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1、 普通型軋輥磨床M84125改數控型技 術 方 案 1 總體說明及加工技術要求1.1 總體說明l 改造后的軋輥磨床是一臺高效率、高精度及高可靠性的數控軋輥磨床，它采用先進的電氣控制技術和機械傳動技術，性能達到先進水平。先進電氣控制技術的采用使得該軋輥磨床的中高機械傳動大大簡化，減少了中高機械傳動鏈，在可靠性上得到很大提高。l 改造后的磨床采用當前世界最先進的西門子840D數控系統，配備專為軋輥磨床設計的自動化控制軟件，將用戶使用方便放在第一位開發設計，多種多樣的功能已被模式化，在進行軋輥磨削編程作業時，操作人員只需根據相關對話框的提示輸入有關的工藝參數，不必要求操作者進行復雜而煩瑣的編程作業。2、具有足夠靈活及對用戶友好的操作界面 。l 原機床加工的軋輥輪廓曲線類型少，只能加工單一曲線，不能加工其他曲線和用戶自定義的曲線；原機床中高機構使用的是凸輪杠桿機構，采用機械結構的中高機構結構比較復雜，傳動鏈長，調整麻煩，而且砂輪架為三層結構，剛性較差。加工的軋輥輪廓曲線的精度低，為了加工出軋輥表面的輪廓曲線，要求在橫向和縱向通過機械方式來實現聯動，傳動鏈長。改變加工曲線參數困難，為了改變軋輥輪廓曲線的角度和它的高度，需要拆開機床齒輪箱，更換齒輪組，來改變傳動鏈的傳動比，達到改變曲線參數的目的。由于齒輪組個數有限，因此曲線的參數變化受到限制。l 根據甲方軋輥磨床M84125具體情況和要求，乙方根3、據多年多年從事軋輥磨床專業工作中積累的經驗，本著提高設備技術含量和機床的使用可靠性的原則對磨床進行的改造。以滿足甲方對軋輥磨削的效率、精度以及曲線靈活性的要求；簡化和方便設備的使用維護，降低磨床的維護成本和備件費用。該設備經過改造后具有技術先進、成熟可靠、性能穩定、工藝完善、經濟實用的特點。l 擴大磨床的加工范圍：由于數控磨床能實現幾個坐標的聯動，加工程序可以按照加工零件的要求變換，所以它的適應性和靈活性很強，可以加工普通磨床無法加工的輥形復雜的軋輥。l 減輕工人勞動強度，改善勞動條件。當程序輸入后，數控磨床不需要人工干預，就能按加工程序要求連續自動的進行加工，減輕工人勞動強度，改善勞動條件。4、l 因此，通過此次對磨床的數控化改造，能夠增加軋輥磨床加工曲線的類型，提高磨床的加工精度和生產效率。改造后中高機構采用偏心套的機構形式。該偏心套軸承與主軸軸線偏心。采用CNC控制中高磨削時，中高機構的傳動為連續軌跡控制。磨削時將軋輥中高參數編入程序，采用數控插補實現中高磨削。該中高機構適用與磨削具有多種不同曲線特性的軋輥，如：正弦曲線，拋物線以及CVC曲線和任意曲線等等。所有這些曲線參數均可在限定范圍內輸入程序。無需更換交換齒輪，以及調整杠桿間距，縮短了輔助時間。綜上所述：電氣部分重新設計、全部更新。機械部分以改造為主。對兩床身調整，恢復其精度。需重新設計制造磨架以上部件：如砂輪主軸系統、磨架5、進給裝置、數控曲線磨削裝置(U軸)、操縱臺、測量系統（X1軸）、拖板位置檢測裝置，砂輪罩殼，砂輪夾盤，液壓系統等。