[科普中国]-轧辊磨床

轧辊磨床为金属切削机床，由床身、头架、尾架、托架、纵横拖板、磨头、测量架及电气数控系统组成，分为承载系统、驱动系统、磨削系统、测量系统和控制系统五个子系统。工件由头架、尾架和托架支撑，并由头架驱动旋转。数控系统根据轧辊表面母线的数学模型，控制机床作多轴复合运动，在运动过程中实现砂轮对辊面金属的磨削。在线测量系统实时地将测量数据反馈给磨床控制系统，并由控制系统对机床出闭环控制，从而完成对工件的精密加工。

型号国内轧辊磨床主要型号有：MK8440、MK8450、MK8463、MK8480、MK84100、MK84125、MK84160、MK84200、MK84250、MK84300。1

结构介绍床身床身采用砂轮床身与工件床身分离的结构。床身调整垫铁间距短，刚性强，床身精度不易变化。砂轮床身为1200mm导轨间距的宽体床身，配备的伸缩式不锈钢防护罩保证永不生锈，安装在砂轮床身内的精密滚珠丝杆，用于驱动大拖板（Z轴）。

头架采用三级三角皮带传动保证了传动的平稳和精度；使用交流主轴电机驱动能使头架实现正向和反向旋转；头架的位置控制功能，可实现拨盘角度自动定位，方便轧辊的吊装，减少辅助时间。头架润滑系统选用了油脂泵，可实现自动定时给油。

尾架尾架移动采用电动驱动方式，液压自动锁紧。尾架配备大行程（1000mm）液压套筒。

砂轮主轴系统砂轮主轴前后径后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。另外，在后轴承设计中增强了工作腔动静压轴承的静态压力效果，以克服较大皮带拉力对轴瓦造成的损伤。主轴动静压轴承具有回转精度高，稳定性好，动态刚性强，不易振动等特点。

磨架及其进给机构磨架采用单层整体结构，具有很高的刚性，磨架导轨为贴塑静压导轨，磨架进给机构由带减速装置的西门子交流伺服电机和经过精确预拉伸的精密滚珠丝杆副组成，具有很高的进给精度和灵敏度。

拖板Z轴

拖板采用V-平形形式的贴塑静压导轨，拖板进给机构由带减速装置的西门子交流伺服电机和经过精确预拉伸精密滚珠丝杆副组成，由数控系统通过交流伺服电机和圆光栅实现拖板的闭环位置控制。拖板采用滚珠丝杆传动，与国内外同类磨床所采用的传统齿轮齿条传动相比，具有机械传动链短、运动平稳、传动精度高、间隙小等优点。

伺服电机及其控制系统

磨床所有伺服电机全部采用西门子全数字化交流伺服电机，精度高可靠性高。

头架控制系统头架采用西门子1PH7型交流主轴电机驱动，内装西门子Sine/Cos1Vpp，2048 S/R光电编码器，完成头架速度及位置的闭环控制。头架可实现正向和反向旋转以及拨盘角度自动定位。交流主轴电机的采用使头架电机的维护工作量大大减少。针对轧辊驱动的特点头架采用了低额定转速、大启动扭矩的交流主轴电机，在保证重型轧辊启动需要的同时节约宝贵的能源。

砂轮控制系统砂轮采用西门子1PH7型交流主轴电机驱动，内装西门子Sine/Cos1Vpp，2048 S/R光电编码器，完成砂轮速度及位置的闭环控制。砂轮可实现正向和反向旋转以及角度自动定位。另外，交流主轴电机的采用极大地方便了砂轮电机的维护。砂轮采用了高达100KW的交流主轴电机，保证了磨床具有强力磨削能力，满足用户的轧辊快速大负荷加工要求。

电气控制柜及柜内配电系统和控制元件

为保证磨床电气系统的整体可靠性，从电气控制柜箱壳到柜内的配电系统以及保护元件、开关元件、控制元件全部采用进口的国际名牌产品（西门子、威图）。

U1轴U1轴传动系统是由带直角减速装置的西门子交流伺服电机驱动一套偏心轮传动机构，通过连杆驱动中心架上层滑板.尾架端中心架被设置为二层，下层底座可沿床身导轨纵向移动，上层滑板在U1轴驱动下可横向水平微量调整（调整量1.5），以实现对轧辊安装精度的校正。中心架滑板的特殊结构设计，可以很方便的调换安装在滑板上的中心架瓦座，大大缩短更换瓦座的辅助时间，特别适用于多规格轧辊的支承。

