磨床改造方案425

1、普通型軋輥磨床M84125改數(shù)控型技術(shù)方案1 總體說明及加工技術(shù)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(shù)控軋輥磨床，它采用先進的電氣控制技術(shù)和機械傳動技術(shù)，性能達到先進水平。先進電氣控制技術(shù)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(shù)控系統(tǒng)，配備專為軋輥磨床設(shè)計的自動化控制軟件，將用戶使用方便放在第一位開發(fā)設(shè)計，多種多樣的功能已被模式化，在進行軋輥磨削編程作業(yè)時，操作人員只需根據(jù)相關(guān)對話框的提示輸入有關(guān)的工藝參數(shù)，不必要求操作者進行復雜而煩瑣的編程作業(yè)。具有足夠靈

2、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(gòu)使用的是凸輪杠桿機構(gòu)，采用機械結(jié)構(gòu)的中高機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復雜，傳動鏈長，調(diào)整麻煩，而且砂輪架為三層結(jié)構(gòu)，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(xiàn)聯(lián)動，傳動鏈長。改變加工曲線參數(shù)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(shù)的目的。由于齒輪組個數(shù)有限，因此曲線的參數(shù)變化受到限制。l 根據(jù)甲方軋輥磨床M84125具體情況和要求，乙方根據(jù)多年多年

3、從事軋輥磨床專業(yè)工作中積累的經(jīng)驗，本著提高設(shè)備技術(shù)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(shè)備的使用維護，降低磨床的維護成本和備件費用。該設(shè)備經(jīng)過改造后具有技術(shù)先進、成熟可靠、性能穩(wěn)定、工藝完善、經(jīng)濟實用的特點。l 擴大磨床的加工范圍：由于數(shù)控磨床能實現(xiàn)幾個坐標的聯(lián)動，加工程序可以按照加工零件的要求變換，所以它的適應(yīng)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(shù)控磨床不需要人工干預，就能按加工程序要求連續(xù)自動的進行加工，減輕工人勞動強度，改善勞動條件。l 因此，

4、通過此次對磨床的數(shù)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(chǎn)效率。改造后中高機構(gòu)采用偏心套的機構(gòu)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(gòu)的傳動為連續(xù)軌跡控制。磨削時將軋輥中高參數(shù)編入程序，采用數(shù)控插補實現(xiàn)中高磨削。該中高機構(gòu)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(shù)均可在限定范圍內(nèi)輸入程序。無需更換交換齒輪，以及調(diào)整杠桿間距，縮短了輔助時間。綜上所述：電氣部分重新設(shè)計、全部更新。機械部分以改造為主。對兩床身調(diào)整，恢復其精度。需重新設(shè)計制造磨架以上部件：如砂輪主軸系統(tǒng)、磨架進給裝置、

5、數(shù)控曲線磨削裝置(U軸)、操縱臺、測量系統(tǒng)（X1軸）、拖板位置檢測裝置，砂輪罩殼，砂輪夾盤，液壓系統(tǒng)等。1.2 加工工件技術(shù)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(jié)構(gòu)

6、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(tǒng)2.1.1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(shè)計中，將采用特殊結(jié)構(gòu)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(nèi)運轉(zhuǎn)，具有很高的回轉(zhuǎn)精度及剛度，穩(wěn)定性好，動態(tài)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(nèi)運轉(zhuǎn)，有很高的回轉(zhuǎn)精度及剛度?？蛇M行粗、精及拋光磨削，主軸前后軸承設(shè)計在砂輪及皮帶輪受力中心處，比傳統(tǒng)的主軸懸臂結(jié)構(gòu)有更高的剛度及回轉(zhuǎn)精度，由交流電機驅(qū)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

7、，砂輪主軸軸承采用動靜壓軸承。從供油系統(tǒng)供給具有一定壓力的潤滑油，通過各油腔的節(jié)流器具進入相應(yīng)的偏心套前軸承油腔內(nèi)和后軸承油腔內(nèi)。由于各油腔對稱等面積分布，各節(jié)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(tǒng)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(nèi)的壓力油經(jīng)過間隙從周向和軸向封油面流出。主軸的動靜壓軸承，經(jīng)過節(jié)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(jīng)過節(jié)流閥的壓力油時，將主軸推向動壓腔（后腔）。當考慮主軸系統(tǒng)自重影響和主軸工作受到負載時，主軸產(chǎn)生向下和向后（

