余量，提高制件精度和生产效率。 近十年来，德国、意大利、日本等国家发展了手动伺服控制精密校直液压机，其应用比较普遍，全自动精密校直液压机也已发展 16 完善，总的发展趋势如下： 1、系列完整、品种规格齐全 2、行程精度高、检测、显示手段完善、校直工件质量好 3、附件齐全，校直工艺范围扩大 4、向数控化、柔性化、自动化方向发展。 2.2 校直设备的分类 现代校直设备品种较多，规格更多。首先按工作原理不同划分为五大类。第一类称为 反复弯曲式校直机，如压力校直机及辊式校直机，它们是靠压头或辊子在同一平面内对工件进行反复压弯并逐渐减小压弯量，直到压弯量与弹复量相等而变直。第二类称为旋转弯曲式校直机，是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡，在走出塑性区时弹复变直。旋转者可以是工件，可以是校直工具，也可以是变形方位。如常见的斜辊校直机、转毂式校直机及平动式校直机。第三类称为拉伸校直机，它依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉城等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直，如钳式拉伸校直机及连续拉伸校直机。第四类称为 拉弯校直机。它是把拉伸与弯曲变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸集权截面的拉伸变形三者不在同一事件发生，全断面各层纤维的弹复变形也不是同时发生的，既防止了板带的断裂，又提高了校直质量。第五类称为拉坯校直设备，它是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的校直拉力是较小的。 其次是按用途不同进行分类：一为校直型材的校直机，如型材压力校直机，姓蔡辊式校直机及型材拉伸校直机；二为板材校直机，如板材校直机及拉弯校直机；三为带材校直机，如连续拉伸校直机及拉 弯校直机；四为管棒材校直机，如斜辊校直机、转毂校直机及管材拉伸校直机；五为线材校直机，如转毂校直机及平立辊复合校直机；六为薄壁异型管的平动式校直机；七为拉铸拉坯校直机；八为特殊用途校直机，如瓦楞板校直机，圆锯片校直机，钢丝绳校直机等。 再次是按结构特征进行分类：一为压力校直机，如机械压力校 17 直机、液压压力校直机及微机程控压力校直机等；二为平行辊式校直机，简称辊式校直机，如简支辊式校直机及悬臂辊式校直机；三为斜辊式校直机，如二斜辊式校直机，三斜辊式校直机及各种各样的多斜辊式校直机等；四为转毂校直机，如滑动模式转 毂校直机，滚动模式转毂校直机，斜辊式转毂校直机及复合式转毂校直机等；五为拉伸校直机，如机械拉伸校直机、液压拉伸校直机及连续拉伸校直机等；六为拉弯校直机，如机械拉弯校直机、液压拉弯校直机及液膜拉弯校直机等；七为拉坯校直机，如普通拉坯校直机及多辊拉坯校直机；八为特殊结构校直机，如行星式校直机及平动式校直机等。 按上述原则分类的校直机还可以进一步按具体用途、具体结构、传动方式及控制方式等不同再做细化分类，每个细化分类中都可用不同规格形成产品系列。 第三章 压力校直机 3.1 压力校直机的工作原理 压力校直机与辊式校直机同属于利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到校直目的的设备。因为它是最简单的校直设备，压力校直机的工作原理是将带有原始弯曲的工件支承在工作台的两个活动支点之间用压头对准最弯部位进行反向压弯的。当压弯量与工件 18 弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直。如此进行，工件各弯曲部位必将全部变直从而达到校直的目的。当然凭经验设定的压弯量很难准确的与工件的弹复量相等，所以在头一次反向压弯后要检测弹复量与压弯量的差值即残留挠度值，用此值修正第二次压弯量，用新压弯量进行再次反向压弯，再检测，直到校直为 止。