法兰盘零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计
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附件1n 对电控带式铣床运用液压自动精度控制和宽度控制戴维斯.艾伦博士,英国谢菲尔德股份有限公司工程与建筑部门项目经理及营业主任。戴维.麦凯,英国谢菲尔德股份有限公司 。 在韩国南部浦项钢铁公司第二分公司的电控带式铣床是在1980年建造的现代的,四分之三的连续的铣床。该铣床工作台宽2050mm,能进行4次粗加工和7次精加工,其带的最大速度 21m/s ,此时的总功率为 56,000kw.限卷重量是达 35.3吨以上。 该铣床的年产量为356万吨。 为了改善加工宽度和精度公差, 浦项钢铁公司决定在尾末的修边机安装液压自动控制(HAWC),并在精加工F4-F7处安装液压自动精度控制 (HAGC) 。 戴维.麦凯的任务是将现代化的机械系统和液压系统连接在总体机器上,利用计算机建立 AWC/AGC的控制,实现新的宽度,机械的安装,进行试车训练。 新的机器在1987年在14 天的截止期间投入使用。n 新设备的概述 一个先决条件是新的设备必须结合现有设备寻求一个方法,在很少次品的基础上运用传统操作实现反转。 因此,液压AGC和AWC气缸设计成产生失稳状态时能够抵挡正常的滚动。 所有的控制系统依靠被挑选的系统与现有系统保持平行,现有的操作员在实验台控制时,必须熟练地操作任何液压系统和机电系统。 AWC 系统包含短行程,单作用气缸设计在水平螺杆的后面与垂直滚动止动器之间,该气缸是伺服控制的,以行程速度为100毫米/s提供在缓冲地址寄存器中的宽度控制,并且实现了顶部量器和尾部刀槽的效果控制。 在粗加工实验台R3后的一些宽度量具过去习惯于给正向反馈电传送控制信号对修边机E4进行自动宽度控制,现在现行的宽度量具在粗加工设备R4后,只需要面对面地调整。 自动精度控制系统在最后4次精加工中被设为短行程,单作用气缸被定位在顶部止动器与螺杆下方的牵引轴承/载荷单元之间。这些气缸具有异常的动态性能(28Hz,速度10mm/s). 由于实际距离在修边机E4与精加工F4至F7之间,分离泵的总成装配能供应到每一个地方。液压设备需要压力为275 bar,具有3微米过滤水平的矿物油。 新的计算机配置包含在以太网总线上连接7个程序数据处理机和11/73微理器处,系统的不同的零件需要被连接在现有的计算机监督管理机构(SCC)和可编程逻辑控制器(PLC)之间的现有的64位通讯端口上。再这之上有被透视的现有通讯和高速结构(因此,现有的计算机系统包含有升温设备站)。 给自动宽度控制/自动精度控制(AGC/AWC)的必须的数据被提取,并沿着以太网总线被连续的传达给新系统。将来,如同新系统能简单地被绑到以太网上那样,这样具有给计算机系统开垦更简单的通信的优点(两三个月以后,更进一步的契约给ENCO加热保留了展示板,并且,更多11/73微处理器必须的中间机座的云状水纹被受到)。n 机械/液压的设计特点自动精度控制(AGC)气缸-自动精度控制(AGC)气缸以及它们的部件的各种零件的视图。 气缸设计为单一的整体,低摩擦的封口的聚四氟乙烯万能插孔带被悬挂在青铜下的活塞上。当气缸处于失稳状态时基准活塞被倾斜用于调节摆动曲面。在进行铣削时,反馈正常的偏差以达到所需要的自由度。 液压管被安装在每个气缸的前面,包括伺服阀。其中一个位置检测器在小型蓄力器之后稍稍可被辨别。其中一个位置检测器在其正对面作配合使用。两个信号从检测器被平均地提供平均行程信号。 检测器组件见。具有1微米分辨率的索尼magnescale 检测器被密封在黄铜体内。 第三类伺服阀被运用(穆格79系列)。第三类伺服阀有它自己的内置组合式闭合环进行位置控制。每个阀的理论额定流量为2230升/分。两个阀被配合每个气缸安装,并且被电线串联运行。在工业工程学上,相当于传动信号从最初的阀到达极限,并且远远超过第二类阀。他们具有200Hz的频响应率响应,提供给所有28Hz的气缸。气缸参数和性能数据见表I。 其动态的性能的检测是:将其安装在相当于试验设备的轧机机架装备上,在一个类似气缸上进行检验(浦项钢铁公司铣床上,直径890mm与960mm比较),伴随完全一样的检测器,伺服阀等等。钢块准确的表现了止动块和滚子的质量,给出质量弹簧在实际铣削条件下的实际表达。频率响应相当于载荷滚压的作用,。环路增益通过动力学最优化软件自动校准。 一个单作用气缸设计的固有特点是流动速率通过伺服阀被测定,因此气缸的速率说明了气缸的实际压力。