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軋輥磨床的數控化應用技術

2021-2-18 來源：貴陽險峰機床有限責任公司作者：苟大維，徐新力，秦東，龍合昌

摘要：軋輥磨床是一種金屬切削機床，廣泛應用於鋼鐵、有色、造紙等（děng）行業，隨著各行各業製造工藝要求都不斷提（tí）高（gāo），軋輥磨床的磨削修複（fù）難度較（jiào）大，加工（gōng）複雜度較高，對軋輥磨床提出了更高的數控化要求。選取西門子公司 SINUMERIK 840D sl數控係統為平台（tái），以 MK8463 軋（zhá）輥磨床為研究對象，介紹了數控軋輥磨床的係統配置、工作原理、硬件設（shè）計以及功能特點等。

關鍵詞：軋輥磨床；數控化改造（zào）；技（jì）術應（yīng）用

0 引言（yán）

隨著我國經濟社會（huì）的快速發展和科技水平的不斷提升，工業化進程不斷加快，軋輥磨床作（zuò）為滿足特殊工藝要求的重要工業生產設備，廣泛應用於鋼鐵產業、有色金屬冶煉產業、造紙（zhǐ）印刷產業等諸多工業的（de）生產過程。然而（ér），在實際加工的（de）過程中，高溫氧（yǎng）化、機械磨損等諸多原（yuán）因往往會造成（chéng）軋輥磨床幾（jǐ）何精度（dù）有所（suǒ）下降，需要周期性地對軋輥磨床（chuáng）的運行進行科學修複，最大限度地避免軋輥磨（mó）床在磨削軋輥時的精度和磨削效率下降（jiàng）而（ér）引起的（de）軋（zhá）輥磨床生產質量和工藝效率的降（jiàng）低。但是，在軋（zhá）輥磨床中（zhōng）高磨削、中凹磨削以及錐度磨削等重（chóng）要部件所涉及的機械結構較為複雜，零部件較（jiào）多，軋製工藝所要求的軋輥輥麵母線曲（qǔ）線加工難度較大，工業生產（chǎn）誤差難以控製。在此背景下，選取 SINUMERIK 840D sl 數控係統作為平台，以貴陽險峰機床有限責任公司生產的 MK8463軋（zhá）輥磨床為研究對象，對軋輥磨床進行全新的數控化設計，不斷提升軋輥磨床應（yīng）用效率。

1、軋輥磨床概述

軋輥磨床是鋼鐵產業生產線的重要配套設備，其磨削精度（dù）、磨削效率的高（gāo）低（dī）會在（zài）極大程度上直接影響鋼材生產過程軋輥質量（liàng）和實（shí）際生產效率。在（zài）實際軋製鋼板的（de）過程中，高溫（wēn）氧化或機械磨損（sǔn）等諸多原因往往造成軋輥（gǔn）輥麵麵積減小（xiǎo）、軋製精度下降（jiàng），因此（cǐ），鋼（gāng）材（cái）生產工作人（rén）員需要（yào）定（dìng）時定期對軋輥輥麵進行磨削修複。與此同時，軋機工（gōng）作（zuò）輥和（hé）支撐輥輥麵還需要按照一定排（pái）列方式實現耦（ǒu）合匹配，因此（cǐ），在（zài）軋輥磨床的磨削軋輥的工作過程中，軋輥磨床數字控（kòng）製係統（tǒng）根據（jù）軋輥麵母線的數學模型，計算出砂輪在多種負荷（hé）運動條件下（xià）對輥麵金屬的磨（mó）削程（chéng）度有較大影響，從而根據該磨削程度對軋輥輥麵進行科學修複。軋輥磨床在線測量係統（tǒng）主（zhǔ）要將測量（liàng）數據實時反饋給軋輥磨（mó）床控（kòng）製係統，由控製係統（tǒng）對軋輥磨床機床發出對應的閉環控製指令（lìng），實現對整個軋機生產過程的精密（mì）管（guǎn）理和科學控（kòng）製，圖 1 即為軋（zhá）輥磨床電控係統連接示意圖。

