摘 要：介紹武鋼熱軋廠軋輥磨床的技術升級目標和總體方案；從CNC及電氣控制系統、測量系統、中心架、砂輪動平衡、平*、液壓驅動的砂輪罩殼方面詳述了具體改進內容和實施情況，歸納了該磨床在改進后的主要功能特點，取得了理想效果。

武鋼熱軋廠有軋輥磨床七臺，用于軋機工作輥、支撐輥的修磨，其自動化水平低，磨削一支軋輥需60min，且精度達不到要求，配件采購困難。
為此，決定進行技術更新。首先對6#軋輥磨床進行全自動數控技術升級，現已安裝調試完成，全面達到了技術升級的功能考核目標。

一、技術升級目標及總體方案

采用當前的通用CNC數控系統軟硬件，及適合軋輥磨床自動化的功能軟件，同時對機械部分進行必要的改造，使之成為全自動數控軋輥磨床。
采用西門子SINUMERIK840D數控系統，配以HEIDENHAIN直線光柵尺，組成全新現代化系統。
配備西門子全數字化控制交流伺服裝置（SIMODRIVE611D）和交流伺服電動機（1FT/K6），增加兩個伺服坐標軸（伺服系統），分別用于新增加的X2軸及測量系統X1軸的驅動。
測量系統全部采用西門子伺服電機通過精密滾珠絲桿傳動，可測量軋輥的輥形、直徑、圓度、圓柱度、同軸度以及安裝精度。
增加一套X2軸傳動機構參與軋輥測量，及砂輪直徑的自動在線檢測和砂輪的自動快速趨近。
重新設計能自動校正軋輥安裝精度的中心托架，應配備油泵供油的托瓦稀油潤滑裝置。
磨床改進后，能完成直線、正弦曲線、多次方曲線（zui高達八次方、包括ASR和VCR曲線）以及任意曲線軋輥的全自動磨削。

二、改進的具體內容及實施

1．CNC及電氣控制系統
西門子全數字型SINUMERIK840D，內置S7300可編程控制器，由SIMODRIVE611D型伺服單元驅動所有1 FT/K6型全數字控制交流伺服電動機（五軸），利用MMC1030EM軟件包、S7300編程軟件及NC編程語言編制磨床控制程序，以實現全自動磨削加工循環及軋輥的自動測量。采用OP031彩色液晶薄型顯示器，配備MM 103人機接口，中文顯示；操作系統基于MS Windows95，具有完備的報警與系統診斷功能，配備豐富的操作幫助功能，加入適合現場操作的各種專有畫面，以實現輥形曲線的顯示、曲線編程、測量精度顯示、打印及存貯（硬盤或軟盤上）；系統硬盤驅動器上存貯有軋輥數據庫，可對所有加工過的軋輥進行記錄，以便隨時調閱并打印輸出。充分利用新型全數字化系統（840D）的*性，簡化控制線路和硬件，用軟件完成部分原來只能用硬件實現的功能，提高系統可靠性，按全自動數控軋輥磨床的要求重新配置機床操縱面板，新增一個帶磁性吸座的活動操作盒，包括電子手輪和操作按鍵等。
配備五個伺服電機控制軸，分別為大抱板（Z）、磨架（X）、曲線磨削機構（U）、測量機構（X1）、砂輪直徑檢測及自動趨近控制機構（X2），在X1、X2軸的前端各配備一個12mm的光柵頭。為保證位置控制精度、可靠性以及系統設計需要，五軸中除U軸外均配有兩套位置檢測系統，即伺服電機軸端的編碼器和各自移動體上的直線光柵尺，以便一套出現故障時，可由另一套保證工作。配備一個電子手輪，用作各軸的手動調整。改進后，機床具有快速返回參考點功能，即各坐標軸在作參考點返回操作時只需移動很朽離即可，能大大減少準備時間，并避免無謂的機械磨損。
采用德國海德漢（HEIDENHAIN）新型高精度、高可靠性直線光柵尺，另增加一根直線光柵尺用于X2軸位置測量。
新增多種保護和監控功能，如防撞保護、坐標軸工作區域限定、測量頭過量壓縮保護、軟件限位等，zui大限度地保護人員和設備安全。
新增直徑基準盤、砂輪修整、砂輪直徑測量板位置檢測等自動檢測功能，實現全自動。
新增軋輥表面溫度檢測裝置，采用紅外測溫儀測量，數控系統據以進行溫度補償磨削。
新增頭架角度測量裝置，為軋輥圓度和同心度測量提供采樣基準信號。
建立車間軋輥磨床管理系統，包括設備使用、維護、檢修、故障診斷的管理和數據庫管理。
采用西門子6RA70作為新型砂輪和頭架直流調速裝置。1fd4
經上述改進后，磨削時能根據軋輥探傷裝置測得的軋輥裂痕深度實時調整磨削參數，數據可由操作者手動輸入，也可由探傷裝置的探傷數據接口直接傳輸至磨床數控系統。
2．測量系統
A、B兩測頭光柵均安裝在封閉的測量臂內，通過杠桿機構非接觸測量，以有效保護光柵測頭。
通過X1軸和A、B測頭實現軋輥直徑、輥形、圓度、圓柱度、同軸度的測量，并自動檢測軋輥安裝精度。
軋輥自動測量機構的X1軸由固定在砂輪架上的測量架底座、可沿底座上部導軌橫向移動的滑架和固定在滑架前端由油缸抬起或放下的測量臂（A測頭）組成。測量滑架由一個1FT/K6伺服電機驅動一對蝸輪、蝸桿和滾珠絲桿以實現快、慢速移動，滑架位置由一根LS186直線光柵檢測。
新增加的X2軸由一臺1FT/K6伺服電機驅動滾珠絲桿及一條直線滾動導軌副和直線滾動光桿實現直線運動。光桿前端安裝一套光柵檢測裝置（C測頭），其移動位置由安裝在滾動光桿上的LS直線光柵檢測，X2軸能自動完成砂輪恒線速度控制，并檢測砂輪表面位置，以實現砂輪自動快、慢速趨近。
新測量系統保證了軋輥在φ700~800mm時，測量系統與軋輥探傷系統等同時工作而不發生干涉。
3．中心架
中心架托瓦為二瓦斜角支承，方便軋輥吊裝，并可避免在測量過程中上瓦殼體與A測頭發生干涉，確保測量安全和迅速完成。一套中心托架由左（尾架端）、右（頭架端）兩中心架組成，配備可供選擇的不同直徑的支承塊，以滿足對輥徑在φ300~500mm范圍內軋輥的支承。為了實現軋輥安裝精度的調整，左中心架設計為上下兩層，下層底座中有一套帶動上層瓦座沿橫向調整的機構，以實現軋輥安裝精度的自動閉環校正。調整是通過一臺由FUJI交流變頻調速裝置控制的電機驅動一套微量進給機構進行的。中心架可沿床身導軌縱向手動調整，以方便對不同長度軋輥的支承。
中心架配有托瓦自動稀油潤滑裝置，廢油通過油槽回收到廢油箱。
4．砂輪動平衡
砂輪動平衡裝置采用簡單、實用、可靠的手動機構，并配備動平衡檢測儀。安裝方便，無須在主軸中心制作深而大的安裝孔，因此不會影響主軸剛性，特別適用于要求強力磨削的磨床。
5．平*
采用平*磨削能方便軋輥的裝卸，減少輔助時間，顯著提高磨床的利用率。
6．液壓驅動的砂輪罩殼
包括罩殼殼體、傳動機構、液壓油缸及液壓系統等，以便砂輪快速更換。

