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軋輥磨床數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用
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軋輥磨床數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用【1】
【摘 要】熱軋2050軋輥磨床是用于軋輥表面精加工的設(shè)備，其主要功用是磨削熱軋廠的工作輥和支承輥，其數(shù)控系統(tǒng)為IBSO公司專為德國(guó)WALDRICH軋輥制造廠開發(fā)的第一代產(chǎn)品，型號(hào)為ILC-500。
隨著用戶對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求的不斷提高，軋輥磨床的磨削精度成為制約鋼板質(zhì)量和板形精度的瓶頸，同時(shí)磨輥間減少操作人員數(shù)量并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求也越來越強(qiáng)烈，故決定對(duì)熱軋2050軋輥磨床進(jìn)行改造。
本章重點(diǎn)介紹具體改造方案。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù);軋輥磨床
1.軋輥磨床的結(jié)構(gòu)
磨床主要有以下三部分獨(dú)立的部件機(jī)械地組成：
1.1后床身
包括轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪的砂輪主軸沿軋輥長(zhǎng)度方向往復(fù)縱向運(yùn)動(dòng)的砂輪刀架砂輪趨近和退回磨床/軋輥中心橫向運(yùn)動(dòng)的砂輪頭。
1.2前床身
用來轉(zhuǎn)動(dòng)、支撐和調(diào)整軋輥的，包括轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥的床頭箱主軸，床頭箱裝有固定從動(dòng)軸心的一個(gè)頂尖，這個(gè)軸心通常用來與緩沖器一起協(xié)作工作，這個(gè)緩沖器用來防止從動(dòng)軸心由于接觸轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥產(chǎn)生的磨損，這個(gè)緩沖器有兩個(gè)主要部件構(gòu)成，一個(gè)部件(安裝在從動(dòng)軸心上)是通過滾柱軸承連接到它的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，另一個(gè)部件與軋輥的終端連接。
緩沖器轉(zhuǎn)動(dòng)部件的表面是有硬橡膠制造的，以至于不會(huì)損壞接觸的軋輥。
這個(gè)頂尖、軸心和緩沖器配置用來在軋輥的傳動(dòng)側(cè)縱向定位軋輥，可以配置一個(gè)可選擇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂尖來自動(dòng)定位軋輥。
尾架(頂針座)用來在軋輥的操作側(cè)縱向定位軋輥，尾架有一個(gè)尾架身(主要結(jié)構(gòu))和一個(gè)固定從動(dòng)軸心的套筒組成，這個(gè)軸心通常用來與緩沖器一起協(xié)力工作，這個(gè)緩沖器用來防止從動(dòng)軸心由于接觸轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥產(chǎn)生的磨損，這個(gè)緩沖器也有兩個(gè)主要部件構(gòu)成，一個(gè)部件(安裝在從動(dòng)軸心上)是通過滾柱軸承連接到它的轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，另一個(gè)部件與軋輥的終端連接。
緩沖器轉(zhuǎn)動(dòng)部件的表面是有硬橡膠制造的，以至于不會(huì)損壞接觸的軋輥。
這個(gè)套筒、軸心和緩沖器配置用來在軋輥的操作側(cè)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(gè)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。
托架是用來支撐軋輥、以及在水平方向和垂直方向?qū)?zhǔn)軋輥的。
托架可以選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)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(gè)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(gè)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(dòng)壓將軋輥放到托架上，防止由軋輥不當(dāng)?shù)目拷ゴ惨鸬牟槐匾膿p害。
1.3測(cè)量臂
用來測(cè)量軋輥幾何尺寸的。
2.現(xiàn)代軋輥磨床的特點(diǎn)
現(xiàn)代軋輥磨床主要特點(diǎn)：
CNC控制、高度自動(dòng)化和集成化、磨削效率和精度高。