在气缸的整个工作范围内,在较高和较低区域的范围内,为了防止不必要的高速率,用简单的软件规则把电传动限制在伺服阀范围内,并在延伸和收缩两个方向有效地产生稳定的,对称的速度性能。 自动宽度控制(AWC)气缸-AWC气缸具有一个有球形座的止推轴承和压入活塞。每个气缸均可以通过它附近的自身带的第三类伺服阀确定并使用。伺服阀和位置传感器可与自动精度控制(AGC)相对的部位相互交换。性能细节见表1。条 件气 缸自动精度控制(AGC)自动宽度控制(AWC)内径(mm)980350行程(mm)3050压力(bars)245275负载(吨)1850115速度(mm/s)10100频率响应(HZ)2828位置分辨率(mm)0.0010.001位置精度(mm)0.0040.004表格1失稳强度通过滚子止动器上的牵动背气压缸提供。这些气缸为了在缓冲地址寄存器的主体部分中保持稳定的,低的牵动背压强度而被进行控制,但要增加高压阀来增加推力,以获得尾部结束antinecking切口的特点。n 液压系统-液压泵的总成装配被放在润滑装置里。从F4到F7的液压制动精度控制服务系统包含为四个轴向活塞泵(三个运行设备,一个备用设备)提供275bar(4000磅/平方英寸)压力的具有重力反馈的不锈的钢油箱。 过滤部分是1公称微米(3绝对微米)通过一个网状分离泵单位供给的过滤油的冷却器/过滤器,拉制用油从油箱出来,通过冷却器/过滤器然后回到油箱。 38升的蓄电器集气管,充满氮的高压蓄电器(提供AWC和AGC气缸的暂时需要),被用来关闭每一个轧机机座。这些蓄电器尽可能被固定以达到最佳的动态性能,就象关闭他们各自的气缸一样。n 控制系统的硬件设备 浦项钢铁公司的一项主要业务是在不危害目前系统的前提下,进行新的计算机系统综合。(目前的系统持续运行,并总是象备用设备一样被利用。) 在现有的计算机监督管理机构(SCC)和可编程序逻辑控制器(PLC)之间的64位并行接口使制器丝杠制动精度控制(AGC)不能被扩大或者复制。 解决的办法是在计算机监督管理机构(SCC)和可编程序逻辑控制器(PLC)之间插入一个带有标准数字输入/输出(I/O)设备的程序数据处理机(PDP)11/73,以达到通讯连接的效果(图9)。它的功能很简单。从SCC读入数据作为64位数据,把它存储在存储器,并立即将同样的输出数据再一次传递出去,到达PLC。当数据被转达SCC的时候,发生相同的交换返回命令。每一次程序处理,64位数据为分布给新设备的余项被解码并转换成串行形式。这样的数据将包含所有的输出数据(PDI)和准备资料。 由于在这个转换里对可靠性极端关心,所以包含了一个备用PDP11/73。 当没有机器在使用中时,备用机器象软件开发工具那样可以用于全部新系统。 在主线停机前大约4个月,在它们的功能,操作和可靠性被确定前,这两台机器被安装进行主线试运转。 在主线14天的停机时间里,剩余的计算机系统被拿来联机,尽管AWC得到比AGC低的优先权。全部的系统配置见图9。 功能上,供给4站的HAGC在2台11/73微处理器之间被分开,为了给出在成本和利用之间的合理损害。处理机能力的大致40保持尚未使用。 卷偏心补尝(REC)的微处理器为了服务于任何一个F4和F7站,被看见把最有效偏心输入的任何一个进行转换,在将来,更进一步的微处理器能简单的被加(REC功能上的更多细节晚一会儿会描述)。 配位和记录微处理器的功能是很明显的;它组成以太网上的各种处理机之间的数据流,并分析,储备,指出设计和生产数据。n 控制系统操作特点 自动工件转换器(AWC)系统AWC系统有两种功能: 通过把下宽度末端最小化达到末端收获损失的减少。 在缓冲地址寄存器的主体部分中改善宽度差。因为涉及的修边机是E4,并且缓冲地址寄存器比较薄(大致50mm),少量为了改善已经造成的缩颈的修边机已经通过粗精度/窄边站完成了,通过preopening修边机滚动间隙被计算出来总额,然后迅速地在目标宽度上结束,如同顶端进入修边机那样。当间隙迅速的展开一个适当的量时,在尾端发生类似的过程。 这些快进气缸的运动轨迹(例如线性的,指数的,抛物线的以及其他的等等)能通过调整计算机被选择,并且间隙调整器的速度和行程长度被要求。 顶端和尾端的接近的准确跟踪是本质。这通过特殊的热金属检测器结合缓冲地址寄存器速度测量法被完成。 缓冲地址寄存器宽度控制有2种方式:BISRA计量器仪表;和反馈进给。尽管控制样板模式的电位(为了减少铣床伸长,依靠瞬时滚动强度的精确感应)总是被考虑限制,由于相对低滚动载荷的高摩擦强度,尽管它是被勘测了的。