本發(fā)明屬于旋軋成形加工領(lǐng)域，具體涉及一種確定旋軋過程中抱輥瞬時(shí)柔性力控的方法，以實(shí)現(xiàn)旋軋過程中抱輥瞬時(shí)柔性力控的精確控制。

背景技術(shù)：

1、在旋軋過程中，抱輥要隨著盤坯長大而運(yùn)動(dòng)，始終與盤坯接觸，起到穩(wěn)定軋制過程和盤坯定心的作用，因此控制盤坯所受抱輥?zhàn)饔昧Υ笮『头较驅(qū)Λ@得高質(zhì)量環(huán)盤件至關(guān)重要。對于旋軋工藝，盤坯、主輥和芯輥在軸向不同位置的半徑有所不同，并且在旋壓彎曲階段和異形環(huán)軋階段盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡也不相同，導(dǎo)致盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)以及盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離難以確定；同時(shí)旋軋過程中抱輥與盤坯接觸面積相較于環(huán)件軋制過程大大減小，導(dǎo)致抱輥對盤坯作用力過大，并且作用力方向不能時(shí)刻指向盤坯幾何中心，最終壓扁盤坯，這些對旋軋過程中盤坯所受抱輥?zhàn)饔昧Φ目刂茙硪欢ɡщy。朱帥.ta15鈦合金徑軸向環(huán)軋全過程變形與組織演變[d].西安:西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2015:68-71.利用環(huán)件軋制過程中抱輥運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)軌跡圓相交的辦法解決了環(huán)件徑軸向輾軋中抱輥瞬時(shí)位置確定的問題。li?xuechao等(xuechao?li,lianggang?guo,lei?liang,wenrong?yang.motion?control?of?guide?rolls?in?intelligent?simulation?forprofiled?ring?rolling?process.procedia?manufacturing.2018,15:97-104.)建立異形環(huán)軋過程中抱輥運(yùn)動(dòng)控制的數(shù)學(xué)模型，并給出主輥、抱輥及環(huán)坯合理半徑的選擇標(biāo)準(zhǔn)。這些研究都是針對環(huán)件軋制過程中抱輥運(yùn)動(dòng)的控制，而旋軋過程中抱輥的運(yùn)動(dòng)控制要相對復(fù)雜得多，導(dǎo)致環(huán)件軋制過程中抱輥的運(yùn)動(dòng)控制方法并不適用于旋軋過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不適用于旋軋過程的問題，本發(fā)明提出了一種確定旋軋過程中抱輥瞬時(shí)柔性力控的方法。

2、本發(fā)明的具體步驟如下：

3、步驟一，建立旋軋系統(tǒng)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。

4、通過建立旋軋系統(tǒng)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系以確定所述旋軋系統(tǒng)各部件之間的相對位置關(guān)系；

5、所述基準(zhǔn)坐標(biāo)系以主輥軸向?qū)ΨQ面與該主輥軸線的交點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)o，以該主輥的軸線作為三維基準(zhǔn)坐標(biāo)系的z軸；從所述原點(diǎn)o出發(fā)，指向盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的方向?yàn)槿S基準(zhǔn)坐標(biāo)系的x軸；與xoz面垂直的方向?yàn)閥軸。

6、環(huán)盤件旋軋過程中兩個(gè)抱輥和兩個(gè)彈簧鉸點(diǎn)的位置均關(guān)于xoz面對稱，兩個(gè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)和兩個(gè)彈簧鉸點(diǎn)的x坐標(biāo)、z坐標(biāo)均相同，y坐標(biāo)相反。

7、主輥基準(zhǔn)點(diǎn)與抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)在環(huán)盤件旋軋過程中均位于xoy平面上，芯輥基準(zhǔn)點(diǎn)與盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)則始終沿著x軸方向移動(dòng)；主輥的基準(zhǔn)點(diǎn)與三維基準(zhǔn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)o重合，所述抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)的z坐標(biāo)為0，芯輥基準(zhǔn)點(diǎn)和盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的y坐標(biāo)均為0。