圖 1 軋輥磨床電控係統連接示意圖

通常情況（kuàng）下，軋（zhá）輥（gǔn）磨床的結構形式主要包括工作台移動結構形式和砂輪架移（yí）動結構形式（shì）等兩大類。當軋輥磨床的被打磨工（gōng）件（jiàn）實際直徑小於 630 mm 時，可采用工作（zuò）台移動結構模式布置軋輥磨床；而（ér）當被磨工件的實際（jì）直徑大約 630 mm時，則應該采用砂輪架移動結構形式布置軋輥磨床。同時，在軋輥磨床結構上，還應配置相應的車削拖板（bǎn）等特殊零部件，保證軋輥磨床（chuáng）前導工序的順利加工。在軋輥磨床和其他磨床的機械（xiè）結構對比方麵，軋輥磨床的顯著特點（diǎn）是擁有中高機構，軋輥磨床的輪廓曲線是（shì）借助（zhù）磨床（chuáng）中高機（jī）構實現的。目前，在（zài）國（guó）外的軋輥磨（mó）床中（zhōng），中高機構采用各種各（gè）樣的（de）結構形式，凸輪杠杆結構（gòu）形式的（de）實際（jì）使用範圍最廣。但與此同時，盡管（guǎn）軋輥磨床機械結（jié）構中的中高結構能夠（gòu）有效滿足軋輥磨床軋輥輪廓（kuò）的精度要（yào）求，但（dàn）中高（gāo）機構（gòu）的實際構造較為複雜，傳（chuán）動鏈較長，整個工藝調整過（guò）程較為麻煩，且軋（zhá）輥磨床砂輪架大多為三層架（jià）構形式，實際剛性較差，因（yīn）此（cǐ），國外（wài）部分軋輥磨床也采用 CNC 設（shè）備對其中高機構進行改（gǎi）良（liáng）優化。

2、軋輥磨（mó）床的數控（kòng）化改造技術

2.1 係統組（zǔ）成與（yǔ）工作（zuò）原理（lǐ）

通常情況下，軋輥磨床大（dà）多為金屬切削機床，主要由床身、頭架、尾架（jià）、中心架、磨頭、電氣數控係統等重要部分組成，可以進一步將其劃分為承載係統、驅動係統、磨削係（xì）統和（hé）控製係統等四大子係統。在軋輥磨床的工業生產過程中，頭架、尾架（jià）和中心架支撐軋輥磨（mó）床工件（jiàn），由頭架實現相應的驅（qū）動旋轉功能，數控係統則進一步根據軋輥磨床軋輥表麵母線的數學模型和參數信息（xī）控製軋輥機床做（zuò）多軸複合運動，進而在軋輥磨床實際生產運動過程中實現砂輪對軋輥表（biǎo）麵的磨削控製。

為了實現對軋輥磨床的數控化精確控製，依托於軋輥表麵輪廓曲線相關原理及其參數信息，對（duì）數控係統的 Z 軸、X軸、砂輪和工件轉（zhuǎn）動進行管理（lǐ），滿足軋（zhá）輥磨床工作精度要求。但是，由於軋輥（gǔn）磨（mó）床工業生（shēng）產過程中的軋（zhá）輥輪廓曲線變化幅度較大，橫向精度（dù）要求較（jiào）高，因此，在 X 軸方向必須建立閉環係統控製軋輥磨床運動軌跡，彌補數控係統中對測量絲杠的誤差。在軋輥磨床的磨削過程中，由於砂輪磨損程度隨著砂輪材質的（de）變（biàn）化（huà）和工件材質的變化有所區別，數控係統並不能保證砂輪切削量的（de）固定不變，故而會在一定程度上降低軋輥磨床砂輪生產效率。此外，軋輥磨床剛度較低，甚至（zhì）受周圍環境影響較大，係統（tǒng）的不穩定會造成軋（zhá）輥磨床在 Z 軸方向的爬行。因（yīn）此，為了克服上述（shù）軋輥磨床（chuáng）工業生產缺陷，需單獨控製軋輥係統中的 Z 軸和 X 軸，利用數控係統能控製Z 軸、X 軸以及砂輪、工件的精確化（huà）轉動，以在 X 軸方向建立閉環係統的方式不斷提升軋輥磨床 X 軸方向的運動精度。

2.2 硬件設計

根據上述分析及軋輥磨床設計理論，在對軋（zhá）輥磨床進行數據化改（gǎi）造過程（chéng）中，選擇西門子 840D s1 係統（tǒng）一套，鍵盤、機床操作麵板接口模（mó）塊、機床操作麵板、單軸交流伺服控製和驅動等各一套，可（kě）編程控製器接口模塊和全（quán）數字式直流調速（sù）裝置（zhì）各（gè）兩套，軋輥磨（mó）床縱向運動軸、橫向運動軸、中高機（jī）構偏心運動（dòng）軸（zhóu）和中凹機構偏心運動軸等運動（dòng）軸的交流伺服電機三個，更包括工件砂輪拖動（dòng）電機、電子手輪和電（diàn）源等諸多設備。