数控系统数控主机采用西门子新一代全数字控制系统840D，一体化S7-300可编程控制器，机床外部的I/O接点通PROFIBUS工业现场总线传输到中央控制系统，人机接口功能由新型高性能SINUMERIK PCU50模块完成.与国外同类磨床所采用的磨床厂自行开发的工控机专用系统比较，840D系统功能更加强大、更加可靠、维护更加简单，（因为840D系统经过了成千上万用户的使用验证和西门子多年不断的改进）。由于840D系统的通用性，使磨床的维护变得异常方便，所有的电气部件均可以在市场上采购到，磨床电气系统不存在进口磨床所常见的黑匣子问题。

人机接口显示器采用西门子15寸液晶显示器OP15，中文/英文显示，操作系统采用MS-WINDOWS XP。系统具有完备的报警与诊断功能，配备丰富的帮助及操作提示。设计完善的画面和操作菜单，能被操作者和维护人员方便而快速地全面掌握。

测量架系统测量臂导轨采用德车STAR的进口直线导轨，传动系统由带减速装置的西门子交流伺服电机通过无键连接方式驱动经过精确预拉伸的精密滚珠丝杆，由数控系统通过交流伺服电机和直线光栅实现测量架的闭环位置控制。测量架采用直线导轨和滚珠丝杆传动，与国内外同类磨床所采和的齿轮齿条传动相比，具有运动平稳、传动精度高、灵敏性好、定位准确等优点，从而大大提高了测量系统的测量精度。

高精度数控曲线磨削装置（U轴）本装置采用静压偏心套结构（内装主轴动静压轴承），传动系统由带减速装置的西门子交流伺服电机通过无键连接方式驱动精密滚珠丝矸，通过直线滚动导轨副定位，使滚珠螺母上下移动进而带动高精度静压偏习套作小角度摆动，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切入（或退出）运动。该运动与拖板（Z轴）运动相复合，从而在轧辊表面磨削出所需曲线。特殊设计的传动结构，确保了传动系统始终处于无间隙状态，从而可以获得很高的曲线磨削精度。1

轧辊磨削（1）砂轮速度粗、精磨钢质轧辊25~35m/s粗、精磨冷硬铸铁轧辊20~25m/s超精磨削、镜面磨削时15~20m/s。（2）工件（轧辊）速度粗磨时30~50m/min精磨时15~30m/min精密抛光磨削时10~15m/min当磨削细长辊子时应采用低速，尤其是磨削辊身尺寸小的光压延辊时，工件轧辊的速度小于10m/min。（3）拖板纵向进给速度粗磨时240~600m/min；或取工件每转拖板纵向进给量约为砂轮宽度的2/3~3/4。精磨时80~200m/min；或取工件每转拖板纵向进给量约为砂轮宽度的1/4~1/2。（4）拖板每往复行程横进给量粗磨时横进给量应根据轧辊的硬度和磨削辊面的直径而定，一般取0.03~0.05mm往复行程。对于材料硬 、辊颈大的轧辊，应减小横进给量。精磨时0.005~0.01mm/往复行程。精密抛光磨削时0.002~0.005mm往复行程。1