1.2 加工工件技術要求1.2.1 圓柱面磨削：圓柱度=0.005 mm/m圓度=0.005 mm/m同軸度=0.005 mm/m表面粗糙度Ra: 0.5m1.2.2 中凸(凹)磨削：中高對稱性100:0.002輥形誤差0.005mm/m同軸度=0.005 mm/m表面粗糙度Ra: 0.5m1.2.3 任意曲線磨削：輥形誤差0.005mm/m同軸度0.005mm表面粗糙度Ra: 0.5m2 磨床機械改造各部件結構及功能說明注：磨架部分全部重新制作，增加一套測量裝置及液壓系統2.1.6、1主軸部分砂輪主軸動靜壓軸承及靜壓偏心套砂輪主軸前后徑向軸承均采用高精度動靜壓軸承，主軸軸向采用高精度推力軸承。在主軸動靜壓軸承設計中，將采用特殊結構及工藝。由于采用動靜壓軸承，主軸在最佳剛度的動靜壓腔內運轉，具有很高的回轉精度及剛度，穩定性好，動態剛性強，不易振動等特點。能同時滿足粗磨、精磨的要求。主軸在最佳剛度靜壓腔內運轉，有很高的回轉精度及剛度。可進行粗、精及拋光磨削，主軸前后軸承設計在砂輪及皮帶輪受力中心處，比傳統的主軸懸臂結構有更高的剛度及回轉精度，由交流電機驅動。偏心套動靜壓軸承工作原理： 本機床偏心套采用靜壓軸承，砂輪主軸軸承采用動靜壓軸承。從供油系統供給具有一定壓力的潤滑油，通7、過各油腔的節流器具進入相應的偏心套前軸承油腔內和后軸承油腔內。由于各油腔對稱等面積分布，各節流器的阻尼相等，軸承各油腔的壓力相等，如果不考慮偏心套主軸系統自重偏心套浮起在軸承的中心位置。因此，偏心套于軸承之間各處的間隙相等。油腔內的壓力油經過間隙從周向和軸向封油面流出。主軸的動靜壓軸承，經過節流器的壓力油時入上下兩油腔。此兩油腔對稱等面積分布，此時上下油腔的壓力相等，主軸與軸承上下之間的間隙相等，主軸軸承的前腔當進入經過節流閥的壓力油時，將主軸推向動壓腔（后腔）。當考慮主軸系統自重影響和主軸工作受到負載時，主軸產生向下和向后（動壓腔）產生偏移，此時，前腔（靜壓腔）間隙增大，后腔（動壓腔）間隙減8、小。當主軸在高速旋轉時，將潤滑油經過油楔帶入動壓腔，此時動壓腔壓力增大，將主軸平衡于設計中心位置上，采用此結構軸承，可提高軸承工作時承載能力和剛性。2.1.2數控中高機構凸度位移系統(U軸)原機床砂輪架結構高精度數控曲線磨削裝置(U軸)采用靜壓偏心套結構(內裝主軸動靜壓軸承)。工作時，由全數字交流伺服電機經減速裝置驅動滾珠絲桿轉動，通過直線滾動導軌副定位，使滾珠螺母上下移動進而帶動杠桿偏心機構，驅動高精度靜壓偏心套作微量角度擺動，使砂輪相對于輥面作微量無間隙。使裝于靜壓偏心套內的砂輪主軸相對于輥面作微量無間隙趨近或退離運動。該運動與拖板(Z軸)運動相插補，從而在軋輥表面磨削出所需曲線。（數控中9、高機構安裝在磨架內部，它是機床實現曲線磨削的主要執行機構，當大拖板沿床身導軌縱向移動時，裝于拖板床身側面的Z軸位置光柵發出電脈沖訊號，通過電脈沖訊號將Z軸位置輸入計算機，經運算處理后輸出u軸控制指令，使伺服電機按要求轉動，經過減速機構帶動滾珠絲桿轉動，由于滾珠絲桿螺母已由直線滾動導軌副限制了轉動的自由度，故當絲桿轉動時，螺母將沿直線滾動導軌副上下移動，從而驅動偏心套擺桿上下擺動，偏心套回轉，使砂輪主軸獲得趨近或退離工件的運動，從而在整個輥面長度內實現了曲線磨削。）如果是中凸（中凹）磨削（正弦曲線），操作者只需輸入中高量和輥面長度并選擇合適的曲線，就可進行磨削，如果是任意曲線（包括CVC曲線）必10、須按Z軸位置遂點輸入u軸的值（即坐標值輸入法）或將f（u）=z數學模型輸入計算機。按照輸入的參數，經Z軸和u軸的復合運動，能在輥面上精確的完成曲線磨削。