如何提高數(shù)控軋輥磨床的磨削質(zhì)量

秦東

摘 ?要：目前，我國(guó)的綜合國(guó)力的發(fā)展迅速，在機(jī)械加工中，軋輥的磨削精度與表面粗糙度，將直接影響軋制板面的外形和外表面加工精度。但軋輥的這兩項(xiàng)參數(shù)又受制于另一個(gè)因素，就是軋輥磨床是否能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期高精度穩(wěn)定運(yùn)行。故而，在進(jìn)行磨床安裝時(shí)，必須按照相關(guān)技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行?，F(xiàn)將磨床的安裝方法進(jìn)行較為系統(tǒng)的歸納，以對(duì)安裝有所幫助。

關(guān)鍵詞：提高;數(shù)控軋輥磨床;磨削質(zhì)量

引言

隨著我國(guó)鋼鐵、鋁材和造紙等行業(yè)的發(fā)展，大尺寸鋼板、型材等的需求越來(lái)越多，軋輥的尺寸也隨之越來(lái)越大。因此，超重型數(shù)控軋輥磨床應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)、制造以及檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求。數(shù)控軋輥磨床屬于大型精密加工機(jī)床，主要由磨床床身、磨頭（砂輪架）、頭架、尾座、支撐托架座、拖板、測(cè)量裝置及數(shù)控系統(tǒng)等組成，加工精度μm級(jí)，主要用于各種形狀軋輥表面的粗、精磨加工，是鋼材板材、鋁材板帶和紙板等軋制生產(chǎn)線(xiàn)的重要設(shè)備。它的磨削精度和磨削效率直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

1數(shù)控軋輥磨床的設(shè)計(jì)

（1）軋輥的頂磨工藝設(shè)計(jì)。該裝備能將15m寬、直徑2.5m、重250t的軋輥安裝在設(shè)備兩側(cè)尖端部分，然后實(shí)施高精度磨削，這就必須要涉及到高性能頭、尾架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這是保證工程順利進(jìn)行的前提。

（2）性能頭、尾架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。頭架在承載上有一定的要求，承受的水平力≤200t，豎直力≤150t，需要為250t工件的回轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，并且這個(gè)過(guò)程中還要確保主軸回轉(zhuǎn)精度，頭架采用一臺(tái)西門(mén)子主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)裝光電編碼器，實(shí)現(xiàn)頭架速度及位置的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)采用SIEMENS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)，尾架和頭架在水平和豎直承力上是相同的，并且尾架還要具有自動(dòng)加緊和自行移動(dòng)的功能，與頭架不同的是，尾架還要承受200t的反作用力，只有這樣裝備的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性才能夠得到保證。

（3）軸承精化設(shè)計(jì)。在頭架和尾架部位有一個(gè)回轉(zhuǎn)支承，它在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成生產(chǎn)規(guī)模，但從國(guó)外引進(jìn)又困難重重，為此，相關(guān)部門(mén)展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，終于研發(fā)出了軸向跳動(dòng)0.002mm，徑向跳動(dòng)0.002mm的部件，完美的解決了這一問(wèn)題，完成了裝置核心功能部分的設(shè)計(jì)。

（4）高精度、高剛度砂輪架設(shè)計(jì)。將砂輪架系統(tǒng)的流量進(jìn)行穩(wěn)定控制，然后再加裝上砂輪自動(dòng)平衡系統(tǒng)等，平衡精度0.8μm，實(shí)現(xiàn)砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡。砂輪主軸軸承采用包容式動(dòng)靜壓軸承結(jié)構(gòu)。主軸在最佳剛度動(dòng)靜壓腔內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很高的回轉(zhuǎn)精度和剛度。能滿(mǎn)足粗磨、精磨及拋光磨削的要求。在砂輪架導(dǎo)軌部位的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中運(yùn)用靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)，然后在加裝1個(gè)砂輪架微進(jìn)給系統(tǒng)等，既能確保砂輪架精度，還能夠滿(mǎn)足剛度方面的需求。