通常靠人的感观和经验确定压弯量时，常需 3 次以上的修正工作。现代使用微机来设定压弯量则只需 1-2 次修正工作，而且速度快，质量稳定。 3.2 压力校直机的分类 早期的压力校直机都是通用型的压力机。随着校直技术的发展，考虑到校直工艺的特殊性：如行程小，不需退料，能翻钢或能换向，支点位置可调等特点而设计出专用校直压力机。最常见的仍为曲轴式压力校直机，参看表 3-1。在其连杆与滑块之间用螺纹连接，改变螺纹长度可以得到不同的开距，但行程固定不变。其进一步的发展就是曲柄偏心式压力校直机。通过调节曲柄轴外的偏心套的相位角便 可改变偏心距而得到不同的行程，以满足了不同断面尺寸工件的校直需要，提高了校直工作效率。上述两种校直压力机要具备很大校直力时常需要庞大的结构尺寸。为了满足大型钢材的校直需要，又不致使结构尺寸过大，而产生了大压力小行程的肘杆式校直压力机。在大型锻件及钢坯的校直中翻钢是一道麻烦的工序，为解决不翻钢问题而创造了卧式换向压弯式校直机。操作者根据工件原始弯曲方向决定校直所需的反弯方向与位置。先开动辊道移送工件定好位置，然后开动齿轮齿条升降机构使小滑块升到工件的凸弯处，使大滑块变成两个支点，第三步开动蜗轮螺母把大滑块推倒 工件处并将其压靠，第四步开动曲轴连杆机构使小滑块对工件进行压弯以达到校直目的。工件的弯曲方向改变时小滑块与小滑块的支点与压头作用点互换，即原来在下面的小滑块上升，原来在上面的大滑块下降。如果工件原始弯曲方向为二维弯曲时，则需另设翻钢机构。机械传动的压力校直机经历了较长的发展过程，在规格、结构及品种方面都有过许多新的改进，但其基本结构仍可归纳为上述四种典型。对压弯量的调节仍采用及种厚度不同的垫块凭操作者的经验随机的选用垫块垫在压头与工件之间以获得所需要的压弯挠度。当然压弯 19 的精确度不易保证，工作效率也很低。为了 提高工效和校直精度，把液压技术应用到压力校直机上已取得成功。液压传动的压力校直机不仅可以任意调节压下量，还可以调节压力的大小。另外还具有压力大、体积小、重量轻和便于控制等一系列有点。从表 2-1 中可以看到这类校直机也有立式和卧式之分，每种都可按压力大小分出许多规格。液压校直机已经从普通型发展到精密型，进而发展到程控型。普通型除了上述优点外，仍然要凭操作者经验来决定校直精度。而精密型由于配备了检测仪表可以在校后跟踪检测，再按检测后显示的弯度改进下一次的校直压弯量，直到合格为止。其支点可移动，两次压下中间不卸活不 重卡，效率提高，质量有保证。但压弯量仍为人为设定，不够准确，全过程都靠手工操作，效率提高有限。程控型压力校直机经人工上料后按程序完成装卡、检测、电脑设定压弯量、反弯校直、旋转检测、再设定压弯量、再反弯校直、再检测，直到合格为止，并自动卸料。程控压力校直机的研制成功结束了压力校直机工作精度低、工作效率低和自动化程度低的历史，一跃而成为高精度及高技术水平的校直机 。 同上述液压校直机并存的气动压力校直机具有类似的优点，而且动作快效率高。 表 3-1 压力校直机分类表 立 式 曲轴式 曲柄偏心式 肘杆式 20 机动压力校直机 卧 式 换向压弯式 （不翻钢） 液（气）动压力校直机 普 通 型 立 式 卧 式 精密型 具有活动支点及仪表检测 程控型 微型计算机设定压弯量，按程序检测，修正定位及压弯 3.3 压力校直机的实例介绍 3.3.1 机动压力校直机 21 表 3-1 种 4 种机械传动压力校直机都是已经广泛应用的校直设备，在结构、性能、规格及型号方面存在着多样性。 但在工作原理上是基本相同的，都利用曲轴（或曲柄）、连杆和滑块机构把旋转运动变成直线运动。机架一般是采用 C 型开式结构和门形闭式结构。在 C 型开式结构中还有主轴为简支梁型与悬臂梁型之分。这些结构形式及规格的选择主要根据加工对象的特点（如工件的断面形状及其尺寸大小、工件长度和重量等）、加工精度要求及产量大小等因素来确定。 