淺談如何提高數(shù)控軋輥磨床的磨削質(zhì)量

劉 琳 米雪蓮

（1.安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 第二煉軋廠(chǎng)，河南 安陽(yáng) 455004；2.安陽(yáng)利浦筒倉(cāng)工程有限公司，河南 安陽(yáng) 455004）

數(shù)控軋輥磨床是鋼材板材軋制生產(chǎn)線(xiàn)的重要配套設(shè)備，其磨削精度直接影響鋼板的軋制質(zhì)量。目前，計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)與軋鋼生產(chǎn)工藝不斷提高，對(duì)軋輥磨床磨削的精度也隨之提高：復(fù)雜的軋輥輥型，精確的軋輥形位公差要求，精密軋輥檢測(cè)技術(shù)等。為了獲取更高的加工精度，提高磨削質(zhì)量，除了磨工操作的水平高低外，還要考慮磨床自身的精度以及與軋輥相配用的砂輪、磨削用量、冷卻液等的工藝性能。

本文從磨床精度、砂輪、磨削用量、磨削冷卻液四個(gè)方面綜合分析如何提高數(shù)控軋輥磨床的磨削質(zhì)量。

1 磨床精度

判別一臺(tái)數(shù)控磨床等級(jí)最主要的標(biāo)準(zhǔn)就是其加工精度。當(dāng)一臺(tái)數(shù)控磨床自身的制造精度成型后，我們只能從它的安裝精度及數(shù)字化控制方面著手，進(jìn)一步提升它的磨削精度。

1.1 安裝精度

1）床身導(dǎo)軌的檢測(cè)與調(diào)整數(shù)控磨床多數(shù)直接安裝在混凝土地基上，并用墊鐵調(diào)整其安裝精度。床身v形導(dǎo)軌安裝檢測(cè)后精度要求應(yīng)滿(mǎn)足：水平面內(nèi)直線(xiàn)度≤0.01mm/m，垂直平面內(nèi)直線(xiàn)≤0.01mm/m，接觸點(diǎn)要求 12～14點(diǎn)/25mm×25mm，對(duì)托板導(dǎo)軌的垂直度≤0.02mm/250m。床身平面導(dǎo)軌安裝檢測(cè)后精度要求應(yīng)滿(mǎn)足：垂直平面內(nèi)直線(xiàn)度≤0.01mm/m，接觸點(diǎn)要求12～14點(diǎn)/25mm×25mm，對(duì)v形導(dǎo)軌的平行度≤0.02mm/m。

2）托板導(dǎo)軌的檢測(cè)與調(diào)整托板v形導(dǎo)軌安裝檢測(cè)后精度要求必須滿(mǎn)足：垂直平面內(nèi)直線(xiàn)度在全部長(zhǎng)度上≤0.01mm，接觸點(diǎn)要求10～12點(diǎn)/25mm×25mm。托板平面導(dǎo)軌安裝檢測(cè)后精度要求應(yīng)滿(mǎn)足：對(duì)v形導(dǎo)軌的平行度≤0.02mm/m，接觸點(diǎn)要求10～12點(diǎn)/25mm×25mm。精度的穩(wěn)定性是一切質(zhì)量?jī)?yōu)良的基礎(chǔ)。

3）砂輪主軸與軸瓦間間隙的檢測(cè)及調(diào)整砂輪磨頭主軸前后軸承間隙調(diào)整不當(dāng)會(huì)影響主軸運(yùn)行的穩(wěn)定性和平衡性，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)并隨時(shí)調(diào)整以保證精度嚴(yán)密。動(dòng)壓軸承：砂輪主軸軸頸與軸瓦轉(zhuǎn)研，用刮刀刮研軸瓦表面，使接觸點(diǎn)滿(mǎn)足要求，然后進(jìn)行安裝調(diào)整，把主軸與軸瓦的配合間隙調(diào)整到0.0025～0.005mm。靜壓軸承的調(diào)整依靠檢查前后軸承油腔壓力是否正常，發(fā)現(xiàn)異常馬上修正。

4）主軸電機(jī)的平衡對(duì)磨削表面粗糙度影響比例最大的是砂輪主軸電機(jī)的振動(dòng)，對(duì)主軸電機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)可以降低影響比例。如果振動(dòng)較大，應(yīng)把砂輪法蘭盤(pán)錐孔與主軸錐端對(duì)研，要求接觸面80%以上，調(diào)整振動(dòng)在0.005mm以?xún)?nèi)。

