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摘要：振动摆碾压加工技术是将振动技术引入摆动碾压成形中，具有成形力小、成形效率和成形精度高等特点，可以降低材料变形时所需的外力，还能大幅度提高产品成形质量。为了了解振动摆动碾压力的效果，在现有振动摆动碾压设备的基础上，设计了振动摆碾力检测系统，通过该系统实现对振动摆碾力的实时检测及振动摆碾的控制。根据检测要求，分析振动摆碾力检测系统的组成，选择合适的测力传感元件，设计传感器信号调理电路、A/D 转换电路和串口数据传送电路，并通过按键控制振动摆检测系统中的振动频率及工作进给，选择单片机作为下位机采集摆碾力数据，经过通信电路把数据传送到上位机。
关键词：摆动碾压；振动；力检测；单片机；数据采集
Abstract： Vibration pendulum rolling processing technology is the technology into the swing vibration rolling forming，has low forming force，the fabrication efficiency and high precision，can reduce the deformation of the material required for the external force，but also greatly improve the product forming quality.In order to understand the vibration swing grinding pressure effect，the existing oscillating roller device based on the design of vibration，swinging grinding force detection system，through the system to achieve the vibration swing grinding force detection and realtime vibration swinging grinding control.According to testing requirements，analysis the vibration swing grinding force detection system，select the appropriate force measuring sensing element，design of sensor signal conditioning circuit，A/D conversion circuit and a serial data transmission circuit，through the key to control the vibration swing in the measurement system of vibration frequency and feed，select single chip microcomputer as the nextbit machine acquisition swinging grinding force data，through the communication circuit transmits data to PC.
Key words：Rotary forging；Vibration；Force detection；MCU；Data acquisition
擺动碾压加工艺是美国Midvale & Ordance公司副总裁E.E.Slick在1900年以前提出的一种新的压力加工方法。在1906年，世界上第一台Slick摆碾机在美国问世。20世纪20年代，英国人马赛也开始从事摆碾研究工作。但以后相当长一段时间内，由于模具寿命，生产率和经济效益等几方面的原因，摆动碾压未能得到进一步发展。六十年代以后，由于它具有省力、精度高、无公害等显著优点，越来越受到人们重视。1962年，苏联人A.N.Silckev取得两项摆碾专利。1964年，英国人又在原来的基础上制造和安装了一台能加工φ100mm锻件的70吨摆碾机。波兰人从事摆动碾压研究虽然较晚，1967年才研制成功第一台摆碾机，但在摆碾研究和实际应用方面均处于先进地位。日本到1972年才在名古屋工业研究所制成第一台摆碾机。1979年、1982年和1984年分别在英国的伦敦和斯特拉福及日本的东京召开了三次国际回转加工会议，主要对摆碾工艺、设备及理论等方面进行探讨和交流。到目前为止，世界上已有美国、英国、苏联、波兰、捷克、匈牙利、瑞士、法国、日本、印度等国从事摆动碾压的研究工作和生产实践。
1 设计方案
1.1 力检测及控制总体方案设计
1摆头 2工件 3凹模 4垫板 5球铰 6圆环 7工作台
为了保证振动摆碾力的实时检测，进行检测系统的设计，先对振动摆碾力检测系统作总体的设计分析。如图1所示，振动摆碾力是通过摆碾头做用于工作台上的工件，由于圆锥摆头是不停的旋转并作用于工件上的，为了能够检测出摆碾力任一时刻的力值，将凹模与工作台之间的圆环分成8块，每块贴上应变片，当有摆碾力作用于工件时，每块圆环就会发生变形。通过碾上应变片检测圆柱的形变量，进而测出摆碾力的大小。
1.1.1 力检测及控制硬件方案设计
从应变片测量电路输出的是微小的模拟信号，需进行放大处理然后输入到A/D转换器，经过A/D转换处理后输入到单片机，单片机把处理过的数据信号作初步分析和计算，并将计算后的结果发送到上位机（PC机）。
对于控制方案设计主要是对于工作台上下进给及振动频率控制的设计。根据系统机械结构方案，工作台的上下进给是通过电机来实现，振动频率是通过换向电磁阀来实现的，故可通过单片机和驱动电路来的控制电机和电磁阀。硬件结构框图如下图2所示。
1.1.2 力检测及控制软件方案设计
软件方案的设计主要完成对测量到的振动摆碾力信号进行采集、转换、通信和电机电磁阀控制等功能。振动摆碾力检测系统的软件部分都采用模块化设计，单片机的软件设计主要包括：主程序设计、数据采集程序、通信、控制程序等，采用C51编程。软件结构框图如下图3所示。
2 控制主程序设计
控制程序主要包括步进电机的控制和电磁阀的控制，当单片机接收到按键的信号后，判断是控制的电机还是控制频率，然后根据按键的功能选择去执行控制程序，执行完后结束程序
3 结论
通过对振动摆碾力的检测系统的设计，实现了对振动摆碾力实时检测并且能够对采集到的数据存取，对以后的实验分析提供了数据帮助，弥补了摆碾力测量的局限性，而且为振动摆碾技术的发展和完善提供了有用的实验检测方案
参考文献：
[1]裴兴华，张猛，胡亚民.摆动碾压[M].北京：机械工业出版社，1991：5657.
