摘 要：介紹武鋼熱軋廠軋輥磨床的技術(shù)升級(jí)目標(biāo)和總體方案；從CNC及電氣控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、中心架、砂輪動(dòng)平衡、平*、液壓驅(qū)動(dòng)的砂輪罩殼方面詳述了具體改進(jìn)內(nèi)容和實(shí)施情況，歸納了該磨床在改進(jìn)后的主要功能特點(diǎn)，取得了理想效果。

武鋼熱軋廠有軋輥磨床七臺(tái)，用于軋機(jī)工作輥、支撐輥的修磨，其自動(dòng)化水平低，磨削一支軋輥需60min，且精度達(dá)不到要求，配件采購困難。
為此，決定進(jìn)行技術(shù)更新。首先對(duì)6#軋輥磨床進(jìn)行全自動(dòng)數(shù)控技術(shù)升級(jí)，現(xiàn)已安裝調(diào)試完成，全面達(dá)到了技術(shù)升級(jí)的功能考核目標(biāo)。

一、技術(shù)升級(jí)目標(biāo)及總體方案

采用當(dāng)前的通用CNC數(shù)控系統(tǒng)軟硬件，及適合軋輥磨床自動(dòng)化的功能軟件，同時(shí)對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行必要的改造，使之成為全自動(dòng)數(shù)控軋輥磨床。
采用西門子SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)，配以HEIDENHAIN直線光柵尺，組成全新現(xiàn)代化系統(tǒng)。
配備西門子全數(shù)字化控制交流伺服裝置（SIMODRIVE611D）和交流伺服電動(dòng)機(jī)（1FT/K6），增加兩個(gè)伺服坐標(biāo)軸（伺服系統(tǒng)），分別用于新增加的X2軸及測量系統(tǒng)X1軸的驅(qū)動(dòng)。
測量系統(tǒng)全部采用西門子伺服電機(jī)通過精密滾珠絲桿傳動(dòng)，可測量軋輥的輥形、直徑、圓度、圓柱度、同軸度以及安裝精度。
增加一套X2軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參與軋輥測量，及砂輪直徑的自動(dòng)在線檢測和砂輪的自動(dòng)快速趨近。
重新設(shè)計(jì)能自動(dòng)校正軋輥安裝精度的中心托架，應(yīng)配備油泵供油的托瓦稀油潤滑裝置。
磨床改進(jìn)后，能完成直線、正弦曲線、多次方曲線（zui高達(dá)八次方、包括ASR和VCR曲線）以及任意曲線軋輥的全自動(dòng)磨削。

