首先探讨了四辊卷板机的工作原理并对卷板工艺过程进行了分析,并以弹塑性力学为基础,深入分析研究板材弯卷过程,推导了板材卸载后的回弹量,结合机床各工作辊的几何位置关系,建立了侧辊行程和板材弯曲半径之间的关系模型,并将该模型应用到控制系统当中。针对四辊卷板机机械结构的特点和卷板机的控制需求,采用了“工控机(IPC)+板卡”的基于开放式总线结构的卷板机控制系统,在此基础上设计了卷板机数控系统的软、硬件结构根据卷板机数控系统需要实现的主要功能,设计了实现板料精确进给功能的主轴驱动伺服系统。 介绍了实现侧辊位置同步的电液比例同步控制系统,侧辊液压缸同步控制采用“同等方式”+“主从方式”控制策略,同步算法采用专家自适应PID控制算法,并对算法结果进行仿真分析。 卷板机是一种锻压机械,属于锻压机械产品中的弯曲校正机类。其工作原理是根据三点成圆原理,利用工作辊相对位置变化和旋转运动,使金属板材产生连续弹塑性弯曲而获得预定形状及精度工件的金属成形加工设备,它以与轴线相互平行的工作辊为执行部件,通过机械或液压驱动工作辊实现位置变化和旋转运动,从而方便地卷制成单曲率或多曲率的弧形或筒形状,如U形、方形、椭圆形、多段R等,广泛应用于航空航天、军工兵器、造船、石油、化工、汽车、机车车辆、压力容器、冶金、工程机械、金属构件等领域。卷板机由于使用的领域不同,种类也就不同。
卷板机从辊数上分两辊卷板机、三辊卷板机和四辊卷板机:按工作辊布置方式可分为对称式和非对称式;按工作辊调节方式可分为上调式和下调式;按工作辊轴线位置可分为卧式和立式;按工作辊的驱动方式分为上传动(上辊主动其余工作辊从动)、下传动(下辊主动、其余工作辊从动)、全传动(工作辊全为主驱动);按主驱动方式分为机械和液压;按功能可分为普通型和多用型;按卷制方法又可分为冷卷和热卷。
在卷板机行业按照工作辊数量及其位置调整方式、排布方式等进行分类,主要类型见表11其中四辊卷板机是目前功能全、效率和精度高的卷板设备。对称式的机器不能弯卷板材的全部长度,板材两端有略小于两个下辊之间距离之半的长度仍然是直的即剩余直边,因此板材保持直边的两端在弯卷之前需要先在专门的预弯机上加以预弯 辊卷板机具有双向预想的大中型卷板设备,适用于重型工件卷制及自动化水平和技术水平较高的场合表1.1不同型式卷板机的特点和结构型式 结构特点适用范围两辊卷板机上辊为刚性辊,下辊为钢制辊芯可预弯边,卷制精度和效率裹有弹性包覆层的弹性辊,利用高,可弯曲有涂层的多弹性介质为板材进行液弯成形,孔板材,波纹管金展丝网上辊为主驱动辊或上下辊同时为等。 适合卷高强度材料,如主驱动辊,上辊位置固定,作旋钛合金不锈钢复合材料等转运动,下辊可作垂直运动 加工板厚在10mm以下。12国外卷板机发展现状国外四辊卷板机数控系统技术已经比较成熟,生产数控系统的企业很多,具代表性的企业有意大利的 ESA/GA、 FACCI、DAVI,荷兰的 DELEM,日本的 FANUC卷板机、安川电机,法国的NUMALLICE,德国的 WAFIOS,瑞士的 CYBELEC等。其中DAⅥ卷板机数控系统的代表产品中比较先进的有用于卷制美国新一代载人航天器ORON的圆锥形外壳部分的四辊航空专用卷板机上的 LEONARDO数控系统。新型的 LEONARDO@是目前卷板行业的CNC系统,其中强大的英特尔奔腾处理器能够全自动编程(通过计算机程序模式),可以卷制具有单曲率半径及多曲率半径的工件(诸如椭圆形、圆锥形、圆形正方形等),且具有如下功能:
