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軋輥磨床數控化改造與應用（yòng）

2024-8-22 來（lái）源：江蘇省高（gāo）淳（chún）中等專業學校作者（zhě）：張芬（fēn）芬

摘要: 以某冷軋薄板廠軋輥（gǔn）磨床改造項（xiàng）目為例，對數控技術在軋輥磨床改造中的應用展開分析。結果（guǒ）表明，對（duì）軋輥磨（mó）床數控係統（tǒng）改造後，輥形偏差縮小，磨削時間（jiān）縮短，人機交互界（jiè）麵更加友好，可以顯示圖形，磨（mó）床（chuáng）的整體性能得到提升。

關鍵詞（cí）: 數控技術; 軋輥磨床; 改造

數控技術在多個（gè）領域得到（dào）了廣泛的應用（yòng），其中軋輥磨床（chuáng）是製造業不（bú）可或缺的重要設備，其磨削精度（dù）與產品質量密切相關。為提高軋輥磨床（chuáng）的磨削精（jīng）度，需對數控係統進行改（gǎi）造升級。某冷軋薄板廠興建於 20世紀 90 年代末，建廠時的設計（jì）產量為 70 萬 t，共有（yǒu） 9條生產線，12 套機組，設備與技術基（jī）本上都是從國外引進（jìn），能夠生產高檔的（de）冷軋板、彩塗板（bǎn）等，其產品在汽車製造、石化油工、建築等行業中有著廣泛應用。該廠磨輥車間采用的支撐輥磨床是從美國引進的，主（zhǔ）要負責酸洗冷軋聯合機組與平整機組的支撐輥修磨任務。磨床在長時間（jiān）服役中數控係統不斷老化，部分功能喪失。而（ér）客戶對板麵的質量（liàng）要求逐步提高，軋（zhá）輥磨（mó）床的加工精（jīng）度（dù）對生產形成了一（yī）定的製約，亟需對軋輥磨床進行改造，以便更好地滿足生（shēng）產需（xū）要。

1、改造原因及目標（biāo）

1. 1 改造原因

近年來，軋鋼技術逐步（bù）完善，帶鋼質量逐步提升，為生產出能夠滿足不同客戶需求的（de）帶鋼產品，需提升軋（zhá）輥（gǔn）修磨技（jì）術，令軋輥（gǔn）的輥型（xíng）複雜程度更高，磨削精度（dù）更高，偏心度、錐度（dù）偏（piān）差更小，操作更（gèng）加方便，自動化程度更高（gāo），磨削速度更（gèng）快，以（yǐ）適應更多的軋輥材質，應（yīng）用範圍更廣。該廠的支撐輥磨床數控係統由插件版計算機、德（dé）國西門子公司出品的 S5 係列 PLC 組成，計算機與 PLC 之間以點對點（diǎn）方式傳輸信號［1］。受到計算機（jī）軟、硬件方麵的（de）限製，導致該磨床的自動化程度偏低，使用過（guò）程中經常出現（xiàn）問題，具體表現在以下（xià）幾方麵:

偏差（chà）大。磨削（xuē）加工後的軋輥輥形存在較大的（de）偏差，影響（xiǎng）了（le）冷軋板質量。輥形偏差是指磨削加工的輥（gǔn）形與預（yù）先設定的輥形之（zhī）間的差值。軋輥作為軋鋼生產中鋼板的變形工具，對精度要求較高，尤（yóu）其是對平直度要求較高，即＜ 50μ。軋輥（gǔn）磨床存在的主要（yào）問題是磨削輥形偏差較大（dà），約為（wéi） 100μ，無法滿足冷軋鋼板（bǎn）的板形精度要（yào）求，對冷軋板質量的提升產生了嚴重製約，無法（fǎ）滿足高精度、高質（zhì）量產品的生產需要。

磨削效率低。磨床（chuáng）對（duì）軋輥中心校準的時間較長，數（shù）控程序中不具備補償功能，導致磨（mó）削效率低，平均每根軋輥的磨削用時約為 60 min 左右。由於效率過低，導致磨削至規定精度所需的道次增多，軋輥及砂輪的損耗隨之增大，致使輥耗降低。為供應質量（liàng）合格、精度達標的軋（zhá）輥，需保證軋輥的周轉（zhuǎn）量充足，這樣將導致生產成本增加。若是能夠在現有條件基礎上提高軋輥磨床的磨削效率，則可使軋輥的周轉量隨之減少。

