軋輥磨床數控化改造與應用-數控機床（chuáng）市場網

您現在的位置：磨（mó）床網> 加工與維修>軋輥磨床（chuáng）數控（kòng）化（huà）改造與（yǔ）應用

軋輥磨床數控化改造與應（yīng）用

2023-11-27 來源：江蘇省高淳中等專業學校作者：張芬芬

摘要: 以某冷軋薄板廠軋輥磨（mó）床改造項目為例，對（duì）數控技（jì）術在（zài）軋輥磨床改造中的應用展開分（fèn）析。結果表（biǎo）明，對軋輥磨床數控係統改造後，輥（gǔn）形偏差縮小，磨削時間縮短，人機交互（hù）界（jiè）麵更（gèng）加友好，可以顯示圖形，磨床（chuáng）的整體性能得到提升。

關鍵詞: 數控技術; 軋輥磨床; 改造

數控技術在多個領域得到了廣泛的應用，其中軋輥磨床是（shì）製（zhì）造業不可或缺（quē）的重要設備，其磨削精（jīng）度（dù）與產品質量密（mì）切相（xiàng）關。為提高軋輥磨床的磨削（xuē）精度，需對（duì）數控係統進行改造升（shēng）級。某（mǒu）冷軋薄板廠興建於 20世紀 90 年代末，建廠時的（de）設計產量為 70 萬 t，共有 9條生產線，12 套機組，設備與技術基本上（shàng）都是從國外引進，能夠生產高檔的冷軋板、彩塗板等，其產品在汽車製造、石化油工、建築等行業中（zhōng）有著廣泛（fàn）應用。該廠磨輥車間采用的支撐輥磨床是從（cóng）美國引進的，主要負責酸洗冷軋聯合機組（zǔ）與平整機組的支（zhī）撐輥修磨任務。磨床在長時間服役中數控係統不斷老化，部（bù）分（fèn）功能喪失。而客戶對板麵的質量要求逐步提高，軋輥磨床的加工（gōng）精度對生產形成了一定的製約，亟需對軋輥磨床進行改造，以便更好地滿（mǎn）足生產需要。

1、改（gǎi）造（zào）原因及目標

1. 1 改造原因

近年來，軋鋼技術逐步完善，帶鋼質量逐步提升，為（wéi）生產出能夠（gòu）滿足不同客戶需求（qiú）的帶鋼產品，需（xū）提升軋輥修（xiū）磨技術，令軋（zhá）輥的輥型複雜程度更高，磨削精度更高，偏（piān）心度、錐度偏（piān）差更小，操作（zuò）更加方便，自動（dòng）化程度更高，磨削速度更快，以適應更多的軋輥材質，應用範圍更廣（guǎng）。該廠的支撐輥磨床數控係統由插件版計算機、德國西門子公司出（chū）品的 S5 係列 PLC 組成，計算機（jī）與（yǔ） PLC 之間以點對點方式傳輸信號［1］。受到計（jì）算機軟（ruǎn）、硬件方麵的限製，導致該磨床的自動化程度偏低（dī），使用過程（chéng）中（zhōng）經常出現（xiàn）問題（tí），具體表現在以下幾方麵:偏差大。磨削加（jiā）工後的軋輥輥形存在較大的偏差，影響了冷軋板質量。輥形偏差是（shì）指磨削加工的輥（gǔn）形與預先設定的輥形（xíng）之間（jiān）的差值。軋（zhá）輥作為軋（zhá）鋼生產中鋼板的變形工具，對精度要求較高，尤其是對平（píng）直度要求（qiú）較高，即＜ 50μ。軋輥磨床存在的主要（yào）問題是磨（mó）削輥形偏差較大，約為 100μ，無（wú）法滿足冷軋（zhá）鋼板的板形精度要求，對冷軋板質量的提升產生了嚴重製約，無法滿足高精度、高質量產品的生產需要。

磨削效率低。磨床對軋輥中心校準的時間較長，數控程序中不具備補償功能，導致（zhì）磨削效率低，平均每根（gēn）軋輥的磨削用時約為 60 min 左右。由於效率過低（dī），導致磨削至規定精度所需的道次增多，軋（zhá）輥及砂輪的損耗隨之增大，致使輥耗降低。為供應質量合格、精度達標的軋輥（gǔn），需保（bǎo）證軋（zhá）輥的周轉量充足，這樣將導致生產成（chéng）本（běn）增加。若是能夠在現有條件（jiàn）基礎上（shàng）提高軋輥磨床的磨削效率（lǜ），則可使軋輥的周轉量隨之減少。

