1 專題 精密校直機(jī)的控制系統(tǒng) 一、概述 機(jī)械、汽車、電機(jī)等行業(yè)大量使用軸類、桿類零件，這些零件的原材料在粗加工火熱處理等過程中不可避免地會出現(xiàn)彎曲變形，如果不進(jìn)行校直處理會直接影響工件的后序加工和使用，甚至可能出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的廢品。所以為了能獲得下道工序所允許的最小切削量或通過精密校直保證工件達(dá)到嚴(yán)格的最終設(shè)計公差要求，校直機(jī)成了工件熱處理后不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。在傳統(tǒng)工藝中，多數(shù)廠家選用手動壓力機(jī)，校直量難以控制，效率低下，難以滿足校直要求；而自動校直是一種先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝，近年來隨著我國工業(yè)整體技術(shù)水平和技 術(shù)要求的提高，該工藝被越來越廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電機(jī)等行業(yè)中。 自動校直技術(shù)通過數(shù)控精密校直液壓機(jī)（簡稱精校機(jī)）完成對軸、管、棒等類零件的校直，是一種先進(jìn)制造技術(shù)，是機(jī)械加工過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、機(jī)床、紡織機(jī)械等機(jī)械制造行業(yè)。發(fā)達(dá)國家對該項技術(shù)的研究起步較早，已開發(fā)出具有本國特色的自動精校機(jī)產(chǎn)品。而我國在這一領(lǐng)域才剛剛起步，目前國內(nèi)應(yīng)用的大部分精校機(jī)都從國外引進(jìn)。隨著我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，此項技術(shù)的重要性日益顯現(xiàn)出來，迫切需要自動校直 技術(shù)及其成套設(shè)備，實現(xiàn)對軸類零件的精密校直，以提高軸類零件的加工精度。 二、 列軸類自動校直機(jī) 一）設(shè)備說明 該產(chǎn)品適用范圍包括：轉(zhuǎn)向齒條、凸輪軸、曲軸、半軸、齒輪軸、電機(jī)軸、減震器桿、活塞桿、車橋殼等軸桿類零件。該系列產(chǎn)品在消化吸收國外技術(shù)的同時，針對國內(nèi)客戶情況，在校直原理、測量方式、人機(jī)交互、特殊工件處理方面都作了大量創(chuàng)新設(shè)計。普通零部件國內(nèi)設(shè)計加工，關(guān)鍵器件選用的是日本、韓國、德國等國家著名公司的進(jìn)口產(chǎn)品，從而保證了利用國內(nèi)產(chǎn)品價格擁有世界級 2 自動校直機(jī)的整體品質(zhì)。 該系列產(chǎn)品主要特性： 1、 高可靠性、高精度的測量系統(tǒng)，測量精度 5m 、顯示分辨率 1m ； 2、 修正量的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，精密液壓控制，自動分析計算修正量 對工件缺陷（中心偏心、橢圓、毛刺等）的特殊處理，解決了假性彎曲的問題 ； 3、 先進(jìn)的 量系統(tǒng)，友好的人機(jī)對話界面，較好地實現(xiàn)了操作者與設(shè)備的人機(jī)交互 ； 4、 簡潔方便的工件夾持定位裝置，用戶可快速方便地調(diào)整工裝，滿足不同工件生產(chǎn)要求 ； 5、 聲發(fā)射裝置可供選擇，可檢測出工件裂紋缺陷 ； 6、 高效生產(chǎn)效率，滿足大批量生產(chǎn)要 求 7、 可存儲多種不同工件參數(shù)，滿足不同種類產(chǎn)品校直需要 二）主要部分介紹 1、液壓控制系統(tǒng) 泵站、液壓閥組、執(zhí)行油缸，液壓控制回路等組成了校直機(jī)的液壓系統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件采用的是世界著名公司的產(chǎn)品，保證了液壓系統(tǒng)工作的精確性、穩(wěn)定性、可靠性。在校直機(jī)待機(jī)工作時，獨到的節(jié)能卸荷方式設(shè)計較好的節(jié)約能源。 