轧辊磨床数控技术的应用

轧辊磨床数控技术的应用

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　　轧辊磨床数控技术的应用【1】

　　【摘　要】热轧2050轧辊磨床是用于轧辊表面精加工的设备，其主要功用是磨削热轧厂的工作辊和支承辊，其数控系统为IBSO公司专为德国WALDRICH轧辊制造厂开发的第一代产品，型号为ILC-500。

　　随着用户对钢板表面质量要求的不断提高，轧辊磨床的磨削精度成为制约钢板质量和板形精度的瓶颈，同时磨辊间减少操作人员数量并提高劳动生产率的要求也越来越强烈，故决定对热轧2050轧辊磨床进行改造。

　　本章重点介绍具体改造方案。

　　【关键词】数控技术;轧辊磨床

　　1.轧辊磨床的结构

　　磨床主要有以下三部分独立的部件机械地组成：

　　1.1后床身

　　包括转动砂轮的砂轮主轴沿轧辊长度方向往复纵向运动的砂轮刀架砂轮趋近和退回磨床/轧辊中心横向运动的砂轮头。

　　1.2前床身

　　用来转动、支撑和调整轧辊的，包括转动轧辊的床头箱主轴，床头箱装有固定从动轴心的一个顶尖，这个轴心通常用来与缓冲器一起协作工作，这个缓冲器用来防止从动轴心由于接触转动轧辊产生的磨损，这个缓冲器有两个主要部件构成，一个部件(安装在从动轴心上)是通过滚柱轴承连接到它的转动部件上，另一个部件与轧辊的终端连接。

　　缓冲器转动部件的表面是有硬橡胶制造的，以至于不会损坏接触的轧辊。

　　这个顶尖、轴心和缓冲器配置用来在轧辊的传动侧纵向定位轧辊，可以配置一个可选择的电机驱动顶尖来自动定位轧辊。

　　尾架(顶针座)用来在轧辊的操作侧纵向定位轧辊，尾架有一个尾架身(主要结构)和一个固定从动轴心的套筒组成，这个轴心通常用来与缓冲器一起协力工作，这个缓冲器用来防止从动轴心由于接触转动轧辊产生的磨损，这个缓冲器也有两个主要部件构成，一个部件(安装在从动轴心上)是通过滚柱轴承连接到它的转动部件上，另一个部件与轧辊的终端连接。

　　缓冲器转动部件的表面是有硬橡胶制造的，以至于不会损坏接触的轧辊。

　　这个套筒、轴心和缓冲器配置用来在轧辊的操作侧纵向定位轧辊，为了更容易定位轧辊，尾架身可以选择配备一个电机传动系统。

　　托架是用来支撑轧辊、以及在水平方向和垂直方向对准轧辊的。

　　托架可以选择电机驱动来纵向定位，也可以选择液压夹紧装置来取代压力夹紧螺栓和简易定位快换装置的需要。

　　这些托架可以是专用型，它只适合一个小范围的工作辊和支撑辊辊颈直径;也可以是综合型的，它适合一个较大范围的工作辊和支撑辊辊颈直径范围，等等。

　　软支撑装置用来靠动压将轧辊放到托架上，防止由轧辊不当的靠近磨床引起的不必要的损害。

　　1.3测量臂

　　用来测量轧辊几何尺寸的。

　　2.现代轧辊磨床的特点

　　现代轧辊磨床主要特点：

　　CNC控制、高度自动化和集成化、磨削效率和精度高。

　　轧辊磨床的主要运动如砂轮、轧辊的旋转运动均采用了全数字化直流传动，控制精度高并可实现在一定范围内无级调速。

　　砂轮主轴采用了毛细管节流的静压支承，床身导轨采用了静压导轨，具有足够的刚度及耐磨性。

　　砂轮能完成微量进给，连续和端头自动进给和砂轮磨损补偿进给，能磨削出最大凸度或凹度为3毫米的任何形状的曲线。

　　实现窗口显示，人机对话方式，通过键盘和鼠标进行输入。

　　输出设备采用彩色打印机，可打印出程序、曲线等，且能在一张表上用不同颜色同时打印出几种曲线。

　　可同时储存多个程序，操作人员可根据意愿自由编程。

　　伺服轴采用交流变频调速系统，无需维护和更换碳刷，减少了大量的维护费用和备件费用。

　　提供诊断方式，便于维修人员查找故障。

　　一个熟练的操作人员不需要一直集中精力就可以完成一个一直重复的全自动化操作。

　　使用自动控制磨床，操作人员只需要提前确定要做的工作和起动磨床操作程序。

　　一旦磨床操作程序起动了，它就可以独立的工作，只有完成了操作，或者突然发生一些异常要求操作人员紧急中断时，磨床才会停下来。

　　在自动控制操作的过程中，操作人员或许要通过评估磨床采集的数据来监控磨床执行的工作情况。

　　在当前的操作过程中，如果操作人员不在时，可以自动打印出来数据，也可以随后挑选一些有用的数据打印出来，这些数据也可以存储在本机的数据库中，在完成操作后的任何时间都能查看。