軋輥磨床的主要運(yùn)動(dòng)如砂輪、軋輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均采用了全數(shù)字化直流傳動(dòng)，控制精度高并可實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速。
砂輪主軸采用了毛細(xì)管節(jié)流的靜壓支承，床身導(dǎo)軌采用了靜壓導(dǎo)軌，具有足夠的剛度及耐磨性。
砂輪能完成微量進(jìn)給，連續(xù)和端頭自動(dòng)進(jìn)給和砂輪磨損補(bǔ)償進(jìn)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(shí)現(xiàn)窗口顯示，人機(jī)對(duì)話方式，通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行輸入。
輸出設(shè)備采用彩色打印機(jī)，可打印出程序、曲線等，且能在一張表上用不同顏色同時(shí)打印出幾種曲線。
可同時(shí)儲(chǔ)存多個(gè)程序，操作人員可根據(jù)意愿自由編程。
伺服軸采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，無需維護(hù)和更換碳刷，減少了大量的維護(hù)費(fèi)用和備件費(fèi)用。
提供診斷方式，便于維修人員查找故障。
一個(gè)熟練的操作人員不需要一直集中精力就可以完成一個(gè)一直重復(fù)的全自動(dòng)化操作。
使用自動(dòng)控制磨床，操作人員只需要提前確定要做的工作和起動(dòng)磨床操作程序。
一旦磨床操作程序起動(dòng)了，它就可以獨(dú)立的工作，只有完成了操作，或者突然發(fā)生一些異常要求操作人員緊急中斷時(shí)，磨床才會(huì)停下來。
在自動(dòng)控制操作的過程中，操作人員或許要通過評(píng)估磨床采集的數(shù)據(jù)來監(jiān)控磨床執(zhí)行的工作情況。
在當(dāng)前的操作過程中，如果操作人員不在時(shí)，可以自動(dòng)打印出來數(shù)據(jù)，也可以隨后挑選一些有用的數(shù)據(jù)打印出來，這些數(shù)據(jù)也可以存儲(chǔ)在本機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在完成操作后的任何時(shí)間都能查看。
在開始操作之前，操作人員不需要停機(jī)再重新起動(dòng)，就可以跳過預(yù)先確定好的而做沒有預(yù)見到的操作。
在自動(dòng)操作過程中，可能因?yàn)橐恍┰�，操作人員需要中斷正在運(yùn)行的操作，為了給操作人員最大限度的靈活操作，自動(dòng)控制磨床的人機(jī)界面采用了自由跳躍概念來設(shè)計(jì)。
3.計(jì)算機(jī)數(shù)字控制軸
為了完成磨床各項(xiàng)控制任務(wù)，軋輥磨床一般有多軸需要計(jì)算機(jī)控制，CNC通過伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器和其它相關(guān)的控制元件來持續(xù)控制每個(gè)軸的精確位置和速度。
為了讓CNC控制每個(gè)軸的位置，我們必須為每個(gè)軸設(shè)定一個(gè)參考點(diǎn)。
設(shè)定參考點(diǎn)是為了對(duì)于每個(gè)軸，相對(duì)于一些已知物體機(jī)械參考，CNC都有一個(gè)固定的“已知位置”。
利用這個(gè)相對(duì)某個(gè)固定機(jī)械參考的“已知位置”，CNC能控制和監(jiān)控每個(gè)軸的精確位置。
這個(gè)參考點(diǎn)不要和機(jī)械零點(diǎn)相混淆，因?yàn)檫@個(gè)參考點(diǎn)并不一定是這些軸的機(jī)械零點(diǎn)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(yùn)動(dòng)。
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(yùn)動(dòng)砂輪頭。
3.3 U軸(微量砂輪進(jìn)刀)
安裝在后床身砂輪刀架基座上，用來橫向微量運(yùn)動(dòng)砂輪頭(與磨床/軋輥中心之間往返運(yùn)動(dòng))
3.4 Y軸(微調(diào)輥型軸)
安裝在后床身砂輪刀架基座上，通過在砂輪頭內(nèi)部同時(shí)采用一個(gè)傾斜橫向進(jìn)給機(jī)械裝置用來橫向微量運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)砂輪和確認(rèn)從砂輪探頭(A軸)反饋的砂輪直徑，從而調(diào)整砂輪的線速度;當(dāng)磨損導(dǎo)致砂輪直徑變化時(shí)，保持砂輪的線速度時(shí)時(shí)連續(xù)。
一旦砂輪探頭被校正好，CNC顯示砂輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)軋輥和調(diào)整砂輪的轉(zhuǎn)速CNC顯示軋輥的轉(zhuǎn)速。
3.7 C軸(可選擇的測(cè)量臂)
安裝在卡規(guī)往復(fù)臺(tái)上，測(cè)量臂安裝在一個(gè)圓柱狀的框架上，這個(gè)框架可以轉(zhuǎn)動(dòng)90°，把測(cè)量臂翻轉(zhuǎn)到“開”和“關(guān)”的位置上，可以方便的測(cè)量和停放。
