基于MATLAB的卷板機成型半徑研究

汪超 夏宗寶 彭幸玲

摘要：本文介紹了卷板機的發(fā)展現狀，介紹了常見卷板機的分類，運用MATLAB工具建立了主要卷板機成型過程的數學模型，分析了卷板過程中起執(zhí)行作用的移動部件移動的位置和卷板半徑之間的關系。

關鍵詞：卷板機；MATLAB；成型半徑

1緒論

卷板機是利用三點成圓的工作原理，通過改變各個成型輥的空間位置，使被加工板材產生塑性變形的一種加工設備。卷板機常用于汽車、造船、化工、石油、冶金、工程機械、航空航天等各行各業(yè)中，具有通用程度高，適應被生產產品能力強、改型方便、成本較低等優(yōu)點。

常見的卷板機按輥數可分為三輥卷板機、四輥卷板機、兩輥卷板機和多輥卷板機[1]，圖1是某企業(yè)生產的三輥卷板機。

隨著我國的經濟發(fā)展，各行業(yè)的技術能力水平大幅提升，對生產設備的要求也相應提高。未來卷板機的發(fā)展主要體現在提高自動化程度、提高被生產產品的精度、提高生產效率、方便產品改型、降低廢品率、可利用于柔性加工單元。同時，目前我國卷板機研究方面，在卷板成型過程的仿真模擬與數學模型建立方面都不夠完善，實際生產大都是通過工人的經驗來操作，造成精度不高，產品易報廢，造成材料的浪費。

本文嘗試建立常見的卷板機卷板過程的數學模型，并利用MATLAB分析各執(zhí)行移動部件移動的位置與被加工板材成型半徑之間關系。這將有利于提高卷板機卷板加工的精度，減小產品報廢率，節(jié)約資源。

2卷板機分類

卷板機按照輥數可分為三輥卷板機、四輥卷板機、兩輥卷板機和多輥卷板機。其中三輥卷板機和四輥卷板機結構簡單，適應被加工板材性能好，操作者操作方便，被加工板材改型容易，成本相對較低等優(yōu)點，被社會廣泛使用。

三輥卷板機按照三個輥子布置的相對位置關系、各輥驅動和成型功能的分工關系、各輥能否移動等要素，基本可分為：對稱上調式三輥卷板機、上輥十字移動式卷板機、水平下調式三輥卷板機、弧線下調式三輥卷板機[2]。圖2為各輥的工作示意圖。

對稱上調式三輥卷板機下輥主驅動用于帶動被加工板材向前運動，上輥可上下運動，上輥上下運動的位移決定了被加工板材的成型半徑。這種結構的卷板機三根輥子都不能左右移動，因此，最終成型的好的工件兩端必然各有一段未能成型的部分，這部分對被加工板材的外觀和精度有一定影響。這種結構的卷板機結構簡單，工作可靠，適用于加工精度要求不高的場合。

上輥十字移動式三輥卷板機的上輥可以左右移動，通過上輥的左右移動可以減小被加工板材兩端的直線段，但是這種結構整體重心較高，不太適合加工變形應力較大的板材，該結構普遍運用于中小結構卷板機中。

水平下調式三輥卷板機下輥可同時左右運動，這樣降低設備的中心，這種結構的卷板機適用范圍比較廣。

弧線下調式三輥卷板機上輥為主動輥，不可移動。下輥可繞某一固定圓心擺動以壓緊和成型板材。這種結構的卷板機結構緊湊靈活，但是兩個下輥擺動過程中，擺動副受力較大，擺動精度誤差容易隨下輥中心到擺動中心的距離被放大。該形式的一種結構如圖三所示。

3卷板機運動過程的數學分析

下面以水平下調式三輥卷板機為例，建立數學模型，利用MATLAB生成數學表達式并分析卷板成型移動副移動的位移與被加工板材成型半徑之間的關系。

3.1建立數學模型

如圖4所示，卷板機工作前各輥和板材的位置及幾何關系。圖中上輥半徑RT，下輥半徑RL，板材厚度T，上輥圓心到下輥圓心的距離L。

成型后各輥和板材的位置及幾何關系如圖5所示。當上輥下降的距離為h時，板材成型的半徑為R。

4結論

本文介紹了一種卷板機成型半徑和移動副移動距離之間關系的研究方法，有效解決了實際生產時，需要操作工多次試驗才能確定卷板機相關參數的缺陷。幫助相關生產企業(yè)提高生產效率，節(jié)約資源，節(jié)省加工成本。

參考文獻：

[1]邢偉榮.卷板機的現狀和發(fā)展[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，2：1016.

[2]郭永平.常用三輥卷板機結構形式及傳動方式[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，6：2123.

[3]郭仁生.機械工程設計分析和MATLAB應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.10.

作者簡介：汪超（1990-），男，漢族，江蘇揚州人，碩士，助理工程師，研究方向：機電一體化技術。