具体地说， C 型开式结构的机架具有较大的操作空间，调节支点距、开距、观测压弯位置、更换压弯垫块、移送工件、翻转工件、及更换压头等工作都较方便。但机架刚性较低，不适于大断面工件的校直工作。 C 型机架的主 轴基本上有简支梁结构与悬臂梁结构两种。前者主轴的刚度好，轴承磨损均匀，可以承受较大校直力；后者加工制造及装配检修都较容易，广泛应用于中、小型压力校直机。在大断面工件校直时需要较大工作台面，虽然可用 C 形机架但其立柱受到很大弯矩作用及不安全，而门式机架具有很好的刚度，其机架的立柱或立板受到的是拉力作用，强度得到很大改善。表 3-1 种的肘杆式校直机的机架需要承受较大校直力，故多为门式结构。大型液压校直机更要采用门式机架而且常常用 4 个立柱及上下横梁构成门形结构。机座有立式与卧式结构之分，主要是考虑在不改变工件移送状态 下进行反弯，如大断面而且宽高比值较大的工件。随弯曲而卧态移送的工件都须采用卧校方式。 下面先以图 3-1 的曲柄偏心式压力式压力校直机为例来说明其结构特点。这台矫直机的各部结构名称可参看图下面的代号说明。驱动系统的高速端为皮带传动，低速端为齿轮传动。偏心轴通过偏心套及连接杆来带动滑块作升降运动。偏心套与偏心轴的相对相位可调。当两者偏心量同向相加时滑块行程最大，而反向相减时行程最小。压头下面的两个支点间距可以手动调节。在两个支点的两侧装有移送工件的支撑棍。在工件上某一弯曲点被校直之后支撑辊快速抬起，操作者可以轻快 的推移工件使另一个弯曲点对准压头，进行新弯曲点的校直。 22 图 3-1 偏心式压力校直机 1-皮带传动； 2-齿轮传动； 3-行程指示盘； 4-偏心调节电动机； 5-导轨压板； 6-滑块； 7-压头； 8-可移动支点； 9-工作台面； 10-电动机（主驱动）； 11-机架； 12-移送工件的支承辊； 13-操纵台 3.3.2 普通液压压力校直机 普通液压压力校直机已经逐步代替了一些机动压力校直机，并从20 世纪下半叶以来发展很快。在大型材及大锻件的校直生产中几乎全部采用液压校直机。液压校直机具有压力大、结 构紧凑、重量轻、效率高、易控制、好调整等一系列优点，很适合于压力校直的工作要求。如前所述，它也分为立式与卧式两种结构形式，现在分别介绍如下。 、 立式液压校直机 这种液压校直机在生产上应用较多，中小型立式液压校直机很普遍，其机架多为 C 形开式结构。大型立式液压校直机比较少见，其机架多为门形闭式结构，现以某钢厂研制的 1000t 四柱式液压校直机为例来了解这种校直机的结构特点，工作原理及主要参数。 23 如图 3-2 所示，该机主要用于校直经过调质处理后的 500mm特厚壁钢管，管长可达 9m；机器的设计压力为 1000t。机器 的各部件可由图下代号说明。液压站装在机器顶部，其下直接与工作缸相连接。工作缸内的柱塞可推动活动横梁 7 下行可对砧台 8 上的工件施加压力进行反弯校直。主缸两侧的耳缸为提升缸 3，缸内活塞可快速将活动横梁抬起返回原位。上横梁与底座之间用 4 根立柱连接，形成框架封闭受力体系，具有刚性高、强度好、结构紧凑、振动小等一系列优点。整个校直机支承在 4 个行走车轮上，并可沿轨道行走，而工件放在门形立柱之间的工作台上。校直机行走到工件弯曲处同压头对准凸弯进行压下校直。当凸弯相位偏离压头时，由翻钢 图 3-2 1000t 液压校直机简图 1-液压站； 2-工作缸； 3-提升缸； 4-上横梁； 5-工作柱塞； 6-立柱（四根）； 7-活动横梁； 8-砧台； 9-下横梁； 10-工作台； 11-翻钢小车； 12-翻钢辊； 13-小车行走齿条； 14-校直行走轨道 小车开动翻钢辊转动工件，使凸弯对准压头。翻钢辊的翻转角度可任意设定，又可在校后翻转工件检查其直度，并可停在任何位置；翻钢辊的高度可借助液压缸升降，以适应弯曲管的轴线变化；翻钢小车还可沿工作台做纵向移位以适应管子长度改变是改变翻钢位置。 24 该校直机的液压系统由远程溢流阀来保证工作 压力及超载工作时的安全；其单向节流阀用来调节校直速度以适应不同的校直工艺要求。