直缝焊管机组多用CAD的开发

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1991.01.033 北京科技大学学报 第13卷第1期 Vol.13 No.1 1991年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1991 直缝焊管机组多用CAD的开发 段柏平·施东成◆ 摘要：为了提高直链焊管机组轧辊孔型设计的效率和质量，采用电子计算机辅助设计 方法(CAD)进行轧辊孔型设计。该方法仅用10mi血左右就可完成参数计算、变形图和 辊型筒图的绘制工作。绘制全套轧辊零件图亦可从一个月缩短到数小时。文中概述了直缝 焊管机组轧辊孔型计算机辅助设计系统(ZHG一CAD)的主要功能和特点。 关健词：计算机辅助设计，轧辊孔型，轧辊辊型 Development of Multi-Purpose CAD System for Roll Pass of Straight Welded Tubing Duan Baiping'Shi Dongcheng' .ABSTRACT:Roll pass design of straight welded tubing with CAD method have been developed in order to raise the efficiency and the quality of products.By using this system,calculation of parameter,drawing roll-flowers and drawing roll contouring were accomplished in ten minutes.Design period for a set of spare graphs have been reduced from one month to several hours.The functions and characteristics of the computer-aided design system for roll pass (ZHG- CAD)are described. KEY WORDS:Computer-Aided Design(CAD),roll pass,roll shape 焊管在钢管生产中占有重要地位。高频直缝焊管机组是由成型辊、挤压辊、定径辊等十 几对至数十对轧辊组成。这些轧辊的孔型设计对钢管的成型、焊接表面质量有直接影响，对 1990-09-04收稿 ·机铖工程系(Department of Mechanical Engineering) 56

第13 卷第 1 期 19 9 1年 1 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S d e n e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l 。 1 3 N o . 1 J a n 。 1 9 , i 直缝焊管机组多用C A D 的开发 段 柏平 , 施东成 ’ 摘 要 : 为了提高直缝焊管机组轧辊孔型 设计的效率和质量 , 采用电子 计算机辅助设计 方法 ( C A D ) 进 行轧辊孔型设 计 。 该方法仅用10 口 in 左右就 可 完成 参数 计算 、 变形 图和 辊型 简图的绘制工作 。 绘制全套轧辊零件 图亦可从一个月缩 短到数小时 。 文 中概述了直 缝 焊管机组轧辊孔型计算机辅助设计系统 ( z H G 一 C A D ) 的主要功 能和特点 。 