操作保养操作规程1、操作人员经考试合格取得操作证，方准进行操作，操作者应熟悉本机的性能、结构等，并要遵守安全和交接班制度。

2、操作者必须根据磨床说明书的要求，详细了解并熟记各润滑部位，润滑方法及润滑油的种类、牌号，按磨床润滑图表的规定进行给油保养。

3、开工前，应按规定穿戴好防护用品，对照交接班记录薄，对磨床各部位进行详细检查，发现问题应及时逐级报告，异状未经排除不得开车工作。

4、开工前应对轧辊磨床下列部位进行检查：

（1）油池中的油量应达到规定的油面高度。

（2）调整皮带松紧度是否合适。

（3）防护罩和砂轮要装卡牢固，位置正确，防尘毡垫密贴良好。

（4）检查电气系统是否良好，周围环境应清洁，无短路。

（5）按轧辊磨床说明书规定的润滑处所，顺次注入润滑油。

（6）接通总电源，顺次启动油泵等电机，注意运转状态，发现异状，异音应立即关闭电源。

（7）开动轧辊磨床，空转3min，查看各部动作是否正常，着咱是否正常，冷却液是否畅通。

（8）装卡砂轮前应防止砂轮受潮，砂轮应做份平衡试验；严禁砂轮有裂纹。

（9）装卡砂轮时，须在砂轮和压板间垫以0.5～1.0mm的纸垫，并用专用扳子均匀用力紧固。

（10）砂轮装好后应空载运转5min，操作者应避开正面，确认砂轮运转正常后，方准使用。

5、活塞杆的装卡必须符合规定，，必须确认磨床的状态正常后，方准开车。

6、加工轧辊必须事先清除被加工部位的油垢，黒污和灰尘等。根据工件的材质合理选用砂轮和磨制量，严禁磨削工件毛坯。

7、装卡和测量工件时，必须使砂轮退离工件和停车。工件与砂轮未离开时，不得中途停车。砂轮在接近工件时，不准用机动进给。

8、工作时禁止操作者离开磨床或托人代管，如因停电或其他原因必须离开时，应将砂轮离开工件后停车。重新开动磨床时，应确认各部无异状后方准开车。

9、磨床工作时，应注意各传动部分状态，如油温和油压是否正常，冷却液是否畅通准确地浇到工件上；油泵与电机的温度是否正常，有否异状异音；各操作手柄是否位里正确，各紧固件有否松动位移等。

10、禁止在工作台面与油漆表面放置金属物品。

11、禁止在工作台面及床体上敲打、拆装、矫直工件。

12、磨床发生事故后，应保持现场，切断电源.迅速报告，妥善处理。

13、工作完毕后，应将砂轮退离工件，切断总电源，各手柄放置在空位上。恢复磨床正常状态，做好日常保养。

14、认真填写交接班记录簿等有关记录。2

日常保养1）必须根据轧辊磨床说明书的要求，在各润滑部位，按规定的润滑方法及润滑油的种类、牌号，按磨床润滑图表的规定，进行给油保养。

2）润滑油注入油箱及其他容器前，应经建油网过滤，油箱油量必须达到油标线。

3）油壶、油枪等感油器具必须清洁完整，不同牌号的油脂不准混装。

4）油箱内不得留有好毛杂质，油箱中润滑油如有沉淀、起垢、积水等现象应立即更换。

5）凡软于油杯润滑部位，每班至少拧进二扣以上。

6）禁止向冷却液中加水，冷却液不足时应添加制成的冷却液。

7）工作台的油盘、排冷却液的管和过健网，要经常清除磨屑、油垢、杂物等。

8）随时注意清扫导轨、工作台等部位的磨屑、灰尘、油垢等，确保磨床在运转中不致发生拉伤、擦伤等现象。

9）经常检查砂轮，不准使用裂纹砂轮.防护罩、砂轮的位里和装卡必须安全可靠。

10）工作完毕要认真擦拭磨床，各滑动面涂上一层薄油，对各部位应做到无油垢、磨属、灰尘等杂物。

11）对工件、附件、工具进行清理，摆放整齐。清扫工作场地。

12）按自检自修范围：注意轧辊磨床的使用和保养。1

定期保养1）定期修理时，应更换润滑油，清洗油箱必须将各机构清洗、擦拭干净。

2）换油时必须清洗滤油器，异油线、油杯、油盘，并流通油路；所有导油线，建油毡应清洗压干后，浸油放入油盘、油槽内。

3）油盘、油杯的滤油毡、导油线二周清洗一次；档毛毡垫每周清洗一次。

4）冷却液每隔2～3周更换一次。更换时要彻底清洗冷却液箱，不许有残留旧液与其他杂质等，冷却液泵在3～4个月必须清洗一次。冷却浓的配制应符合规定。2

5）按规定定期送检压力表。

Pomini轧辊磨床常见故障及处理1）四个安全装置。

四个急停按钮和四个安全装置是Pomini 轧辊磨床中的主要组成部分。对于四个安全装置，主要是黄色安全门、对中测量尺、两个传感器和防撞橡胶条。这四个安全装置都属于敏感部件，是安全保护装置。如果在使用过程中碰触其中的一个装置，都会导致程序的立刻停止。