二、改進(jìn)的具體內(nèi)容及實(shí)施

1．CNC及電氣控制系統(tǒng)
西門子全數(shù)字型SINUMERIK840D，內(nèi)置S7300可編程控制器，由SIMODRIVE611D型伺服單元驅(qū)動(dòng)所有1 FT/K6型全數(shù)字控制交流伺服電動(dòng)機(jī)（五軸），利用MMC1030EM軟件包、S7300編程軟件及NC編程語言編制磨床控制程序，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)磨削加工循環(huán)及軋輥的自動(dòng)測量。采用OP031彩色液晶薄型顯示器，配備MM 103人機(jī)接口，中文顯示；操作系統(tǒng)基于MS Windows95，具有完備的報(bào)警與系統(tǒng)診斷功能，配備豐富的操作幫助功能，加入適合現(xiàn)場操作的各種專有畫面，以實(shí)現(xiàn)輥形曲線的顯示、曲線編程、測量精度顯示、打印及存貯（硬盤或軟盤上）；系統(tǒng)硬盤驅(qū)動(dòng)器上存貯有軋輥數(shù)據(jù)庫，可對(duì)所有加工過的軋輥進(jìn)行記錄，以便隨時(shí)調(diào)閱并打印輸出。充分利用新型全數(shù)字化系統(tǒng)（840D）的*性，簡化控制線路和硬件，用軟件完成部分原來只能用硬件實(shí)現(xiàn)的功能，提高系統(tǒng)可靠性，按全自動(dòng)數(shù)控軋輥磨床的要求重新配置機(jī)床操縱面板，新增一個(gè)帶磁性吸座的活動(dòng)操作盒，包括電子手輪和操作按鍵等。
配備五個(gè)伺服電機(jī)控制軸，分別為大抱板（Z）、磨架（X）、曲線磨削機(jī)構(gòu)（U）、測量機(jī)構(gòu)（X1）、砂輪直徑檢測及自動(dòng)趨近控制機(jī)構(gòu)（X2），在X1、X2軸的前端各配備一個(gè)12mm的光柵頭。為保證位置控制精度、可靠性以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，五軸中除U軸外均配有兩套位置檢測系統(tǒng)，即伺服電機(jī)軸端的編碼器和各自移動(dòng)體上的直線光柵尺，以便一套出現(xiàn)故障時(shí)，可由另一套保證工作。配備一個(gè)電子手輪，用作各軸的手動(dòng)調(diào)整。改進(jìn)后，機(jī)床具有快速返回參考點(diǎn)功能，即各坐標(biāo)軸在作參考點(diǎn)返回操作時(shí)只需移動(dòng)很朽離即可，能大大減少準(zhǔn)備時(shí)間，并避免無謂的機(jī)械磨損。
采用德國海德漢（HEIDENHAIN）新型高精度、高可靠性直線光柵尺，另增加一根直線光柵尺用于X2軸位置測量。
新增多種保護(hù)和監(jiān)控功能，如防撞保護(hù)、坐標(biāo)軸工作區(qū)域限定、測量頭過量壓縮保護(hù)、軟件限位等，zui大限度地保護(hù)人員和設(shè)備安全。
新增直徑基準(zhǔn)盤、砂輪修整、砂輪直徑測量板位置檢測等自動(dòng)檢測功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。
新增軋輥表面溫度檢測裝置，采用紅外測溫儀測量，數(shù)控系統(tǒng)據(jù)以進(jìn)行溫度補(bǔ)償磨削。
新增頭架角度測量裝置，為軋輥圓度和同心度測量提供采樣基準(zhǔn)信號(hào)。
建立車間軋輥磨床管理系統(tǒng)，包括設(shè)備使用、維護(hù)、檢修、故障診斷的管理和數(shù)據(jù)庫管理。
采用西門子6RA70作為新型砂輪和頭架直流調(diào)速裝置。1fd4
經(jīng)上述改進(jìn)后，磨削時(shí)能根據(jù)軋輥探傷裝置測得的軋輥裂痕深度實(shí)時(shí)調(diào)整磨削參數(shù)，數(shù)據(jù)可由操作者手動(dòng)輸入，也可由探傷裝置的探傷數(shù)據(jù)接口直接傳輸至磨床數(shù)控系統(tǒng)。
2．測量系統(tǒng)
A、B兩測頭光柵均安裝在封閉的測量臂內(nèi)，通過杠桿機(jī)構(gòu)非接觸測量，以有效保護(hù)光柵測頭。
通過X1軸和A、B測頭實(shí)現(xiàn)軋輥直徑、輥形、圓度、圓柱度、同軸度的測量，并自動(dòng)檢測軋輥安裝精度。
軋輥?zhàn)詣?dòng)測量機(jī)構(gòu)的X1軸由固定在砂輪架上的測量架底座、可沿底座上部導(dǎo)軌橫向移動(dòng)的滑架和固定在滑架前端由油缸抬起或放下的測量臂（A測頭）組成。測量滑架由一個(gè)1FT/K6伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)蝸輪、蝸桿和滾珠絲桿以實(shí)現(xiàn)快、慢速移動(dòng)，滑架位置由一根LS186直線光柵檢測。
新增加的X2軸由一臺(tái)1FT/K6伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿及一條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和直線滾動(dòng)光桿實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。光桿前端安裝一套光柵檢測裝置（C測頭），其移動(dòng)位置由安裝在滾動(dòng)光桿上的LS直線光柵檢測，X2軸能自動(dòng)完成砂輪恒線速度控制，并檢測砂輪表面位置，以實(shí)現(xiàn)砂輪自動(dòng)快、慢速趨近。
新測量系統(tǒng)保證了軋輥在φ700~800mm時(shí)，測量系統(tǒng)與軋輥探傷系統(tǒng)等同時(shí)工作而不發(fā)生干涉。
3．中心架
中心架托瓦為二瓦斜角支承，方便軋輥吊裝，并可避免在測量過程中上瓦殼體與A測頭發(fā)生干涉，確保測量安全和迅速完成。一套中心托架由左（尾架端）、右（頭架端）兩中心架組成，配備可供選擇的不同直徑的支承塊，以滿足對(duì)輥徑在φ300~500mm范圍內(nèi)軋輥的支承。為了實(shí)現(xiàn)軋輥安裝精度的調(diào)整，左中心架設(shè)計(jì)為上下兩層，下層底座中有一套帶動(dòng)上層瓦座沿橫向調(diào)整的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)軋輥安裝精度的自動(dòng)閉環(huán)校正。調(diào)整是通過一臺(tái)由FUJI交流變頻調(diào)速裝置控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)一套微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行的。中心架可沿床身導(dǎo)軌縱向手動(dòng)調(diào)整，以方便對(duì)不同長度軋輥的支承。
中心架配有托瓦自動(dòng)稀油潤滑裝置，廢油通過油槽回收到廢油箱。
4．砂輪動(dòng)平衡
砂輪動(dòng)平衡裝置采用簡單、實(shí)用、可靠的手動(dòng)機(jī)構(gòu)，并配備動(dòng)平衡檢測儀。安裝方便，無須在主軸中心制作深而大的安裝孔，因此不會(huì)影響主軸剛性，特別適用于要求強(qiáng)力磨削的磨床。
5．平*
采用平*磨削能方便軋輥的裝卸，減少輔助時(shí)間，顯著提高磨床的利用率。
6．液壓驅(qū)動(dòng)的砂輪罩殼
包括罩殼殼體、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓油缸及液壓系統(tǒng)等，以便砂輪快速更換。