关健饲 : 计算机轴助设计 , 轧辊孔型 , 轧辊辊型 D e v e l o P m e n t o f M u l t i 一 P u r P o s e C A D S y s t e m f o r R o l l P a s s o f S t r a i g h t W e l d e d T u b i n g D “ a n B a ` P i ” 夕 ’ S h i D o n 夕 c h e n 夕 ’ , A B ST R A C T : R o l l p a s s d e s i g n o f s t r a i g h t w e ld e d t u b i n g w i t h C A D m e t h o d h a v e b e e n d e v e l o p e d i n o r d e r t o r a i s e t h e e f f i e 宜e n e y a n d t五e q u a li t 了 o f p r o d u e t s 一 B 了 u s i n g t h i s s y s t e m , e a l e u l a t i o n o f p a r a m e t e r , d r a w i n g r o l l 一 f l o w e r s a n d d r a w i n g r o ll e o n t o u r i n g w e r e a e e o m p li s il e d i n t e n m i n u t e s . D e s i g n p e r i o d f o r a s e t o f s p a r e g r a p h s h a v e b e e n r e d u e e d f r o m o n e m o n t h t o s e v e r a l h o u r s 一 T h e f u n e t i o n s a n d e 五a r a e t e r i s t i e s o f t h e e o m p “ t e r 一 a i d e d d e s i g n s 犷s t e m f o r r o ll p a s s ( Z H G - C A D ) a r e d e s e r i b e d - K E Y W O R D S : C o m p “ t e r 一 A i d e d D e s i g n ( C A D ) , r o ll p a s s , r o l l s h a p e 焊管在钢管生产 中占有重要地位 。 高频直缝焊管机组是由成型辊 、 挤压辊 、 定径辊等十 几对至数十对轧辊组成 。 这些 轧辊的孔 型设计对钢管的成型 、 焊接表面质量有直接影响 , 对 1 9 9 0 一 0 9 一 0 4 收 稿 机械工程系 ( D e P a r t瓜 c n t o f M e c h Z n i e a l E n g i n e e r i n g 5 6 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1991. 01. 033

提高生产率和降低能耗也起重大作用。 用人工设计一套轧辊，从设计到绘图，大约需要一个月左右的时间，工作量较大。而且， 在现行孔型设计方法中，有许多公式和参数的选择是由实践经验而定，往往因人而异。即使 是同一机组同一规格的钢管，不同的工厂和不同的设计人员往往设计出不同的孔型参数，这 就不利于轧辊的标谁化和系列化。 为了提高焊管轧辊孔型设计的质量和效率，应用CAD方法进行孔型设计，可以缩短设 计周期，提高孔型质量，对轧辊的规范化也有一定的促进作用。采用这一方法，仅用10mi 左右就可完成参数计算、变形图和辊型简图的绘制工作，绘制全套零件图也只需4~5左 右。 1ZHG-CAD软件系统的功能 ZHG-CAD软件系统具有以下功能：孔型参数的设计计算，图形的绘制；数据的输出； 数据的输入、储存和检素以及自卫和故障提示功能。图1为软件系统功能图。 1.1孔型参数的设计计算 孔型参数的设计计算是由“孔型设计模块（程序）”完成的。包括了成型机组的水平辊 和立辊、挤压辊以及定径机组的水平辊和立辊的变形和几何参数（弯曲半径、变形角和闭口 成型孔型的导向环厚度等)的设计计算。 Control program Calculation Drawing graph Output results Data management of parameter Poltter Printer output output output Input data Seek data Single Doubie Edge Combine deformation deformation deformation deformatior Deformation graph Roll pass graph Spare graph of tube strip 图1软件系统功能图 Fig.1 Block chart of functions of the system 成型银的设计方法采用单半径、双半径、边缘弯曲变形和棕合弯曲变形四种方法，可供 设计人员选择使用；挤压辊则有单半径和双半径两种孔型设计方法(1)。 1.2图形的绘制 图形绘制模块可以根据设计计算数据进行成型部分的管坯变形图、轧辊辊型简图和零件 工作图的绘制。 57