在每一工作循环中对动作程序都有细致的安排。如当压力机快速下降时在压头接触工件后马上减速加压，达到所需压力或压下量后马上停止并进入保压状态，接着进行卸荷并快速提升重新停于原位。校直机主要技术性能指标如下： 最大校直力 1000KN 工作缸直径 825mm 柱塞行程 650mm 柱塞下行速度 20mm/s 柱塞回程速度 160mm/s 被校工件最大尺寸 500mm 被校工件最大长度 9000mm 四立柱的轴线间距 1700*1300mm 油泵压力 20MPa 应该说明：立柱与上横梁及底座的联结要有预紧力，且要大于校直力。立式液压校直机多为固定式，而很少采用移动式，不过在油田的钻井管及石油管供应站里过去常用移动式液压校直机。所以这类校直机专业性较强，在一般金属加工厂及轧钢厂都很少见到 。 、 卧式液压校直机 这类校直机在稳定性、操作性及通用性方面有许多优势。但它占地面积大，故只在大中型条材校直中应用。现以日本大同机械制作所研制的 HPH-150 型卧式液压校直机为例来说明这种校直机的基本结构、主要性能和参数。参看图 3-3，机架为 C 形结构，最大压力为 1500KN。可校直圆钢、方钢、管材、型材及钢轨等条材；也可用于 钢材 的冷弯变形。机器操作台很小并采用移动式脚踏开关，操作位置可以自由改变；可以进行直观的精细加工和微量进给，容易得到所需要的加工精度。机架采用焊接结构并经过整体退火具有足够的强度和刚度 。支点距 离可用手轮或电动机来调节，支点镶块可根据作业需要随时更换，改变加工品种很方便。往复动作的活塞杆经加工镀鉻并抛光处理，能防止漏油面摩擦阻力很小，耐用寿命很长。 25 图 3-3HPH-150 卧式液压校直机外形图 1-液压缸； 2-压头； 3-支撑横梁； 4-活动支点； 5-液压控制板； 6-电动机； 7-油箱； 8-油泵； 9-脚踏开关 该机的技术性能指标及主要参数如下。 最大压力 1500KN 行程 300mm 空行程速度 35.1mm/s 加压速度 3.6mm/s 返程速度 57.5mm/s 油泵 轴向柱塞式 油压 200kg/cm2 流量 16.56L/min 电动机 7.5KW 3.3.3 精密液压校直机 前面介绍的普通液压校直机在每次压弯工件后只能凭感观检查其校直效果，凭经验确定其是否合格，这就容易产生高低不一和疏漏等质量问题。要想保证质量信得过，就需要在取下工件之后在专门平台或工具上进行检查，不合格者重新上机再校，费时费事效 率很低。 26 为了克服普通校直机的这种缺点而研制出精密液压校直机，它是将检测仪表直接装在两个移动支点之间，每次压弯后跟踪检测其校直效果，不达到直度要求不卸下工件。现在以德国顿柯斯机械厂制造的 HR 型液压校直机为例作些介绍。参看图 3-4，该机由两大 部分组成：一为液压压弯系统；二为支承检测系统。图中 1、 2 部分及机身内的油泵油箱等为液压压弯系统，它与普通液压校直机的液 压系统基本相同。图中的 412 各部分为支承检测系统，这个系统比较复杂且对保证校直质量起重要作用。工件夹持在锥形顶头之间垂直于校直机的压头，且其轴线与压头轴 线同处于一个垂直面内。工件可以转动使其凸弯向上，如图 3-5 所示，图中 3 就是转动工件的手轮， 4 是可以带着工件左右移动的滑座，可使需要校直的弯曲部位对准压头。由操纵手柄（参看图 3-4 中 11）精确控制压头的压下量。 图 3-4 HR 型液压校直机外形图 1-液压缸部分； 2-压头； 3-工件； 4-移动支点； 5-检测仪表； 6-工作台； 7-导轨； 8-滑座； 9-锥形顶头； 10-连接杆； 11-操纵手柄； 12-弹性支座 27 图 3-5 液压校直机的锥形顶头 1-锥形顶头； 2-紧定手柄； 3-手轮； 4-滑座； 5-连接导杆； 6-弹性座 压头抬起后由仪表来检测残留弯曲度（参看图 3-6 中 3），不合格时再次压下或旋转一定角度再压下，合格时将其余弯曲点移到压头下进行同样的校直程序。