小型多功能軋輥數控磨床的研制

邱碧濤，鄭漢誠，萬險峰，李恒山，陳 剛

（武鋼研究院，湖北 武漢 430080）

隨著鋼鐵工業的發展，以往大批量單一品種的生產模式已經越來越不滿足市場的需要了，為此很多鋼鐵企業都配備了自己的研發中心，并為其購置了各種試驗用熱軋機、冷軋機，對軋輥的要求越來越趨于尺寸小型化、輥面多樣化和結構復雜化。某鋼鐵研發中心為了適應各種不同軋機軋輥研磨的需要，與大型軋輥磨床企業合作開發出了一種多功能復合軋輥磨床，其不僅可以研磨普通軋輥，而且還具備曲面軋輥的研磨能力，實現了低成本多功能的目的，是一種新型小型復合多功能磨床。

1 MK1350 /2000 磨床結構特征

1.1 機床主要結構部件

床身采用高強度低應力的孕育鑄鐵，并經合理的時效處理，其導軌及其它接觸面均采用手工刮研工藝，床身兩側裝有防護罩。

頭架采用交流電機拖動，通過減速降速傳動，由交流變頻調速系統實現工件撥盤的無級驅動，頂尖為莫氏﹟6硬質合金固定頂尖，尾架頂尖套筒進出通過手搖手輪控制，頂尖為莫氏﹟6硬質合金固定頂尖。

砂輪主軸由交流電機拖動，經交流變頻調速系統實現無級調速，砂輪主軸采用動靜壓軸承支撐，進油壓力穩定，配有可靠的壓力保護裝置，保證了砂輪主軸的高精度、高剛度、高負荷、高可靠性的要求。砂輪架橫向進給由交流伺服電機驅動滾珠絲桿實現，運動導軌為平—V導軌，靜壓潤滑[2]。

測量系統采用Marposs自動對刀裝置及外圓直徑測量裝置，為接觸式檢測形式。冷卻系統采用大流量、高壓冷卻系統，配置一套紙質過濾裝置的冷卻液箱。

（1）曲線研磨機構

新的軋輥磨床同時配備微量進給方式，保證了實現中凸中凹的簡單二次曲線軋輥的磨削，其原理如圖1所示。

斜楔微量進給機構由伺服電機通過滾珠絲杠驅動斜楔作直線運動,斜楔斜度為1：200，斜楔和磨架之間有碟形彈簧，強力預緊，保證微量進給時磨架有充分的消隙預緊力，從而使微量進給平衡無爬行。進刀由X軸完成，數控磨曲線輥面由U軸和Z軸聯動完成。

圖1 曲線研磨原理圖

（2）安全防護

機床采用全封閉形式安全防護罩。其中，防護罩的上部及后部為活動式門，便于裝卸工件及機床調整，工作臺兩端床身導軌配有可伸縮式防護罩。機床同時具有機械、電氣、液壓等可靠的安全聯鎖保護功能。

機床還具有緊急斷電保護功能。機床的液壓油缸和砂輪主軸共用一套供油系統，機床正常工作時，油缸在壓力油作用下始終把活塞回縮，從而使磨頭上的杠桿一直壓在滾珠絲桿螺母上，當突然斷電時，電磁閥切斷供油方向，使得蓄能器與油缸和磨頭潤滑油路接通，一方面蓄能器繼續為砂輪主軸軸承供油，另一方面壓力油把液壓油缸活塞頂起，活塞帶動磨頭上的杠桿轉動一小角度，使得砂輪從磨削區推出，起到斷電保護的作用。

MK1350/2000數控磨床是專為鋼鐵行業研發中心開發的自動數控專用復合磨床，機床在數控磨床的基礎上，增加了數控微量進給裝置，可實現曲線輥面磨削，實現對小型冷軋機、熱軋機等軋輥的磨削修復等研究工作。