5）磨床潤(rùn)滑的檢測(cè)與調(diào)整數(shù)控磨床平時(shí)的潤(rùn)滑維護(hù)是否到位，也是影響加工精度的一個(gè)主要的原因。如工作臺(tái)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑，砂輪架燕尾導(dǎo)軌的潤(rùn)滑及一些液壓機(jī)構(gòu)的壓力值是否正常都會(huì)直接影響磨削精度。

1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制

隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，如何采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化方式提高磨床精度是數(shù)控磨床未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1）磨床的自動(dòng)化目前，數(shù)控磨床的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，在追求磨床自動(dòng)化的過(guò)程中，首要明確，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化追求目的是降成本增效益，提質(zhì)量達(dá)目標(biāo)。如何提高磨床的自動(dòng)化程度，加工工藝水平和磨床本身的硬件條件兩者缺一不可。

磨削過(guò)程分為磨前、磨中和磨后。加工工藝在磨削過(guò)程中貫徹始終，是自動(dòng)化磨削過(guò)程的專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量。其目的是能夠進(jìn)行穩(wěn)定、可靠的加工生產(chǎn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都會(huì)直接影響磨床的自動(dòng)化加工。

數(shù)字控制系統(tǒng)是自動(dòng)化磨床的前提，不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)科技技術(shù)滿(mǎn)足了我們磨床的日益發(fā)展的需要，結(jié)合數(shù)字控制系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)、修正系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都是一臺(tái)全自動(dòng)化磨床的使用發(fā)展基礎(chǔ)。

2）用高端CNC裝備磨床數(shù)控磨床對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求很高，其數(shù)控系統(tǒng)是開(kāi)放式的，是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。在磨床的操作過(guò)程中，各種磨削參數(shù)是需要不斷修正，這就意味著磨床的數(shù)控系統(tǒng)必須具有高速運(yùn)算的特性。此外，磨削過(guò)程中還有很多循環(huán)程序，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)的宏指令。我們?cè)趯?zhuān)用的數(shù)控磨床系統(tǒng)里面運(yùn)用 “圖形編程”功能，操作者只需畫(huà)出圖形，程序就會(huì)自動(dòng)生成。

因此，對(duì)于數(shù)控磨床，不止要包含核心功能的簡(jiǎn)約型數(shù)控系統(tǒng)，還需要一套高端的磨床軟件設(shè)施，在數(shù)控系統(tǒng)的平臺(tái)上，進(jìn)行二次研究開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足磨削精度的需要。

2 砂輪

2.1 砂輪的選用

磨料、硬度、粒度、結(jié)合劑是影響砂輪性能的主要因素。1）磨料磨削鋼等韌性材料應(yīng)選擇剛玉類(lèi)磨料；磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金等脆性材料應(yīng)選擇碳化硅類(lèi)磨料；硬質(zhì)合金、陶瓷、半導(dǎo)體等高硬度脆性難加工材料一般選用金剛石類(lèi)砂輪。而對(duì)于不同材料的鋼質(zhì)軋輥，一般選用與之相匹配的剛玉型砂輪，用來(lái)獲得較高的磨削精度達(dá)到表面質(zhì)量要求。2）粒度 粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。粒度大的砂輪具有不易被堵塞、耐用度高和切削能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，粒度小的砂輪則具有性能穩(wěn)定、表面質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一般的數(shù)控軋輥磨床，選用粒度為24～60的砂輪就可以達(dá)到磨削精度。而對(duì)于精度要求較高的軋輥，進(jìn)行精密磨削時(shí)可以采用150粒度的砂輪。超精磨或鏡面磨削時(shí)，可以選用微粉W64～W14的砂輪。3）硬度硬度是指砂輪在外力作用下磨粒脫落的難易程度。硬度的選擇主要取決于被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面質(zhì)量。在軋輥磨削中，砂輪磨損太快，說(shuō)明加工軋輥的砂輪太軟，不利于磨削。如果磨削軋輥時(shí)砂輪出現(xiàn)明顯的磨削力過(guò)大，砂粒不易脫落，或砂輪功率很大，那么磨削面會(huì)出現(xiàn)燒傷、拉毛的現(xiàn)象，這就說(shuō)明選用的砂輪太硬需要更換砂輪。在軋輥磨削中，選用砂輪的硬度適合，不僅可以降低磨削時(shí)間，還可以獲得較高的磨削精度。4）結(jié)合劑結(jié)合劑的作用是將磨粒粘結(jié)在一起，使砂輪磨具成型并具有一定的硬度。最常用的砂輪結(jié)合劑有陶瓷結(jié)合劑（V）和樹(shù)脂結(jié)合劑（B）。陶瓷結(jié)合劑砂輪適于磨削普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金、有色金屬等，而樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪廣泛用于粗磨、荒磨、切斷和自由磨削。就性能來(lái)說(shuō)，軋輥磨床一般選用陶瓷材質(zhì)的砂輪。