C軸可以控制測(cè)量臂的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量臂可以協(xié)同E軸和Q軸一起測(cè)量軋輥輥型、圓度和直徑。
它也可以用來手動(dòng)校準(zhǔn)來顯示軋輥的垂直位置和在每次校準(zhǔn)位置處的軋輥的直徑。
3.8 E軸(前測(cè)量臂測(cè)量裝置)
安裝在前測(cè)量臂的內(nèi)部，隨前測(cè)量臂測(cè)量軋輥輥型的變化和圓度。
協(xié)同Q軸，可以測(cè)量軋輥輥型和圓度，還可以測(cè)量由于支撐輥頸的托架的原因?qū)е碌能堓伷亩取?/p>
CNC顯示的E軸位置就是上測(cè)量臂接觸軋輥以后壓緊時(shí)的數(shù)值。
當(dāng)測(cè)量臂和軋輥不接觸時(shí)，E軸的位置為“零”，C軸使測(cè)量臂和軋輥接觸以后，它停止運(yùn)動(dòng)并固定在它自己的位置處。
進(jìn)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(cè)量值。
3.9 Q軸(后測(cè)量臂測(cè)量裝置)
安裝在后測(cè)量臂的內(nèi)部，隨后測(cè)量臂測(cè)量軋輥輥型變化和圓度。
協(xié)同E軸，可以測(cè)量輥型和圓度，還可以測(cè)量由于支撐輥頸的托架的原因?qū)е碌能堓伷亩取?/p>
CNC顯示的Q軸位置就是后測(cè)量臂接觸軋輥以后壓緊的數(shù)值。
當(dāng)測(cè)量臂和軋輥不接觸時(shí)，Q軸的位置為“零”，C軸使測(cè)量臂和軋輥接觸以后，它停止運(yùn)動(dòng)并固定住它自己的位置。
進(jìn)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(cè)量值。
3.10 A1軸(探傷探頭)
安裝在卡規(guī)往復(fù)臺(tái)上，它在兩個(gè)測(cè)量臂之間的一條線上與磨床中心線對(duì)直，用來驅(qū)動(dòng)渦流探傷儀的探頭與輥面做橫向運(yùn)動(dòng)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]谷新.數(shù)控技術(shù)在軋輥磨床上的應(yīng)用[D].上海交通大學(xué),2008,(06).
光柵尺在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用【2】
摘要：簡(jiǎn)要介紹光柵尺在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用及使用注意事項(xiàng)
關(guān)鍵詞：光柵尺 海德漢 發(fā)格 間隙 數(shù)控機(jī)床
在數(shù)控機(jī)床中，光柵尺的作用是作為數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)元件，檢測(cè)機(jī)床的直線軸的實(shí)際位移是否和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令相符。
數(shù)控機(jī)床的加工精度除了由機(jī)床的機(jī)械部分決定外，光柵尺的精度(或稱“分辨率”)也是關(guān)鍵性的元件之一。
光柵尺一般由“定尺”和“動(dòng)尺”(讀數(shù)頭)及連接電纜組成。
在世界范圍內(nèi)，德國(guó)HEIDENHAIN(海德漢)作為光柵尺界的第一品牌，為數(shù)控機(jī)床的加工精度發(fā)揮了很大作用。
西班牙FAGOR(發(fā)格)光柵尺目前應(yīng)用于世界很多廠家，理所當(dāng)然成為世界第二品牌。
光柵尺作為數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)元件，“監(jiān)督”在由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)直線軸發(fā)出的指令下是否準(zhǔn)確到達(dá)其位置。
下面就光柵尺在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，光柵尺的安裝注意事項(xiàng)、調(diào)試方法及光柵尺對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械隱患的“監(jiān)督”作用闡述如下，僅供參考。
一、光柵尺在數(shù)控機(jī)床上的作用
光柵尺作為數(shù)控機(jī)床直線軸的位置檢測(cè)元件，相當(dāng)于人的“眼睛”，就是“監(jiān)視”該直線軸在執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)的移動(dòng)指令后，該直線軸是否真正準(zhǔn)確地運(yùn)行到數(shù)控系統(tǒng)指令所要求的位置。
如果數(shù)控機(jī)床沒有安裝光柵尺，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出直線軸的移動(dòng)指令后，直線軸能否到達(dá)數(shù)控系統(tǒng)要求的位置，完全依靠數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試的精度和機(jī)械傳動(dòng)精度來保障。