　　在开始操作之前，操作人员不需要停机再重新起动，就可以跳过预先确定好的而做没有预见到的操作。

　　在自动操作过程中，可能因为一些原因，操作人员需要中断正在运行的操作，为了给操作人员最大限度的灵活操作，自动控制磨床的人机界面采用了自由跳跃概念来设计。

　　3.计算机数字控制轴

　　为了完成磨床各项控制任务，轧辊磨床一般有多轴需要计算机控制，CNC通过伺服电机、转动编码器和其它相关的控制元件来持续控制每个轴的精确位置和速度。

　　为了让CNC控制每个轴的位置，我们必须为每个轴设定一个参考点。

　　设定参考点是为了对于每个轴，相对于一些已知物体机械参考，CNC都有一个固定的“已知位置”。

　　利用这个相对某个固定机械参考的“已知位置”，CNC能控制和监控每个轴的精确位置。

　　这个参考点不要和机械零点相混淆，因为这个参考点并不一定是这些轴的机械零点位置。

　　3.1 Z轴

　　安装在后床身上，用来使磨床的砂轮刀架以磨床后床身的静压方式纵向运动。

　　3.2 X轴(砂轮刀架基座)

　　安装在后床身刀架上，用来使砂轮刀架以砂轮刀架基座的静压的方式横向运动砂轮头。

　　3.3 U轴(微量砂轮进刀)

　　安装在后床身砂轮刀架基座上，用来横向微量运动砂轮头(与磨床/轧辊中心之间往返运动)

　　3.4 Y轴(微调辊型轴)

　　安装在后床身砂轮刀架基座上，通过在砂轮头内部同时采用一个倾斜横向进给机械装置用来横向微量运动砂轮头。

　　3.5 S2主轴(砂轮主轴)

　　安装在后床身砂轮大家的砂轮头上，用来转动砂轮和确认从砂轮探头(A轴)反馈的砂轮直径，从而调整砂轮的线速度;当磨损导致砂轮直径变化时，保持砂轮的线速度时时连续。

　　一旦砂轮探头被校正好，CNC显示砂轮的转速和砂轮的线速度。

　　3.6 S1轴(床头箱主轴)

　　安装在前床身，用来转动轧辊和调整砂轮的转速CNC显示轧辊的转速。

　　3.7 C轴(可选择的测量臂)

　　安装在卡规往复台上，测量臂安装在一个圆柱状的框架上，这个框架可以转动90°，把测量臂翻转到“开”和“关”的位置上，可以方便的测量和停放。

　　C轴可以控制测量臂的运动，测量臂可以协同E轴和Q轴一起测量轧辊辊型、圆度和直径。

　　它也可以用来手动校准来显示轧辊的垂直位置和在每次校准位置处的轧辊的直径。

　　3.8 E轴(前测量臂测量装置)

　　安装在前测量臂的内部，随前测量臂测量轧辊辊型的变化和圆度。

　　协同Q轴，可以测量轧辊辊型和圆度，还可以测量由于支撑辊颈的托架的原因导致的轧辊偏心度。

　　CNC显示的E轴位置就是上测量臂接触轧辊以后压紧时的数值。

　　当测量臂和轧辊不接触时，E轴的位置为“零”，C轴使测量臂和轧辊接触以后，它停止运动并固定在它自己的位置处。

　　进一步压紧或松开E轴和Q轴，用C轴阻止辊面的变化，这样可以采集辊型的测量值。

　　3.9 Q轴(后测量臂测量装置)

　　安装在后测量臂的内部，随后测量臂测量轧辊辊型变化和圆度。

　　协同E轴，可以测量辊型和圆度，还可以测量由于支撑辊颈的托架的原因导致的轧辊偏心度。

　　CNC显示的Q轴位置就是后测量臂接触轧辊以后压紧的数值。

　　当测量臂和轧辊不接触时，Q轴的位置为“零”，C轴使测量臂和轧辊接触以后，它停止运动并固定住它自己的位置。

　　进一步压紧或松开E轴和Q轴，用C轴阻止辊面的变化，这样可以采集辊型的测量值。

　　3.10 A1轴(探伤探头)

　　安装在卡规往复台上，它在两个测量臂之间的一条线上与磨床中心线对直，用来驱动涡流探伤仪的探头与辊面做横向运动。

　　【参考文献】

　　[1]谷新.数控技术在轧辊磨床上的应用[D].上海交通大学,2008,(06).