直到全长校直后卸下工件，换上新工件。校直前要根据原始弯曲状态确定支点位置，将移动支点移到该位置，一般要使凸弯处在两支点中间朝向压头。校直时压头将工件压弯 ，工件两端必有起伏，此时两个锥形顶头因装在弹性支座上故能同步起伏而不受阻碍。参看图 3-5 及图 3-6。为了适应不同工件的校直要 求，移动支点、锥形顶头或夹头以及弹性支座等可以做 成多种结构形式，按需要选用。 HR 型液压校直机已经形成系列产品，其结构尺寸与外形示于图 3-7，其尺寸系列及技术性能指标列于表 3-2 中。这种液压校直机采用仪表检测可以保证得到很高的校直质量，同时由于采用灵敏的旋钮式手柄而能随机地、快速地调节压下量。这种手柄（图 3-4 中 11 或图 3-7 中 1）头部可以旋转，能使柄杆中螺杆从柄杆下部伸出任意长度用以调节手柄的摆动角度。因为挡块（图 中 2）位置固定之后螺杆伸出得越长，手柄摆动的角度越小。手柄下的螺杆顶到挡块上之后摆动角即被限定。于是压头下降的行程已限 28 图 3-6 液压校直机的移动支点与检测仪表 1-移动支点； 2-传感杠杆； 3-千分表； 4-移送手柄； 5-连接导杆 定，工件受到的压弯量也已限定。压弯量随摆动角改变的灵敏度很高，只要手柄端的旋钮一动，压弯量随之改变，故操作方便，得心应手。这是一种实用性很好的校直机。 图 3-7 HR 型液压校直机主要尺寸图 1-手柄； 2-挡块 29 3.3.4 程序控制液压校直机 这种校直机比前述的精密液压校直机增加了自动送取料装置和计算机控制系统，可称之为全自动校直机。把当代的高新技术应用到校直机并取得成功。这种校直 机的特点：首先是精确检测，工件的原始弯度可以自动地精确地测定；其次由计算机按已输入的尺寸及材质，针对已测定的原始弯曲算出应设定的压弯曲率和压弯量；第三，按设定的压弯量控制压下，往往一次压下就能达到校直目的；第四，当校直质量未达到标准时，按残留弯度计算重复压下的压弯量并重复上述程序直到达到质量标准为止。这种校直机的优点是：第一，摆脱了人工操作的误差；第二，基本代替了体力劳动；第三，效率高；第四，保证了质量的稳定。下面介绍两个实例供参考 。 1、 6122 型全自动液压校直机 前苏联 6122 型全自动液压校直机用于精密校直长尺寸的圆形断面工件，如光轴、拉杆及分配轴等。这种校直机的示意图绘于图 3-8。由图下的代号说明可以看清机器的结构内容及各组件的作用。 该校直机的主要尺寸及技术性能参数如下： 公称校直力 160KN 压头行程（可调） 125150mm 压头 最小进给量 0.01mm/s 压头运动速度 空程下行 50mm/s 工作下行 3050mm/s 回程 168mm/s 工件尺寸 直径 2554mm 长度 300865mm 可校直断面数（校直点数） 4 个 最高校直精度（径向跳动量） 0.025mm 测量跳动量时仪表进给刻度值 0.0010.01mm 外形尺寸（含工作台） 长（左右） 5110mm 宽（前后） 2790mm 高 2540mm 30 图 3-8 6122 型程控液压校直机的样机示意图 1-机架上身； 2-机架底座； 3-工作平台； 4-液压工作缸； 5-驱动机构； 6-减速机构； 7-油箱组件； 8-压头； 9-限位端盖； 10-油泵； 11-取送料装置； 12-三角支架； 13-取送料小车； 14-取送料横梁； 15-抓取机械手； 16-小车行走气缸； 17-横梁升降气缸；18-机械手气缸； 19-油泵电动机； 20-活塞杆 该机由五大部分组成：压力装置、工作平台、夹送装置、数控装置及配电柜。由图 3-8 可基本看到机架本体、压力装置及夹送装置等三部分。机架是用钢板焊接而成的单柱式 C 型结构件。在工作平台 3上装有车式移动工作台（可见图 3-9）。在机架上部装有液压 工作缸4，步进式驱动装置 5 通过减速机构 6 来带动限位端盖螺母 9 作升降运动。