[Zusammenfassung] Um den hohen Anforderungen von Hochgeschwindigkeits-Drahtziehmaschinen an die Düsenlochstruktur sowie den Bedürfnissen der Düsenherstellung und -wartung gerecht zu werden, wurde ein praktisches Düsenlochmessgerät entwickelt. Nach über sechsmonatiger Anwendung hat sich gezeigt, dass das Messgerät benutzerfreundlich ist, eine stabile Leistung erbringt und den Düsenverschleiß in der Drahtziehlinie deutlich reduziert. [Schlüsselwörter] Drahtziehdüse; Düsenlochmessgerät; Mikrocontroller. Drahtziehdüsen sind Schlüsselelemente in der Stahldrahtziehproduktion. Ihre Qualität beeinflusst direkt die Stahldrahtqualität, den Düsenverschleiß, den Energieverbrauch und die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Düsenlochstruktur und -abmessungen sind entscheidende Parameter für die Düsenqualität, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Drahtziehmaschinen. Entspricht die Düsenstruktur nicht den Konstruktionsvorgaben, beeinträchtigt dies die Düsenstandzeit und die Ziehgeschwindigkeit der Drahtziehmaschine erheblich. Daher müssen die Bediener diese Parameter während des Produktionsprozesses umgehend erfassen, um notwendige Nachbearbeitungen und Korrekturen vorzunehmen und so die Produktqualität zu verbessern. In der Metallindustrie wird derzeit üblicherweise flüssiger Kunststoff in die Ziehdüse gegossen, nach dem Erstarren entnommen und die Abmessungen der einzelnen Teile mithilfe eines Projektors gemessen. Dieses Verfahren ist langsam, ungenau und für die Serienfertigung ungeeignet. Aus diesem Grund haben wir ein auf einem Ein-Chip-Mikrocomputer basierendes Schnellmessgerät zur Bestimmung der Form von Ziehdüsen entwickelt. Dieses Gerät erfasst die Abmessungen verschiedener Teile innerhalb der Ziehdüse schnell, präzise, ​​komfortabel und intuitiv und erfüllt somit die Anforderungen der Metallindustrie in den Bereichen Forschung, Konstruktion, Fertigung und Prüfung von Ziehdüsen. 1 Systemstrukturdesign 1.1 Strukturelle Merkmale der Drahtziehdüsenbohrung Der axiale Querschnitt der Drahtziehdüsenbohrung ist in Abbildung 1 dargestellt und besteht aus vier Teilen: Einlasskonus A, Kompressionskonus B, Kalibrierzone C und Auslasskonus D. Während des Herstellungsprozesses der Düse müssen die geometrischen Abmessungen der verschiedenen Teile der Düsenbohrung in axialer Richtung sowie die Kegelwinkel 2β, 2α, 2γ usw. kontrolliert werden. Daher ist die zentrale Herausforderung bei der Messung der Düsenbohrungsform die Entwicklung einer geeigneten Methode zur Messung der radialen Änderung (Verschiebung) der Bohrungsform. Da der minimale Durchmesser der Kalibrierzone der Düsenbohrung 0,2 mm beträgt, können gängige Messmethoden die internen Bohrungsparameter nicht direkt messen. Abbildung 1. Axialer Querschnitt der Drahtziehdüse. 1.2 Strukturelles Design des Messsystems Um die Struktur der Ziehdüse schnell und präzise zu messen, haben wir einen Messmechanismus entwickelt (siehe Abbildung 2). Dieser besteht aus einer beweglichen Ziehdüsenplattform, einer Messsonde, einem Wegsensor sowie einer Mess- und Steuerschaltung. Die Messsonde 2 hat ein spitzes Ende, das tief in die Ziehdüse eindringen kann, und ihr Mittelteil ist um die feste Halterung 3 drehbar. Das andere Ende ist über einen Aufhängungsdraht 4 mit dem Wegsensor verbunden. Die Ziehdüsenplattform 7 dient zur Aufnahme der Ziehdüse. Ein Gleichstrommotor 5 ist unter der Plattform befestigt und treibt nach der Getriebeuntersetzung die Gewindespindel 