2、氣動控制單元 氣動三聯(lián)件、壓力繼電器、集裝閥組以及執(zhí)行氣缸組成的氣動控制回路，構(gòu)成了校直機(jī)的氣動單元。氣動單元主要是控制并執(zhí)行工件的夾緊、定位、分選和運送等動作，在每個執(zhí)行氣缸上都有位置 檢測開關(guān)用于向系統(tǒng)反饋動作執(zhí)行情況，便于動作流程的控制以及故障診斷與排查。氣動元件主要選用日本、韓國公司的產(chǎn)品，動作靈敏可靠，壽命長。 3、工件跳動檢測單元 機(jī)械杠桿式的測量放大機(jī)構(gòu)、高精度的位移和角度傳感器、精密的速度控制電機(jī)以及測量探頭構(gòu)成了工件跳動檢測單元。測量探頭可以采用超硬圓棒式測量挺桿、全開或半開包容式測量片以及高精度標(biāo)準(zhǔn)齒輪等多種方式，分別對軸桿類工件的純圓截面、 D 型截 3 面以及齒輪或花鍵的分度圓等部位的徑向跳動實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。復(fù)雜周密的設(shè)計保證了測量的精確性、實用性 。 4、可編程控制中心（ 可編程控制中心是校直機(jī)的關(guān)鍵組成部分。校直機(jī)繁雜有序的動作都是在它的程序控制下執(zhí)行完成的。 計算機(jī)處理系統(tǒng)相互通訊并協(xié)調(diào)控制各執(zhí)行部件有序的進(jìn)行夾緊、測量、校直部位選擇、加壓實施修正等動作。系統(tǒng)采用日本 列可編程控制器（也可根據(jù)用戶要求選用日本 國 公司的產(chǎn)品），電氣操作和執(zhí)行元件主要采用 公司的產(chǎn)品，工作穩(wěn)定可靠。 5、計算機(jī)處理系統(tǒng) 超高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全可靠的輸入輸出系統(tǒng)、帶大屏幕彩色液晶顯示器的工 業(yè)一體化工作站、高專業(yè)水準(zhǔn)的軟件包，全中文的人機(jī)交互界面，豐富多彩的圖文顯示、可打印的數(shù)據(jù)統(tǒng)計輸出等構(gòu)成了校直機(jī)的計算機(jī)處理系統(tǒng)。軟件設(shè)計方面，我們在借鑒了國外各專業(yè)廠家的先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，增加了我們獨特的校直理念，其中點振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修正是專門針對帶有 D 形截面或表面局部淬火的工件（如轉(zhuǎn)向器齒條）而開發(fā)設(shè)計的。這一類工件通常由于外形的不規(guī)則或各個方向上熱處理不均勻，導(dǎo)致其不同的方向上機(jī)械特性存在差異，如果使用傳統(tǒng)的校正方式很難達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求。向量分解式修正可以在不同的方向上建立不 同的修正模型進(jìn)行校正，出色的解決了這類工件難于校直的問題?？扇我鈹U(kuò)展的工件參數(shù)存儲，滿足了一機(jī)多用的要求。完善的故障自診斷系統(tǒng)可使操作人員迅速排查設(shè)備故障。測量動態(tài)波形顯示可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)工件的圓度誤差、毛刺、凹坑等工件表面缺陷。 6、 工件特殊缺陷的處理 一般工件存在三種缺陷：中心偏心、表面橢圓、毛刺凹坑，針對以上三種缺陷我公司在軟件和硬件上采用了特殊處理方式，如不對以上缺陷進(jìn)行處理，可能隱藏了許多假性彎曲問題，針對中心偏心問題，我們在支撐端加裝了兩套測量裝置，可直接測量出偏心，通過計算機(jī)演算，去除測量點 的假性彎曲；針對表面橢圓問題，我們對測量波形進(jìn)行了波形分解處理，可通過計算得到真正的圓；針 4 對毛刺凹坑問題，我們對測量波形進(jìn)行了平滑處理，把凸點和凹點去除掉，消除了由于毛刺凹坑產(chǎn)生的影響。 三、 列 自動軸類校直機(jī) 一）、設(shè)備說明 列校直機(jī)是長春試驗機(jī)研究所與日本國際計測器株式會社（ 司）合作生產(chǎn)的產(chǎn)品。有自動、半自動兩種機(jī)型，該機(jī)采用了日本技術(shù)及關(guān)鍵零部件，由長春試驗機(jī)研究所生產(chǎn)主機(jī)及裝配，實行中國市場價格，有極高的性能價格比。 