当螺母 9 停到某一确定位置时，活塞杆的粗端 20 下降到 9 处便得到限位二停止使压下量处于调定数值。这套压力装置的液压系统包括有容量为 230L 的水冷油箱 7，装在箱盖上的电动机 19 和由它驱动的油泵 10。为了减小振动在油箱内装有振动补偿器（缓冲器）。需要校直的工件由综合夹送装置 11 将其送上工作台，校完后再由工作台取出。此夹送装置在悬臂式三角支架 12 上，它包括水平移送气缸 16 和由 16 驱动的前后移送小车 13，车上又装有升降气缸 17， 31 图 3-9 6122 型程控液压校直机工作台示意图 1-工作台； 2-导轨； 3-左滑座； 4-右滑座； 5、 6-导杆； 7-液压放大式步进机； 8-减速器； 9-滚珠丝杠； 10-左顶头； 11-液压放大式步进机； 12-减速器； 13-右顶头； 14、 15-气缸； 16-砧板； 17-活动支点； 18-传感器； 19-气缸； 20-杠杆系统 17 下面连着一个小横梁 14， 14 的两端各装一个 钳形机械手 15， 15由气缸 18（共两个）驱动使其夹紧和松开工件并由 17 驱动使其升降工作。这样就可以由夹送装置抓取并抬起工件送到工作台上再下降到两个顶头之间自动卡好，待校直之后再由夹送装置将工件抓取并从两顶头之间抬出放在成品架处。完成一个循环之后再重新抓送工件重复上述程序，形成连续作业。 现在单独把工作平台的构造示意图绘在图 3-9 中，可以看到台上有一套定心夹紧装置，它可以左右移动以便接收送来的工件落在两个顶头之间自动夹紧再移回到压头下面将需要校直的部位对准压头，校好一个部位之后再移换新的部位。滑座 3 及滑座 4 之 间用刀杆 5 及导杆 6 连接成为一体支撑在工作台的导轨 2 上并由液压放大式步进机 7 通过减速箱 8 及滚珠丝杠 9 来带动滑座沿导轨 2 左右移 32 送。左顶头 20 由液压放大式步进机 11 通过减速器 12 来实现旋转动作，右顶头 13 可以随转。气缸 14 及气缸 15 分别推动左右顶头夹紧和松开工作。砧板 16 固定在两根导杆 5 及 6 上，砧板上装置着活动支点 17 和传感器 18，前者用以支撑校直力，后者通过杠杆系统 20来接收弯度信号并显示弯曲程度。支点 17 的移送由气缸 19 来完成，而气缸 19 的动作是按数字程序控制器所发指令进行的。工件被检测断面的数量（或点数）取 决于砧板 16 的数量，因为砧板上都装有活动支点和传感器。全部校直工艺过程皆由数字控制程序自动完成。 2、全自动油压校直机 日式东和精机公司制造的全自动油压校直机示于图 3-10，该机由检测、控制、压下及送取工件等 4 部分组成。校直机可以自动检测弯度并将其转换成可以计数的脉冲信号，以此向压下机构发送指令。压下机构按指令完成压下校直工作。该机不仅能检测工件的弯 图 3-10 全自动油压校直机 1- 装夹及检测装置； 2-取送料机械手； 3-压头； 4-程序控制柜 33 度，而且能监测自己的工作状态防止发生误动作，还可以修改程序。 出现故障和损坏时可更换控制柜的插件，迅速完成维修工作。本机的校直精度及工件效率都是很高的。 该校直机的工作原理是将检测到的弯曲量分布图形、材料特性（屈服强度、弹性模数、原始弯曲及加工历史等）。工件几何特性（各种尺寸及柱面台肩等形状）、校直安排（反弯曲率的分配、反弯次数、压下量及支点位置等安排）、机械功能数据（油压伺服系统、结构刚度及机械精度等）都存入数据库。确定采用相应校直方法使原始曲率及残留曲率均一化，再根据其加工历史确定应力应变关系即强化特性，弯矩与曲率关系即强化性弯矩曲线，来计算校直所需的压弯曲率及其 递减情况，用最少的反弯次数达到最好校直效果完成最佳控制。现将上述控制流程图介绍如下。 开 始 装 夹 工 件 检 测 弯 曲 量 数 据 处 理 弯度达到标准否？ 取 下 工 件 识别弯曲图形 计算控制量 压力机按量工作 否 停 机 是 34 这台机器的检测性能参数如下。 