SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：轧辊磨床本身就是轧制钢板生产线的核心配置，高 精度磨削的精密高效磨削可以保证钢板制造业的生产效率和质 量。本文首先介绍了轧辊磨床的概述， 同时阐述了数控技术的基 本概念， 最后阐述了轧辊磨床的数控化， 旨在为钢材轧制行业更 好的发展提供参考。
关键词 ：数控技术,轧辊磨床,应用,概念
在经济全球化的背景下，对轧辊加工提出了新的要求，以技 术要求为主，加速提高轧钢技术，促进轧钢行业的发展。将数控 技术应用于轧辊磨床， 实现自动化控制， 进而调整控制轴的速度 和位置，通过下达管理指令、执行操作指令来改进操作，保证稳 定运行。本文主要对数控技术在轧辊磨床中的应用进行探讨和 阐述， 旨在为轧辊磨床技术的改进提供一个方向。
1 轧辊磨床概述
轧辊磨床是支撑钢板工业生产的重要设备。磨削精度和磨 削效率对气缸的质量和钢铁生产过程的实际性能有很大影响。 在实际厚板轧制过程中，由于氧化温度高、机械磨损等原因，气 缸类型发生变化，轧制精度降低。因此，钢铁制造商定期研磨和 维修钢瓶。在气缸磨削过程中， 数控气缸磨削系统有一个计算气 缸表面夹板的数学模型。由于在各种连接机构的传动条件下， 砂 轮对气缸金属表面的磨削效率和精度有很大影响，因此可以对 气缸表面进行科学的分析， 以达到理论计算的理想气缸形状。自 动辊磨机系统主要为磨辊控制系统提供实时测量数据反馈，控 制系统将相关闭环控制指令引导至辊磨机进行精确控制。
一般来说，磨削气缸的结构分为两类 ：工件机架的移动结 构和磨床机架的移动结构。如果砂光机辊的直径和重量较小， 则 可以将其作为可移动的框架结构放置。此外， 如果加工气缸的实 际直径和重量较高，则必须将辊磨机放置在砂轮架的移动结构 中。目前，圆柱曲线的磨削是通过内磨机构进行的，滚子磨床有 不同的结构形式， 其中凸轮杆的结构最为广泛。中高磨削结构可 以有效满足气缸精度的要求， 但真正的中高机床结构复杂， 传动 链长，调整过程复杂， 降低了实际刚度， 对磨削精度有一定影响。 目前，随着检测元件精度和 CNC 系统性能的提高，CNC 算法不 断优化，部分磨削气缸逐渐采用性能更高的 CNC 设备代替中、 高结构磨削气缸曲线。
2 数控技术基本概念
轧辊磨床采用数控技术，实现自动控制，调整车轴速度和位置，发出控制指令，执行操作指令，改进工艺，保证稳定运行， 保证磨削周期的连续性。数控技术还可以实时测量不同辊型的 轮廓和分析数据，实时反馈辊型，与理想辊型进行比较，改变真 实的磨削曲线， 提高磨削效率和磨削质量。
3 数控轧辊磨床的设计
3.1 高精度、高刚性砂轮架设计
为了实现砂轮架的稳定运行，在砂轮主轴安装自动平衡系 统，实现砂轮主轴自动动平衡。磨石主轴轴承采用综合动静压轴 承结构。主轴在刚性很高的动静压室中运行， 具有很高的旋转精 度和刚度，可满足粗磨、细磨、抛光研磨的要求。采用静压导轨 系统设计砂轮架的导轨部分， 再加上砂轮架微进给系统等， 它不 仅保证了车架的精度， 而且满足了刚性要求。
3.2 机床动态性能虚拟设计与分析
设计过程使用计算机模拟技术和 3D 软件进行模拟分析。最 后，用软件设计完整的仿真程序。设备安装完成后，技术人员可以 进行专业的静态、动态受力分析， 模拟运行过程， 发现、分析问题， 不断改进。此外，借助动力性能分析的相关数据，构建了完整的磨 床结构和装配体系。为了设计的可靠性，正式使用前还需要进行 多次实验， 收集相关数据， 为后续装配提供理论依据和技术支持。 3.3 开发用于磨削任意轧辊辊型的专用软件系统无论磨削何种轧辊辊型，该软件都能让使用者精确控制设 备，并允许使用专门的公式规划加工过程， 以实现不同轧辊形状 的精确磨削。该过程是完全自动化的， 以避免由于人为因素造成 的精度误差。