2.2 砂輪的安裝與平衡

砂輪在高速旋轉(zhuǎn)條件下工作，其安裝的穩(wěn)定性和安裝精度直接影響加工精度。安裝時(shí)檢查卡盤(pán)與砂輪是否匹配。按標(biāo)準(zhǔn)，砂輪卡盤(pán)直徑不得小于安裝砂輪直徑的1/3，砂輪內(nèi)孔與砂輪軸或法蘭盤(pán)外圓之間保持間隙01～0.8mm，防止接觸過(guò)緊引起磨削過(guò)程中受熱膨脹將砂輪脹裂或者過(guò)松產(chǎn)生砂輪偏心，引起振動(dòng)失衡。

砂輪安裝中螺母墊的作用不可忽視，厚度1～2mm，直徑大于卡盤(pán)直徑2mm的軟墊安裝于法蘭盤(pán)與砂輪端面間?？ūP(pán)上如有銹蝕、磨損或者未清理干凈應(yīng)及時(shí)處理，以保證安裝精度。

由于砂輪各部分密度不均勻，幾何形狀不對(duì)稱(chēng)以及安裝偏心等因素，導(dǎo)致砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不平衡，這樣會(huì)加速砂輪主軸的振動(dòng)和軸承的磨損，影響加工質(zhì)量和機(jī)床精度。當(dāng)選擇直徑大于125mm的砂輪時(shí)，軋輥磨床都要進(jìn)行平衡測(cè)試，使砂輪的重心與其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。砂輪的平衡有靜平衡和動(dòng)平衡兩種。一般情況下，只需作靜平衡，但在高精度數(shù)控軋輥磨床上，應(yīng)該進(jìn)行動(dòng)平衡. 平衡后的砂輪彌補(bǔ)了砂輪本身的缺陷和安裝時(shí)產(chǎn)生的誤差，運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量磨削。

2.3 砂輪的修整

砂輪的修整在磨削過(guò)程中，砂輪在與軋輥的摩擦、擠壓作用下，其磨粒會(huì)逐漸磨圓變鈍。在磨削韌性材料時(shí)，磨屑也常會(huì)嵌塞在砂輪表面的孔隙中，堵塞砂輪表面，產(chǎn)生打滑，并可能引起砂輪振動(dòng)和出現(xiàn)噪音，直接影響磨削效率和表面質(zhì)量。此外，由于砂輪硬度的不均勻及砂輪工作表面磨損不均勻，會(huì)導(dǎo)致砂輪喪失外形精度，影響軋輥表面的粗糙度及形狀精度。只要出現(xiàn)上述情況，砂輪就必須進(jìn)行修整，磨去表面不均勻的磨料，使砂輪表面重新露出平整鋒利磨粒，以恢復(fù)砂輪的磨削能力與外形精度。金剛石因其具有高硬度常被選用修整砂輪的主要工具。如果軋輥需要更低的表面粗糙度，我們可以先用金剛石對(duì)砂輪進(jìn)行精修，然后再用油石或者精車(chē)后的砂輪進(jìn)行細(xì)修。

3 磨削用量

在軋輥的磨削過(guò)程中，分析影響軋輥磨削表面的粗糙度、殘余應(yīng)力、燒傷及裂紋等磨削質(zhì)量的各種因素然后選擇合適的磨削量，以達(dá)到理想的軋輥。