可检测的最小弯度（挠度） 0.005mm 可检测断面（点）数 15 点 检测速度 约 2s/次 35 第四章 JZ-I 型校直机 4.1 用途 JZ-I 型校直机可用于校直单体支柱的油缸与活柱坯料热处理造成的变形，亦可用来校直类似的杆 类管类零件。另备胎具也可用于钢板调平、压弯、压装等工作。并且本机可专用于单体液压支柱活柱和油缸的一般变形校直。 4.2 技术特征 JZ-I 型校直机是液压校直机，具有足够的压力与强度，备有灵活实用的工件悬挂装置，配有方便完善的操纵控制系统。 加载油缸直径 200mm 额定工作压强 20.18MPa 额定压力 1MN 回程力 0.36MN 行程 300mm 加压速度 3.6mm/s 返程速度 57.5mm/s 工作 台长 1400mm 工作介质 乳化液或机油 外形尺寸 2423（高） 25001200mm 质量 3.5mg 4.3 结构特点 如图 4-1 所示，单悬臂式 JZ 校直机由加载油缸 1、机身 2、工件悬挂装置 3、工作台 4、操纵控制系统 5、垫铁 6及照明电气 7 等主要部分组成。 36 图 4-1 4.3.1 加载油缸 油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于 360 回摆运动的液压执行元件。具有结构简 单、工作可靠、制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此，广泛应用于工业生产各部门。其主要应用有：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义 。 JZ-I 校直机的加载油缸采用的是煤矿用得最多的 200mm 直径的油缸及其密封导向元件，活塞杆直径 130mm。为了能在较低泵压20.18MPa 下获得高达 1MN 的压力，采用两个油缸串联，即串缸的特 37 殊设计，其压力 2 2 2 6 2 0 0 ( 2 0 0 1 3 0 ) 2 0 . 1 8 1 1 6 14P N M N 1、液压缸壁厚的确定 缸体是液压缸中最重要的零件，它承受液体的压力，通常缸体采用无缝钢管制成，且大多为薄壁筒，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： 2 yPD 式中 液压缸壁厚（ m） D 液压缸内径（ m） Py 试验压力，一般取最大工作压力的（ 1.251.5）倍（ Mpa） 缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢： =110120aMP；铸钢： =100110aMP；无缝钢管： =100110aMP；高强度铸铁： =60aMP；灰铸铁： =25aMP。 根据上述公式可以计算出该液压缸壁厚为 20mm，所以取 =22.5。 2、最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求 20 2LDH 式中 L 液压缸的最大行程 D 液压缸的内径 由上式可以得出 H 115，所以取 H=120mm 3、计算工作时液压缸所需流量 38 2 - 2 2(1 3 1 0 ) 3 . 6 /44q d v m m s 加 压 加 压 =2.87L/min 2 2 2 2( ) ( 0 . 2 0 . 1 3 ) 5 7 . 5 /44q D d v m m s 回 程 回 程=62.6L/min 4、泵流量的确定 液压泵的最大流量应为： m a x()pLq K q 式中 pq 液压泵的最大流量； max()q 同时动作的各执 行元件所需流量之和的最大值。 LK 系统泄露系数，一般取LK=1.11.3，现取 1.2 m a x( ) 1 . 2 6 2 . 6 / m i n 7 5 . 