这建立在对规定的了理论来说它是不能解决问题的。前馈电模式通过E3/R3后的宽度表,利用进给宽度误差变化探测是成功的。其结果是出口宽度变化,在站E4/R4后面测得,95缓冲地址寄存器长度在+ 2.0的范围内,如同新宽度表在这存储单元中被测定的那样。这个仪器被用来为了维持系统校准,给缓冲地址寄存器与缓冲地址寄存器宽度之间的障碍更新。不过,因为被包括的传送距离是缓冲地址寄存器长度的重大比率,所以它不被In-缓冲地址监控器反馈使用。n 液压自动精度控制(AGC)包括在液压AGC设备内的工作特性能被分为传统的能被考虑的那些,和有新颖的成分的那些。传统的AGC特性包括:绝对的封闭状态BISRA精度表模式给每个液压站;可变的铣床系数;薄模补偿润滑油;液流补偿;和绝对的或封闭的反馈监视。给每个液压站的绝对封闭状态的BISRA精度表模式都是通过SCC自动地或手动地挑选的。BISRA 精度表的作用是把铣床系数人为地变硬了。发生这种情况是因为来自精确滚动强度的反馈使得AGC扩展气缸补偿铣床伸长。补偿的数量能从0铣床准许的对其自然机械刚性改变到100,结果无限地增加了铣床系数。每个液压站都通过SCC或人为地被给与一个刚性值(从0到100)。动态油薄膜补偿通过气缸在备用滚动轴承油液薄膜浓度正确的动态选择下的运动获得,随着速度和滚动负载的作用而变化。所有AGC气缸运动的精度改变的结果都是带的质量-流量的改变,通过按顺序请求液压站速度改变引起loopier角度的变化。这种顺序是可以预料的,有效地短路信号通过正速度调整从ACG直接送到。对于绝对或封闭状态反馈监控器,站F7出口X光精度能在任何一个状态反馈中被选择。在以前的状态中,系统继续做校正直到目标精度被完成。在后面的状态中,顶部-尾部的精度被接受,并且线圈的余项被始终如一地维持。新ACG特性包括:自动操作;分配监控器反馈和滚动偏心补偿。自动操作反对在系统控制中倾向于一边不均匀加热跨越宽度的带操作的理论。滚动强度面与面之间的差异被测定,并且反馈出显示铣床停止的倾斜系数的功能(当不同的滚动间隙被倾斜时测量铣床系数特性)。这个功能组块的输出说明滚动叠加倾斜的数量被拿来放置,引起不同的强度。校正,对BISRA精度表的类似物,对应滚动间隙恢复10位,因此,改善带跟踪。来自液压站F4,F5,F6和F7的出口X光精度的反馈对其自身是惯例的。不过,这接近的新特征是站F4到F7所引起的增加的强度改变量的校正分配按正比例,通过SCC最初的滚动强度模型计算被计算出来。这将外形和形态干扰减少到最小(图10)。因子x,y和z的计算,见下列计算样本:需要强度分布图形;每个站的百分比精度表调整;并算出每个站的材料刚性。在材料滚动中,备用卷和轴承的偏心率能引起重要的特性,尤其是ACG精度表,这时,就象他们无限地刚性的一样,铣床液压站运转。滚动偏心率如同复值函数,一般地顶部和尾部的滚子是不同的,并从一边到另一边。由此引起的波形是多变的,随着时间的改变和显示高频率元件(第5个谐波以上),通过轴承健作用而被引起。 有效的自动滚动偏心补偿(REC)系统的要求如下: 跟随变动模型的动态。 具有独立的识别顶部和尾部滚动效果的能力,具有传动端和滚动改变端 作用(如,4轴操作) ACC气缸响应要充足地迅速对REC系统要求作出反应,并且抗干扰。系统的方框图见图11n 性能早期的设备可靠性问题,一般相关的伴随着高冲击强度的发生,象高速铣床线管和尾部暴露那样,由于旧系统的瞬时回复能力,在大多数情况下已经用生产率的最小损失解决了。 AWC系统在+2mm的范围内达到了其95缓冲地址寄存器长度的目标。 对线圈主体AGC性能在+0.050mm(+0.002英尺)的范围内是好的。在顶端的偶然误差可归因于铣床设备。新工序和备用计算机系统被安装。1988年3月,两周时间的数据收集结束,覆盖大致3900线圈,表明了96的轻型系列密封的线圈长度在+0.035mm(+0.00138英尺)的范围内,并且,重型系列(6mm以上),95的密封的线圈的长度在+0.045mm(+0.00177英尺)的范围内。(这些长度涉及到每个线圈排除最开始和最后5米的线圈长度。)n 结束语自动宽度控制(AWC)和自动精度控制(AGC)系统,结合了许多新的硬件和软件的特点,和非常苛刻的现有的性能要求,以达到改善带的质量的目的。结合现有的计算机系统交界面潜在的困难区域,并保留了他们的完整性,通过规模巨大的设计和计算完成了。7
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