機床斷電保護機構機床斷電保護機構主要包括保護油缸和液壓系統，它獨特的結構設計使得無論偏心套處在什么位置都能確保在斷電、故障或操作急停按鈕后，砂輪立即退離工件表面1mm。機構復位時，復位精度為1m。2.1.3磨架及其進給機構磨架的主要作用為砂輪的進給，同時它也是軋輥測量系統的重要組成部分。磨架采用單層整體結構，具有很高的剛性，磨架內裝有砂輪主軸及靜壓偏心套和磨曲線裝置。磨架導軌為貼塑靜壓導軌，磨架進給機構由西門子交流伺服電機和精密滾珠絲桿組成。軋11、輥測量系統測量范圍:300-1250mm; 測量臂行程: 1000mm安裝在磨架上的測量裝置，可隨拖板沿Z軸方向移動，以便實現對軋輥的輥面測量，同時，兩測量臂可沿橫向（軋輥直徑方向）相對于軋輥中心同時趨近或離開，以適應不同直徑軋輥的測量需要；兩測量臂的翻轉動作，是由油缸來實現的,內測臂是安裝在磨架上的,由磨架的前進來接近工件，外測量架由交流伺服電機通過減速器及滾珠絲桿來驅動。測量時，內外測量臂通過液壓油缸分別放下進入測量位置，其它時候測量臂收起。測量架由交流伺服電機通過減速器及滾珠絲桿來驅動。軋輥測量系統配備了一個長光柵(測量架)和兩個光柵測頭(A、B測頭)。測量架移動導軌采用雙V滑動導軌副，12、大大提高了測量架的運動精度及定位精度，給實現高精度測量提供了可靠的基礎保證，大大提高了測量架的運動精度及定位精度，軋輥測量系統配備了一個長光柵和兩個光柵測頭。測量狀態非測量狀態該測量裝置可測量軋輥的輥形、輥徑、切削量、圓柱度、圓度和同軸度.機床在準備功能階段還可對軋輥的安裝精度進行檢測，測量結果送計算機，它能將軋輥給定曲線與實際曲線進行比較，并產生出誤差曲線和補償曲線，從而進行CNC補償磨削。所有測量均可在磨削前后和磨削過程中進行，測量數據可以歸并到CNC磨削程序中，并通過與軋輥磨削精度相比較（軋輥磨削精度采用公差帶輸入），使機床自動進行（或中斷）磨削循環。在測量中，安裝在測量架上的長光柵測量13、尺用于直徑測量。 安裝在測量臂內的短光柵測量尺參與各種形式測量。測量精度為1m。當拖板沿Z軸方向運動時,如運動方向上的側限位開關動作,則拖板沿該方向的運動立即停止.當測量結束時，可在油缸的作用下，兩測量臂繞支承軸轉90，便于磨削和吊裝軋輥。進行直徑測量前，應將測量裝置兩測頭在裝于尾架端的直徑基準環上進行校準，尋找測量參考值，以便準確測量出軋輥直徑（相對于基準環的直徑準確性）。設計制造磨床的測量架底座和操縱臺；操縱臺上安裝改造后的操縱面板、儀表、顯示器以及打印機和電子手輪和手持按鈕站等。 本產品采用CNC測量軋輥的測量裝置，軋輥的直徑和曲線形狀由測頭（A和B）來測量。測量數據由數控系統自動記錄下14、來，測量結果經計算機處理后，可以打印機和顯示屏打印或顯示出來。還可以打印出軋輥表面廓形。 測頭的測量臂的回轉由液壓缸驅動，使其繞軸回轉，按下控制臺相應按鈕，即可使測量臂處于測量位置和停止位置（轉動角度90）。 測頭裝于測量桿的下端。測量桿的上端與短光柵尺接觸。當測頭接觸工件后，即壓縮光柵尺。所得數據經計算機處理后顯示于屏幕上。 外測量臂上的彈簧桿限位開關，其功能是限制拖板的縱向進給，以防止測量裝置碰撞。a） 測量軋輥形狀（圓柱度，中凸） 測量圓度 測量結果為“AB”（A、B測頭測出相對值之和）b） 測量不同軸度 校準軋輥 測量結果為“（AB）/2”（A、B測頭測出相對值差的二分之一）c） 測量15、軋輥直徑：（測量原理與用滑動量規的測量方法相同）測頭（B）由磨架帶到所需測量的直徑位置“0”點（觸發點），然后，測頭（A）隨測量臂移到“0”位置（第二測量觸發點）之后，測量系統顯示屏就顯示測量工件的直徑。 