摘  要：介紹寶鋼熱軋廠軋輥磨床的技術(shù)改造情況，詳述了改進(jìn)內(nèi)容，歸納了Waldrich磨床在改造后表現(xiàn)出的主要特點(diǎn)，取得了理想的效果。

　上海寶鋼股份熱軋廠2 050mm熱軋有精軋工作輥磨床五臺(tái)，用于軋機(jī)精軋輥的磨削。其中四臺(tái)為德國(guó)某機(jī)床公司上世紀(jì)80年代產(chǎn)品，使用十幾年后，磨床已顯老化，表現(xiàn)出自動(dòng)化程度低、工作精度差、效率不高（55min磨一根）和故障率高等。為此，決定對(duì)上述四臺(tái)磨床進(jìn)行技術(shù)改造。

    一、軋輥磨床的改造原因

    1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)技術(shù)落后
    原磨床控制系統(tǒng)是8088和8086中央處理器，軟件水平很低，操作界面差，無(wú)圖形顯示，不能隨時(shí)察看磨削偏差。原機(jī)床位置精度閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)自動(dòng)輥型偏差補(bǔ)償，影響磨削精度的提高。硬件無(wú)擴(kuò)展功能，不能聯(lián)網(wǎng)通信上傳數(shù)據(jù)，也不能實(shí)現(xiàn)磨床集中控制。
    2．傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)落后
    原磨床采用直流傳動(dòng)系統(tǒng)，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性和維護(hù)性差、工作效率低、維護(hù)成本高。
    3．導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)軸精度下降
    原機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期高負(fù)荷使用，其主軸、導(dǎo)軌及各伺服系統(tǒng)精度均出現(xiàn)劣化，已影響磨削精度。
    4．測(cè)量系統(tǒng)精度降低
    原C型測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已出現(xiàn)機(jī)械磨損和精度降低問(wèn)題。
    5．無(wú)自動(dòng)探傷設(shè)備。
    隨著自動(dòng)軋輥探傷技術(shù)的成熟，工藝需要在磨床上裝備自動(dòng)探傷設(shè)備，來(lái)檢測(cè)軋輥。

    二、改造內(nèi)容

    1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)
    采用Waldrich公司的基于Windows XP的數(shù)控系統(tǒng)ILC2000R；采用適合磨床自動(dòng)化磨削應(yīng)用軟件，對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化部分進(jìn)行全面升級(jí)更新，CNC系統(tǒng)與機(jī)床基礎(chǔ)自動(dòng)化之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳送采用Ethernet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
    應(yīng)用全數(shù)字控制交流伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（五軸）和主軸直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（二軸）；PLC系統(tǒng)采用S7-400，STEP7軟件編程；用德國(guó)IBSO公司研制的ILC2000Editor磨削編程軟件編制磨床控制程序，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)磨削加工循環(huán)及軋輥的自動(dòng)測(cè)量和探傷；較原系統(tǒng)增加更多適合現(xiàn)場(chǎng)使用的專有畫(huà)面，以實(shí)現(xiàn)輥形曲線的顯示、編輯、測(cè)量結(jié)果多點(diǎn)顯示、局部圖形放大、打印、存貯及傳輸功能。
    采用15″彩色液晶薄型雙冗余顯示器，同時(shí)監(jiān)控多個(gè)界面，配備中文人機(jī)接口，配備雙硬盤(pán)和雙數(shù)控系統(tǒng)電源的自動(dòng)冗余技術(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
    具有基于Wince的在線診斷系統(tǒng)。在進(jìn)行磨削作業(yè)及磨床維護(hù)時(shí)可通過(guò)在線診斷系統(tǒng)得到對(duì)當(dāng)前操作的指示及相關(guān)解釋；存儲(chǔ)有豐富的操作維護(hù)在線幫助資料。
    改造后數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下自動(dòng)功能：（1）自動(dòng)尋找各軸參考點(diǎn)；（2）自動(dòng)夾緊軋輥；（3）自動(dòng)驅(qū)進(jìn)軋輥（自動(dòng)對(duì)刀）；（4）自動(dòng)高速軋輥偏中心校準(zhǔn)；（5）自動(dòng)測(cè)量臂精度校準(zhǔn)；（6）機(jī)床固有偏差自動(dòng)補(bǔ)償；（7）輥形偏差自動(dòng)補(bǔ)償；（8）測(cè)量曲線任意調(diào)用顯示；（9）恒電流磨削；（10）砂輪線速度自動(dòng)補(bǔ)償；（11）自動(dòng)磨削量和直徑值磨削；（12）自動(dòng)砂輪修磨；（13）智能短行程磨削和邊磨削邊探傷；（14）坐標(biāo)軸工作區(qū)域安全限定。

