軋輥磨床數控技術的應用

時間：2025-10-19 19:59:55 數控畢業論文

軋輥磨床數控技術的應用

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　　軋輥磨床數控技術的應用【1】

　　【摘　要】熱軋2050軋輥磨床是用于軋輥表面精加工的設備，其主要功用是磨削熱軋廠的工作輥和支承輥，其數控系統為IBSO公司專為德國WALDRICH軋輥制造廠開發的第一代產品，型號為ILC-500。

　　隨著用戶對鋼板表面質量要求的不斷提高，軋輥磨床的磨削精度成為制約鋼板質量和板形精度的瓶頸，同時磨輥間減少操作人員數量并提高勞動生產率的要求也越來越強烈，故決定對熱軋2050軋輥磨床進行改造。

　　本章重點介紹具體改造方案。

　　【關鍵詞】數控技術;軋輥磨床

　　1.軋輥磨床的結構

　　磨床主要有以下三部分獨立的部件機械地組成：

　　1.1后床身

　　包括轉動砂輪的砂輪主軸沿軋輥長度方向往復縱向運動的砂輪刀架砂輪趨近和退回磨床/軋輥中心橫向運動的砂輪頭。

　　1.2前床身

　　用來轉動、支撐和調整軋輥的，包括轉動軋輥的床頭箱主軸，床頭箱裝有固定從動軸心的一個頂尖，這個軸心通常用來與緩沖器一起協作工作，這個緩沖器用來防止從動軸心由于接觸轉動軋輥產生的磨損，這個緩沖器有兩個主要部件構成，一個部件(安裝在從動軸心上)是通過滾柱軸承連接到它的轉動部件上，另一個部件與軋輥的終端連接。

　　緩沖器轉動部件的表面是有硬橡膠制造的，以至于不會損壞接觸的軋輥。

　　這個頂尖、軸心和緩沖器配置用來在軋輥的傳動側縱向定位軋輥，可以配置一個可選擇的電機驅動頂尖來自動定位軋輥。

　　尾架(頂針座)用來在軋輥的操作側縱向定位軋輥，尾架有一個尾架身(主要結構)和一個固定從動軸心的套筒組成，這個軸心通常用來與緩沖器一起協力工作，這個緩沖器用來防止從動軸心由于接觸轉動軋輥產生的磨損，這個緩沖器也有兩個主要部件構成，一個部件(安裝在從動軸心上)是通過滾柱軸承連接到它的轉動部件上，另一個部件與軋輥的終端連接。