6 an. Diese bewegt die Ziehdüsenplattform linear und gleichmäßig entlang der Achse der Düse. Während der Messung wird die Ziehdüse 1 auf die Plattform gesetzt, die Sonde leicht an den Rand des Einlasskonus der Ziehdüse angelegt und der Motor gestartet, um die Ziehdüse mit gleichmäßiger Geschwindigkeit nach rechts zu bewegen. Die minimalen Änderungen in der gemessenen Ziehdüsenstruktur werden vom Wegsensor in ein Spannungssignal umgewandelt. Durch Messung dieser Spannung werden die Struktur und die Abmessungen der Chipbohrung ermittelt. Die Messergebnisse können auf einem LCD-Display angezeigt oder zur Analyse und Datenspeicherung über eine serielle Schnittstelle an einen Host-Computer übertragen werden. Abbildung 2: Strukturdiagramm des Chipbohrungs-Messmechanismus: 1 – Chip; 2 – Messsonde; 3 – Halterung; 4 – Aufhängungsdraht; 5 – Motor; 6 – Gewindespindel; 7 – Plattform. 2. Schaltungsdesign: Das System basiert auf einem Mikrocontroller und besteht aus einem Sensor- und Signalaufbereitungsmodul, einem Motorsteuerungsmodul, einem seriellen Kommunikationsmodul, einem Tastatur- und Anzeigemodul usw. Der Aufbau ist in Abbildung 3 dargestellt. Das Schaltungsdesign löst im Wesentlichen die folgenden Probleme: 2.1 Genauigkeit der Datenerfassung: Um die Genauigkeit des Systems zu gewährleisten, wurden folgende Maßnahmen ergriffen: (1) Wir wählten den FX-31 AC-Differenzialsensor (LVDT), der sich durch einen einfachen Aufbau, zuverlässigen Betrieb, hohe Empfindlichkeit und gute Linearität auszeichnet. Seine höchste Auflösung erreicht 0,1 mV, und der Frequenzgang liegt im Bereich von Hunderten bis Tausenden Hertz, was den Anforderungen der Lochmessung optimal entspricht. Abbildung 3: Systemschaltplan (2) Die Signalaufbereitungsschaltung verwendet den Single-Chip-Differenzialtransformator AD598. Der AD598 wandelt in Verbindung mit einem LVDT dessen mechanische Position in eine hochpräzise Gleichspannung mit unipolarer oder bipolarer Ausgangsspannung um. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren benötigt er weder Anregungssignale mit konstanter Amplitude und Frequenz noch eine Kompensation der Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärseite des LVDT oder der durch Temperatur- und Frequenzänderungen verursachten Verschiebung. Er zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und gute Stabilität aus. (3) Der Mikrocontroller ist der neu eingeführte ADμC812 von Analog Devices. Er integriert einen 12-Bit-ADC-Wandler mit sukzessiver Approximation. Da der ADμC812 bereits werksseitig kalibriert ist und während des Betriebs per Software nachkalibriert werden kann, gewährleistet er eine hohe Genauigkeit der A/D-Wandlung im System. 2.2 Kommunikation mit dem Host-Computer: Die Kommunikationsschaltung besteht aus MAX232 und MAX491. Der Datenaustausch mit dem Computer erfolgt über die MAX232-Schnittstelle. Mit dem MAX491 lässt sich ein kleines lokales Netzwerk (LAN) mit 485-Schnittstelle aufbauen, um den Datenaustausch zwischen mehreren Messgeräten und dem Host-Computer in der Produktionshalle zu ermöglichen. Dies ermöglicht die Nachverfolgung der Produktqualität und bildet die Grundlage für die Qualitätsbewertung der Werkstatt. 