普通型轧辊磨床M84125改数控型 技 术 方 案 M84125改数控 技术方案 第 1 页共20页

1 1 总体说明及加工技术要求

1.1 总体说明  改造后的轧辊磨床是一台高效率、高精度及高可靠性的数控轧辊磨床，它采用先进的电气控制技术和机械传动技术，性能达到先进水平。先进电气控制技术的采用使得该轧辊磨床的中高机械传动大大简化，减少了中高机械传动链，在可靠性上得到很大提高。  改造后的磨床采用当前世界最先进的西门子840D数控系统，配备专为轧辊磨床设计的自动化控制软件，将用户使用方便放在第一位开发设计，多种多样的功能已被模式化，在进行轧辊磨削编程作业时，操作人员只需根据相关对话框的提示输入有关的工艺参数，不必要求操作者进行复杂而烦琐的编程作业。具有足够灵活及对用户友好的操作界面 。  原机床加工的轧辊轮廓曲线类型少，只能加工单一曲线，不能加工其他曲线和用户自定义的曲线；原机床中高机构使用的是凸轮杠杆机构，采用机械结构的中高机构结构比较复杂，传动链长，调整麻烦，而且砂轮架为三层结构，刚性较差。加工的轧辊轮廓曲线的精度低，为了加工出轧辊表面的轮廓曲线，要求在横向和纵向通过机械方式来实现联动，传动链长。改变加工曲线参数困难，为了改变轧辊轮廓曲线的角度和它的高度，需要拆开机床齿轮箱，更换齿轮组，来改变传动链的传动比，达到改变曲线参数的目的。由于齿轮组个数有限，因此曲线的参数变化受到限制。  根据甲方轧辊磨床M84125具体情况和要求，乙方根据多年多年从事轧辊磨床专业工作中积累的经验，本着提高设备技术含量和机床的使用可靠性的原则对磨床进行的改造。以满足甲方对轧辊磨削的效率、精度以及曲线灵活性的要求；简化和方便设备的使用维护，降低磨床的维护成本和备件费用。该设备经过改造后具有技术先进、成熟可靠、性能稳定、工艺完善、经济实用的特点。  扩大磨床的加工范围：由于数控磨床能实现几个坐标的联动，加工程序可以按照加工零件的要求变换，所以它的适应性和灵活性很强，可以加工普通磨床无法加工的辊形复杂的轧辊。  减轻工人劳动强度，改善劳动条件。当程序输入后，数控磨床不需要人工干预，就能按加工程序要求连续自动的进行加工，减轻工人劳动强度，改善劳动条件。  因此，通过此次对磨床的数控化改造，能够增加轧辊磨床加工曲线的类型，提高磨床的加工精度和生产效率。改造后中高机构采用偏心套的机构形式。该偏心套轴承与主轴轴线偏心。采用CNC控制中高磨削时，中高机构的传动为连续轨迹控制。磨削时将轧辊中高参数编入程序，采用数控插补实现中高磨削。该中高机构适用与磨削具有多种不同曲线特性的轧辊，如：正弦曲线，抛物线以及CVC曲线和任意曲线等等。所有这些曲线参数均可在限定范围内输入程序。无需更换交换齿轮，以及调整杠杆间距，缩短了辅助时间。 M84125改数控 技术方案 第 2 页共20页

2 综上所述：电气部分重新设计、全部更新。机械部分以改造为主。对两床身调整，恢复其精度。需重新设计制造磨架以上部件：如砂轮主轴系统、磨架进给装置、数控曲线磨削装置(U轴)、操纵台、测量系统（X1轴）、拖板位置检测装置，砂轮罩壳，砂轮夹盘，液压系统等。

1.2 加工工件技术要求 1.2.1 圆柱面磨削： 圆柱度 <=0.005 mm/m 圆度 <=0.005 mm/m 同轴度 <=0.005 mm/m 表面粗糙度

1.2.2 中凸(凹)磨削： 中高对称性 100:0.002 辊形误差 ±0.005mm/m 同轴度 <=0.005 mm/m 表面粗糙度

1.2.3 任意曲线磨削： 辊形误差 ±0.005mm/m 同轴度 0.005mm 表面粗糙度

2 磨床机械改造各部件结构及功能说明 注：磨架部分全部重新制作，增加一套测量装置及液压系统 2.1.1主轴部分 M84125改数控 技术方案 第 3 页共20页

3 砂轮主轴动静压轴承及静压偏心套 M84125改数控 技术方案 第 4 页共20页

4 砂轮主轴前后径向轴承均采用高精度动静压轴承，主轴轴向采用高精度推力轴承。在主轴动静压轴承设计中，将采用特殊结构及工艺。由于采用动静压轴承，主轴在最佳刚度的动静压腔内运转，具有很高的回转精度及刚度，稳定性好，动态刚性强，不易振动等特点。能同时满足粗磨、精磨的要求。 主轴在最佳刚度静压腔内运转，有很高的回转精度及刚度。可进行粗、精及抛光磨削，主轴前后轴承设计在砂轮及皮带轮受力中心处，比传统的主轴悬臂结构有更高的刚度及回转精度，由交流电机驱动。 偏心套动静压轴承工作原理： 本机床偏心套采用静压轴承，砂轮主轴轴承采用动静压轴承。从供油系统供给具有M84125改数控 技术方案 第 5 页共20页