MK1350/2000數控磨床為砂輪架移動式小型數控軋輥磨床，數控系統采用西門子810D數控系，徑向切入(X軸)和軸向往復(Z軸)以及數控微量進給(U軸)由西門子伺服系統控制。機床配有主動測量裝置，可對工件外徑尺寸實現在線測量，機床頭架采用變頻電機帶動工件回轉運動，砂輪采用交流電機，砂輪架主軸系統采用動靜壓軸承，并配有帶溫控主軸潤滑裝置。機床采用整體式床身，工作臺移動布局。工件在機床上做旋轉運動，工作臺作縱向往復運動，砂輪架作橫向進給運動，操作位置在砂輪架的正前方[1，3～5]。

1.2 電氣控制部分

本機床的控制是基于810D數控系統的NC和PLC控制。NC控制各數控軸的運動，PLC控制機床的邏輯動作，通過上位機來顯示和控制NC和PLC的動作。機床配置了10.4寸LCD彩顯和RS232接口，機床帶有自動補償、連鎖安全保護、故障報警、故障自動診斷等功能，并能儲存或輸出每個工件磨削終了時的數據。操作面板上有選擇開關，各數控軸均可手動，同時還配備了電子手輪[6]。

2 磨削工藝優化

2.1 肩部磨削

針對軋輥在軋制后中間磨損大，兩端磨損小的特點，采用先分別磨削兩端，待磨平后再貫穿磨削整個輥面的磨削方法。在磨削過程中采用電流控制（控制進給、控制換向裝置），當磨削電流減小到低于設定值后，控制電流立即發出進給和換向指令，隨著磨削的不斷進行，Z軸的換向點逐漸向軋輥中間靠近，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行適應磨削，當適應磨削從尾部逐漸執行到中央時，系統會自動轉入全輥面磨削。

2.2 中部磨削

針對部分軋輥中間大、兩端小的特點，采用先開始磨削中間的自動磨削方法。在磨削過程中，同樣采用電流控制，當電流低于設定值后，控制系統立即發出進給和換向指令。隨著磨削的不斷進行，Z軸的換向點逐漸向軋輥兩端靠近，當適應磨削逐漸執行到從頭架端到尾架端時，系統再轉入全輥面磨削。

2.3 變速磨削

由于砂輪存在某種缺陷，加工時會存在不同程度的“刀花”印跡，為了最大限度的避免這種情況，系統可以周期性的改變工件轉速，使其在磨削過程中有意地打亂在磨削面上產生的有規律的“刀花”條紋，盡快滿足科研生產中精密磨削的要求。

3 結束語

軋輥磨床是軋輥研磨的常用設備，但目前復合型的軋輥磨床一般體積都比較大，針對科研項目研究的小型軋輥復合磨床市場上沒有相應的產品，新研制了一種小型復合數控軋輥磨床，滿足了用戶對小型軋輥曲線研磨和直線研磨的需求，精度也達到了科研生產的要求，同時大大節省了投資成本。

通過對小型軋輥數控磨床的研發，了解和掌握了國內外小型軋輥磨床的特點及國內市場的需求，為今后產品的升級開發奠定了基礎，同時也為科研生產和軋輥表面狀態的研究提供了有力的保障。小型復合軋輥磨床的開發，在科研機構有著廣闊的應用前景。

[1]胡學雄，谷 新，楊東勇，等.寶鋼熱軋廠軋輥磨床的技術改造[J].軋鋼，2005，22(6)：57-59.

[2]韓繼光，王貴成.精密磨床的砂輪自動平衡系統[J].徐州師范大學學報:自然科學版，2007，25(1):65-68．

[3]徐才發，馬忠文.軋輥磨床的技術升級與實施[J].中國設備工程，2003(10):10-l2．

[4]徐嘉元，曾家駒.機械制造工藝學[M].北京:機械工業出版社，1998．

[5]黃裕華.大型重載高精度數控軋輥磨床的設計開發[J].精密制造與自動化，2009(2):29-31．

[6]徐潔蘭.西門子數控系統概述[J].制造技術與機床，2005(2):100-102.