三、改進(jìn)后磨床的主要功能特點(diǎn)

    1．自適應(yīng)磨削
    為提高自動(dòng)化和智能化程度及磨削效率，改進(jìn)后的磨床增加自適應(yīng)磨削功能，針對(duì)軋輥中間磨損大、兩端磨損小的特點(diǎn)，采用先分別磨兩端，再貫穿磨削整個(gè)輥面的方法。
    2．軋輥數(shù)據(jù)庫
    數(shù)據(jù)庫保存著每根軋輥的當(dāng)前參數(shù)在分析板材軋制中出現(xiàn)的問題時(shí)，可隨時(shí)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出（或打印）所需軋輥及其配對(duì)輥的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。為了更準(zhǔn)確地了解輥形和分析軋制后軋輥的磨損情況，可根據(jù)需要使測量后的輥形曲線數(shù)據(jù)按不同密度（點(diǎn)數(shù)）打印輸出。
    3．溫度補(bǔ)償磨削
    根據(jù)軋輥溫度與輥型之間的變化規(guī)律，輸入溫度補(bǔ)償曲線或系數(shù)，選擇相應(yīng)的補(bǔ)償曲線進(jìn)行磨削。
    4．砂輪自動(dòng)直徑測量及恒線速
    砂輪直徑檢測裝置使系統(tǒng)在任何時(shí)候都能自動(dòng)測量砂輪直徑并確認(rèn)砂輪修整器和直徑基準(zhǔn)盤的位置。
    5．定量磨削控制
    為提高軋輥的利用率，自動(dòng)磨削時(shí)可設(shè)定一定的磨除量（疲勞層厚度），由系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)給量直至達(dá)到設(shè)定的磨除量后自動(dòng)轉(zhuǎn)入精磨。
    6．計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)
    通過上位計(jì)算機(jī)可對(duì)本磨床所磨軋輥的參數(shù)和測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，今后經(jīng)自動(dòng)化改造的磨床全部計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
    7．?dāng)?shù)控功能取舍靈活
    可根據(jù)磨輥的具體需要對(duì)自動(dòng)磨削和測量循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)或功能進(jìn)行取舍。
    8．遠(yuǎn)程診斷
    數(shù)控系統(tǒng)配備了的軟硬件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，解除設(shè)備維護(hù)的后顧之憂。

    四、效果

    1．圓柱面磨削精度（見表1）

表1

    2．中凸（凹）磨削精度（見表2）

表2

    3．ASR，VCR曲線及任意曲線磨削精度（見表3）

表3

    經(jīng)過近半年運(yùn)行，磨床效率明顯提高，輥型磨削精度達(dá)到德國新磨床出廠標(biāo)準(zhǔn)。全自動(dòng)化磨削避免了人為因素的干預(yù)，提高了系統(tǒng)可靠性，方便了維護(hù)，為提高板型質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也為其它磨床的技術(shù)改進(jìn)提供了成功經(jīng)驗(yàn)。