　　緩沖器轉動部件的表面是有硬橡膠制造的，以至于不會損壞接觸的軋輥。

　　這個套筒、軸心和緩沖器配置用來在軋輥的操作側縱向定位軋輥，為了更容易定位軋輥，尾架身可以選擇配備一個電機傳動系統。

　　托架是用來支撐軋輥、以及在水平方向和垂直方向對準軋輥的。

　　托架可以選擇電機驅動來縱向定位，也可以選擇液壓夾緊裝置來取代壓力夾緊螺栓和簡易定位快換裝置的需要。

　　這些托架可以是專用型，它只適合一個小范圍的工作輥和支撐輥輥頸直徑;也可以是綜合型的，它適合一個較大范圍的工作輥和支撐輥輥頸直徑范圍，等等。

　　軟支撐裝置用來靠動壓將軋輥放到托架上，防止由軋輥不當的靠近磨床引起的不必要的損害。

　　1.3測量臂

　　用來測量軋輥幾何尺寸的。

　　2.現代軋輥磨床的特點

　　現代軋輥磨床主要特點：

　　CNC控制、高度自動化和集成化、磨削效率和精度高。

　　軋輥磨床的主要運動如砂輪、軋輥的旋轉運動均采用了全數字化直流傳動，控制精度高并可實現在一定范圍內無級調速。

　　砂輪主軸采用了毛細管節流的靜壓支承，床身導軌采用了靜壓導軌，具有足夠的剛度及耐磨性。

　　砂輪能完成微量進給，連續和端頭自動進給和砂輪磨損補償進給，能磨削出最大凸度或凹度為3毫米的任何形狀的曲線。

　　實現窗口顯示，人機對話方式，通過鍵盤和鼠標進行輸入。

　　輸出設備采用彩色打印機，可打印出程序、曲線等，且能在一張表上用不同顏色同時打印出幾種曲線。

　　可同時儲存多個程序，操作人員可根據意愿自由編程。

　　伺服軸采用交流變頻調速系統，無需維護和更換碳刷，減少了大量的維護費用和備件費用。

　　提供診斷方式，便于維修人員查找故障。

　　一個熟練的操作人員不需要一直集中精力就可以完成一個一直重復的全自動化操作。

　　使用自動控制磨床，操作人員只需要提前確定要做的工作和起動磨床操作程序。

　　一旦磨床操作程序起動了，它就可以獨立的工作，只有完成了操作，或者突然發生一些異常要求操作人員緊急中斷時，磨床才會停下來。

　　在自動控制操作的過程中，操作人員或許要通過評估磨床采集的數據來監控磨床執行的工作情況。

　　在當前的操作過程中，如果操作人員不在時，可以自動打印出來數據，也可以隨后挑選一些有用的數據打印出來，這些數據也可以存儲在本機的數據庫中，在完成操作后的任何時間都能查看。

　　在開始操作之前，操作人員不需要停機再重新起動，就可以跳過預先確定好的而做沒有預見到的操作。

　　在自動操作過程中，可能因為一些原因，操作人員需要中斷正在運行的操作，為了給操作人員最大限度的靈活操作，自動控制磨床的人機界面采用了自由跳躍概念來設計。

　　3.計算機數字控制軸

　　為了完成磨床各項控制任務，軋輥磨床一般有多軸需要計算機控制，CNC通過伺服電機、轉動編碼器和其它相關的控制元件來持續控制每個軸的精確位置和速度。

　　為了讓CNC控制每個軸的位置，我們必須為每個軸設定一個參考點。

　　設定參考點是為了對于每個軸，相對于一些已知物體機械參考，CNC都有一個固定的“已知位置”。

　　利用這個相對某個固定機械參考的“已知位置”，CNC能控制和監控每個軸的精確位置。

　　這個參考點不要和機械零點相混淆，因為這個參考點并不一定是這些軸的機械零點位置。

　　3.1 Z軸

　　安裝在后床身上，用來使磨床的砂輪刀架以磨床后床身的靜壓方式縱向運動。

　　3.2 X軸(砂輪刀架基座)

　　安裝在后床身刀架上，用來使砂輪刀架以砂輪刀架基座的靜壓的方式橫向運動砂輪頭。

　　3.3 U軸(微量砂輪進刀)

　　安裝在后床身砂輪刀架基座上，用來橫向微量運動砂輪頭(與磨床/軋輥中心之間往返運動)