零件在鍛造、冷加工、回火、 淬火、調(diào)質(zhì)過程中不可避免地會出現(xiàn)彎曲變形，在這種情況如果不進(jìn)行校直處理，就會影響工件的后序加工或使用，甚至可能會出現(xiàn)廢品。校直機(jī)正是為克服這種不良影響而設(shè)計制造的。 1994 年我所與日本國際計測器株式會社 (司技術(shù)合作，開始生產(chǎn)軸類校直機(jī)，目前形成了 型系列產(chǎn)品。 列校直機(jī)是一種集機(jī)械、液壓、氣動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機(jī)分析為一體的高科技產(chǎn)品。具有優(yōu)良技術(shù)性能，測量精度高，生產(chǎn)節(jié)拍快，工件適應(yīng)能力強(qiáng)，對形狀特異的零部件有一套成熟的程序。 二）、主要部分介紹 該系列樣直機(jī)由智能化的分析測量系統(tǒng)、可程控的電機(jī)、電氣、機(jī)械、液壓、空壓控制系統(tǒng)等組成。具有靈活的人機(jī)對話界面、操作使用方便，快捷。 1、承載機(jī)架 校直機(jī)按主機(jī)結(jié)構(gòu)的形式分為 C 型和門型， C 型機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造加工容易，在下部安裝一可移動工作臺，帶動工件及支承在工作臺上左右移動，把工件移到修正部位。加壓油缸體固定于機(jī)器的上部，活塞可按計算機(jī)的計算修正量對工件進(jìn)行校直。門型機(jī)具有封閉的主機(jī)框架，主機(jī)剛性好，易于加入自動生產(chǎn)線組成真正的全自動校直機(jī)亦稱 列。門型機(jī)架有一個固定的工作臺，加壓油缸為可移動式。兩種機(jī)架的工作臺上件都是可更換式的臺上部件，以適應(yīng)各種可 5 動支承，測量單元、摩擦驅(qū)動裝置，頂尖式回轉(zhuǎn)中心的安裝。 2、液壓控制系統(tǒng) 泵站、閥組、執(zhí)行油缸組成了校直機(jī)的液壓控制系統(tǒng)。泵站由普通交流電機(jī)拖動柱塞式液壓泵為校直機(jī)提供主要動力源，電磁閥組在可編程控制中心的指令下，進(jìn)行有序的快進(jìn)、快退、工進(jìn)、修正進(jìn)給等動作。校直機(jī)是一種工作壓力大，動作頻繁、執(zhí)行精度高的復(fù)雜設(shè)備；動作的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠對校直機(jī)的控制系統(tǒng)提出了很高的要求，國際計測器公司的專用測量放大系統(tǒng)具有較高的可靠性，而且放大器還設(shè)置了各個分步動作 功能，以利操作者或維護(hù)人員檢查機(jī)器的動作。在液壓系統(tǒng)中針對中國地域遼闊和生產(chǎn)場地溫差大的特點，采取節(jié)能卸荷方式，保證了工作油在較合適的工作溫度下的連續(xù)運轉(zhuǎn)。 3、氣動控制單元 校直機(jī)的控制系統(tǒng)在普通工程壓力下，控制機(jī)器各輔助零部件執(zhí)行動作。集裝閥組與各執(zhí)行氣缸的組合構(gòu)成了校直機(jī)的氣動單元。在每個執(zhí)行氣缸上都有敏感元件，用以向 統(tǒng)反饋動作的執(zhí)行情況。氣動單元主要控制回轉(zhuǎn)中心的前進(jìn)、后退、摩擦驅(qū)動壓桿的升降、各個可動支承的組合升降及中心孔部件頂尖的清潔等功能。 4、工件徑跳檢測單元 校直機(jī)的工作有一半取決 于對工件徑跳的檢測，亦稱 量。對于純圓工件的測量徑跳主要做工件的回轉(zhuǎn)驅(qū)動、彎曲位移的檢測以及最大彎曲變形發(fā)生角度的測量，還要將工件停 止在彎曲最大點朝上的位置，精密的速度控制電機(jī)單元驅(qū)動工件的旋轉(zhuǎn)及定位停止。角位移傳感器準(zhǔn)確地給出工件最大彎曲變形發(fā)生的角度和工件需停止的角度。精確的彎曲位移測量傳感器是由差動變壓器式位移傳感器來充當(dāng)?shù)?。由于在工業(yè)現(xiàn)場各種干擾大，傳感器動作頻繁，因此校直機(jī)采用了帶小信號放大器傳感器，很好地解決了信號傳遞所引起的噪聲。針對形狀各異的工件可以安裝不同的探頭，諸如柱形挺桿 ， R 型測量子，板式測量片，對開式圓形測量子等。 5、可編程控制中心 這是校直機(jī)的核心部件，它在程序控制下，指揮包括 內(nèi)的各執(zhí)行部件有序的進(jìn) 行夾持、檢測、修正，系統(tǒng)中采用日本 作準(zhǔn)確可靠，工業(yè)狀況好。