提高生产率和降低能耗也起重大作用 。 用人 工设计一套轧辊 , 从设 计到 绘图 , 大约需要一个月左右的时间 , 工作量较大 。 而且 , 在现行孔 型设计方法 中 , 有许多公式和参数的选择是 由实践经验而定 , 往往因人而异 。 即使 是 同一机组同一规格的钢管 , 不同的工厂和不 同的 设计人员往往设计出不同的 孔 型参数 , 这 就不利于轧辊的 标准化和 系列化 。 为 了提高焊管轧辊孔 型设计的质量和效奉 应用 C A D 方法进行孔型设计 , 可以缩 短设 计周期 , 提高孔型质量 , 对轧辊的规范化也有一定的促进作用 。 采用 这 一方法 , 仅用 1 o im n 左右就可完成参数计算 、 变形图和辊型简图的绘制工作 , 绘制全套零件 图 也 只 需 4 ~ 5 五左 右 。 Z HG 一 C AO软件系统的功能 Z H G 一 C A D 软件系统 具有以下功能 : 孔 型参数的设 计计算 , 图形的绘制 ; 数据的输出 , 数据的 输人 、 储存和 检素以及自卫和 故障提示功能 。 图 1 为软件系统功能 图 。 1 。 1 孔型参教 的设计计算 孔型参数的 设 计计算是 由 “ 孔型设 计模块 ( 程序 ) ” 完成的 。 包括了成型机组的水平辊 和立辊 、 挤压辊以及定径机组的水平辊和立 辊的变形和几何参数 (弯曲半径 、 变形角和 闭 口 成型孔型的 导向环 厚度等 ) 的设计计算 。 图 l 软 件系统功能 图 F 19 . 1 B l o e k e h a r t o f f u n e t i o n s o f t h e s y s t e m 成型辊的设计方法采用单半径 、 双半径 、 边缘 弯曲变形和综合弯曲变形四种方法 , 可供 设 计人 员选择使用 ; 挤压 辊则有单半径和双半径两种孔型设计方法 〔 ” 。 。 2 圈形 的绘 制 图形绘制模块可 以根据设计计算数据进行成 型部分的管坯变形 图 、 轧辊辊型简图和零件 工作图的绘制

管坯变形图和轧辊辊型简图是检验管坯变形规律、确定各种轧辊辊径和轧辊零件工作图 主要尺寸参数的依据。 轧辊零件工作图的绘制包括轧辊图形、尺寸、公差标注、技术条件以及图框等。 1.3数据的输出 数据输出模块包括屏幕显示、打印机打印和绘图仪输出三种方式。 孔型参数的设计计算结果、管坯变形图和轧辊辊型简图可以采用屏幕显示或打印机输 出。轧辊零件工作图则通过绘图仪输出。 1.4数据的输入、储存和检素 在进行孔型参数设计计算时，需要输人一些原始参数数据。例如，管坯尺寸、机组排列 型式、带钢宽度和类型等。对设计计算结果则需要存人数据库，以便检索和增副。 这些数据的输入、储存、检索和增副是由一套完整的数据管理模块实现的。 1.5自卫和故障提示 本系统还设有“自卫”和故障提示功能。当程序以非正常方式启动时，系统能自动起保 护作用，拒绝执行程序以防止程序和数据的破坏，能够进行自卫。此外，当打印机、驱动器或 磁盘等外围设备出现故障时，或在操作过程中处理不当时，软件系统能自动进行故障提示， 在屏幕上显示故障（错误）类型和改正的方法。 2软件系统的特点 该软件系统的设计指导思想是：易于掌握使用、易于学习理解、易于增酬更新。在吸收 国内同类软件系统优点的基础上‘)，增加了一些新的内容和特点。 2.1采用汉字系统 根据孔型设计的一般程序，·以通俗易懂的 表1轧银孔型设计基本敷据 汉字形式显示于屏幕上，设计人员只需按汉字 Table 1 Elementary datums of 提示操作，就能正确得出所需的计算结果。 roll pass 设计计算过程中输人的原始基本数据，以 及设计计算的结果亦都以汉字表格形式显示或 机组中共10台成型机（平一5和立一5）， 8台定径机，挤压辊用单半径方法设计 输出。例如，表1为所输入的轧辊孔型设计基 本数据，以便设计人员加以确认是否有误。表 图号： ZHG-04805/G002 2~表4分别为成型机组水平辊和立辊，焊接 项目 数值 注韩 机组的导向辊、挤压辊和抛光辊，以及定径辊 De 48.00mi 燥管外轻 设计数据的计算结果。 5.00m血 焊管壁厚 D' 0.01mm 直径公差 2.2通过“菜单”选择程序流向 & 140.00mm 管坯宽度 软件系统各功能的选择和转化是通过“菜 按(Enter)键进入下一屏 58