　　3.4 Y軸(微調輥型軸)

　　安裝在后床身砂輪刀架基座上，通過在砂輪頭內部同時采用一個傾斜橫向進給機械裝置用來橫向微量運動砂輪頭。

　　3.5 S2主軸(砂輪主軸)

　　安裝在后床身砂輪大家的砂輪頭上，用來轉動砂輪和確認從砂輪探頭(A軸)反饋的砂輪直徑，從而調整砂輪的線速度;當磨損導致砂輪直徑變化時，保持砂輪的線速度時時連續。

　　一旦砂輪探頭被校正好，CNC顯示砂輪的轉速和砂輪的線速度。

　　3.6 S1軸(床頭箱主軸)

　　安裝在前床身，用來轉動軋輥和調整砂輪的轉速CNC顯示軋輥的轉速。

　　3.7 C軸(可選擇的測量臂)

　　安裝在卡規往復臺上，測量臂安裝在一個圓柱狀的框架上，這個框架可以轉動90°，把測量臂翻轉到“開”和“關”的位置上，可以方便的測量和停放。

　　C軸可以控制測量臂的運動，測量臂可以協同E軸和Q軸一起測量軋輥輥型、圓度和直徑。

　　它也可以用來手動校準來顯示軋輥的垂直位置和在每次校準位置處的軋輥的直徑。

　　3.8 E軸(前測量臂測量裝置)

　　安裝在前測量臂的內部，隨前測量臂測量軋輥輥型的變化和圓度。

　　協同Q軸，可以測量軋輥輥型和圓度，還可以測量由于支撐輥頸的托架的原因導致的軋輥偏心度。

　　CNC顯示的E軸位置就是上測量臂接觸軋輥以后壓緊時的數值。

　　當測量臂和軋輥不接觸時，E軸的位置為“零”，C軸使測量臂和軋輥接觸以后，它停止運動并固定在它自己的位置處。

　　進一步壓緊或松開E軸和Q軸，用C軸阻止輥面的變化，這樣可以采集輥型的測量值。

　　3.9 Q軸(后測量臂測量裝置)

　　安裝在后測量臂的內部，隨后測量臂測量軋輥輥型變化和圓度。

　　協同E軸，可以測量輥型和圓度，還可以測量由于支撐輥頸的托架的原因導致的軋輥偏心度。

　　CNC顯示的Q軸位置就是后測量臂接觸軋輥以后壓緊的數值。

　　當測量臂和軋輥不接觸時，Q軸的位置為“零”，C軸使測量臂和軋輥接觸以后，它停止運動并固定住它自己的位置。

　　進一步壓緊或松開E軸和Q軸，用C軸阻止輥面的變化，這樣可以采集輥型的測量值。

　　3.10 A1軸(探傷探頭)

　　安裝在卡規往復臺上，它在兩個測量臂之間的一條線上與磨床中心線對直，用來驅動渦流探傷儀的探頭與輥面做橫向運動。

　　【參考文獻】

　　[1]谷新.數控技術在軋輥磨床上的應用[D].上海交通大學,2008,(06).

　　光柵尺在數控機床中的應用【2】

　　摘要：簡要介紹光柵尺在數控機床上的應用及使用注意事項

　　關鍵詞：光柵尺海德漢發格間隙數控機床

　　在數控機床中，光柵尺的作用是作為數控系統的位置檢測元件，檢測機床的直線軸的實際位移是否和數控系統發出的指令相符。

　　數控機床的加工精度除了由機床的機械部分決定外，光柵尺的精度(或稱“分辨率”)也是關鍵性的元件之一。

　　光柵尺一般由“定尺”和“動尺”(讀數頭)及連接電纜組成。

　　在世界范圍內，德國HEIDENHAIN(海德漢)作為光柵尺界的第一品牌，為數控機床的加工精度發揮了很大作用。

　　西班牙FAGOR(發格)光柵尺目前應用于世界很多廠家，理所當然成為世界第二品牌。

　　光柵尺作為數控機床的位置檢測元件，“監督”在由數控系統對直線軸發出的指令下是否準確到達其位置。

　　下面就光柵尺在數控機床上的應用，光柵尺的安裝注意事項、調試方法及光柵尺對數控機床機械隱患的“監督”作用闡述如下，僅供參考。

　　一、光柵尺在數控機床上的作用

　　光柵尺作為數控機床直線軸的位置檢測元件，相當于人的“眼睛”，就是“監視”該直線軸在執行數控系統的移動指令后，該直線軸是否真正準確地運行到數控系統指令所要求的位置。

　　如果數控機床沒有安裝光柵尺，當數控系統發出直線軸的移動指令后，直線軸能否到達數控系統要求的位置，完全依靠數控系統調試的精度和機械傳動精度來保障。

　　數控機床使用一段時間后，由于電氣調試參數的修改和機械誤差的加大等原因，該直線軸很可能和數控系統指令所要求的位置相差很多，這時候數控系統根本不知道，維修和操作機床的人員也不知道，要想知道這個差距，維修人員就要對機床進行精度檢測。