三、改進后磨床的主要功能特點

    1．自適應磨削
    為提高自動化和智能化程度及磨削效率，改進后的磨床增加自適應磨削功能，針對軋輥中間磨損大、兩端磨損小的特點，采用先分別磨兩端，再貫穿磨削整個輥面的方法。
    2．軋輥數據庫
    數據庫保存著每根軋輥的當前參數在分析板材軋制中出現的問題時，可隨時從數據庫中調出（或打印）所需軋輥及其配對輥的有關參數進行分析。為了更準確地了解輥形和分析軋制后軋輥的磨損情況，可根據需要使測量后的輥形曲線數據按不同密度（點數）打印輸出。
    3．溫度補償磨削
    根據軋輥溫度與輥型之間的變化規律，輸入溫度補償曲線或系數，選擇相應的補償曲線進行磨削。
    4．砂輪自動直徑測量及恒線速
    砂輪直徑檢測裝置使系統在任何時候都能自動測量砂輪直徑并確認砂輪修整器和直徑基準盤的位置。
    5．定量磨削控制
    為提高軋輥的利用率，自動磨削時可設定一定的磨除量（疲勞層厚度），由系統自動控制進給量直至達到設定的磨除量后自動轉入精磨。
    6．計算機聯網數據
    通過上位計算機可對本磨床所磨軋輥的參數和測量結果進行數據管理，今后經自動化改造的磨床全部計算機聯網后可實現數據共享。
    7．數控功能取舍靈活
    可根據磨輥的具體需要對自動磨削和測量循環的各個環節或功能進行取舍。
    8．遠程診斷
    數控系統配備了的軟硬件，可實現遠程診斷，解除設備維護的后顧之憂。

    四、效果

    1．圓柱面磨削精度（見表1）

表1

    2．中凸（凹）磨削精度（見表2）

表2

    3．ASR，VCR曲線及任意曲線磨削精度（見表3）

表3

    經過近半年運行，磨床效率明顯提高，輥型磨削精度達到德國新磨床出廠標準。全自動化磨削避免了人為因素的干預，提高了系統可靠性，方便了維護，為提高板型質量打下了堅實基礎，同時也為其它磨床的技術改進提供了成功經驗。