8、所述建立的旋軋系統(tǒng)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)的初始坐標(biāo)為g0(xi0，yi0)，y軸正向一側(cè)圓心a的坐標(biāo)為(xn，yn)。設(shè)y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)為g(xi，yi)，抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)g和圓心a之間的半徑為r，盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)為rc，彈簧原長度為s，芯輥行程為u。

9、所述y軸正向一側(cè)的彈簧一端與彈簧鉸點(diǎn)b鉸接，另一端則與抱輥中心鉸接；所述y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)和圓心a連線與所述三維基準(zhǔn)坐標(biāo)系的x軸之間形成夾角。在旋軋過程中，當(dāng)盤坯的外徑變化時(shí)，所述y軸正向一側(cè)抱輥繞該圓心a轉(zhuǎn)動(dòng)，使該抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)和圓心a連線與所述三維基準(zhǔn)坐標(biāo)系的x軸之間的夾角變化，同時(shí)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)與彈簧鉸點(diǎn)連線始終經(jīng)過盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)。

10、步驟二，確定盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)和盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離。

11、通過確定旋軋過程中主輥與盤坯在軸向上最早接觸處的半徑r1以及在該r1對應(yīng)處盤坯的瞬時(shí)半徑rt1，芯輥基準(zhǔn)點(diǎn)的初始橫坐標(biāo)xm0和瞬時(shí)橫坐標(biāo)xm,主輥下端面半徑r1a以及在該r1a對應(yīng)處盤坯瞬時(shí)半徑rt3,盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的初始橫坐標(biāo)為x0＝rt1+r1，處于y軸正向一側(cè)的抱輥與盤坯在軸向上最早接觸處的半徑r3，以及在該r3對應(yīng)處盤坯的瞬時(shí)半徑rt2，得到盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離r3+rt2；在旋壓彎曲階段，由芯輥行程u＝xm0-xm等于盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)沿x方向的位移d可知盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)rc(x0-u,0)；在異形環(huán)軋階段，由相對位置關(guān)系可知盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)rc(r1a+rt3,0)。

12、所述確定盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)rc以及盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離r3+rt2的具體過程是：

13、ⅰ確定不同階段時(shí)主輥半徑r1和r1a以及對應(yīng)接觸處該盤坯的瞬時(shí)半徑rt1和rt3。

14、以旋軋過程中主輥與盤坯在軸向上最早接觸處的半徑作為主輥半徑r1，以主輥與盤坯在軸向上最早接觸位置與該盤坯軸線之間的垂直距離作為該盤坯的瞬時(shí)半徑rt1；以主輥下端面半徑作為主輥半徑r1a，以主輥下端面與盤坯在軸向上接觸位置與該盤坯軸線之間的垂直距離作為該盤坯的瞬時(shí)半徑rt3。

15、ⅱ確定抱輥半徑r3和盤坯與該抱輥接觸時(shí)盤坯的瞬時(shí)半徑rt2。

16、以旋軋過程中抱輥與盤坯在軸向上最早接觸處的半徑作為抱輥半徑r3，以抱輥與盤坯在軸向上最早接觸位置與該盤坯軸線之間的垂直距離作為該盤坯的瞬時(shí)半徑rt2。

17、確定旋壓彎曲階段盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)為rc(x0-u,0)，異形環(huán)軋階段盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)rc(r1a+rt3,0)。

18、確定旋軋過程中盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)和y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)g之間的距離為r3+rt2。

19、步驟三，計(jì)算y軸正向一側(cè)抱輥的瞬時(shí)位置。

20、通過公式(5)得到y(tǒng)軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)：

21、

22、其中：xn、yn分別為y軸正向一側(cè)圓心a在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；

23、e是關(guān)于xm、rt3和rt2的函數(shù)

24、

25、其中：當(dāng)0<u<uw為旋壓彎曲階段，uw<u為異形環(huán)軋階段；

26、f是關(guān)于xm、rt3的函數(shù)