2.3 Anzeigeschaltung: Während des Schleifprozesses muss der Bediener die Struktur der Matrizenbohrung rechtzeitig erfassen, um den nächsten Arbeitsschritt durchzuführen. Die Anzeigeschaltung zeigt die Strukturkurven und verschiedene Parameter des Modells an. Sie verwendet ein KS0713-Punktmatrix-LCD-Modul mit einem integrierten Schaltkreis (LSC), Treiber und Controller. Es wird direkt von einem Mikrocontroller gesteuert, empfängt acht parallele Datensignale und zeigt die Daten im internen Datenspeicher (DDRAM) des Moduls an. Da eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen den im DDRAM angezeigten Daten und den Punktmatrix-Einheiten des LCD-Bildschirms besteht, werden die chinesischen Schriftzeichen und die lochförmigen Strukturkurven mithilfe der entsprechenden Punktmatrix auf dem LCD dargestellt. 2.4 Messung des Motorsteuerungssystems: Bei der Messung muss sich die Formplattform je nach Prozessanforderungen mit unterschiedlichen konstanten Geschwindigkeiten gleichmäßig bewegen. Hierfür wird ein Mikro-Gleichstrommotor verwendet, dessen Steuerschaltung den von TEMIC hergestellten U2352B DC-Last-PWM-Leistungsregler (Pulsweitenmodulation) nutzt. Das Steuersignal stammt vom integrierten D/A-Wandler des ADμC812. Da der U2352B die Motordrehzahl mittels Pulsweitenmodulation steuert, zeichnet er sich durch einen großen Regelbereich und hohe Präzision aus. 3. Software-Design Die gesamte Systemsoftware ist modular aufgebaut und besteht im Wesentlichen aus einem Hauptprogramm, einer Datenerfassungs-, einer Datenverarbeitungs-, einer Parametereinstellungs-, einer Anzeige- und einer Kommunikationsroutine. Das Hauptprogramm steuert das gesamte System, einschließlich Initialisierung und Tastatur-/Display-Verwaltung. Die Datenerfassungsroutine erfasst die Messsignale in Zusammenarbeit mit der Systemhardware. Die Datenverarbeitungsroutine umfasst Datenfilterung, Datensegmentierung und numerische Berechnungen. Die Parametereinstellungsroutine legt verschiedene Messparameter fest (Abtastzeit, Düsenlänge usw.). Die Anzeigeroutine zeigt die eingestellten, gemessenen und berechneten Werte sowie Kurven an. Da die Datenverarbeitung die Methode der kleinsten Quadrate für die stückweise lineare Anpassung verwendet, ist der Rechenaufwand relativ hoch und der Datenbereich groß. Daher verwendet diese Systemsoftware Mehrbyte-Gleitkomma-Berechnungen für die numerischen Berechnungen. 4. Technische Spezifikationen: • Messbereich Innendurchmesser der Drahtziehdüse: 0,2–15 mm; • Messgenauigkeit: 0,01 mm; • Einstellbereich Vorschubgeschwindigkeit der Düsenplattform: 0,1–5 mm/s; • Kommunikationsgeschwindigkeit mit dem Host-Computer: maximal 115,2 kbit/s; • Ausgestattet mit einem Endschalter für die Werkzeugposition und Rückstellfunktionen zur Selbstkalibrierung. 5. Fazit: Im Vergleich zu anderen Ländern befindet sich die Technologie zur Herstellung von Drahtziehwerkzeugen in meinem Land noch auf dem Stand der 1950er und 1960er Jahre. Werkzeugkonstruktion, Produktionsprozess, Werkzeugherstellungsanlagen und Prüfgeräte sind vergleichsweise veraltet. Das im Dezember 2003 bei Xianyang Steel Pipe & Steel Rope Co., Ltd. getestete Werkzeug zur Formmessung von Drahtziehwerkzeugen erwies sich als benutzerfreundlich und leistungsstark. Nach mehr als sechs Monaten Einsatz sank der Verschleiß der Werkzeuge in der Drahtziehlinie deutlich, und auch der tägliche Wartungs- und Reparaturaufwand reduzierte sich erheblich. Der Einsatz des Werkzeugs zur Formmessung von Drahtziehwerkzeugen in Konstruktion, Produktion und Wartung ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Fertigungsqualität von Drahtziehwerkzeugen in meinem Land und die Steigerung der Ziehgeschwindigkeit und Produktionseffizienz von Drahtziehmaschinen.