[2]蔡改贫，姜志宏.低频振动摆动碾压体积效应在线检测与控制装置[P].中国专利，200920141568.X，2009114.
[3]裴兴华，王仲仁.摆动碾压在国内外的发展与应用[J].金属成形工艺，1984（1）：5056.
作者简介：第一作者陈丛城，男，广东韶关人，研究方向：机械设备设计与维护。
关键词：摆动碾压；振动；力检测；单片机；数据采集
Abstract： Vibration pendulum rolling processing technology is the technology into the swing vibration rolling forming，has low forming force，the fabrication efficiency and high precision，can reduce the deformation of the material required for the external force，but also greatly improve the product forming quality.In order to understand the vibration swing grinding pressure effect，the existing oscillating roller device based on the design of vibration，swinging grinding force detection system，through the system to achieve the vibration swing grinding force detection and realtime vibration swinging grinding control.According to testing requirements，analysis the vibration swing grinding force detection system，select the appropriate force measuring sensing element，design of sensor signal conditioning circuit，A/D conversion circuit and a serial data transmission circuit，through the key to control the vibration swing in the measurement system of vibration frequency and feed，select single chip microcomputer as the nextbit machine acquisition swinging grinding force data，through the communication circuit transmits data to PC.
Key words：Rotary forging；Vibration；Force detection；MCU；Data acquisition
擺动碾压加工艺是美国Midvale & Ordance公司副总裁E.E.Slick在1900年以前提出的一种新的压力加工方法。在1906年，世界上第一台Slick摆碾机在美国问世。20世纪20年代，英国人马赛也开始从事摆碾研究工作。但以后相当长一段时间内，由于模具寿命，生产率和经济效益等几方面的原因，摆动碾压未能得到进一步发展。六十年代以后，由于它具有省力、精度高、无公害等显著优点，越来越受到人们重视。1962年，苏联人A.N.Silckev取得两项摆碾专利。1964年，英国人又在原来的基础上制造和安装了一台能加工φ100mm锻件的70吨摆碾机。波兰人从事摆动碾压研究虽然较晚，1967年才研制成功第一台摆碾机，但在摆碾研究和实际应用方面均处于先进地位。日本到1972年才在名古屋工业研究所制成第一台摆碾机。1979年、1982年和1984年分别在英国的伦敦和斯特拉福及日本的东京召开了三次国际回转加工会议，主要对摆碾工艺、设备及理论等方面进行探讨和交流。到目前为止，世界上已有美国、英国、苏联、波兰、捷克、匈牙利、瑞士、法国、日本、印度等国从事摆动碾压的研究工作和生产实践。
1 设计方案
1.1 力检测及控制总体方案设计
1摆头 2工件 3凹模 4垫板 5球铰 6圆环 7工作台
为了保证振动摆碾力的实时检测，进行检测系统的设计，先对振动摆碾力检测系统作总体的设计分析。如图1所示，振动摆碾力是通过摆碾头做用于工作台上的工件，由于圆锥摆头是不停的旋转并作用于工件上的，为了能够检测出摆碾力任一时刻的力值，将凹模与工作台之间的圆环分成8块，每块贴上应变片，当有摆碾力作用于工件时，每块圆环就会发生变形。通过碾上应变片检测圆柱的形变量，进而测出摆碾力的大小。
1.1.1 力检测及控制硬件方案设计
从应变片测量电路输出的是微小的模拟信号，需进行放大处理然后输入到A/D转换器，经过A/D转换处理后输入到单片机，单片机把处理过的数据信号作初步分析和计算，并将计算后的结果发送到上位机（PC机）。
对于控制方案设计主要是对于工作台上下进给及振动频率控制的设计。根据系统机械结构方案，工作台的上下进给是通过电机来实现，振动频率是通过换向电磁阀来实现的，故可通过单片机和驱动电路来的控制电机和电磁阀。硬件结构框图如下图2所示。
1.1.2 力检测及控制软件方案设计
软件方案的设计主要完成对测量到的振动摆碾力信号进行采集、转换、通信和电机电磁阀控制等功能。振动摆碾力检测系统的软件部分都采用模块化设计，单片机的软件设计主要包括：主程序设计、数据采集程序、通信、控制程序等，采用C51编程。软件结构框图如下图3所示。
2 控制主程序设计
控制程序主要包括步进电机的控制和电磁阀的控制，当单片机接收到按键的信号后，判断是控制的电机还是控制频率，然后根据按键的功能选择去执行控制程序，执行完后结束程序
3 结论
通过对振动摆碾力的检测系统的设计，实现了对振动摆碾力实时检测并且能够对采集到的数据存取，对以后的实验分析提供了数据帮助，弥补了摆碾力测量的局限性，而且为振动摆碾技术的发展和完善提供了有用的实验检测方案
参考文献：
[1]裴兴华，张猛，胡亚民.摆动碾压[M].北京：机械工业出版社，1991：5657.
[2]蔡改贫，姜志宏.低频振动摆动碾压体积效应在线检测与控制装置[P].中国专利，200920141568.X，2009114.
[3]裴兴华，王仲仁.摆动碾压在国内外的发展与应用[J].金属成形工艺，1984（1）：5056.
作者简介：第一作者陈丛城，男，广东韶关人，研究方向：机械设备设计与维护。