8、動壓腔）產(chǎn)生偏移，此時，前腔（靜壓腔）間隙增大，后腔（動壓腔）間隙減小。當主軸在高速旋轉(zhuǎn)時，將潤滑油經(jīng)過油楔帶入動壓腔，此時動壓腔壓力增大，將主軸平衡于設(shè)計中心位置上，采用此結(jié)構(gòu)軸承，可提高軸承工作時承載能力和剛性。2.1.2數(shù)控中高機構(gòu)凸度位移系統(tǒng)(U軸)原機床砂輪架結(jié)構(gòu)高精度數(shù)控曲線磨削裝置(U軸)采用靜壓偏心套結(jié)構(gòu)(內(nèi)裝主軸動靜壓軸承)。工作時，由全數(shù)字交流伺服電機經(jīng)減速裝置驅(qū)動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，通過直線滾動導軌副定位，使?jié)L珠螺母上下移動進而帶動杠桿偏心機構(gòu)，驅(qū)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(nèi)的砂輪主軸相對于輥面作微量無間隙趨近或退離運動。該

9、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(shù)控中高機構(gòu)安裝在磨架內(nèi)部，它是機床實現(xiàn)曲線磨削的主要執(zhí)行機構(gòu)，當大拖板沿床身導軌縱向移動時，裝于拖板床身側(cè)面的Z軸位置光柵發(fā)出電脈沖訊號，通過電脈沖訊號將Z軸位置輸入計算機，經(jīng)運算處理后輸出u軸控制指令，使伺服電機按要求轉(zhuǎn)動，經(jīng)過減速機構(gòu)帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，由于滾珠絲桿螺母已由直線滾動導軌副限制了轉(zhuǎn)動的自由度，故當絲桿轉(zhuǎn)動時，螺母將沿直線滾動導軌副上下移動，從而驅(qū)動偏心套擺桿上下擺動，偏心套回轉(zhuǎn)，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(nèi)實現(xiàn)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

10、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）必須按Z軸位置遂點輸入u軸的值（即坐標值輸入法）或?qū)（u）=z數(shù)學模型輸入計算機。按照輸入的參數(shù)，經(jīng)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(gòu)機床斷電保護機構(gòu)主要包括保護油缸和液壓系統(tǒng)，它獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)復位時，復位精度為1m。2.1.3磨架及其進給機構(gòu)磨架的主要作用為砂輪的進給，同時它也是軋輥測量系統(tǒng)的重要組成部分。磨架采用單層整體結(jié)構(gòu)，具有很高的剛性，磨架內(nèi)裝有砂輪主軸及靜壓偏心套和磨曲線裝置。磨架導軌為

11、貼塑靜壓導軌，磨架進給機構(gòu)由西門子交流伺服電機和精密滾珠絲桿組成。軋輥測量系統(tǒng)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(xiàn)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(yīng)不同直徑軋輥的測量需要；兩測量臂的翻轉(zhuǎn)動作，是由油缸來實現(xiàn)的,內(nèi)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(qū)動。測量時，內(nèi)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(qū)動。軋輥測量系統(tǒng)配備了一個長光柵(測量架

12、)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，大大提高了測量架的運動精度及定位精度，給實現(xiàn)高精度測量提供了可靠的基礎(chǔ)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(tǒng)配備了一個長光柵和兩個光柵測頭。測量狀態(tài)非測量狀態(tài)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(jié)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(chǎn)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(shù)據(jù)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

13、床自動進行（或中斷）磨削循環(huán)。在測量中，安裝在測量架上的長光柵測量尺用于直徑測量。 安裝在測量臂內(nèi)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(cè)限位開關(guān)動作,則拖板沿該方向的運動立即停止.當測量結(jié)束時，可在油缸的作用下，兩測量臂繞支承軸轉(zhuǎn)90°，便于磨削和吊裝軋輥。進行直徑測量前，應(yīng)將測量裝置兩測頭在裝于尾架端的直徑基準環(huán)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(huán)的直徑準確性）。設(shè)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(chǎn)品采用CNC測量軋輥的測量