測量精度應用常用標準量規進行校對（室溫下）。 用這種測量方法，工件在機床上的位置（水平位置）對測量精度無影響。進行直徑測量前，應將測量裝置（A）、（B）測頭在尾架套筒外圓柱面上進行校準，以便準確測量出軋輥直徑。 測量架液壓部分液壓系統與主軸油供油為同一油源。其執行的運作主要包括：A、B兩測臂90翻轉，A、B測頭接觸和脫離工件，砂輪斷電狀態自動脫離工件等。其中測量臂翻轉運作可自鎖。測量架導軌潤16、滑使用一手拉泵，每班手動工作一次即可。砂輪直徑測量砂輪直徑、軋輥直徑及磨除量實時測量通過安裝在X1軸上的A測頭實現。2.1.5.液壓部分設計制作一套液壓系統，滿足主軸動靜壓軸承和測量臂回轉及斷電保護的使用。主軸潤滑系統采用變量泵供油，供油壓力6.0Mpa ,油泵排量30ml/r，電機功率5.5KW，轉速1400r/mim。蓄能器做為停機時向主軸補油以免軸瓦損壞。供油壓力、油溫和清潔度可分別通過電接點壓力表，油溫監視器和濾油器監控，并能報警顯示故障。因為動靜壓磨頭用油粘度較大，摩擦功耗高，引起油溫上升快，為了使機床砂輪主軸能正常工作，油箱油溫采用自動恒溫控制器將溫升控制在1530左右。油箱及自動17、恒溫控制器放置在地基上，通過拖板大拖鏈及磨架拖鏈上下磨架。系統使用的L-HM46抗磨液壓油。主軸軸承潤滑及測量架液壓系統回油統一流入磨架的回油池內，通過一液位開關和延時器控制齒輪泵自動抽回油箱，齒輪泵排量16ml/r，電機功率0.37kw。測量架液壓部分液壓系統與主軸油供油為同一油源。其執行的運作主要包括：A、B兩測臂90翻轉，A、B測頭接觸和脫離工件，砂輪斷電狀態自動脫離工件等。其中測量臂翻轉運作可自鎖。測量架導軌潤滑使用一手拉泵，每班手動工作一次即可。液壓元件有:泵、閥、活塞缸、油管等。其他：l 設計制造一套砂輪罩殼。設計制造一套砂輪靜平衡芯軸。設計制造砂輪夾盤二套。設計制作砂輪吊具一套。18、設計制造一套拖板位置檢測裝置及在頭架上安裝圓度檢測用發訊裝置2.2 電氣控制功能及元件2.2.1 數控主機數控主機采用西門子新一代全數字分布式SINUMERIK 840D，內置S7-300可編程控制器（PLC315-2DP）。2.2.2 操作顯示器系統操作顯示器采用西門子15寸彩色液晶顯示器OP15,中文顯示，操作系統采用中文MS-WINDOWS XP。系統具有完備的報警與診斷功能，配備豐富的幫助及操作提示。2.2.3 人機接口人機接口功能由新型高性能SINUMERIK PCU50模塊完成。PCU50為控制軟件主機，它相當于計算機主機，CPU為PIII，500MHZ，128MB，含有硬盤、并行19、打印口、RS232串口，VGA、MPI、OPI接口USB等；其軟件采用WINDOWS XP+HMI界面平臺+OEM二次開發程序。具有各種適合軋輥磨床特殊要求、簡潔明了的操作畫面。實現磨床自動控制和自動磨削測量過程的模擬顯示；曲線編程、測量精度顯示以及打印和存貯。2.2.4 伺服系統磨床包括四個伺服軸，分別是大拖板(Z軸)，磨架(X軸)，曲線磨削機構(U軸)，測量機構 (X1軸)。2.2.5 電子手輪配備電子手輪，用于各軸的手動調整(X、Z、Xl軸)。