第一，在对轧辊进行吊装的时候，一定要打开黄色安全门，只有运行程序的时候才能将其关闭。第二，两个传感器是固定在床头箱后面的，能够防止轧辊和头架被砂轮碰撞。在实际的磨削中，轧辊还没有达到标准的磨削，机床就开始报警，安全装置就会被碰触，这样磨削就会自动终止。虽然进行复位，但是报警还是不能消除。在不断的检查和分析之后，发现传感器上存在污渍沾染，进而导致光线信号的不能正常发射，信号不能被接收器正常接收，出现了 CNC 的误判，发生报警。这种情况下，就需要对两个传感器进行定期清洗。在工作原理上，传感器是的通过光线的强弱来对轧辊、头架的靠近距离进行判断。因此清晰度是非常关键的。同时传感器在安装的时候也不能碰撞，容易导致支架变形。第三，测量尺在砂轮架上作用主要是对中轧辊，粗调托瓦。测量尺放下，正好位于旋转中心线，对托瓦进行粗调后，要固定测量尺，并且一定要将螺钉固定到位，和位置传感器接触，从而让 CNC 能够更好地接收到信号。

2）软着陆。

如果彻底下降软着陆，在操作台上面，应该两期绿色信号灯。然而在实际的操作中，即使是软着陆，还会出现信号灯不亮的现象，从而导致不能正常旋转轧辊，无法运行程序。在报警上面会出现这样的信息，需要降到底软着陆和轧辊旋转。这种现象的产生原因主要是由于震动，底部感应器不能很好地感应软着陆的感应位置，或者就是在信号传输的时候，插座松动，进而导致不能传出信号。遇到这种情况，要用小木锤来和感应锤的细钢丝绳进行悬挂，从而使得软着陆的信号灯正常。两侧分别测试，直到正常为止。可以直接打孔于软着陆盖板下，在该孔引入细绳进行感应。如果信号灯不能正常亮起，就需要不断的对小绳进行拉拽，直到信号灯正常亮起。如果说是插座松动的情况，那么就应该对插座进行包扎。

3）磨前中的故障。

在磨削过程中，需要执行探伤程序时测量系统动作到轧辊尾架侧检测位置，检测装置趋近轧辊，但 V 轴不动，操作台计算机出现“检查 INSPECTER的通讯”的故障报警，这时探伤的程序不被执行。如果不人工干预，计算机执行完磨削程序后，将出现“等待检测结果”的报警，而且辊形圆度的检测将不被执行。原因 :由于传输原因，探头在轧辊表面发出的涡电流没有反馈回来，等待时间过长而出现报警。解决方法 : 这时可以关闭INSPECTER 软件，再进行重启；或者中断运行程序，重新开始。

4）手动 Z 轴无法转动。

手动的 Z 轴出现了不转动的现象，这种现象的出现大多数是因为 Z 轴和翻箱装置之间的连锁没有到位而导致的。

5）Z 轴轴过滤器堵塞。Pomini 轧辊磨床在密封性上存在缺陷，因此容易乳化 Z 轴润滑油，进而导致 Z 轴过滤器出现堵塞或者是压力增大。这种故障可以通过更换 Z 轴过滤器和在合适的更换时间进行 Z 轴导轨的更换来解决。由于长期运动，Pomini 轧辊磨床上的滑轮在导轨上出现沟槽，对磨床精度造成较大影响。这种情况可以通过粘贴不锈钢带来解决，并修改滑轮型号，调整运行高度，使其保持和以前的高度，运行精度不会受到相应的影响。3