14、裝置，軋輥的直徑和曲線形狀由測頭（A和B）來測量。測量數(shù)據(jù)由數(shù)控系統(tǒng)自動記錄下來，測量結(jié)果經(jīng)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(zhuǎn)由液壓缸驅(qū)動，使其繞軸回轉(zhuǎn)，按下控制臺相應(yīng)按鈕，即可使測量臂處于測量位置和停止位置（轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)經(jīng)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(guān)，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(jié)果為“AB”（A、B測頭測出相對值之和）b） 測量不

15、同軸度 校準軋輥 測量結(jié)果為“（AB）/2”（A、B測頭測出相對值差的二分之一）c） 測量軋輥直徑：（測量原理與用滑動量規(guī)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(fā)點），然后，測頭（A）隨測量臂移到“0”位置（第二測量觸發(fā)點）之后，測量系統(tǒng)顯示屏就顯示測量工件的直徑。 測量精度應(yīng)用常用標準量規(guī)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(yīng)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(tǒng)與主軸油供油為同一油源。其執(zhí)行的運作主要包括：A、B兩測臂90

16、6;翻轉(zhuǎn)，A、B測頭接觸和脫離工件，砂輪斷電狀態(tài)自動脫離工件等。其中測量臂翻轉(zhuǎn)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。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(xiàn)。2.1.5.液壓部分設(shè)計制作一套液壓系統(tǒng)，滿足主軸動靜壓軸承和測量臂回轉(zhuǎn)及斷電保護的使用。主軸潤滑系統(tǒng)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(zhuǎn)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(jiān)視器和濾油器監(jiān)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

17、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(tǒng)使用的L-HM46抗磨液壓油。主軸軸承潤滑及測量架液壓系統(tǒng)回油統(tǒng)一流入磨架的回油池內(nèi)，通過一液位開關(guān)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(tǒng)與主軸油供油為同一油源。其執(zhí)行的運作主要包括：A、B兩測臂90°翻轉(zhuǎn)，A、B測頭接觸和脫離工件，砂輪斷電狀態(tài)自動脫離工件等。其中測量臂翻轉(zhuǎn)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

18、、油管等。其他：l 設(shè)計制造一套砂輪罩殼。設(shè)計制造一套砂輪靜平衡芯軸。設(shè)計制造砂輪夾盤二套。設(shè)計制作砂輪吊具一套。設(shè)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(fā)訊裝置2.2 電氣控制功能及元件2.2.1 數(shù)控主機數(shù)控主機采用西門子新一代全數(shù)字分布式SINUMERIK 840D，內(nèi)置S7-300可編程控制器（PLC315-2DP）。2.2.2 操作顯示器系統(tǒng)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(tǒng)采用中文MS-WINDOWS XP。系統(tǒng)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

19、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(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(gòu)(U軸)，測量機構(gòu) (X1軸)。2.2.5 電子手輪配備電子手輪，用于各軸的手動調(diào)整(X、Z、Xl軸)。2.2.6 測量元件配備高精度光

20、柵用于X1軸的位置全閉環(huán)控制以及軋輥測量。測量系統(tǒng)還包括2個范圍為12mm的光柵測量頭。2.2.7 電纜數(shù)控系統(tǒng)全部控制電纜，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(nèi)元、器件選用西門子或施耐德產(chǎn)品，接近開關(guān)、極限開關(guān)等選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)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(yīng)磨削功能自適應(yīng)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(shè)定值后，控制

21、系統(tǒng)立即發(fā)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，X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(zhí)行適應(yīng)磨削，當適應(yīng)磨削從尾架端逐漸執(zhí)行到軋輥中央時，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)入全輥面磨削。2.3.2 軋輥數(shù)據(jù)存儲及管理磨床軋輥數(shù)據(jù)庫保存著所有本磨床磨削軋輥的當前參數(shù)(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(shù)等)，在自動磨削前，可根據(jù)需磨軋輥的編號，直接從數(shù)據(jù)庫中取出該軋輥的當前參數(shù)后，便可立即進入自動磨削，無需輸入任何參數(shù)，做到快速準確。磨削結(jié)束后，軋輥的當前參數(shù)又被自動保存。這樣，為該軋輥的下次磨削提供數(shù)據(jù)準備。另外，在分析板材軋制中出現(xiàn)的問題時，也可隨時從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出(或打印出)所需軋輥及其配對輥的有關(guān)參數(shù)(直徑、輥形、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