1 2 / m i npLq K q L L 根据上述结果现选用 CB-Q 外啮合单级齿轮泵，该泵的基本参数为：每转排量 2063mL/r，额定压力 20Mpa ,电动机转速 2500r/min， 与液压泵匹配的电动机选为 Y160M1-2 型电动机，其额定功率为11KW，其额定转速为 2930r/min。 4.3.2 机身 机身采用钢板钢管组焊接件，如图 4-2 所示，强度大，工作可靠，寿命经久。加载油缸安装在上部镗孔里，工作台用螺栓固定在机身下部的台座上，机身是校直机承受作用力的部件，强度及刚度均较高。校直机工作时机身内部受力，且工作平稳无振动，因而不需要打基础，可以把校直机安放在车间里任何需要的位置，但要垫平，使悬挂装置随时平衡。 39 图 4-2 JZ-I 校直机机身结构 4.3.3 工件挂悬装置 工件悬挂装置用于将工件悬挂起来，不加载时，工件被悬挂成脱离工作台上的垫铁，借助悬挂装置的轴承滚轮帮助，可豪不费力地用手轴向移动或转 动工件，以便测量寻找被压下的部位；同样因工件被悬挂不压垫铁，也可以很方便地移动垫铁寻求最合适的下支点位置。当压头压下工件时，由于悬挂装置的让压性，工件接触下面的垫铁，校直反力由下面的垫铁承受，不会压坏悬挂装置。当压头回升后，工件又被悬挂装置自动地悬起。因此本校直机检查测量工件，寻找加压部位，调整垫铁位置都非常方便，又加上操作者自己脚踏操纵压头升降，整个校直操作只需一个人。当校直油缸或活柱时，应选用与其对应的悬挂装置。 4.3.4 工作台 40 工作台是组焊件，有较大的抗弯强度与刚度。其上可放垫铁检测量具，其侧面安装 支加工件悬挂装置。 4.3.5 操纵控制系统 如图 4-3 所示本机操纵控制系统，序号 21 的 QJ16 球形截止阀，通过用户自制三通与高压油管接通；而序号为 20 的 16 回液单向阀 真 值 表 状态 A B 动作 1 0 0 停 2 1 1 快降 3 1 1 慢降 4 1 0 1 1 慢升 5 0 0 0 1 快升 图 4-3 JZ-I 校直机操纵控制系统图 41 通过用户自制三通与回液管连通。脚踏阀 3 与加载油缸之间配有阀 组 7 和交替单向 阀 11，以便实现五种工况。 真值表状态 1，为 A、 B 都不踏下，压力液被脚踏阀隔断，压头无动作； 真值表状态 2，为不踏 B 只踏 A。压力液经 A 管 5 分 6 路与阀组7 内部元件发生关系。从右到左：其一，经 7-1 节流阀流过少量压力液，此状态下不是主流；其二，经单向阀 7-2 隔断；其三，液控切换二位二通截止阀 7-3，使其四畅通，液体经 8 进交替单向阀 11，由液压的作用。交替单向阀处于封闭回液路状态、高压液流入加载油缸活塞腔，实现快降；用于压头趋近工件，及初始加压；其五，使已经处于常闭状态的二位二通阀 7-4 关闭；其六，打开液控单向阀 7-5，以便活塞杆腔的液体顺利流回油箱。 真值表状态 3 是 A、 B 都处于踏下状态，即压力液不仅经 A 进入 阀组 7，还经 B，管路 4 进入阀组 7。其分三路与阀组 7 内部元件发生作用。从左至右，其一，去液控二位二通阀 7-4，由于其液控面积小，对面又有弹簧力，所以二位二通阀 7-4 仍处于关闭状态，不会使压力液经其二路通过 7-4 进入加载油缸活塞杆腔；其三，液控 7-3，该液控面积又大，又有弹簧的帮助，能确保二位二通阀 7-3 处于关闭状态。这样压力液只能通过节流阀 7-1 进入加载油缸活塞腔，实现慢速下降。用于校直工件，控制变形量；由于节 流阀可调，可根据实际需要调好后，锁紧。防止变化；此时加载油缸回液路未发生变化。 真值表状态 4 为 A、 B 处于踏下为止转向 A 复位；此刻由于 A 复位，经管路 5 和 6 路都处于卸压状态， 7-3 仍然处于关闭状态，而7-4 由于弹簧失去控制压力，而导通，液控单向阀也因失去控制压力而关闭，则经 B、管路 4 的高压工作液经二位二通阀 7-4 进入加载油缸的活塞杆腔，而活塞腔的液体由主动高压变成排液背压，使事先处于封闭回液口的交替单向阀仍处于回液口被封闭的状态，回液只能经节流阀 7-1，单向阀 7-2 经 A 回油箱，由于单向阀 7