5 一定压力的润滑油，通过各油腔的节流器具进入相应的偏心套前轴承油腔内和后轴承油腔内。由于各油腔对称等面积分布，各节流器的阻尼相等，轴承各油腔的压力相等，如果不考虑偏心套主轴系统自重偏心套浮起在轴承的中心位置。因此，偏心套于轴承之间各处的间隙相等。油腔内的压力油经过间隙从周向和轴向封油面流出。 主轴的动静压轴承，经过节流器的压力油时入上下两油腔。此两油腔对称等面积分布，此时上下油腔的压力相等，主轴与轴承上下之间的间隙相等，主轴轴承的前腔当进入经过节流阀的压力油时，将主轴推向动压腔（后腔）。当考虑主轴系统自重影响和主轴工作受到负载时，主轴产生向下和向后（动压腔）产生偏移，此时，前腔（静压腔）间隙增大，后腔（动压腔）间隙减小。当主轴在高速旋转时，将润滑油经过油楔带入动压腔，此时动压腔压力增大，将主轴平衡于设计中心位置上，采用此结构轴承，可提高轴承工作时承载能力和刚性。

2.1.2数控中高机构—凸度位移系统(U轴)

原机床砂轮架结构 M84125改数控 技术方案 第 6 页共20页

6 高精度数控曲线磨削装置(U轴)采用静压偏心套结构(内装主轴动静压轴承)。工作时，由全数字交流伺服电机经减速装置驱动滚珠丝杆转动，通过直线滚动导轨副定位，使滚珠螺母上下移动进而带动杠杆偏心机构，驱动高精度静压偏心套作微量角度摆动，使砂轮相对于辊面作微量无间隙。使装于静压偏心套内的砂轮主轴相对于辊面作微量无间隙趋近或退离运动。该运动与拖板(Z轴)运动相插补，从而在轧辊表面磨削出所需曲线。（数控中高机构安装在磨架内部，它是机床实现曲线磨削的主要执行机构，当大拖板沿床身导轨纵向移动时，装于拖板床身侧面的Z轴位置光栅发出电脉冲讯号，通过电脉冲讯号将Z轴位置输入计算机，经运算处理后输出u轴控制指令，使伺服电机按要求转动，经过减速机构带动滚珠丝杆转动，由于滚珠丝杆螺母已由直线滚动导轨副限制了转动的自由度，故当丝杆转动时，螺母将沿直线滚动导轨副上下移动，从而驱动偏心套摆杆上下摆动，偏心套回转，使砂轮主轴获得趋近或退离工件的运动，从而在整个辊面长度内实现了曲线磨削。） M84125改数控 技术方案 第 7 页共20页

7 如果是中凸（中凹）磨削（正弦曲线），操作者只需输入中高量和辊面长度并选择合适的曲线，就可进行磨削，如果是任意曲线（包括CVC曲线）必须按Z轴位置遂点输入u轴的值（即坐标值输入法）或将f（u）=z数学模型输入计算机。按照输入的参数，经Z轴和u轴的复合运动，能在辊面上精确的完成曲线磨削。 M84125改数控 技术方案 第 8 页共20页

8 机床断电保护机构 机床断电保护机构主要包括保护油缸和液压系统，它独特的结构设计使得无论偏心套处在什么位置都能确保在断电、故障或操作急停按钮后，砂轮立即退离工件表面1mm。机构复位时，复位精度为1μm。 M84125改数控 技术方案 第 9 页共20页

9 2.1.3磨架及其进给机构 磨架的主要作用为砂轮的进给，同时它也是轧辊测量系统的重要组成部分。磨架采用单层整体结构，具有很高的刚性，磨架内装有砂轮主轴及静压偏心套和磨曲线装置。磨架导轨为贴塑静压导轨，磨架进给机构由西门子交流伺服电机和精密滚珠丝杆组成。 2.1.4轧辊测量系统 测量范围:300-1250mm; 测量臂行程: 1000mm 安装在磨架上的测量装置，可随拖板沿Z轴方向移动，以便实现对轧辊的辊面测量，同时，两测量臂可沿横向（轧辊直径方向）相对于轧辊中心同时趋近或离开，以适应不同直径轧辊的测量需要；两测量臂的翻转动作，是由油缸来实现的,内测臂是安装在磨架上的,由磨架的前进来接近工件，外测量架由交流伺服电机通过减速器及滚珠丝杆来驱动。测量时，内外测量臂通过液压油缸分别放下进入测量位置，其它时候测量臂收起。测量架由交流伺服电机通过减速器及滚珠丝杆来驱动。轧辊测量系统配备了一个长光栅(测量架)和两个光栅测头(A、B测头)。测量架移动导轨采用双V滑动导轨副，大大提高了测量架的运动精度及定位精度，给实现高精度测量提供了可靠的基础保证，大大提高了测量架的运动精度及定位精度，轧辊测量系统配备了一个长光栅和两个光栅测头。 M84125改数控 技术方案 第 10 页共20页

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