管坯变形图和轧辊辊型简图是检验管坯变形规律 、 确定各种轧辊辊径和轧辊零件工作 图 主要尺寸参数的依据 。 轧辊零件工作图的 绘制包括轧辊图形 、 尺寸 、 公差标注 、 技术条件以及图框等 。 1 。 3 教据 的翰出 数据输出模块包括屏幕显示 、 打印机打印和绘图仪输出三种方式 。 孔型参数的设计计算结果 、 管坯变形图和轧辊辊型简 图可以采用屏幕显示或 打 印 机 输 轧辊零件工作 图则通过绘图仪输出 。 教据的 翰入 、 储 存和检索 在进行 孔型参数设计计算时 , 需要 输人一些原始参数数据 。 例如 , 管坯尺寸 、 机 组排列 出.1 任OJ 型式 、 带钢宽度和类型等 。 对设计计算结果则需要 存人数据库 , 以便检索和增剐 。 这些数据的输人 、 储存 、 检索和增川是由一套完整的数据管理模块实现的 。 、 1 。 5 自卫和故津提 示 本系统还设有 “ 自卫 ” 和故障提示功能 。 当程序以非正常方式启动时 , 系统能 自动起保 护作用 , 拒绝执行程序以防止程序和 数据的破坏 ,能够进行 自卫 。 此外 , 当打印机 、 驱动器或 磁盘等外围设备 出现故障时 , 或在操作过程中处理不 当时 , 软件系统能自动进行故障提示 , 在屏幕上显示故障 (错误 ) 类型和改正的方法 。 该软件系统的设 计指导思想是 : 国内同类软件系统优点的基础上 〔 2 ’ , 软件系统 的特点 易于掌握使用 、 易于学习理解 、 易于增删更 新 。 在吸收 增加了 一些新的内容和特点 。 2 。 1 采用 汉字系统 根据 孔型设计的 一般程序 , 以通俗 易懂的 汉 字形式 显示于屏幕上 , 设 计人 员只需按汉字 提示操作 , 就能正确得出所需的计算结果 。 设计计算过程 中输人的 原始基本数据 , 以 及设计计算的结果亦都以汉字表格形式显 示或 输出 。 例如 , 表 1 为所输人的轧辊孔型设计基 本数据 , 以便设计人 员加以确认是否有误 。 表 2 ~ 表 4 分别为成型机组水平辊和立辊 , 焊接 机组的导向辊 、 挤压辊和抛光辊 , 以及定径辊 设计数据 的计算结果 。 2 . 2 通过 “ 菜 单 ” 选 择提序流向 软件系统各功能的选择和 转化是通 过 “ 菜 5 8 表 1 轧 辊孔里设计墓本狱据 T a b l e 1 E l e m e n t a r y d a t u m s o f r o ll P a s s 机组 中共10 台成型 机 (乎一 5和立一 5 ) , 3 台定径机 , 挤压辊用单半径方法设计 图 号 : Z H G 一 。魂a o s / G o 0 2 数值 4 吕 。 00 rn 地 5 。 OOtn 垃 O 。 Ol m ln 1 4 0 。 0 0. 血 注释 焊誉外径 焊 誉壁厚 直 径公差 管坯宽度 项几目 ,D, B 按 ( E n t e r )键进人下一屏

表2成型机组孔型设计数据 表3焊接机孔型设计数据 Table 2 Datums of shaper train Table 3 Datums of welder 单半径孔型设计数据（水平辊） 轧辊类型 孔型设计数据 序号 R,mm 时，mm R,mm B bf,mm 83.22 96.4° 导向辊 26.57 349.20° 41.61 192.8 挤压提-单24,40 27.74 320.0° 16 抛光银 25.40 4 26.61 335.0° 9 5 26.57 349.2° 5 (Enter)-下一屏 (Esc)·上一屏 (Enter)-下一屏 (Esc)一上一屏 单半径孔型设计数据（立辊） 表4定径辊孔型设计数据 Table 