3.4 自动测量系统设计
海德汉精密线性光栅用于测量控制轴的全闭环控制和循环 测量， 以及具有磨削和尺寸检测能力的自动化测量系统， 将上一 道次磨削后的轧辊辊型测量结果反馈给数控系统，数控系统根 据测量辊型， 修正磨削轨迹。
4 数控技术在轧辊磨床上的应用
轧制技术的后续发展有赖于高精度轧辊的使用 . 轧辊磨床厂 将积极引进先进的数控技术，改进轧辊磨床的控制方法和设计， 充分利用先进的数控磨床控制系统， 实现高精度的轧辊磨削。其 应用价值主要有以下几个方面。
4.1 数字控制系统
德国Herkules 是国内应用最广泛的加工高品质轧辊的磨床，轧辊磨床的数字驱动是新一代HCCK PM10 控制系统。工业控制 器可与数控和PLC 集成。通过 FC2001 通信卡的室内光纤通信， 可以对工业控制器进行有效的控制和改造，保证辊式磨床的逻 辑控制，操作维护方便。通过与NCU 和通信模块的连接，可以 进行现场信息传输， 并提供中央控制系统的运行数据。简化了系 统的硬件， 提高了系统的稳定性。
4.2 驱动控制
4.2.1 电源轴驱动
带全数字变量的伺服电机提供磨削辊。在实际应用中，这种 伺服电机具有精度高、稳定性好、可靠性高、免维护等优点。轧 辊磨削驱动系统采用通用西门子 Simodrive 611U 变频器，内置 光电编码器进行反馈定位。因此，系统运行可靠，测量精度达到 0.001mm， 满足了使用高精度辊式磨床的要求。
4.2.2 主轴驱动
轧辊磨床主轴通常采用 1PH7AC 电机驱动，配备光电编码 器进行快速闭环控制。
轧辊磨床实现床头主轴箱正转、反转，并能自动确定转盘角 度。根据轧辊磨床的驱动特性， 床头主轴驱动电机具有额定转速 低、启动转矩大的特点，能满足大型轧辊磨床的启动要求，有效 利用各种资源。为了保证轧辊磨床的磨削能力， 满足轧辊磨床的 高速、重载磨削要求， 根据磨削效率的要求选择合适的砂轮主轴 电机。
4.3 接口
控制台由 PC 和操作控制面板组成。PC 操作系统采用 Twincat Beckoff， 配有轧辊磨削软件、曲线编程和磨削软件。PC 机的主要功能如下 ：① CNC 数据转换可以通过网络实现。②数 据可以显示在屏幕上， 也可以实时分析和存储。③计算机可以直 接交换逻辑控制信息和操作数据。磨削辊床接口具有良好的报 警诊断功能，内部配置丰富，可为操作人员提供操作提示。磨削 辊式机床的界面还改进了功能块的设计和显示，使操作人员和 服务人员能够正确理解信息。
4.4 数据网络
计算机系统通常由多个工作站组成，可以支持数据库、研磨 辊和机床之间的数据交换。在所有数据准备就绪后， 操作人员只 需将“研磨完成”信息输入个人电脑、研磨辊即可使用辊号和设 备号访问数据库数据， 从而提高工作效率， 避免和减少由于人们 不必要的参与信息错误。
4.5 测量系统
高质量的轧辊磨床需要精确的测量和监控功能的支持。 CNC 技术轧辊磨床测量系统由各种光电测量元件组成，可以对 磨削的轧辊进行实时监控和测量。应用数控技术， 可实现实时测 量轧辊的直径、锥度和辊型等轧辊数据，实时反馈测量结果，并 通过数控系统对测量数据进行分析， 不断修正磨削曲线。
4.6 远程服务
通过专门设计的软件和网络技术。磨床制造商的工程师借 助信息化技术辅助人工操作，实时远程监控磨床数据及操作流 程，进行数据采集，可以有效提高磨床应急处理能力，提高机床 的运行效率。
5 轧辊磨床的数控化改造技术
