轧辊磨床数控技术应用问题研究

1 热轧轧辊磨床的结构和工作特点

　　在钢铁氽业中，轧辊土要用丁热、冷轧钢板轧制，由于其存高温、高负载等恶劣条件下下作，故很快就发牛磨损，当轧辊磨损到一定程度，为保证轧件表面质量和尺寸精度，需要及时换辊。而更换下来的轧辊也需要迅速放到轧辊磨床上进行磨削，磨削到一定精度要求后再送回轧机使用。

　　以前，磨辊间内的作业与主轧线设备的发展相比，稍稍落后了一些，随着热带钢轧机要求的高质量、高速度和高精度，导致轧辊的更换频率增加，轧辊的加工量增大，同时由于板带的尺寸精度、轧制穿带性能等与轧辊的磨削精度有着密切的关系，故对轧辊磨削质量也提出了很高的要求。而这些要求靠人工控制已无法满足，故必须依靠自动化设备来提高轧辊磨削效率和精度，满足轧钢生产的需要。热轧2050轧辊磨床是用于轧辊表面精加工的设备，其主要作用足磨削热轧厂的工作作辊和支承辊，2050热轧厂是1989年投产的，轧辊数控磨床和轧机为同期引进和投入使用，其数控系统为IBSO公司专为德周WALDRIcH轧辊制造厂开发的第一代产品，型号为ILC-500。这批数控轧辊磨床在后续的十几年内确保了轧钢产品质量，为创造了很大价值。

　　1.1 轧辊磨床的结构

　　磨床主要自，以下三部分独立的部件机械地组成：(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凹磨床/轧辊中心横向运动的砂轮头。(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上作，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。(3)测量臂，用来测量轧辊几何尺寸的。

　　1.2 现代轧辊磨床的特点

　　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。实现窗门显示，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，且能在一张表上用小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。

　　1.3 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，我们必须为每个轴没定一个参考点。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都有一个同定的“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足这些轴的机械零点位置。

　　1.3.1 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。

　　1.3.2 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。

　　1.3.3 U轴(微调砂轮进刀)

　　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)

　　1.3.4 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。

　　1.3.5 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，从晰调整砂轮的线速度；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。

　　1.3.6 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。

　　1.3.7 C轴(可选择的测母臂)

　　安装在卡规往复台上．测芾臂安装在一个圆柱状的框架上．这个框架可以转动90°，把测昔臂翻转到“开”和“关”的位置卜．可以方便的测量和停放。C轴可以控制测鼍臂的运动，测量臂可以协同E轴和Q轴一起测量轧辊辊型、恻度和卣径。它也可以用来手动校准来显示轧辊的垂直位置和存每次校准位置处的轧辊的直径。

　　1.3.8 E轴(前测量臂测量装置)

　　安装在前测量臂的内部．随前测量臂测最轧辊辊型的变化和圆度。协同Q轴．可以测量轧辊辊型和网度，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。当测量臂和轧辊小接触时，E轴的位置为“零”，C轴使测鼍臂和轧辊接触以后．它停止运动并同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。

　　1.3.9 Q轴(后测量臂测量装置)

　　安装在后测壁臂的内部．随后测量臂测鼍轧辊辊型变化和圃度。协同E轴，可以测量辊型和圆度．还可以测繁由了：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。

　　1.3.10 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。

2  轧辊磨床控制系统的主要组成部分及作用

　　2.1 CNC(计算机数字控制)

　　主要作用包括：自动控制各伺服轴的转速和位置；自动控制各主轴的速度。处理和执行包含有序操作、循环磨削、测量等指令在内的程序。

　　2.2 PLC(程序逻辑控制器)

　　主要作用包括：执行和连续验证逻辑操作程序；以PLC程序的形式，来监控磨床所有的操作功能。

　　2.3 工业PC

　　主要作用包括：存储数据，在PLC和CNC之间传送存储的程序和数据：通过网络与CNC交换数据；显示与实际和理论轧辊辊型、轧辊缺陷(裂纹和软点)、磨削循环的时间、存储数据库(本机和计算机中心的)有关的数据；打印生产日报、警报诊断图表；打印磨削结果报告来监控质量；打印出在PC监控器上显示的磨床测量系统的所有数据；直接或通过网络(如果可以)与磨辊车间的计算机交换信息：存储所有与磨削循环(磨削程序)和磨床操作软件有关的信息。