　　所以數控機床沒有安裝光柵尺，就要定期對機床的精度進行檢查，一不小心，一旦忘記檢測數控機床的精度，很可能導致加工的產品精度超差甚至報廢。

　　如果數控機床的直線軸安裝了光柵尺，上述問題就不用人來操心了，由光柵尺來完成這個使命。

　　如果該直線軸由于機械等原因沒有準確到達該位置，光柵尺作為位置檢測元件，會向數控系統發出指令，使該直線軸能夠到達比較準確的位置，直到光柵尺的分辨率分辨不出來。

　　這時的光柵尺充當了獨立于機床之外的監督功能，象人的眼睛一樣，一直“監視”著直線軸的位置，保證了直線軸能夠達到數控系統要求的位置。

　　光柵尺的精度取決于其分辨率，分辨率高低不同，價格就不同。

　　光柵尺有玻璃光柵尺和鋼帶光柵尺之分。

　　目前世界上能做出的玻璃光柵尺的長度約為3米長，超過3米的光柵尺就要選用鋼帶尺。

　　在制作新機床或舊機床改造中，采用光柵尺的目的是增加直線軸的運行準確性。

　　但能否增加光柵尺不完全取決于是否購買光柵尺，主要取決于該直線軸的機械部分的幾何精度。

　　光柵尺不能取代機械的精度，它只能“錦上添花”。

　　很多人在這個問題的認識上存在偏差。

　　如果機床的直線軸的幾何精度很差，比如一些車床Z軸采用直齒條進行傳動，反向間隙很大，該軸即使采用光柵尺后，當該軸到達數控系統的運行指令位置附近，由于該直線軸的傳動精度不高，不但達不到應有的目的，反而在準確位置前后會出現震蕩。

　　數控機床的哪根直線軸安裝光柵尺要視實際情況而定。

　　一般數控機床的X軸必須安裝光柵尺，數控磨床磨削產品中帶有錐度面時，一般為了保證加工的錐面的精度和表面質量，其Z軸也安裝光柵尺。

　　鏜銑機床的Z軸一般安裝光柵尺，其它軸視加工產品的精度而定。

　　二、光柵尺的選用、安裝注意事項、調試方法

　　1、光柵尺的選用

　　在選用光柵尺的型號時很多機床制造商或機床改造商容易憑自身想象，不和用戶溝通，最后選用的型號不滿足用戶的要求。

　　根據本人多年的維修、使用和改造數控機床經驗，我認為選用光柵尺時應該考慮如下幾個問題：

　　1.1 選用的光柵尺的信號輸出類型是差動TTL還是1vpp?這要看數控系統采用哪個廠家的。

　　該數控系統的位置反饋接口的信號類型是什么樣，就選用相應型號的光柵尺。

　　1.2 采用玻璃光柵尺還是鋼帶光柵尺?玻璃光柵尺一般只能制作3米之內，價格比鋼帶光柵尺貴，但玻璃光柵尺安裝、調試方便。

　　鋼帶光柵尺在安裝時比較麻煩，安裝好后要調整鋼帶的松緊，以便準確控制直線軸的位移。

　　1.3選用光柵尺的零參考點是增量式還是距離編碼型?用戶在機床開機不回參考點時對機床的坐標值是否有要求?如果機床的尺寸比較長，為了方便，機床可以隨時回參考點，這樣比較方便，這時需要采用距離編碼型光柵尺。

　　如果數控機床回參考點依靠撞撞塊，就采用增量式的直線光柵尺。

　　如果用戶要求在不需要回參考點的情況下就知道該直線軸的位置坐標，可選用絕對式光柵尺，否則選用增量式光柵尺。

　　1.4 將來的光柵尺采用經過過濾、干燥的壓縮空氣嗎?如果用，在購買直線光柵尺時就要購買過濾器和相應的接頭等，同時告知用戶準備氣源和壓縮空氣的過濾、干燥裝置。

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