轧辊磨床的技术改造情况分析

 摘  要：介绍宝钢热轧厂轧辊磨床的技术改造情况，详述了改进内容，归纳了Waldrich磨床在改造后表现出的主要特点，取得了理想的效果。

　上海宝钢股份热轧厂2 050mm热轧有精轧工作辊磨床五台，用于轧机精轧辊的磨削。其中四台为德国某机床公司上世纪80年代产品，使用十几年后，磨床已显老化，表现出自动化程度低、工作精度差、效率不高（55min磨一根）和故障率高等。为此，决定对上述四台磨床进行技术改造。

    一、轧辊磨床的改造原因

    1．数控系统技术落后
    原磨床控制系统是8088和8086中央处理器，软件水平很低，操作界面差，无图形显示，不能随时察看磨削偏差。原机床位置精度闭环系统无自动辊型偏差补偿，影响磨削精度的提高。硬件无扩展功能，不能联网通信上传数据，也不能实现磨床集中控制。
    2．传动系统技术落后
    原磨床采用直流传动系统，缺点是稳定性和维护性差、工作效率低、维护成本高。
    3．导轨和驱动轴精度下降
    原机床经长期高负荷使用，其主轴、导轨及各伺服系统精度均出现劣化，已影响磨削精度。
    4．测量系统精度降低
    原C型测量系统结构复杂，已出现机械磨损和精度降低问题。
    5．无自动探伤设备。
    随着自动轧辊探伤技术的成熟，工艺需要在磨床上装备自动探伤设备，来检测轧辊。

    二、改造内容

    1．数控系统
    采用Waldrich公司的基于Windows XP的数控系统ILC2000R；采用适合磨床自动化磨削应用软件，对基础自动化部分进行全面升级更新，CNC系统与机床基础自动化之间采用现场总线结构，数据传送采用Ethernet网络结构。
    应用全数字控制交流伺服电动驱动系统（五轴）和主轴直流驱动系统（二轴）；PLC系统采用S7-400，STEP7软件编程；用德国IBSO公司研制的ILC2000Editor磨削编程软件编制磨床控制程序，实现全自动磨削加工循环及轧辊的自动测量和探伤；较原系统增加更多适合现场使用的专有画面，以实现辊形曲线的显示、编辑、测量结果多点显示、局部图形放大、打印、存贮及传输功能。
    采用15″彩色液晶薄型双冗余显示器，同时监控多个界面，配备中文人机接口，配备双硬盘和双数控系统电源的自动冗余技术，提高系统稳定性。
    具有基于Wince的在线诊断系统。在进行磨削作业及磨床维护时可通过在线诊断系统得到对当前操作的指示及相关解释；存储有丰富的操作维护在线帮助资料。
    改造后数控系统实现了以下自动功能：（1）自动寻找各轴参考点；（2）自动夹紧轧辊；（3）自动驱进轧辊（自动对刀）；（4）自动高速轧辊偏中心校准；（5）自动测量臂精度校准；（6）机床固有偏差自动补偿；（7）辊形偏差自动补偿；（8）测量曲线任意调用显示；（9）恒电流磨削；（10）砂轮线速度自动补偿；（11）自动磨削量和直径值磨削；（12）自动砂轮修磨；（13）智能短行程磨削和边磨削边探伤；（14）坐标轴工作区域安全限定。