（5）虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與機(jī)床動(dòng)態(tài)性能分析。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，利用三維軟件進(jìn)行模擬分析，最后在軟件中設(shè)計(jì)1套完整的模擬程序。在設(shè)備建立之后，技術(shù)人員可以進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)等受力分析，然后對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行模擬，找到問(wèn)題處理的方法，進(jìn)行不斷地完善。此外，借助動(dòng)態(tài)性能分析的相關(guān)數(shù)據(jù)，搭建一個(gè)完整的框架結(jié)構(gòu)和裝配體系，并且為了設(shè)計(jì)的可靠性，在正式使用之前需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行總結(jié)，為之后的裝配提供理論技術(shù)支撐。

（6）開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)磨削任意曲線(xiàn)輥形的專(zhuān)用軟件系統(tǒng)。不管是何種型號(hào)的輥型件磨削，裝置都能夠在軟件上進(jìn)行精確控制，借助專(zhuān)業(yè)的計(jì)算公式來(lái)規(guī)劃加工過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種輥型的精準(zhǔn)磨削，整個(gè)流程都是全自動(dòng)化的，以此來(lái)規(guī)避人為因素導(dǎo)致的精度降低問(wèn)題。

（7）在機(jī)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用HEIDENHAIN高精度直線(xiàn)光柵用于測(cè)量控制軸的全閉環(huán)控制及軋輥測(cè)量，技術(shù)人員經(jīng)過(guò)不斷的探索，終于研發(fā)出了精度高達(dá)0.002mm、測(cè)量直徑（400～3000）mm、縱橫面直徑<0.003mm/m，并且兼具磨削加工和尺寸檢測(cè)功能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。

2數(shù)控軋輥磨床測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)

2.1兩點(diǎn)測(cè)量裝置

兩點(diǎn)測(cè)量裝置可測(cè)量軋輥的輥形、輥徑，在準(zhǔn)備階段還可以檢測(cè)軋輥的安裝精度。測(cè)量裝置主要由橫梁、移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及內(nèi)外測(cè)量腳等組成。該類(lèi)測(cè)量裝置可安裝在砂輪架或拖板上。內(nèi)、外量測(cè)腳安裝于測(cè)量架上，由伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)測(cè)量腳作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磨削加工前后均可以進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，通過(guò)與軋輥磨削精度相比較，使機(jī)床自動(dòng)循環(huán)磨削和補(bǔ)償磨削。

2.2三點(diǎn)測(cè)量裝置

三點(diǎn)測(cè)量裝置的測(cè)量臂上裝有兩個(gè)測(cè)量傳感器。兩個(gè)測(cè)量傳感器由伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)橫向相對(duì)于軋輥中心（軋輥徑向）同時(shí)趨近或離開(kāi)。而另一個(gè)測(cè)量傳感器安裝在砂輪架上，測(cè)量臂和拖板為一體，砂輪架隨著拖板一起移動(dòng)。測(cè)量臂可繞軋輥軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，便于磨削和吊裝軋輥。測(cè)量裝置安裝在砂輪架上方，可隨拖板沿軋輥軸線(xiàn)方向移動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥的全長(zhǎng)輥面測(cè)量。同時(shí)，安裝在砂輪架上的另一個(gè)測(cè)量傳感器可隨砂輪架沿軋輥徑向移動(dòng)，趨近或離開(kāi)工件。三點(diǎn)測(cè)量裝置在德國(guó)的HERKULE數(shù)控軋輥磨床和意大利POMINI公司生產(chǎn)的數(shù)控軋輥磨床和中國(guó)險(xiǎn)峰機(jī)床數(shù)控軋輥磨床上已成功應(yīng)用。