4 Datums of sizer train 序号 位置 R,mm 0 序号 R,mm RV,mm RA多mm 1 H1-H2 55.48 144.6° H2-H3 33.29 240.9° 0.17 24.40 24.23 H3-H4 27.18 295.1° 2 0.13 24.23 24.10 H4-H5 26.59 301.6° 0.10 24.10 24.00 5 H5-H6 26.57 349.2° R'定径量RV-立辊半径R4水平辊半径 (Enter)-下一屏 (Esc)一上一屏 (Eater)-下一屏 (Esc)-上一屏 单”来显示和操作的。“主菜单”有八项功能选择，其内容和格式如下： 功能选择：1一成型机组轧辊孔型设计 2一绘制孔型变形图 3一打印孔型数据 4一显示孔型数据 5一建立数据库 6一打印数据库目录 7一绘制辊型简图 8一绘制零件图 按(1-8)键： (ESC-系统结束 设计人员可根据需要进行选择和操作。 当完成某一设计功能时，屏幕上将出现相应的“二级菜单”，以便设计人员进一步选择 程序流向。例如，当完成孔型设计任务后，屏幕上将出现如下的“二级菜单”： 孔型设计程序操作引导 1一设计其他成型轧机孔型 2一打印孔型设计数据 3一显示孔型设计数据 4一绘制管坯变形图 5一绘制辊型简图 6一绘制轧辊零件图 <Esc〉·返回主程序 按键 (1-6): 根据“二级菜单”，如果选择“绘制管坯变形图”的程序，在屏幕上会显示如图2所示 的管坯变形图。如果选择“绘制辊型简图”的程序，则会显示各种类型轧辊的“辊型简图”。 例如，图3和图4分别为第5架成型辊和第2架定径辊的辊型简图，并列出其主要参数的数 据。 59

表 2 成型机组孔 型设计数据 T a b l e 2 D a t u m s o f s h a p e r t r a i n 表 3 埠接机孔 型设计数据 T a b l e 3 D a t u m s o f w e l d e r 单半径孔 型设 计数据 (水平辊 ) 轧辊类型 孔型设计数据 序号 8 3 。 2 2 4 1 。 6 1 2 7 。 7 4 2 6 。 6 1 9 6 。 4 。 1 92 。 8 。 32 0 。 0 “ 3 3 5 。 0 。 双 , m m 扫 bI , 皿 皿 导向辊 挤压辊 · 单 抛光辊 2 6 。 5 7 2 4 。 4 0 2 5 。 40 3 4 9 。 2 0 0 5 2 6 。 57 3 4 9 。 2 0 5 ( E n t e r ) 一 下一屏 ( E s e ) 一 上一屏 ( E n t e r ) 一下一屏 ( E s e ) 一上一屏 单半径孔型设 计数据 (立辊 ) 表 4 T a b l e 4 定 径辊孔 型设计效 据 D a t u m s o f s i z e r t r a i n 序号 位置 1 H l 一H Z 2 H Z一H 3 3 H 3一H 4 4 H 4一 H S 5 H S一 H 6 丑, m 边 O 序号 R , m m R V - 5 5 。 4 8 3 3 。 2 9 2 7 。 18 2 6 。 5 9 2 6 。 5 7 14 ) 。 6 。 24 0 。 9 。 2 9 5 。 1 。 3 0 1 。 6 0 3 4 9 。 2 。 叭 1 0 . 1 7 2 4 . ` 0 2 4 . 2 3 2 0 。 1 3 2 4 。 2 3 2 4 。 1 0 3 0 。 1 0 2 4 。 1 0 2 4 。 00 ( E n t e r ) 一 下一屏 ( E s e ) 一上 一屏 R ` 定径 量 双V 一 立 辊半径 又 。 一水 平辊半径 ( E n t e r ) 一 下一屏 ( E s e ) 一 上一屏 单 ” 来显示和操作的 。 “ 主菜单 ” 有八项功能选择 , 其 内容和格式如下 : 功能选 择 : 1 一成型机组轧辊孔型设计 2 一绘制孔 型变形 图 3 一打 印孔型数 据 4 一显示孔 型数据 5 一建立数据库 6 一打印数据库 目录 7 一绘制辊型简图 8 一绘制零件图 按 ( 1 一 8 ) 键 : <E S C 卜 一 系统结束 设计人 员可根据需要进行选择和操作 。 