如何提高数控轧辊磨床的磨削质量

秦东

摘  要：目前，我国的综合国力的发展迅速，在机械加工中，轧辊的磨削精度与表面粗糙度，将直接影响轧制板面的外形和外表面加工精度。但轧辊的这两项参数又受制于另一个因素，就是轧辊磨床是否能够实现长期高精度稳定运行。故而，在进行磨床安装时，必须按照相关技术要求来进行。现将磨床的安装方法进行较为系统的归纳，以对安装有所帮助。

关键词：提高;数控轧辊磨床;磨削质量

引言

随着我国钢铁、铝材和造纸等行业的发展，大尺寸钢板、型材等的需求越来越多，轧辊的尺寸也随之越来越大。因此，超重型数控轧辊磨床应运而生，对机床设计、制造以及检测等各个环节提出了更高的要求。数控轧辊磨床属于大型精密加工机床，主要由磨床床身、磨头（砂轮架）、头架、尾座、支撑托架座、拖板、测量装置及数控系统等组成，加工精度μm级，主要用于各种形状轧辊表面的粗、精磨加工，是钢材板材、铝材板带和纸板等轧制生产线的重要设备。它的磨削精度和磨削效率直接影响产品质量与生产效率。

1数控轧辊磨床的设计

（1）轧辊的顶磨工艺设计。该装备能将15m宽、直径2.5m、重250t的轧辊安装在设备两侧尖端部分，然后实施高精度磨削，这就必须要涉及到高性能头、尾架结构的设计，这是保证工程顺利进行的前提。

（2）性能头、尾架结构设计。头架在承载上有一定的要求，承受的水平力≤200t，竖直力≤150t，需要为250t工件的回转提供动力，并且这个过程中还要确保主轴回转精度，头架采用一台西门子主轴电机驱动，内装光电编码器，实现头架速度及位置的闭环控制。控制系统采用SIEMENS S120驱动系统。同时，尾架和头架在水平和竖直承力上是相同的，并且尾架还要具有自动加紧和自行移动的功能，与头架不同的是，尾架还要承受200t的反作用力，只有这样装备的精准度和稳定性才能够得到保证。

（3）轴承精化设计。在头架和尾架部位有一个回转支承，它在国内还没有形成生产规模，但从国外引进又困难重重，为此，相关部门展开了技术攻关，终于研发出了轴向跳动0.002mm，径向跳动0.002mm的部件，完美的解决了这一问题，完成了装置核心功能部分的设计。

（4）高精度、高刚度砂轮架设计。将砂轮架系统的流量进行稳定控制，然后再加装上砂轮自动平衡系统等，平衡精度0.8µm，实现砂轮自动动平衡。砂轮主轴轴承采用包容式动静压轴承结构。主轴在最佳刚度动静压腔内运转，具有很高的回转精度和刚度。能满足粗磨、精磨及抛光磨削的要求。在砂轮架导轨部位的设计环节中运用静压导轨系统，然后在加装1个砂轮架微进给系统等，既能确保砂轮架精度，还能够满足刚度方面的需求。

（5）虚拟样机设计与机床动态性能分析。在设计环节运用计算机模拟技术，利用三维软件进行模拟分析，最后在软件中设计1套完整的模拟程序。在设备建立之后，技术人员可以进行专业的动力学、静力学等受力分析，然后对运行过程进行模拟，找到问题处理的方法，进行不断地完善。此外，借助动态性能分析的相关数据，搭建一个完整的框架结构和装配体系，并且为了设计的可靠性，在正式使用之前需要进行多次实验，采集相关数据并进行总结，为之后的装配提供理论技术支撑。

（6）开发实现磨削任意曲线辊形的专用软件系统。不管是何种型号的辊型件磨削，装置都能够在软件上进行精确控制，借助专业的计算公式来规划加工过程，进而实现各种辊型的精准磨削，整个流程都是全自动化的，以此来规避人为因素导致的精度降低问题。

（7）在机自动测量系统的设计。采用HEIDENHAIN高精度直线光栅用于测量控制轴的全闭环控制及轧辊测量，技术人员经过不断的探索，终于研发出了精度高达0.002mm、测量直径（400～3000）mm、纵横面直径<0.003mm/m，并且兼具磨削加工和尺寸检测功能的自动测量系统。

2数控轧辊磨床测量装置的结构

2.1两点测量装置

两点测量装置可测量轧辊的辊形、辊径，在准备阶段还可以检测轧辊的安装精度。测量装置主要由横梁、移动机构以及内外测量脚等组成。该类测量装置可安装在砂轮架或拖板上。内、外量测脚安装于测量架上，由伺服电机带动滚珠丝杆驱动测量脚作直线往复运动。磨削加工前后均可以进行测量，测量数据传输到机床数控系统中，通过与轧辊磨削精度相比较，使机床自动循环磨削和补偿磨削。

