軋輥磨床的數(shù)控化應(yīng)用技術(shù)

茍大維 徐新力 秦東 龍合昌

摘? 要：軋輥磨床是一種金屬切削機床，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色、造紙等行業(yè)，隨著各行各業(yè)制造工藝要求都不斷提高，軋輥磨床的磨削修復(fù)難度較大，加工復(fù)雜度較高，對軋輥磨床提出了更高的數(shù)控化要求。選取西門子公司SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)為平臺，以MK8463軋輥磨床為研究對象，介紹了數(shù)控軋輥磨床的系統(tǒng)配置、工作原理、硬件設(shè)計以及功能特點等。

關(guān)鍵詞：軋輥磨床;數(shù)控化改造;技術(shù)應(yīng)用

Abstract：Roll grinder is a metal cutting machine tool，widely used in steel，non-ferrous metals，paper making and other industries. With the continuous improvement of the manufacturing process requirements in all walks of life，the grinding repair of the roll grinder is more difficult and the processing complexity is higher. Grinding machines put forward higher requirements for numerical control. The SINUMERIK 840D sl CNC system of Siemens was selected as the platform，and the MK8463 roll grinder was taken as the research object. The system configuration，working principle，hardware design and functional characteristics of the CNC roll grinder were introduced.

Keywords：roller grinder;numerical control transformation;technical application

0? 引? 言

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和科技水平的不斷提升，工業(yè)化進程不斷加快，軋輥磨床作為滿足特殊工藝要求的重要工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)、有色金屬冶煉產(chǎn)業(yè)、造紙印刷產(chǎn)業(yè)等諸多工業(yè)的生產(chǎn)過程。然而，在實際加工的過程中，高溫氧化、機械磨損等諸多原因往往會造成軋輥磨床幾何精度有所下降，需要周期性地對軋輥磨床的運行進行科學(xué)修復(fù)，最大限度地避免軋輥磨床在磨削軋輥時的精度和磨削效率下降而引起的軋輥磨床生產(chǎn)質(zhì)量和工藝效率的降低。但是，在軋輥磨床中高磨削、中凹磨削以及錐度磨削等重要部件所涉及的機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件較多，軋制工藝所要求的軋輥輥面母線曲線加工難度較大，工業(yè)生產(chǎn)誤差難以控制。在此背景下，選取SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)作為平臺，以貴陽險峰機床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MK8463軋輥磨床為研究對象，對軋輥磨床進行全新的數(shù)控化設(shè)計，不斷提升軋輥磨床應(yīng)用效率。

1? 軋輥磨床概述

軋輥磨床是鋼鐵產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線的重要配套設(shè)備，其磨削精度、磨削效率的高低會在極大程度上直接影響鋼材生產(chǎn)過程軋輥質(zhì)量和實際生產(chǎn)效率。在實際軋制鋼板的過程中，高溫氧化或機械磨損等諸多原因往往造成軋輥輥面面積減小、軋制精度下降，因此，鋼材生產(chǎn)工作人員需要定時定期對軋輥輥面進行磨削修復(fù)。與此同時，軋機工作輥和支撐輥輥面還需要按照一定排列方式實現(xiàn)耦合匹配，因此，在軋輥磨床的磨削軋輥的工作過程中，軋輥磨床數(shù)字控制系統(tǒng)根據(jù)軋輥面母線的數(shù)學(xué)模型，計算出砂輪在多種負荷運動條件下對輥面金屬的磨削程度有較大影響，從而根據(jù)該磨削程度對軋輥輥面進行科學(xué)修復(fù)。軋輥磨床在線測量系統(tǒng)主要將測量數(shù)據(jù)實時反饋給軋輥磨床控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對軋輥磨床機床發(fā)出對應(yīng)的閉環(huán)控制指令，實現(xiàn)對整個軋機生產(chǎn)過程的精密管理和科學(xué)控制，圖1即為軋輥磨床電控系統(tǒng)連接示意圖。