各種卡接式安裝， 6 易于局部更換部件。有編程經(jīng)驗的用戶可自行編制用戶程序。 列校直機(jī)在以 中心設(shè)計時，幾乎全部執(zhí)行器件都使用了信息反饋，確保了各執(zhí)行動作準(zhǔn)確可靠，有效地避免了誤動作，保證了工件及設(shè)備的安全。 6、計算機(jī)分析處理系統(tǒng) 列校直機(jī)所用的計算機(jī)是日本國際計測器公司的專用型產(chǎn)品，操作者通過鍵盤輸入的工作參數(shù)。根據(jù)對各種傳感器的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析計算、確定工件的修正部位及修正量，給 元提供依據(jù)。在 數(shù)據(jù)采集和處理過程中，很好地解決了工件表面缺陷或毛刺所引起的測量誤差，并且對橢圓形工件也能正確找出其真實彎曲變形，很好的解決了花鍵及齒輪節(jié)圓徑跳測量問題。對于形狀特異的工件，如轉(zhuǎn)向機(jī)齒條系統(tǒng)，還能用矢量分割方法對可校工作面進(jìn)行有效的校正。以上這些正是 列校直機(jī)軟件包的獨到之處。該單元通過顯示器提供高清晰度的圖文顯示，并可通過打印機(jī)進(jìn)行多功能的統(tǒng)計輸出。 四、 列自動校直機(jī) 一）、簡介 長春試驗機(jī)研究所有著多年的與國外廠商合作生產(chǎn)自動校直機(jī)的經(jīng)驗，經(jīng)過多年的精心鉆研，我們博采眾家之長，推出了 列軸類自動校直機(jī)。該系列產(chǎn)品在消化吸收國外技術(shù)的同時，針對國內(nèi)市場，在校直原理、測量方式、人機(jī)交互提示、中文操作界面、隨機(jī)電子圖文幫助等方面作了大量的完善和改進(jìn)，使之更加適于中國的使用習(xí)慣和現(xiàn)場條件。所采用的元器件經(jīng)過嚴(yán)格篩選，關(guān)鍵器件選用的是日本，德國等國家著名公司的進(jìn)口產(chǎn)品，從而保證了自動校直機(jī)的整體品質(zhì)和可靠性，優(yōu)異的性價比會給新老用戶帶來豐厚的回報。 主要特性： 1、 高可靠性、高精度的測量系統(tǒng)，測量精度 5 m、顯示分辨率 1 m 2、 修正量的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，自動分析計算修正量。 3、 簡法的 工件夾持定位裝置，用戶可快速方便地調(diào)整工裝。 7 4、 友好的人機(jī)對話界面，較好地實現(xiàn)了操作者與設(shè)備的人機(jī)交互。 5、 必要的人與設(shè)備安全防護(hù)措施。 6、 多種可供選擇的功能部件：聲發(fā)射裂紋檢測裝置；實現(xiàn)全自動生產(chǎn)的自動送料帶。 7、 可達(dá)每小時 30的高校直生產(chǎn)效率，實際工作效率由工件的不同精度要求決定。 二）、 列校直機(jī)各主要部分簡介 智能化的分析測量系統(tǒng)、可程控的電機(jī)、電氣、機(jī)械、液壓、氣動控制系統(tǒng)使得 系列校直機(jī)成為一個多技術(shù)門類的復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品。校直機(jī)豐富直觀的人機(jī)界面、向用戶開放的技 術(shù)條件為提高整機(jī)的工作效率創(chuàng)造了極大的方便，各主要部分的有機(jī)配合使得設(shè)備的整體性能出類拔萃。 1、承載機(jī)架 自動校直機(jī)按主機(jī)結(jié)構(gòu)形式可分為 C 型校直機(jī)和門型校直機(jī)兩種。 C 型校直機(jī)是開式框架結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造加工容易、但主機(jī)剛性差，只是對超長的軸桿類工件適應(yīng)性好等特點，一般多用于超長工件的人工上下料操作的半自動校直機(jī)。門型校直機(jī)是封閉式框架結(jié)構(gòu)，具有外觀勻稱、結(jié)構(gòu)緊湊、主機(jī)剛性好、占地面積小、易于上線安裝于自動流水線等特點，選用自動上下料機(jī)構(gòu)即可實現(xiàn)全自動校直。