2.2.6 測量元件配備高精度光柵用于X1軸的位置全閉環控制以及軋輥測量。測量系統還包括2個范圍為12mm的光柵測量頭。2.2.7 電纜數控系統全20、部控制電纜，伺服電機動力電纜及直線光柵信號電纜均為原裝進口(西門子或海德漢HEIDENHAIN)。2.2.8 電氣控制柜電氣柜內元、器件選用西門子或施耐德產品，接近開關、極限開關等選用優質產品。電氣控制柜防護等級為IP54。2.3 磨床主要功能說明2.3.1 自適應磨削功能自適應磨削功能，針對軋輥在軋制后中間磨損大，兩端磨損小這一特點，采用先分別磨兩端待磨平后再貫穿磨削整個輥面的自動磨削方法。在磨削過程中，采用電流控制(控制進給、控制換向位置)，即當磨削電流減小到低于設定值后，控制系統立即發出進給和換向指令，隨著磨削的不斷進行，Z軸的換向點逐漸向軋輥中央靠近，一旦Z軸換向點接近軋輥中央處時，X21、軸退回，砂輪從軋輥尾架端重新趨近工件，并從尾架端向軋輥中部執行適應磨削，當適應磨削從尾架端逐漸執行到軋輥中央時，系統會自動轉入全輥面磨削。2.3.2 軋輥數據存儲及管理磨床軋輥數據庫保存著所有本磨床磨削軋輥的當前參數(直徑、輥形、圓度、同軸度、磨削曲線和工藝以及軋輥的尺寸參數等)，在自動磨削前，可根據需磨軋輥的編號，直接從數據庫中取出該軋輥的當前參數后，便可立即進入自動磨削，無需輸入任何參數，做到快速準確。磨削結束后，軋輥的當前參數又被自動保存。這樣，為該軋輥的下次磨削提供數據準備。另外，在分析板材軋制中出現的問題時，也可隨時從數據庫中調出(或打印出)所需軋輥及其配對輥的有關參數(直徑、輥形、22、圓度、同軸度、軋輥曲線程序及磨削工藝等)進行分析。起到了軋輥檔案管理的作用。為了讓工藝人員更加準確地了解輥形和分析軋制后軋輥的磨損情況，可以根據需要讓測量后的輥形曲線數據按不同的要求打印輸出。2.3.3 砂輪直徑自動測量砂輪直徑測量系統(X1)在程序控制下自動測量砂輪直徑。系統根據測量的砂輪直徑，實現砂輪自動恒線速度控制和砂輪的快速自動趨近。2.3.4 定量磨除控制為提高軋輥的利用率，自動磨削時可以采用磨除量定量控制。操作者設定一定的磨除量(疲勞層厚度)，磨削時由系統自動在線測量軋輥的直徑變化，一旦達到設定的磨除量后自動轉入精磨。2.3.5 軋輥加工程序靈活取舍操作者可以根據磨輥的具體需要對自23、動磨削各個環節或功能進行取舍(或選擇)。2.3.6 測量功能機床在自動磨削結束后，測量系統可測量出軋輥直徑、輥形、圓度、同軸度等尺寸及精度數據，并且可將這些結果顯示或打印出來(包括輥形理論曲線和誤差曲線)。2.3.7 尾架位置自動測量功能在直徑測量基準校正、砂輪修整及砂輪直徑檢測過程中，系統將自動準確無誤地確定各特征點(基準盤、金剛筆)在Z軸方向的位置(不受尾架位置改變的影響)。2.3.8 砂輪脫粒連續補償2.3.9 輥形曲線生成正弦曲線錐度曲線端部倒角：與輥身磨削一次生成單端、雙端、對稱、不對稱、 或直線和圓弧組合的倒角。CVC輥形：輸入輥面任意三個點可自動生成一條CVC曲線。圓弧磨削離散曲線：逐點輸入，形成連續曲線。復合曲線補償曲線2.3.10 安全聯鎖對機床機械、電氣設備設置安全聯鎖功能，設備故障分系統警示、一般故障和重故障。一般故障時局部設備不允許開動，重故障時機床所有設備不允許開動。系統可保存機床出現的所有故障。2.3.11 砂輪動平衡裝置砂輪動平衡裝置采用意大利馬波斯生產的自動動平衡裝置。