通常情況下，軋輥磨床的結(jié)構(gòu)形式主要包括工作臺移動結(jié)構(gòu)形式和砂輪架移動結(jié)構(gòu)形式等兩大類。當(dāng)軋輥磨床的被打磨工件實際直徑小于630 mm時，可采用工作臺移動結(jié)構(gòu)模式布置軋輥磨床;而當(dāng)被磨工件的實際直徑大約630 mm時，則應(yīng)該采用砂輪架移動結(jié)構(gòu)形式布置軋輥磨床。同時，在軋輥磨床結(jié)構(gòu)上，還應(yīng)配置相應(yīng)的車削拖板等特殊零部件，保證軋輥磨床前導(dǎo)工序的順利加工。在軋輥磨床和其他磨床的機械結(jié)構(gòu)對比方面，軋輥磨床的顯著特點是擁有中高機構(gòu)，軋輥磨床的輪廓曲線是借助磨床中高機構(gòu)實現(xiàn)的。目前，在國外的軋輥磨床中，中高機構(gòu)采用各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，凸輪杠桿結(jié)構(gòu)形式的實際使用范圍最廣。但與此同時，盡管軋輥磨床機械結(jié)構(gòu)中的中高結(jié)構(gòu)能夠有效滿足軋輥磨床軋輥輪廓的精度要求，但中高機構(gòu)的實際構(gòu)造較為復(fù)雜，傳動鏈較長，整個工藝調(diào)整過程較為麻煩，且軋輥磨床砂輪架大多為三層架構(gòu)形式，實際剛性較差，因此，國外部分軋輥磨床也采用CNC設(shè)備對其中高機構(gòu)進行改良優(yōu)化。

2? 軋輥磨床的數(shù)控化改造技術(shù)

2.1? 系統(tǒng)組成與工作原理

通常情況下，軋輥磨床大多為金屬切削機床，主要由床身、頭架、尾架、中心架、磨頭、電氣數(shù)控系統(tǒng)等重要部分組成，可以進一步將其劃分為承載系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、磨削系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等四大子系統(tǒng)。在軋輥磨床的工業(yè)生產(chǎn)過程中，頭架、尾架和中心架支撐軋輥磨床工件，由頭架實現(xiàn)相應(yīng)的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)功能，數(shù)控系統(tǒng)則進一步根據(jù)軋輥磨床軋輥表面母線的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)信息控制軋輥機床做多軸復(fù)合運動，進而在軋輥磨床實際生產(chǎn)運動過程中實現(xiàn)砂輪對軋輥表面的磨削控制。

為了實現(xiàn)對軋輥磨床的數(shù)控化精確控制，依托于軋輥表面輪廓曲線相關(guān)原理及其參數(shù)信息，對數(shù)控系統(tǒng)的Z軸、X軸、砂輪和工件轉(zhuǎn)動進行管理，滿足軋輥磨床工作精度要求。但是，由于軋輥磨床工業(yè)生產(chǎn)過程中的軋輥輪廓曲線變化幅度較大，橫向精度要求較高，因此，在X軸方向必須建立閉環(huán)系統(tǒng)控制軋輥磨床運動軌跡，彌補數(shù)控系統(tǒng)中對測量絲杠的誤差。在軋輥磨床的磨削過程中，由于砂輪磨損程度隨著砂輪材質(zhì)的變化和工件材質(zhì)的變化有所區(qū)別，數(shù)控系統(tǒng)并不能保證砂輪切削量的固定不變，故而會在一定程度上降低軋輥磨床砂輪生產(chǎn)效率。此外，軋輥磨床剛度較低，甚至受周圍環(huán)境影響較大，系統(tǒng)的不穩(wěn)定會造成軋輥磨床在Z軸方向的爬行。因此，為了克服上述軋輥磨床工業(yè)生產(chǎn)缺陷，需單獨控制軋輥系統(tǒng)中的Z軸和X軸，利用數(shù)控系統(tǒng)能控制Z軸、X軸以及砂輪、工件的精確化轉(zhuǎn)動，以在X軸方向建立閉環(huán)系統(tǒng)的方式不斷提升軋輥磨床X軸方向的運動精度。