2.3 功能（néng）特（tè）點

在軋輥磨床輔（fǔ）以西門子公司（sī） 840D s1 數控係統（tǒng）後，軋（zhá）輥磨床縱向運動軸、橫向運動軸、中高機構偏心運動軸、中凹機構偏心運動軸等數控軸能在小範圍內采用移動手持單元進（jìn）行（háng）科學控製，既能夠設置（zhì）相應的快速點（diǎn）動功能，又能借（jiè）助西門子公司 804D s1 數控係統（tǒng）的電子手段定量調控，操作方便，簡（jiǎn）單快捷，有效提高了軋輥磨床工業（yè）生產效率。首先，在此過（guò）程中，以適（shì）應軋輥磨床內置數據信息特質而設計開發的專業分析（xī）程序，能在輸入少量軋輥磨床（chuáng）參（cān）數信息的基礎上開展砂輪對（duì）軋輥（gǔn）表麵的（de）磨削工作，使軋輥磨床基層操作專業複雜度（dù）大幅度（dù）降低，普通員工即可完成，更能夠借（jiè）助現代社會發（fā）展較快的智能機器人實現軋輥磨床砂輪對軋輥表麵（miàn）的磨削（xuē），無需專業人員（yuán）再次安裝程序和編寫控製程序。

其次，軋輥磨床在配備西門子公司 840D s1 數控係統後，能夠（gòu）有效（xiào）編程和存儲任意組正弦曲線、CVC 曲線（xiàn）、錐度曲線、倒角曲線等磨削數學模型和（hé）磨削曲線數據，能夠編程和存儲任意組磨削工藝參數和任意組砂輪修整工藝參數，極大限度（dù）地提高了軋輥磨床工藝設備參數（shù）信息修改便捷性。再者，在具備（bèi） 840D s1 數控係統的軋輥磨床專用編程界麵，能夠使磨削曲線（xiàn）和工藝參數編撰更加簡單明了，能夠借助軋輥磨床數控係統對磨削過程中的操作界麵參數信息進行修改，使磨削工序能夠按工藝參數信息編號組合（hé），有效提升（shēng）了軋輥磨床生產效（xiào）率。

最後，軋輥（gǔn）磨床配（pèi）備西門子 840D s1 數控係統後，機床具備斷電（diàn）回退保護功能。當軋輥磨床發生安全事故或（huò）處於斷電狀態時，能（néng）夠有效（xiào）利用其數控中心（xīn）控製係統保護軋輥磨床機構動作，使軋輥（gǔn）磨床砂輪和工件間保持一定距（jù）離而保護（hù）工件。同時，軋輥磨床數控係（xì）統還具備完善的專家診斷係統，能（néng）夠及時（shí）為軋輥磨床操作者提供更加（jiā）有效的預警信息和提示（shì）信息，為軋輥（gǔn）磨床檢修與維護（hù）工作人員的運維管理工作提供一定參考。此外（wài），配備西門子840D s1 數控係統後，具備磨削曲線參數、工藝參數以（yǐ）及工藝流程等的（de）顯示功能（néng），能夠實時顯示當前軋輥磨床磨削切麵的相關參（cān）數，最（zuì）大限（xiàn）度地使軋輥磨床操作者了解磨床磨削情況。借助 804D sl 係統的無電池、無風扇運轉、有效伺服電機無（wú）電刷等（děng）特色，保證（zhèng）數控磨床係統和伺服電機檢修次數有效降低，更能夠借助軋輥磨床所（suǒ）采用的電氣控製元器件（jiàn），保（bǎo）證軋輥磨床工作可靠性、精確度與科學性的大幅度（dù）提升（shēng）。

3 、結論

將配備西門（mén）子公司（sī） 840D s1 數控係統的軋輥磨床投入生（shēng）產使用（yòng），對工業生產過程進（jìn）行科學控製時，能夠有效借助（zhù）伺服電機拖（tuō）動方（fāng）式大幅度簡（jiǎn）化（huà）軋輥磨床機械結構，從而有效縮短軋輥磨床機床工件製造時間（jiān），有利於軋輥磨床工件生（shēng）產成本的大幅度降低。同時，配備 804D s1 數控係統的軋輥磨床，其磨削精度較傳統模式下的機（jī）械式磨削精度有著較大幅度的提升。

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