    2．测量系统
    测量系统机电全面更新。使用更适合热轧轧辊磨削的带校准环的CP型测量臂：通过测量滑架X1轴、刀架X轴和内外两测量脚上X1T2、X1T1测量头实现轧辊直径、辊形、圆度、圆柱度、同轴度的测量，并自动检测轧辊装卡精度。
    测量滑架X1轴由一个伺服电机驱动蜗轮、蜗杆、齿轮、齿条以实现快、慢速移动；滑架位置由一根LS 186直线光栅检测。
    刀架X轴由伺服电机驱动滚珠丝杠及直线滚动导轨副实现直线运动；由一根LS186直线光栅检测。
    X1T1、X1T2测量头光栅均安装在封闭的测量臂内，通过杠杆机构和气动虹吸原理进行非接触测量，以有效保护光栅探头。X1T1跟随X1轴移动，取轧辊外侧测量数据，其上装有涡流探伤探头，可实现测量系统与探伤系统同时工作而不发生干涉。XIT2跟随X轴移动，取轧辊内侧测量数据，并能检测砂轮表面实际位置，以实现砂轮自动趋近功能。
    在磨床尾架上装有一标准校准环，其尺寸已输入控制系统，一旦需要进行测量臂校准，机床将自动测量校准环，并用标准尺寸进行软件修补。
    该测量臂系统结构较原C型测量臂和X2轴测量系统有着明显优点：（1）机械结构简单，便于维护，故障率低；（2）动作简单，效率高；（3）便于实时校准，准确度高。

    3．床身、导轨面精度恢复
    对机床各导轨副进行精度修复，并更新所有驱动轴的磨损部件，如蜗轮蜗杆、滚珠丝杠、砂轮主轴、导向轴、轴承、皮带等；更新刀架静压系统。

    4．中心架
    仍用原有中心架并恢复精度。取消原测头电动校瓦机构，改为人工深度尺校瓦以提高校瓦速度和精度。
    将尾中心架原机械式中心位置检测装置改进成光栅探头定位的自动高速校偏心装置。缩短了轧辊调偏心时间，提高了磨削效率。
    中心架上的四片托瓦的润滑油道采用迷走式油槽，瓦内出油。大大提高托瓦自动润滑的有效性，同时在侧瓦上新增了温度传感器，保证运行安全。

    5．砂轮动平衡
    砂轮平衡原设计采用手动调节平衡块的方式，操作复杂，且极易损坏。在此次改造中，我们采用新型平衡装置，并配备动平衡检测仪M5100，可随时进行砂轮自动动平衡操作，方便可靠。

    6．增加部分新功能
    随着计算机、通信和无损探伤技术的发展，对磨床增加了部分新功能。
    （1）磨床集中控制系统。新增磨床集中控制室，内置各台磨床的远端操作面板，并安装工业监视系统，操作人员可在中控室对多台磨床进行操作。远端操作面板数控信号直接取自数控计算机，PLC信号通过Pofibus总线送给S7-400，实现磨床的人机对话。
    （2）磨削数据采集系统。新增磨削数据采集服务器，安装W1ndows2000Serve操作系统、Ora-c1e9.0数据库软件和Waldrich RMS应用软件。通过构建Ethernet网络，与各台磨床的数控系统进行数据交换，将获取的轧辊数据RMS软件进行分析和管理。同时，新增磨削数据采集服务器内预留数据采集系统的交接点，采用Ethernet网TCP/IP协议，可进一步将其他有关轧辊的数据传至该服务器管理或将轧辊数据上传至公司级轧辊管理系统。
    （3）远程诊断系统。新增一套远程诊断装置，通过线、选择开关和调制解调器，Waldrich公司可在德国对用户的数采服务器、磨床数控系统、GDS系统等中央处理器进行访问，以提供远程技术服务。
    （4）轧辊涡流探伤系统。新增与磨床数控高度集成的Lismar涡流探伤装置。可直接运用磨床操作站编辑探伤程序块对探伤数据进行管理。但该系统由于和数控系统集成，数据交换量增加，产生了探伤显示精度低（0.1V）和滤波频率不稳定的问题。

    三、改造效果

    改造后磨床精度、效率和稳定性明显提高，辊型磨削精度达到原出厂保证值。全自动集成化磨削、数据自动采集传送和故障自诊断的投入，降低了人力资源的投入，提高了系统可靠性，方便了维护，为提高产品质量打下了坚实基础，同时也为其它磨床的技术改造提供了成功经验。