在工作方式上 C 型校直機(jī)采用壓頭機(jī)構(gòu)位置固定， 通過電機(jī)驅(qū)動齒輪齒條機(jī)構(gòu)控制移動工作臺的方式來切換工件軸向校直點；而門型校直機(jī)是采用工作臺固定，通過電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠副控制移動壓頭機(jī)構(gòu)的方式來切換工件軸向校直點。由于 C 型校直機(jī)移動工作臺機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，系統(tǒng)慣量大，因而控制不靈敏，動作靈活性差，切換工件軸向校直點時定位不穩(wěn)定；而門型校直機(jī)移動壓頭機(jī)構(gòu)質(zhì)量較小，系統(tǒng)慣量小，因而控制更靈敏，動作更靈活，切換工件軸向校直點時定位穩(wěn)定性和自鎖性均好。因此，門型校直機(jī)的結(jié)構(gòu)較 C 型校直機(jī)更合理，工作性能更穩(wěn)定，精度更好、效率更高。校直機(jī)的工作臺上定位和夾緊部件采用積木式設(shè) 計，以適應(yīng)各種可動支承、測量單元、摩擦驅(qū)動裝置、頂尖式回轉(zhuǎn)中心的安裝與調(diào)整，同時也方便了易損零部件的維修與更換，更有利于用戶對新 8 產(chǎn)品零部件校直工序的切換與擴(kuò)展。機(jī)械系統(tǒng)關(guān)鍵部件采用日本國 世界著名公司的產(chǎn)品，校直機(jī)運行精度保持性能長久。 2、液壓控制系統(tǒng) 泵站、液壓閥組、執(zhí)行油缸，液壓控制回路等組成了校直機(jī)的液壓系統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件采用的是日本 大利灣 世界著名公司的產(chǎn)品，保證了液壓系統(tǒng)工作的精確性、穩(wěn)定性、可 靠性。在校直機(jī)待機(jī)工作時，獨到的節(jié)能卸荷方式設(shè)計更適合于我國廣闊的地區(qū)氣候差異，保證了自動校直機(jī)能在任何地區(qū)以較合適的工作溫度連續(xù)運行。 3、氣動控制單元 氣動三聯(lián)件、壓力繼電器、集裝閥組以及執(zhí)行氣缸組成的氣動控制回路，構(gòu)成了校直機(jī)的氣動單元。氣動單元主要是控制并執(zhí)行工件的夾緊、定位、分選和運送等動作，在每個執(zhí)行氣缸上都有位置檢測開關(guān)用于向系統(tǒng)反饋動作執(zhí)行情況，便于動作流程的控制以及故障診斷與排查。氣動元件主要選用日本 國 臺灣世界著名公司的產(chǎn)品，動作靈敏可靠，壽命長。 4、工 件徑跳檢測單元 機(jī)械杠桿式的測量放大機(jī)構(gòu)、高精度的位移和角度傳感器、精密的速度控制電機(jī)以及測量探頭構(gòu)成了工件徑跳檢測單元。測量探頭可以采用超硬圓棒式測量挺桿、全開或半開包容式測量片以及高精度標(biāo)準(zhǔn)齒輪等多種方式，分別對軸桿類工件的純圓截面、 D 型截面以及齒輪或花鍵的分度圓等部位的徑向跳動實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。復(fù)雜周密的設(shè)計保證了測量的精確性、實用性。 5、可編程控制中心（ 可編程控制中心是校直機(jī)的關(guān)鍵組成部分。校直機(jī)繁雜有序的動作都是在它的程序控制下執(zhí)行完成的。 計算機(jī)處理系統(tǒng)相互通訊并協(xié)調(diào)控制各執(zhí)行部件 有序的進(jìn)行夾緊、測量、校直部位選擇、加壓實施修正等動作。系統(tǒng)采用日本 列可編程控制器（也可根據(jù)用戶要求選用日本 國 電氣操作和執(zhí)行元件主要采用日本 國 公司的產(chǎn)品，工作穩(wěn)定可靠。 6、計算機(jī)處理系統(tǒng) 9 超高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全可靠的輸入輸出系統(tǒng)、帶大屏幕彩色液晶顯示器的工業(yè)一體化工作站、高專業(yè)水準(zhǔn)的軟件包，全中文的人機(jī)交互界面，豐富多彩的圖文顯示、可打印的數(shù)據(jù)統(tǒng)計 輸出等構(gòu)成了校直機(jī)的計算機(jī)處理系統(tǒng)。軟件設(shè)計方面，我們在借鑒了國外各專業(yè)廠家的先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，增加了我們獨特的校直理念，其中點振式修正大大加快了校直速度。向量分解式修