自（zì）動化程度（dù）偏低。從軋輥磨（mó）床的操作性能來看，係統采用的操作界麵較（jiào）差，無法（fǎ）顯示（shì）圖形，導（dǎo）致生產過程中無法隨時查看圓度、磨削偏差等情況［2］。磨削程序較落後，無法自由編程，不（bú）具備硬件（jiàn）擴展功能，無法實現（xiàn）聯網通信及集中控製，不利於磨輥間生產率的提升。

故障率偏高。由於磨床的控製及傳動係統結（jié）構較為複雜，致使設（shè）備故障率（lǜ）增加（jiā）。該軋輥磨床的傳動係統為直流係統，穩定性與可維護性較差，不但會對作業效率的提升產生影（yǐng）響，還會增加維護成本。直流電動（dòng）機的缺點是需要經常保養碳刷，如果維護不及時將可能引發故障。係統插件版采用分立元件，與 PLC 之間的通信方（fāng）式為點對點，PLC 與現場元件的通信方式也是點對點，需要敷設的電（diàn）纜（lǎn）數量較多（duō），故障率隨之增高，發生故障後查找及處理難度較大［3］，因此（cǐ）對軋輥磨床的數控係（xì）統進行升級改造勢在必行。

1. 2 改造目標

結合軋鋼生產（chǎn）及磨輥需求，對軋輥磨床數控係（xì）統進行升級改造（zào），主要目標（biāo）如下:

係統改造後，使磨削加工的輥形偏差小於 10 μ，提高板形質量，為高品質（zhì）、高精度產品的批（pī）量生產提供保障。在（zài）數控係統軟（ruǎn）件程序中增加補償功能（néng），縮短磨削時（shí）間，提高磨削效率，使（shǐ）每根軋輥的磨削時間從原來（lái）的 60 min 縮減至 40 min 以內，以降低軋輥的周轉量［4］。引入友好型的人機操作界麵，增加圖形（xíng）顯示功能，采用模塊化思路設計磨（mó）削程序，為自由編程提供支撐（chēng）。進一步簡化控製與傳動係統的結構，避免發（fā）生故障，提高磨床運行穩定性。用（yòng）工業 PC 機替代 CNC 係統，數控係統（tǒng）與 PLC 的通信及 PLC 與現（xiàn）場元（yuán）件的通信全部改為程序總（zǒng）線網絡( Profibus) ，減少電纜敷設量。

2、改造內容

本次改造屬（shǔ）於整體（tǐ）項目範疇，數控係統的選擇是改造（zào）的重點內容，要求所選的數控（kòng）係（xì）統具（jù）備良好的控製性及（jí）通用性，在提升軋輥磨（mó）削精度及質量（liàng）的基礎上降低工作強度。

2. 1 改造方案

可用於軋輥磨床數控（kòng）係統改造的方案有以下幾種:

方案一: 工業 PC 機（jī） + CNC + PLC。該（gāi）方案的係統架構（gòu）如圖 1 所示。

圖 1 工業 PC 機 + CNC + PLC 架構示意圖

該方案（àn）中，數控係統的所有單元均獨立，通過840D 將獨立 PC 機、CNC、PLC 等單（dān）元集中於一塊插件版上，各自獨立運行程序（xù）。其最突出的（de）特點是（shì） 840D的應用，係統具有較強的通用性，故障率（lǜ）相對較低，便於維修（xiū）［5］。

方案二: CNC + PLC，以（yǐ）工業 PC 機替代 CNC。該方案的係統架構如圖 2 所示。

圖 2 CNC + PLC( 以工業 PC 機替代（dài） CNC) 架構示意圖

該方案中，CNC 被工業 PC 機取代（dài），PLC 得以保留，將 PC 機（jī）劃（huá）分為兩部分（fèn），即操作和控（kòng）製（zhì），前者主要（yào）負責（zé）對控製部分發出的指令信息進行接收與執行，後者可（kě）實現控製及圖形處理等功能。CNC 被工業 PC 機所取代，係（xì）統的硬件結構變得更加簡單，因 PC 機為工（gōng）業專用，故而（ér）該係統的通用性較差，但專業性（xìng）非常強，維修難度增大（dà）。