3.1 軋輥速度

粗磨要求：28m/s～37m/s。

精磨要求：25m/s～30m/s。

精密拋光磨削要求：15m/s～22m/s。

3.2 砂輪速度

粗、精磨冷硬鑄鐵軋輥要求：22m/s～38m/s。

粗、精磨鋼質(zhì)軋輥要求：23m/s～45m/s。

超精磨削、鏡面磨削要求：16m/s～22m/s。

3.3 托板縱向進(jìn)給速度及往復(fù)行程橫向進(jìn)給量

1）精磨時(shí)為85m/min～210m/min，或取軋輥每轉(zhuǎn)托板縱向進(jìn)給量為砂輪寬度的1/4～1/2，精磨時(shí)0.005～0.01mm/往復(fù)行程。精密拋光磨削時(shí)為0.002～0.005mm/往復(fù)行程。2）粗磨時(shí)為245m/min～590m/min，或取軋輥每轉(zhuǎn)托板縱向進(jìn)給量為砂輪寬度的2/3～3/4，粗磨時(shí)橫向進(jìn)給量應(yīng)根據(jù)軋輥的硬度和磨削輥面的直徑而定，一般為0.03～0.05mm/往復(fù)行程。對(duì)于材料硬、輥頸大的軋輥，應(yīng)減小橫向進(jìn)給量。

3.4 操作工藝注意事項(xiàng)

1) 根據(jù)不同材質(zhì)軋輥的特性選擇相匹配的砂輪，加工前做砂輪的動(dòng)靜平衡，保證砂輪工作的平穩(wěn)性。

2)精磨軋輥時(shí)，磨床應(yīng)提前開(kāi)車(chē)空轉(zhuǎn)幾分鐘，必要時(shí)用金剛石對(duì)砂輪表面進(jìn)行修整，以保證磨削精度。

3)對(duì)于精度要求較高的軋輥，在精磨過(guò)程中，可以不斷的改變軋輥的轉(zhuǎn)速，以減弱數(shù)控磨床各種頻率的振動(dòng)對(duì)磨削圓度和磨削波紋的影響，提高軋輥的磨削質(zhì)量。

4)在整個(gè)磨削過(guò)程中，特別是精磨及超精磨時(shí)，保證供給充分的、清潔的冷卻液供給，及時(shí)帶走砂輪產(chǎn)生的磨削熱及脫落的磨粒砂礫，避免輥面被燒傷、劃傷而影響磨削精度。

4 磨削冷卻液

4.1 磨削冷卻液的作用

在磨削過(guò)程中磨削冷卻液的作用不可忽視具有：潤(rùn)滑、冷卻、清洗及防銹的作用。1）冷卻。在磨削過(guò)程中供給充足的磨削液，可防止磨削燒傷，迅速將產(chǎn)生的磨削熱帶走，以避免磨削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫高熱使軋輥表層金相組織發(fā)生變化，使軋輥表面精度達(dá)不到要求。2）潤(rùn)滑。磨削液具有良好的潤(rùn)滑性能，能減少砂輪磨削生的阻力及砂輪的磨損，保證砂輪的正常工作，延長(zhǎng)砂輪使用壽命，提高軋輥表面光亮度。3）清洗。細(xì)微的磨屑與砂輪接觸，降低了磨削性能，易劃傷軋輥表面。磨削液能清洗砂輪，沖走脫落的磨粒和砂粒，保證砂輪保持良好的磨削性。4）防銹。金屬暴露在空氣中易氧化生銹，磨削冷卻液在金屬表面可形成保護(hù)膜或與金屬化合形成鈍化膜，防止金屬生銹。

4.2 磨削冷卻液的選用

考慮磨削加工本身的特點(diǎn)：軋輥磨削時(shí)產(chǎn)生的高達(dá)800～1000℃的高溫，產(chǎn)生的碎切屑和砂輪砂粒，需要我們選擇合適的磨削冷卻液，達(dá)到潤(rùn)滑、冷卻、清洗及防銹的作用。

普通的軋輥磨削優(yōu)先選用擇合成切削液(JK-Ⅱ比例1：40)或者質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之三到五的乳化液；精度要求較高的磨削加工可優(yōu)先選擇精制合成型切削液(JK-M比例1：40)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之五至十的乳化液；超精磨削加工可選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的煤油與含石油磺酸鋇2%的混合液。選擇合適的磨削冷卻液，不但能降低磨削溫度，還能減少磨削力，降低動(dòng)力消耗，而且還可延長(zhǎng)砂輪壽命和改善工件表面質(zhì)量。

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