5.1 系统配置和工作原理
辊式磨床是一种金属切削机床， 主要由机架、主轴盒、机尾、 中心架、磨头、电数字控制系统等组成。该子系统包括控制系 统、磨削系统和电数字控制。在实际轧辊磨床中，主箱、柄和中 心机架支撑轧辊。主轴箱具有轧辊驱动和旋转功能， 磨床在磨床 运行过程中进行组合多主轴磨削运动， 控制轧辊表面的磨削。
为实现轧辊磨床的精确控制，根据轧辊表面型材及其参数 的信息原理，对数字控制系统 Z、X 轴、磨辊和轧辊的运动进行 控制，从而实现轧辊的高精度磨削。在实际应用中，轧辊型材的 品种和变化大于其精度要求。因此， 有必要建立闭环测量系统来 补偿轧辊磨削过程中的误差。在磨削过程中， 磨损程度也因磨料 和加工辊的差异和变化而变化。因此， 数值方法不能保证砂轮磨 削和消耗的恒定性。此外， 轧辊磨床的刚度取决于所加工轧辊的 重量、材料、硬度和环境。在磨削过程中，需要实时测量轧辊回 路和NC 系统反馈闭环，分别控制磨床 Z 轴和磨床X 轴，以砂轮 和轧辊的X 轴方向设置闭环，并采用系统方法不断提高轧辊磨 床在X 轴方向的精度， 最终实现了轧辊的高精度磨削。
5.2 硬件
根据以上分析和轧辊磨床设计理论，西门子 840D S1 数控 系统主要由NCU模块、机床控制面板接口模块、机床控制面板、 伺服驱动和轴驱动、辊磨机偏心轴和凹机构偏心轴组成， 电子飞 轮和动力装置。
5.3 职能
插入 400DS1 数字式控制系统滚筒磨床，可通过移动式手持 式低速控制装置垂直运动轴、水平运动轴、偏心轴、偏心轴、偏 心凹机构等数字式控制轴 . 不仅可以设置相应的点函数，还可 以使用西门子 804DS1 数字控制系统进行定量控制。简单的组合 键，有效提高了轧辊磨削效率。
利用 840DSL数字控制系统，设计并开发了一种适应磨床内 辊信息特点的专用用户程序。介绍了少量轧辊磨床参数信息， 使 轧辊磨床的主要功能简单专业。
配备西门子 840D S1型数控系统的轧辊磨床，有效编程了正 弦曲线、CVC 曲线、锥度曲线、斜面曲线等磨削数学模型和磨削 曲线数据。此外，840DS1辊式磨床数字控制系统专用可编程接口， 便于编辑磨削曲线和工艺参数。采用辊式磨床数控系统，可以改 变磨削工艺参数和结合磨削工艺， 有效提高辊式磨床的性能。
配备西门子 400D S1 数控系统的轧辊磨床具有磨床主轴电
断保护功能。当磨床出现紧急断电或断电时， 数控中心控制系统 有效地保护了关键器官和磨辊。同时， 辊式磨床数字控制系统也 有完善的专业诊断系统。这为轧辊磨床操作人员提供了更有效 的预警和实时信息， 也使维修人员能够识别和排除设备故障。此 外，西门子 840D S1数字控制系统具有磨削曲线显示、工艺参数、 工艺流程等功能。804D SL 系统具有无电池、无风扇、高效无刷 伺服电机等特点，可有效缩短数字磨床和伺服电机系统的维护 时间， 大大提高磨床的可靠性、磨削效率和磨削精度。
6 优化措施分析
6.1 砂轮对零件表面质量的影响
白刚玉砂轮和单晶砂轮在磨削性能方面较好。从磨削表面 粗糙度来看，砂轮粒度越大，表面粗糙度越小。从减少划痕和划 痕的角度来看，砂轮不应太软。砂轮颗粒太软，容易脱落，造成 小划痕。砂轮衰减后，磨粒不易脱落，容易引起轧辊表面烧伤。 因此，必须选择与硬度相匹配的圆。树脂结合剂弹性成胶，适用 于表面磨削，粗糙度低。陶瓷粘合剂脆性高，弹性低，它不能承 受侧向扭转压力， 但它的孔隙度能够抵抗水、石油和总酸碱的侵 蚀，并使它适应大多数情况。磨床和磨床的选择关系到轧辊的硬 度、对材料和表面质量的要求。无论是粗磨、半磨还是抛光，磨 削参数和磨削性能都非常重要。这些方面是相辅相成的。无论 如何，轧辊表面质量可能达不到预期状态。然而，这并不是绝对 的。如果机床不稳定，可以改变磨削参数，保证磨削质量，砂轮 硬度和粒度的选择对轧辊的粉碎质量起着重要作用。