我国卷板机经历了从机械到液压再到数控的发展过程,在上世纪七十年代初期开始卷板机专业化生产,生产的机型为机械式对称三辊卷板机,因该设备卷制筒体工件之前,需要专用模具对板材进行两端预弯或者焊接时去除剎余直边,所以即费料又费工。上世纪七十年代末期机械式的四辊卷板机研制成功,与对称式三辊卷板机相比,工作性能大大提高,但也存在机械结构复杂、材料消耗多、生产制造调试周期长等缺点。上世纪八十年代中期,全液压四辊卷板机和液压水平下调式三辊卷板机开始投入市场,采用全液压驱动大大简化了纯机械结构的复杂性,并且可以对板材进行预弯,可以一次上料完成筒体的卷制,又可以对焊接后的筒体上世纪90年代国内陆续开发研制的数控卷板机,经过多年来的不断完善,正日趋成熟,出现了批从事卷板机数控系统研发的单位,其中较为有代表性的有长治钢铁(集团)锻压机械制造公司、第一重型机器厂、第二重型机器厂、泰安华鲁等。目前,国内生产的大型水平下调式三辊卷板机,其冷卷板厚度可以达到250mm,热卷板厚度可以达到400mm,板宽为30m~4500mm,上辊施加的下压力4000k0N~6000kN。国内能够生产大型水平下调三辊卷板机的专业卷板机生产厂家主要有长治锻压、泰安华鲁、湖北鄂重等。目前国内能够生产大型船用卷板机的专业生产厂家主要有泰安华鲁、长锻、南通恒力等,随着我国造船业的快速发展和造船业由大变强的发展需要,现在开发出水平下调式船四辊卷板机数控系统的设计与研究际先进水平。其中泰安华鲁生产的WESK-35×21000大型数控船用卷板机,其卷板宽度可达21米,是目前世界上规格的用于生产大型船舶的数控卷板机两辊卷板机为目前比较新的卷板机,上辊为钢制刚性辊,下辊为钢制芯轴(45号钢)裹有弹性包覆层(材料为大弹性的聚氨酯材料)的弹性辊,利用弹性介质对钣金件进行滚弯成形(RSEM,即为 Rotary shaping with the Use Of Elastic Mediums),是一种先进的钣金制造工艺目前,两辊卷板机已在南京航空航天大学机电学院研制成功,主要用于制造飞行器、开缝轴套、导弹舱壳的主体圆筒、以及民用产品上的各类薄壁零件(圆筒和圆锥形的外壳、薄壁异形零件、不同单元的薄板零件以及带筋或带波纹的板类零件等)。其加工的共性是材料的强度高、成形精度要求高。
总之两辊卷板机的应用前景还是非常广阔的。目前,适应我国罐车行业的快速发展,卷板机需要向薄板、特长型、多曲率和数控化的方向发展随着锅炉、化工、压力容器等行业的快速发展,又要求卷板机向厚板、高强度板和数控化方向发展。以数控卷板机为中心,实现卷板柔性加工单元也是卷板机今后发展的重要方向日前,两辊卷板机,弧线下调式、水平下调式、上辊万能式三辊卷板机,四辊卷板机,船用卷板机等各种卷板机据称均有数控功能。事实上,由于三辊卷板机上下工作辊交错布置,板材在卷制过程中容易打滑,因此无法实现真正意义上的数控。只有四辊卷板机和两辊卷板机可以精确控制板料的进给量,可以实现真正意义上的CNC控制。目前,卷板机数控系统研发的单位,较为有代表性的有长治钢铁(集团)锻压机械制造公司、第一重型机器厂、第二重型机器厂、泰安华鲁等。其中长锻已经研制成功数控四辊卷板机,可与世界卷板机生产厂家产品媲美,具有断电记忆、故障自诊断、卷板的录返记忆、触摸屏集中操作和数控卷板成型等先进功能。国内的这几家数控系统已经初步具备数字显示、人机对话、现场采样、相对调平、绝对调平、辊位控制、断电记忆、故卷制计算、程序控制、工艺参数存储、软件保护等多项功能,有的还具有断电记忆、故障自诊断、卷板的录返记忆、触摸屏集中操作和数控卷板成型等先进功能
四辊卷板机:该机结构型式四辊式，上辊为主传动，通过减速机的转动输出带动齿轮与上辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩；下辊作垂直升降运动，通过液压缸内的液压油作传动介质用于活塞而获得，以便夹紧和支撑板材，为液压传动；在下辊的两侧设有侧辊并沿着机架导轨作倾斜运动，使板材通过三辊的位置变化作圆弧形弯曲，终卷制圆筒。该机优点是板材端部预弯及卷圆可以在同一台设备上进行，省时省工，配合数控系统，适合薄板材大规模流水化作业，工作效率是三辊卷板机的两倍多。详细：