    2．測(cè)量系統(tǒng)
    測(cè)量系統(tǒng)機(jī)電全面更新。使用更適合熱軋軋輥磨削的帶校準(zhǔn)環(huán)的CP型測(cè)量臂：通過(guò)測(cè)量滑架X1軸、刀架X軸和內(nèi)外兩測(cè)量腳上X1T2、X1T1測(cè)量頭實(shí)現(xiàn)軋輥直徑、輥形、圓度、圓柱度、同軸度的測(cè)量，并自動(dòng)檢測(cè)軋輥裝卡精度。
    測(cè)量滑架X1軸由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪、蝸桿、齒輪、齒條以實(shí)現(xiàn)快、慢速移動(dòng)；滑架位置由一根LS 186直線光柵檢測(cè)。
    刀架X軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠及直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；由一根LS186直線光柵檢測(cè)。
    X1T1、X1T2測(cè)量頭光柵均安裝在封閉的測(cè)量臂內(nèi)，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)虹吸原理進(jìn)行非接觸測(cè)量，以有效保護(hù)光柵探頭。X1T1跟隨X1軸移動(dòng)，取軋輥外側(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，其上裝有渦流探傷探頭，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)與探傷系統(tǒng)同時(shí)工作而不發(fā)生干涉。XIT2跟隨X軸移動(dòng)，取軋輥內(nèi)側(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，并能檢測(cè)砂輪表面實(shí)際位置，以實(shí)現(xiàn)砂輪自動(dòng)趨近功能。
    在磨床尾架上裝有一標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)環(huán)，其尺寸已輸入控制系統(tǒng)，一旦需要進(jìn)行測(cè)量臂校準(zhǔn)，機(jī)床將自動(dòng)測(cè)量校準(zhǔn)環(huán)，并用標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行軟件修補(bǔ)。
    該測(cè)量臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較原C型測(cè)量臂和X2軸測(cè)量系統(tǒng)有著明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，故障率低；（2）動(dòng)作簡(jiǎn)單，效率高；（3）便于實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度高。

    3．床身、導(dǎo)軌面精度恢復(fù)
    對(duì)機(jī)床各導(dǎo)軌副進(jìn)行精度修復(fù)，并更新所有驅(qū)動(dòng)軸的磨損部件，如蝸輪蝸桿、滾珠絲杠、砂輪主軸、導(dǎo)向軸、軸承、皮帶等；更新刀架靜壓系統(tǒng)。

    4．中心架
    仍用原有中心架并恢復(fù)精度。取消原測(cè)頭電動(dòng)校瓦機(jī)構(gòu)，改為人工深度尺校瓦以提高校瓦速度和精度。
    將尾中心架原機(jī)械式中心位置檢測(cè)裝置改進(jìn)成光柵探頭定位的自動(dòng)高速校偏心裝置。縮短了軋輥調(diào)偏心時(shí)間，提高了磨削效率。
    中心架上的四片托瓦的潤(rùn)滑油道采用迷走式油槽，瓦內(nèi)出油。大大提高托瓦自動(dòng)潤(rùn)滑的有效性，同時(shí)在側(cè)瓦上新增了溫度傳感器，保證運(yùn)行安全。

    5．砂輪動(dòng)平衡
    砂輪平衡原設(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)節(jié)平衡塊的方式，操作復(fù)雜，且極易損壞。在此次改造中，我們采用新型平衡裝置，并配備動(dòng)平衡檢測(cè)儀M5100，可隨時(shí)進(jìn)行砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡操作，方便可靠。

    6．增加部分新功能
    隨著計(jì)算機(jī)、通信和無(wú)損探傷技術(shù)的發(fā)展，對(duì)磨床增加了部分新功能。
    （1）磨床集中控制系統(tǒng)。新增磨床集中控制室，內(nèi)置各臺(tái)磨床的遠(yuǎn)端操作面板，并安裝工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)，操作人員可在中控室對(duì)多臺(tái)磨床進(jìn)行操作。遠(yuǎn)端操作面板數(shù)控信號(hào)直接取自數(shù)控計(jì)算機(jī)，PLC信號(hào)通過(guò)Pofibus總線送給S7-400，實(shí)現(xiàn)磨床的人機(jī)對(duì)話。
    （2）磨削數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。新增磨削數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，安裝W1ndows2000Serve操作系統(tǒng)、Ora-c1e9.0數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和Waldrich RMS應(yīng)用軟件。通過(guò)構(gòu)建Ethernet網(wǎng)絡(luò)，與各臺(tái)磨床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將獲取的軋輥數(shù)據(jù)RMS軟件進(jìn)行分析和管理。同時(shí)，新增磨削數(shù)據(jù)采集服務(wù)器內(nèi)預(yù)留數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的交接點(diǎn)，采用Ethernet網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，可進(jìn)一步將其他有關(guān)軋輥的數(shù)據(jù)傳至該服務(wù)器管理或?qū)④堓仈?shù)據(jù)上傳至公司級(jí)軋輥管理系統(tǒng)。
    （3）遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。新增一套遠(yuǎn)程診斷裝置，通過(guò)線、選擇開(kāi)關(guān)和調(diào)制解調(diào)器，Waldrich公司可在德國(guó)對(duì)用戶的數(shù)采服務(wù)器、磨床數(shù)控系統(tǒng)、GDS系統(tǒng)等中央處理器進(jìn)行訪問(wèn)，以提供遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)。
    （4）軋輥渦流探傷系統(tǒng)。新增與磨床數(shù)控高度集成的Lismar渦流探傷裝置。可直接運(yùn)用磨床操作站編輯探傷程序塊對(duì)探傷數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。但該系統(tǒng)由于和數(shù)控系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)交換量增加，產(chǎn)生了探傷顯示精度低（0.1V）和濾波頻率不穩(wěn)定的問(wèn)題。

    三、改造效果

    改造后磨床精度、效率和穩(wěn)定性明顯提高，輥型磨削精度達(dá)到原出廠保證值。全自動(dòng)集成化磨削、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳送和故障自診斷的投入，降低了人力資源的投入，提高了系統(tǒng)可靠性，方便了維護(hù)，為提高產(chǎn)品質(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)改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)。