方案三: 工業 PC 機代替 CNC 與 PLC。該方案的架構如圖 3 所（suǒ）示

圖 3 工業 PC 機代替 CNC 與 PLC 的架構示意圖（tú）

該方案中，CNC、PLC 的（de）功能均在 PC 機上，以軟件控製方式實現，PC 機具有超強的邏輯運算能力，利用擴展的總線接口（kǒu），可與外部的驅動單（dān）元相連接。軟件型控製係統為實時操作係統，能夠對 CPU 資（zī）源（yuán）自主使用，借助 Windows 操（cāo）作係統，可完成畫麵顯（xiǎn）示、數據通信、邏（luó）輯（jí）掃描、控製任務等。該係統突出的特點是運算功能強大，現場總線技術的運用，豐富了控製（zhì）係統對外圍（wéi）輸入及輸出信號的監控。

從硬件結構、操作界麵、編程方式、磨削功能等方麵對上述 3 種改造方案進行比較，確定將方案一作為本次軋輥磨床數控係統改（gǎi）造的主（zhǔ）要方案，選用某機床廠提供的支撐輥磨床 MK84125，因為 840D 係統的通用性強，能（néng）夠使（shǐ）現場設備保持（chí）正常運轉，加（jiā）之係統價格較低，故將其作為首（shǒu）選。840D 數控（kòng）係統由德國西門子公司（sī）研發，功（gōng）能強大，包括（kuò）人機界麵、可編程控製器、數控內核、驅動控製等。係統（tǒng）各部分功能如圖 4 所示。

圖 4 係統各部分功能示意圖

2. 2 操作界麵（miàn）的開發

選好數控係統後，依托相關的（de）開發軟件，對（duì）操作界麵進行定義，通過操作界麵的開發，實現（xiàn）全麵自動化（huà）操作，以提升磨床的磨削效力及加工質量，輔助用戶以（yǐ）分層方（fāng）式管理機床。對軋輥磨床的加工工藝進行融合設計，包括工件中心自動校正、砂輪（lún）自動修整、磨削自（zì）動循（xún）環（huán）、輥形偏差自動測量與修整及補償，按照實（shí）際需求（qiú），對加工工序進行靈活組合（hé），實現不同軋輥及表麵質量的整合。操作界麵由（yóu） 6 個窗口組成，具體開發過程如下:手（shǒu）動調整。軋輥磨床在非磨削（xuē）加工狀態時，可運用手（shǒu）動調整窗口，以（yǐ）實現對磨床（chuáng）伺服軸、頭架主軸電機、砂輪主（zhǔ）軸電機、測量（liàng）臂等的手（shǒu）動（dòng）調整。

參數設（shè）置。該窗口的主要（yào）功（gōng）能（néng）是設置軋輥（gǔn）磨床的基本參數，由於參數對磨床的控製過程具有直接影響，故應正確、合理進行設置。大部分參數是在軋輥（gǔn）磨床調試期間完成（chéng）設置，少部分參數需在特定情況（kuàng）下按磨床（chuáng）運行特點修改設置［6］。在修改設置參數時，用戶應具備相應的權限，參（cān）數（shù）修（xiū）改完畢後予以（yǐ）保存，以替代之前的參數。

加工程序編輯。該窗（chuāng）口（kǒu）能夠編製軋輥磨床的加工程（chéng）序，將係統提供的加工工序整（zhěng）合後，輸入最佳（jiā）的磨削參數，使軋輥加（jiā）工實（shí）現最（zuì）優目標。

曲（qǔ）線參數。該窗口能夠（gòu）完成軋輥輥（gǔn）形曲線參數的錄入、修改、保存等操作。可編程的曲線類型包括平輻（fú）輥形、正弦輥輥形、錐度輥輥（gǔn）形、曲線輥形等。在（zài）默認的情況下，係統保存數十條輥形參數，用戶可對曲線進行修改，並新增所需的曲線（xiàn）。

磨削。該窗口能夠對軋輥磨床自動磨削加工過程進（jìn）行控製，係統裝載（zǎi）大量的程序，可提供多種控製方案，實現由簡到繁的自動磨削控製。

3、結（jié）束語

在軋輥磨床數控係統改造過程中，需合理應用先進的數控技術，根據生產需要選擇最為適宜的係統，達到改造目的，提高軋輥磨（mó）床的磨削精度，提升產品質量。未來一段時（shí）期，要加（jiā）大數控技術研究力度，逐步改進完善，研發新技術，使其更好（hǎo）地為工業生產服務。

投稿箱（xiāng）：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發（fā）表（biǎo），或（huò）進行（háng）資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企（qǐ）推薦（jiàn）

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博（bó）文選萃

| 更多