　　光栅尺在数控机床中的应用【2】

　　摘要：简要介绍光栅尺在数控机床上的应用及使用注意事项

　　关键词：光栅尺 海德汉 发格 间隙 数控机床

　　在数控机床中，光栅尺的作用是作为数控系统的位置检测元件，检测机床的直线轴的实际位移是否和数控系统发出的指令相符。

　　数控机床的加工精度除了由机床的机械部分决定外，光栅尺的精度(或称“分辨率”)也是关键性的元件之一。

　　光栅尺一般由“定尺”和“动尺”(读数头)及连接电缆组成。

　　在世界范围内，德国HEIDENHAIN(海德汉)作为光栅尺界的第一品牌，为数控机床的加工精度发挥了很大作用。

　　西班牙FAGOR(发格)光栅尺目前应用于世界很多厂家，理所当然成为世界第二品牌。

　　光栅尺作为数控机床的位置检测元件，“监督”在由数控系统对直线轴发出的指令下是否准确到达其位置。

　　下面就光栅尺在数控机床上的应用，光栅尺的安装注意事项、调试方法及光栅尺对数控机床机械隐患的“监督”作用阐述如下，仅供参考。

　　一、光栅尺在数控机床上的作用

　　光栅尺作为数控机床直线轴的位置检测元件，相当于人的“眼睛”，就是“监视”该直线轴在执行数控系统的移动指令后，该直线轴是否真正准确地运行到数控系统指令所要求的位置。

　　如果数控机床没有安装光栅尺，当数控系统发出直线轴的移动指令后，直线轴能否到达数控系统要求的位置，完全依靠数控系统调试的精度和机械传动精度来保障。

　　数控机床使用一段时间后，由于电气调试参数的修改和机械误差的加大等原因，该直线轴很可能和数控系统指令所要求的位置相差很多，这时候数控系统根本不知道，维修和操作机床的人员也不知道，要想知道这个差距，维修人员就要对机床进行精度检测。

　　所以数控机床没有安装光栅尺，就要定期对机床的精度进行检查，一不小心，一旦忘记检测数控机床的精度，很可能导致加工的产品精度超差甚至报废。

　　如果数控机床的直线轴安装了光栅尺，上述问题就不用人来操心了，由光栅尺来完成这个使命。

　　如果该直线轴由于机械等原因没有准确到达该位置，光栅尺作为位置检测元件，会向数控系统发出指令，使该直线轴能够到达比较准确的位置，直到光栅尺的分辨率分辨不出来。

　　这时的光栅尺充当了独立于机床之外的监督功能，象人的眼睛一样，一直“监视”着直线轴的位置，保证了直线轴能够达到数控系统要求的位置。

　　光栅尺的精度取决于其分辨率，分辨率高低不同，价格就不同。

　　光栅尺有玻璃光栅尺和钢带光栅尺之分。

　　目前世界上能做出的玻璃光栅尺的长度约为3米长，超过3米的光栅尺就要选用钢带尺。

　　在制作新机床或旧机床改造中，采用光栅尺的目的是增加直线轴的运行准确性。

　　但能否增加光栅尺不完全取决于是否购买光栅尺，主要取决于该直线轴的机械部分的几何精度。

　　光栅尺不能取代机械的精度，它只能“锦上添花”。

　　很多人在这个问题的认识上存在偏差。

　　如果机床的直线轴的几何精度很差，比如一些车床Z轴采用直齿条进行传动，反向间隙很大，该轴即使采用光栅尺后，当该轴到达数控系统的运行指令位置附近，由于该直线轴的传动精度不高，不但达不到应有的目的，反而在准确位置前后会出现震荡。

　　数控机床的哪根直线轴安装光栅尺要视实际情况而定。

　　一般数控机床的X轴必须安装光栅尺，数控磨床磨削产品中带有锥度面时，一般为了保证加工的锥面的精度和表面质量，其Z轴也安装光栅尺。

　　镗铣机床的Z轴一般安装光栅尺，其它轴视加工产品的精度而定。

　　二、光栅尺的选用、安装注意事项、调试方法

　　1、光栅尺的选用

　　在选用光栅尺的型号时很多机床制造商或机床改造商容易凭自身想象，不和用户沟通，最后选用的型号不满足用户的要求。

　　根据本人多年的维修、使用和改造数控机床经验，我认为选用光栅尺时应该考虑如下几个问题：

　　1.1 选用的光栅尺的信号输出类型是差动TTL还是1vpp?这要看数控系统采用哪个厂家的。

　　该数控系统的位置反馈接口的信号类型是什么样，就选用相应型号的光栅尺。

　　1.2 采用玻璃光栅尺还是钢带光栅尺?玻璃光栅尺一般只能制作3米之内，价格比钢带光栅尺贵，但玻璃光栅尺安装、调试方便。

　　钢带光栅尺在安装时比较麻烦，安装好后要调整钢带的松紧，以便准确控制直线轴的位移。

　　1.3选用光栅尺的零参考点是增量式还是距离编码型?用户在机床开机不回参考点时对机床的坐标值是否有要求?如果机床的尺寸比较长，为了方便，机床可以随时回参考点，这样比较方便，这时需要采用距离编码型光栅尺。

　　如果数控机床回参考点依靠撞撞块，就采用增量式的直线光栅尺。

　　如果用户要求在不需要回参考点的情况下就知道该直线轴的位置坐标，可选用绝对式光栅尺，否则选用增量式光栅尺。

　　1.4 将来的光栅尺采用经过过滤、干燥的压缩空气吗?如果用，在购买直线光栅尺时就要购买过滤器和相应的接头等，同时告知用户准备气源和压缩空气的过滤、干燥装置。