数控轧辊磨床的磨削工艺改进数控轧辊磨床是板材轧制生产的重要配套设备，其磨削精度和磨削效率直接影响板材的轧制质量与生产效率。其磨削机理具有一般大型外圆磨床特点，但比外圆磨床的运动复杂得多，除砂轮与工件作相对回转运动外，还要求砂轮、工件二者作相对纵向运动。而为了满足对板形控制的工艺要求，轧辊辊面母线需按照不同的工艺要求，加工成所需的各种特殊高次方曲线（如CVC曲线）。这就要求数控轧辊磨床的砂轮、工件二者作相对纵向运动时作一定的径向相对位移。因此对数控轧辊磨床传动机构要求很高，对机床工作精度要求也较高。同时良好的磨削工艺参数以及砂轮和冷却液也是轧辊磨削精度和表面质量的重要保证。

（1）提高导轨精度

根据床身V型导轨、床身平面导轨、拖板座V型导轨、拖板座平面导轨的精度要求，对导轨进行刮研，提高其接触精度。

（2）通过滚珠丝杠的预紧力和轴向间隙调整，提高丝杠的传动精度对于数控磨床，普遍采用滚珠丝杠进行传动。因此滚珠丝杠的传动精度对加工精度影响很大。以双螺母调整方式为例，机械调整方面可以调整单个螺母安装到丝杠上的间隙，轴向间隙一般调整到0.005 mm左右。螺母间隙调整好后，开始配垫片。选配量块插入两螺母中间，然后测量转矩，若转矩在图样要求范围内，则按量块尺寸配磨垫片；若转矩不在图样要求范围内，则重新更换量块，再测转矩直到符合要求为止。另外，可通过数控系统参数里面的反向间隙补偿参数对丝杠间隙进行补偿，从而提高滚珠丝杠的传动精度。

（3）提高砂轮主轴轴承的精度

对于动压轴承，对轴瓦进行修刮，使接触点达到12~14点/25mm×25mm，从而保证砂轮主轴和轴瓦之间的间隙调整到0.0025~0.005 mm。而对于静压轴承，检查前后轴承油腔压力是否正常，保证间隙达到0.0025~0.005mm。用千分表进行测量，砂轮主轴的径向跳动为0.001~0.002mm。

（4）通过砂轮的平衡，提高加工精度静平衡：砂轮片安装好法兰盘之后，将砂轮安装到砂轮主轴上，经过金刚笔修整后，将砂轮取下放到平衡架上进行静平衡。方法是调整法兰盘圆周方向上的三个调整块，使砂轮在圆周的四个90°位置均可以在平衡架上停稳。通过良好的静平衡，减小砂轮不平衡对加工精度的影响。有条件的还可进行动平衡：砂轮安装到砂轮主轴之后，在法兰盘上安装动平衡装置，使砂轮重心偏移量≤0.2μm。

（5）合理选择导轨润滑油，改善导轨的润滑，避免爬行现象。

（6）通过使用活顶尖，减少发热量，提高加工精度。2

注意事项1） 操作时应密切注意砂轮与工件表面的接触状况。当工件表面刚与砂轮接触时，可听到连续的咝咝声，工件表面的水迹可被旋转的砂轮带走，同时可见到微弱的火花，此时即可加冷却液。

冷却液宜选用浓度稍高的皂化液，使用前必须经过严格的清洁过滤。然后进给，每次进给量为0.005mm/每双行程。至火花消失时，磨削完毕，此时将横向进给手轮向进给方向按住，使砂轮向工件微微压进，但不作进给，即等于对工件进行一次抛光，以进一步提高磨削表面质量。

2） 在环境温度较高（如夏季）情况下进行磨削时，机床照明灯不宜靠近工件，以防止工件受热膨胀而影响磨削质量。

3） 如出现工件表面拉毛现象，说明冷却液不干净或砂轮表面有浮砂，应重新过滤冷却液或刷掉砂轮表面浮砂。

4） 如出现工件局部烧伤现象，可能是冷却液不充分或进给量过大，或砂轮钝化等原因所致。

5） 如加工后的工件表面局部出现细微波纹，可能是主轴松动、电机振动或其它原因造成的，可视具体情况采取相应措施加以解决。2

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学