數(shù)控機(jī)床使用一段時(shí)間后，由于電氣調(diào)試參數(shù)的修改和機(jī)械誤差的加大等原因，該直線軸很可能和數(shù)控系統(tǒng)指令所要求的位置相差很多，這時(shí)候數(shù)控系統(tǒng)根本不知道，維修和操作機(jī)床的人員也不知道，要想知道這個(gè)差距，維修人員就要對(duì)機(jī)床進(jìn)行精度檢測(cè)。
所以數(shù)控機(jī)床沒有安裝光柵尺，就要定期對(duì)機(jī)床的精度進(jìn)行檢查，一不小心，一旦忘記檢測(cè)數(shù)控機(jī)床的精度，很可能導(dǎo)致加工的產(chǎn)品精度超差甚至報(bào)廢。
如果數(shù)控機(jī)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(gè)使命。
如果該直線軸由于機(jī)械等原因沒有準(zhǔn)確到達(dá)該位置，光柵尺作為位置檢測(cè)元件，會(huì)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，使該直線軸能夠到達(dá)比較準(zhǔn)確的位置，直到光柵尺的分辨率分辨不出來。
這時(shí)的光柵尺充當(dāng)了獨(dú)立于機(jī)床之外的監(jiān)督功能，象人的眼睛一樣，一直“監(jiān)視”著直線軸的位置，保證了直線軸能夠達(dá)到數(shù)控系統(tǒng)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(jià)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(zhǎng)度約為3米長(zhǎng)，超過3米的光柵尺就要選用鋼帶尺。
在制作新機(jī)床或舊機(jī)床改造中，采用光柵尺的目的是增加直線軸的運(yùn)行準(zhǔn)確性。
但能否增加光柵尺不完全取決于是否購(gòu)買光柵尺，主要取決于該直線軸的機(jī)械部分的幾何精度。
光柵尺不能取代機(jī)械的精度，它只能“錦上添花”。
很多人在這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)上存在偏差。
如果機(jī)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(jìn)行傳動(dòng)，反向間隙很大，該軸即使采用光柵尺后，當(dāng)該軸到達(dá)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行指令位置附近，由于該直線軸的傳動(dòng)精度不高，不但達(dá)不到應(yīng)有的目的，反而在準(zhǔn)確位置前后會(huì)出現(xiàn)震蕩。
數(shù)控機(jī)床的哪根直線軸安裝光柵尺要視實(shí)際情況而定。
一般數(shù)控機(jī)床的X軸必須安裝光柵尺，數(shù)控磨床磨削產(chǎn)品中帶有錐度面時(shí)，一般為了保證加工的錐面的精度和表面質(zhì)量，其Z軸也安裝光柵尺。
鏜銑機(jī)床的Z軸一般安裝光柵尺，其它軸視加工產(chǎn)品的精度而定。
二、光柵尺的選用、安裝注意事項(xiàng)、調(diào)試方法
1、光柵尺的選用
在選用光柵尺的型號(hào)時(shí)很多機(jī)床制造商或機(jī)床改造商容易憑自身想象，不和用戶溝通，最后選用的型號(hào)不滿足用戶的要求。
根據(jù)本人多年的維修、使用和改造數(shù)控機(jī)床經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為選用光柵尺時(shí)應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問題：
1.1 選用的光柵尺的信號(hào)輸出類型是差動(dòng)TTL還是1vpp?這要看數(shù)控系統(tǒng)采用哪個(gè)廠家的。
該數(shù)控系統(tǒng)的位置反饋接口的信號(hào)類型是什么樣，就選用相應(yīng)型號(hào)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(nèi)，價(jià)格比鋼帶光柵尺貴，但玻璃光柵尺安裝、調(diào)試方便。
鋼帶光柵尺在安裝時(shí)比較麻煩，安裝好后要調(diào)整鋼帶的松緊，以便準(zhǔn)確控制直線軸的位移。
1.3選用光柵尺的零參考點(diǎn)是增量式還是距離編碼型?用戶在機(jī)床開機(jī)不回參考點(diǎn)時(shí)對(duì)機(jī)床的坐標(biāo)值是否有要求?如果機(jī)床的尺寸比較長(zhǎng)，為了方便，機(jī)床可以隨時(shí)回參考點(diǎn)，這樣比較方便，這時(shí)需要采用距離編碼型光柵尺。
如果數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)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(diǎn)的情況下就知道該直線軸的位置坐標(biāo)，可選用絕對(duì)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(jīng)過過濾、干燥的壓縮空氣嗎?如果用，在購(gòu)買直線光柵尺時(shí)就要購(gòu)買過濾器和相應(yīng)的接頭等，同時(shí)告知用戶準(zhǔn)備氣源和壓縮空氣的過濾、干燥裝置。