当完成某一设计功能时 , 屏幕上将出现 相应的 “ 二级菜单 ” , 以便设计人 员进一步选择 程序流向 。 例如 , 当完成孔型设 计任务后 , 屏幕上将 出现如下的 “ 二级菜单 ” : 孔型设计程序 操作引导 1 一设 计其他成 型轧机孔 型 2 一打印孔型设计数据 3 一显示孔 型设 计数据 4 一绘制管坯变形图 5 一绘制辊型简图 6 一绘制轧辊零件图 — ( E s c 》 一 返 回 主程序 — 按 键 ( 1 ~ 6 ) : 一 根据 “ 二级菜单 ” , 如果选择 “ 绘制 管坯变形图 ” 的程序 , 在屏幕上会显示如 图 2 所示 的管坯变形图 。 如果选择 “ 绘制辊型简图 ” 的程序 , 则会显示各种类型轧辊的 “ 辊型简图 ” 。 例如 , 图 3 和图 4 分别为 第 5 架成型辊和第 2 架定径辊的辊型简 图 , 并列出其主要 参数的数 据

图2管坯变形图 Fig.2 Deformation graph of tube strip 2,3采用会话型系统进行人机对话 为便于操作，”软件系统采用会话型系统进行人机对话。在整个设计过程中，屏幕上不断 显示汉字提养，引导设计人员输入有关数据和进行操作。即使对计算机操作不太熟悉的设计 ·人员，根据提示要求也能进行操作。例如，如果需要输入成品钢管规格时，屏幕上将出现以 下的提示： 第6架水平成型批 第5架成型立摇 0=349.2” R=26.57mm 8x=26.57 血叫 0=349.2° Bx=52.98925 n如 位置：H5-H6 Rs=26.57 0 Bs=52.98925 员拉 BF=5 血如 按RETURN镜继练 按RETURN键继线 图3第5架成型辊辊型简图 Fig.3 Shape figure of No,5 forming rolls (horizontal and vertical) 第2架水平定径辊 第2架立式定径辊 Rh=24.1 mm Rx=24.23mm B=48.14977mm B=48.25984mm 按RETURN键继续 按RETURN键继续 图4第2架定径银辊型筒图 Fig.4 Shape figure of No,2 size rolls (horizontal and vertical) 60

图2 管坯 变形图 F 19 . 2 D e f o r m a t i o n g : a P h o f t u b e s t r i P 2 ` 3 采用会诺整系统进行人机对话 为便于操作 , ’ 软件系 统采用 会话型系统进行人机对话 。 在整个设计过程中 , 屏幕上不 断 显示汉字提未 , 弓!导设计人 员输入有关数据和进行操作 。 即使对计算机操作不太熟悉的设计 人员 , 根据提示要 求也能进行操作 。 例如 , 如果需要输入成品 钢管规格时 , 屏幕上将出现以 下的提示 : 中中 , 窗 窗 第 5架水平成型辊 第 ` 架成型立辊 e二 3` g o Z . R = 2 6 。 5犷位 m 及 x = 2 .6 5 7 m鲜 0 = 3 4.9 ’ 2 刀二 = 52 0 9 8 9 2 5 皿 m , 位里 : H S 一 H 6 一 双 s 二 2 ` . 5 7 m m 刀 s = 5 2 。 9 8 9 2 5 m m B F 二 5 m m 按R E T U R N 键继 续 按R E T U R N 键继续 图3 第 6 架成型 辊辊型 简图 F 19 . 5 s h a P e f i g n r e o f N o . s f o r 垃 i n g r o l l s ( h o r i : o n t a l a n d v e r r i e a l ) 勺 童霆 第 2 架水平定径辊 R h = 2 4 。 1 血m B = 4 8 。 14 9 7 7 扭 也 按 R E T U R N 键继续 第 2 架立式定径辊 双x = 2 4 。 2 3 m m B = 48 。 2 5 9 8 4 m 位 按R E T U 几N 键继续 图 4 第 2 架定径辊辊型 简图 F i g . 4 s h a P e f i g u t e o f N o . 2 5 1 乞 e r o l l s ( h o r i 么 o n t 盔 1 a n d v e r t i e a l ) 60