6.2 冷轧选用砂轮
砂轮的硬度有J 级、H 级、GH 级、G 级可供选择。气孔以微 孔为主，也有大孔。一般粒径超过 120 目以上时，以微孔为主。 轧辊磨削时砂轮要承受一定的磨削力，同时要有良好的自锐性。 满足磨削轧辊在轧制时的工艺要求。随着时代的进步和科技的 发展， 对带钢表面质量的要求越来越严格， 对轧辊质量的要求越 来越苛刻。用粗糙度仪、频闪仪对轧辊的表面质量进行检查，对 轧辊磨床的技术状态和操作人员的技能都提出了更高的要求。
7 如何提高数控轧辊磨床的磨削质量
7.1 计算机数字控制
随着数控行业的进一步发展，如何利用计算机数字技术提 高磨床的精度是数控磨床未来发展的必然趋势。
(1) 磨床自动化。如今，数控磨床的自动化程度越来越高， 在提高磨床自动化的过程中，很明显实现自动化的目标首先是 降低成本， 增加利润并提高质量以实现目标。提高磨床自动化程 度、加工技术水平和磨床本身硬件条件的方法是必不可少的。
磨削工艺步骤分为粗磨、半精磨和抛光。加工技术贯穿于整 个磨削过程， 是自动磨削过程的专业技术环节， 其目的是实现稳定可靠的加工和生产。减少、避免有缺陷的加工。
数字控制系统是自动磨床的先决条件。计算机技术的不断 发展满足了我们对磨床的更高要求，与数字控制系统、测量系 统、校正系统、冷却系统等结合使用，用于全自动磨床的使用和 开发。
(2) 采用数控技术的磨床对数控系统的开放性和计算机化 提出了更高的要求。在磨床工作过程中， 需要不断改变不同的磨 削参数。换言之，磨床数字控制系统必须具备高速运行的特点。 此外， 在磨削过程中有许多周期相当于宏指令。利用数字磨床专 用系统的“图形编程”功能，操作人员可以方便、快捷地绘制图 形并自动生成程序。
因此，数控机床不仅需要具有简单的数控系统，还需要在数 控系统平台上二次开发优质磨削软件， 以满足精确磨削的需要。
7.2 砂轮安装和平衡
砂轮安装的稳定性和精度直接影响其高速运行时的加工精 度。在安装过程中，确保夹具与砂轮匹配。如果砂轮不平衡或偏 心，就会出现影响磨削质量的波动。
螺母在砂轮安装中的作用不容忽视，磨损或锈蚀应及时处 理， 以确保安装精度。
由于砂轮各部分密度不均匀，形状不对称，安装偏心，砂轮 在运行过程中失去平衡，加速主轴振动和轴承磨损，影响机床 加工质量和精度， 安装前必须检查其平衡， 使其重心与旋转轴一 致。砂轮通过静态和动态两种方式进行平衡， 通常只需要静态平 衡，精确的轧辊磨床需要动态平衡。平衡能消除砂轮本身的缺 陷。使磨削过程更稳定， 以达到高质量磨削。
7.3 修整砂轮
在磨削过程中，由于滚动挤压摩擦，砂轮逐渐变钝，在砂轮 表面的孔隙度上，常填充细磨，堵塞砂轮表面并使其打滑，引起 砂轮振动和噪声，直接影响磨削效率和表面质量。此外，砂轮硬 度和工作面磨损不均匀，降低了砂轮形状的精度以及轧辊表面 的粗糙度和辊型精度。一旦发生这种情况，就必须修复砂轮，去 除不规则的表面颗粒， 使砂轮重新达到锋利的状态重新磨削， 以 恢复磨削质量和效率。
8 结语
本文通过对轧辊磨床发展趋势的分析和提炼，我们发现通 过积极创新和加强轧辊磨床设计，可以更好地满足对高精度轧 辊磨削的需求。轧钢技术的后续发展将积极引进先进的数控技 术，改进控制技术和轧辊磨床结构设计， 促进轧钢领域更好的发 展。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/54923.html