2.2三点测量装置

三点测量装置的测量臂上装有两个测量传感器。两个测量传感器由伺服电机通过滚珠丝杠带动横向相对于轧辊中心（轧辊径向）同时趋近或离开。而另一个测量传感器安装在砂轮架上，测量臂和拖板为一体，砂轮架随着拖板一起移动。测量臂可绕轧辊轴心线转动，便于磨削和吊装轧辊。测量装置安装在砂轮架上方，可随拖板沿轧辊轴线方向移动，以便实现对轧辊的全长辊面测量。同时，安装在砂轮架上的另一个测量传感器可随砂轮架沿轧辊径向移动，趋近或离开工件。三点测量装置在德国的HERKULE数控轧辊磨床和意大利POMINI公司生产的数控轧辊磨床和中国险峰机床数控轧辊磨床上已成功应用。

3优化措施分析

3.1砂轮对工件表面质量影响

从磨削性能来看，白刚玉、单晶类砂轮较好。从磨削表面粗糙度来看，砂轮的磨粒越细，则磨削工件表面上的残留面积越小，表面粗糙度越低。从减少拉毛、划伤来看，砂轮不能太软，太软的砂轮磨粒易脱落会产生小划伤。但也不能过分硬、太硬的砂轮磨钝后，磨粒不易脱落会引起工件表面烧伤，因此一般采用H级砂轮。从结合剂来看，树脂结合剂的弹性好，适用于低粗糙度表面磨削。而陶瓷结合剂脆性大、弹性差，受不了侧面扭曲压力，但它的组织多孔性好，能耐水、耐油及普通酸碱的侵蚀，适用于一般磨削。笔者认为想要加工出一个高质量的轧辊，轧辊的表面不能有螺旋纹（走刀纹）、振纹、网状线、小划伤（落砂印）、水波纹、斜纹以及色差，而且辊面表面的粗糙度基本均匀一致，且轧辊表面不能非常亮，要求越白越雾越好，要想达到这一要求，机床的各方面精度要达到设备要求，砂轮的选用要和轧辊的硬度等方面匹配，无论切削或抛光，性能都要优良。优良的磨削工艺，是操作者技能的体现。这几方面是相辅相成，无论哪一方面有问题，则轧辊加工的表面质量就可能达不到理想状态。但这也不是绝对，例如，机床有问题不稳定，也可以通过磨削工艺进行弥补。例如磨削工艺有问题，也可以通过砂轮选用进行弥补。例如，机床非常好，其他因素差一些，也能加工出合格的轧辊，所以良好的机床和优秀的磨工是主要因素，其中砂轮是关键因素，所以砂轮的优劣将直接决定轧辊的表面质量。

3.2冷轧选用砂轮

铝板材轧制的厚度一般为0.18mm～0.4mm，包括装饰板、空调箔、轧花板、蒸发器、电容器、PS板、铝箔坯料以及易拉罐料等，选择白刚玉、单晶刚玉居多，硬度有J级、H级、GH级、G级，气孔多以微气孔居多，也有用大气孔的，一般粒度超过120号时，用微气孔居多，多用陶瓷结合剂，砂轮首先要有切削力，砂轮自锐性要好。根據经验，磨削冷轧工作辊砂轮选用WA120G7V就可以满足磨削冷轧工作辊的轧制要求。随着铝加工技术的不断成熟，客户对铝板箔的表面要求也越来越高，对轧辊的磨削要求也越来越严格，除了有均匀的表面粗超度，还需要用强光手电观察轧辊表面无影响铝板面的感官缺陷，对机床和操作技能也需要与时俱进，高质量的磨削，对砂轮制造，选型和使用也有了相应的要求，很多砂轮选型上就需要白刚玉和单晶刚玉进行混料选择，例如某国进口砂轮型号40A120-1H7V6200，不仅具有良好的自锐性，而且加工面广，没有磨削划痕，正常使用不需要修整。经济可靠，在轧辊磨床可推广使用。

结语

对特大型精密数控轧辊磨床进行装配，属于一项系统的工程，对每个环节都要严格把关，不管是在设计上，还是在工艺上都要仔细考究。首先，该设备必须要实现高精度要求，完成重型工件的加工作业，然后通过技术探索，处理掉一些技术难题，在实施中需要不断总结经验，为设备的进一步改造打好坚实基础。

参考文献

[1]钱梅.数控轧辊磨床几种测量装置结构介绍[J].精密制造与自动化，2006（2）：45-46.