3優(yōu)化措施分析

3.1砂輪對(duì)工件表面質(zhì)量影響

從磨削性能來(lái)看，白剛玉、單晶類(lèi)砂輪較好。從磨削表面粗糙度來(lái)看，砂輪的磨粒越細(xì)，則磨削工件表面上的殘留面積越小，表面粗糙度越低。從減少拉毛、劃傷來(lái)看，砂輪不能太軟，太軟的砂輪磨粒易脫落會(huì)產(chǎn)生小劃傷。但也不能過(guò)分硬、太硬的砂輪磨鈍后，磨粒不易脫落會(huì)引起工件表面燒傷，因此一般采用H級(jí)砂輪。從結(jié)合劑來(lái)看，樹(shù)脂結(jié)合劑的彈性好，適用于低粗糙度表面磨削。而陶瓷結(jié)合劑脆性大、彈性差，受不了側(cè)面扭曲壓力，但它的組織多孔性好，能耐水、耐油及普通酸堿的侵蝕，適用于一般磨削。筆者認(rèn)為想要加工出一個(gè)高質(zhì)量的軋輥，軋輥的表面不能有螺旋紋（走刀紋）、振紋、網(wǎng)狀線(xiàn)、小劃傷（落砂印）、水波紋、斜紋以及色差，而且輥面表面的粗糙度基本均勻一致，且軋輥表面不能非常亮，要求越白越霧越好，要想達(dá)到這一要求，機(jī)床的各方面精度要達(dá)到設(shè)備要求，砂輪的選用要和軋輥的硬度等方面匹配，無(wú)論切削或拋光，性能都要優(yōu)良。優(yōu)良的磨削工藝，是操作者技能的體現(xiàn)。這幾方面是相輔相成，無(wú)論哪一方面有問(wèn)題，則軋輥加工的表面質(zhì)量就可能達(dá)不到理想狀態(tài)。但這也不是絕對(duì)，例如，機(jī)床有問(wèn)題不穩(wěn)定，也可以通過(guò)磨削工藝進(jìn)行彌補(bǔ)。例如磨削工藝有問(wèn)題，也可以通過(guò)砂輪選用進(jìn)行彌補(bǔ)。例如，機(jī)床非常好，其他因素差一些，也能加工出合格的軋輥，所以良好的機(jī)床和優(yōu)秀的磨工是主要因素，其中砂輪是關(guān)鍵因素，所以砂輪的優(yōu)劣將直接決定軋輥的表面質(zhì)量。

3.2冷軋選用砂輪

鋁板材軋制的厚度一般為0.18mm～0.4mm，包括裝飾板、空調(diào)箔、軋花板、蒸發(fā)器、電容器、PS板、鋁箔坯料以及易拉罐料等，選擇白剛玉、單晶剛玉居多，硬度有J級(jí)、H級(jí)、GH級(jí)、G級(jí)，氣孔多以微氣孔居多，也有用大氣孔的，一般粒度超過(guò)120號(hào)時(shí)，用微氣孔居多，多用陶瓷結(jié)合劑，砂輪首先要有切削力，砂輪自銳性要好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，磨削冷軋工作輥砂輪選用WA120G7V就可以滿(mǎn)足磨削冷軋工作輥的軋制要求。隨著鋁加工技術(shù)的不斷成熟，客戶(hù)對(duì)鋁板箔的表面要求也越來(lái)越高，對(duì)軋輥的磨削要求也越來(lái)越嚴(yán)格，除了有均勻的表面粗超度，還需要用強(qiáng)光手電觀(guān)察軋輥表面無(wú)影響鋁板面的感官缺陷，對(duì)機(jī)床和操作技能也需要與時(shí)俱進(jìn)，高質(zhì)量的磨削，對(duì)砂輪制造，選型和使用也有了相應(yīng)的要求，很多砂輪選型上就需要白剛玉和單晶剛玉進(jìn)行混料選擇，例如某國(guó)進(jìn)口砂輪型號(hào)40A120-1H7V6200，不僅具有良好的自銳性，而且加工面廣，沒(méi)有磨削劃痕，正常使用不需要修整。經(jīng)濟(jì)可靠，在軋輥磨床可推廣使用。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)特大型精密數(shù)控軋輥磨床進(jìn)行裝配，屬于一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，不管是在設(shè)計(jì)上，還是在工藝上都要仔細(xì)考究。首先，該設(shè)備必須要實(shí)現(xiàn)高精度要求，完成重型工件的加工作業(yè)，然后通過(guò)技術(shù)探索，處理掉一些技術(shù)難題，在實(shí)施中需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備的進(jìn)一步改造打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)梅.數(shù)控軋輥磨床幾種測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)介紹[J].精密制造與自動(dòng)化，2006（2）：45-46.