27、

28、其中：xm0和xm分別為芯輥基準(zhǔn)點(diǎn)的初始橫坐標(biāo)和瞬時(shí)橫坐標(biāo)；

29、r是y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)g和y軸正向一側(cè)圓心a之間的距離；

30、

31、其中：xi0、yi0分別為y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的初始坐標(biāo)值；

32、根據(jù)得到的y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)，確定所述y軸正向一側(cè)抱輥的瞬時(shí)位置；

33、步驟四，確定彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)位置：

34、通過公式(9)和公式(12)確定彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)位置：

35、通過公式(9)得到y(tǒng)軸正向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)b瞬時(shí)坐標(biāo)：

36、

37、其中：α為y軸正向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)b與盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)連線和x軸負(fù)方向所成的夾角，

38、

39、根據(jù)得到的y軸正向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)b瞬時(shí)坐標(biāo)，確定所述y軸正向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)b的瞬時(shí)位置；

40、通過公式(12)確定y軸負(fù)向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)；

41、

42、其中：xq、yq分別為y軸負(fù)向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的瞬時(shí)坐標(biāo)值；

43、根據(jù)得到的y軸負(fù)向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)，進(jìn)而得到所述y軸負(fù)向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)位置。

44、通過公式(13)確定彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)；

45、

46、公式(13)中，xp、yp分別為y軸正向一側(cè)彈簧鉸點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的瞬時(shí)坐標(biāo)值，xi、yi為y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的瞬時(shí)坐標(biāo)值，s為彈簧原長度。

47、本發(fā)明提出的一種確定旋軋過程中抱輥瞬時(shí)柔性力控的方法，首先建立旋軋系統(tǒng)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以確定整個(gè)旋軋系統(tǒng)各部件之間的相對位置關(guān)系，獲取y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)初始坐標(biāo)g0(xi0,yi0)、圓心坐標(biāo)a(xn，yn)、y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)g和圓心a之間的半徑為r；其次確定旋軋過程中主輥和y軸正向一側(cè)抱輥分別與盤坯在軸向上最早接觸處的半徑(r1和r3)以及對應(yīng)接觸處盤坯的瞬時(shí)半徑(rt1和rt2)，主輥下端面半徑以及在該位置對應(yīng)處盤坯瞬時(shí)半徑(r1a和rt3)，得到盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離r3+rt2，并結(jié)合芯輥行程u可知盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)rc；然后根據(jù)確定的相對位置關(guān)系，列出關(guān)于y軸正向一側(cè)抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)的方程組，求解獲得抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)公式；最后由彈簧原長度、夾角α、抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)和盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)來確定彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)。使用本發(fā)明提出的方法，在旋軋過程中，可以準(zhǔn)確地確定盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)以及盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)與抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，從而得到抱輥基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)公式，進(jìn)而由夾角α計(jì)算得到彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)公式，再根據(jù)實(shí)時(shí)檢測到的芯輥瞬時(shí)橫坐標(biāo)xm和軸向不同位置的盤坯瞬時(shí)半徑，準(zhǔn)確計(jì)算出彈簧鉸點(diǎn)的瞬時(shí)位置。該方法能夠有效地控制旋軋過程中抱輥的運(yùn)動(dòng)，合理調(diào)節(jié)抱輥對盤坯的作用力大小和方向，使抱輥位置隨著盤坯長大而運(yùn)動(dòng)，并始終與盤坯外表面保持接觸，減小盤坯基準(zhǔn)點(diǎn)的偏移量，始終維持在0附近波動(dòng)，從而減小盤坯在旋軋過程中的晃動(dòng)，提高旋軋過程的穩(wěn)定性，還能使環(huán)盤件在旋軋過程中的圓度誤差減小，從而提高成形環(huán)盤件的圓度。

48、本發(fā)明為環(huán)盤件在旋軋過程中抱輥瞬時(shí)柔性力控的實(shí)施、實(shí)現(xiàn)抱輥運(yùn)動(dòng)的精確控制以及智能環(huán)軋?jiān)O(shè)備的研制奠定了基礎(chǔ)。