自動化程度偏低（dī）。從軋輥磨床的操作性能來看（kàn），係統采用的操作界麵較差（chà），無法顯示圖形，導致生產過程中無法隨（suí）時（shí）查看圓度、磨削偏（piān）差等情（qíng）況［2］。磨削程序較（jiào）落後，無法自由編程，不（bú）具備硬件擴（kuò）展功能，無法實（shí）現聯網通信及集中控製，不利於磨（mó）輥（gǔn）間生產率的提升。

故障率（lǜ）偏高。由（yóu）於磨床的控製及傳動係統結構較為複雜，致使設（shè）備（bèi）故障率增加。該軋輥磨床的傳動係（xì）統為直流係統，穩定性與可維護性較差（chà），不但會對作業效率的提升產生影響，還會增加維護成本（běn）。直流電動機的缺（quē）點是需要經常保養碳（tàn）刷，如果維護不及時將可能引（yǐn）發故（gù）障（zhàng）。係統插件版采用分立元（yuán）件（jiàn），與 PLC 之（zhī）間的（de）通（tōng）信方式為（wéi）點對點，PLC 與現場元件的通信方式也是點對點，需要敷設的電纜數量較多，故障率隨之增高，發生故（gù）障後查（chá）找及處理難度較大［3］，因此對軋輥磨床的數控係統進行升級（jí）改（gǎi）造勢在必行。

1. 2 改造目標

結合軋鋼生產及磨輥需求，對軋（zhá）輥磨床數控係統進行升（shēng）級改造，主要目標如下:

係統改造後，使磨削加工的輥形偏差小於 10 μ，提（tí）高板形質量，為（wéi）高品質、高精度產（chǎn）品的批量生產提供保障。在數控係統軟件程序中增加補償功能，縮短磨削時間，提高磨削效率，使每根軋輥的磨削時（shí）間從原來（lái）的 60 min 縮減至（zhì） 40 min 以內，以降低軋輥（gǔn）的周轉量［4］。引入友好型的人（rén）機操作界麵，增加圖形顯（xiǎn）示（shì）功能，采用模塊化思路設計磨削（xuē）程序，為自由編程提供支撐。進一步簡化（huà）控製與傳動係統的結（jié）構，避免發生故障，提高磨床運行穩定性。用工業（yè） PC 機替代 CNC 係統，數控係統與（yǔ） PLC 的通信及 PLC 與現場元件的通信（xìn）全部改為程序總線網（wǎng）絡( Profibus) ，減少電纜敷設量。

2、改造內容

本次改造屬於整體項（xiàng）目範疇，數控係統的選擇（zé）是改造的重點內容，要求所（suǒ）選的數控係統具備良好的控製性及通用性，在提升軋輥磨削精度及質量的基礎上降（jiàng）低工作強度。

2. 1 改（gǎi）造方案

可用於軋輥磨床數控係（xì）統改造的方案有以（yǐ）下幾種:

方案一（yī）: 工業 PC 機 + CNC + PLC。該（gāi）方案（àn）的係統架構如圖 1 所示。

圖 1 工業 PC 機 + CNC + PLC 架構示意圖

該方案中，數控係統的所（suǒ）有單元均獨立，通過840D 將獨立 PC 機、CNC、PLC 等單元集中於一塊插件版上，各自獨立運行程序。其最突出（chū）的特（tè）點是 840D的應用，係統具有較強的通用性，故障率相對較低，便於維修［5］。

方案（àn）二: CNC + PLC，以工業 PC 機替代 CNC。該方案的係統架構如圖 2 所示。

圖 2 CNC + PLC( 以工業 PC 機替代 CNC) 架構（gòu）示意圖

該方（fāng）案中，CNC 被工業 PC 機取代，PLC 得以保留，將 PC 機（jī）劃分為兩部分，即操作和控製，前者主要負責對控（kòng）製部分發出的指令信息進行接（jiē）收與執行，後者可實現控製及（jí）圖形處理等（děng）功能。CNC 被工業 PC 機所取代，係統的硬件結構變（biàn）得更加簡單（dān），因 PC 機為工業專用，故而該係統的通用性較差，但專業性（xìng）非常強，維修難度增大。

方案三: 工業 PC 機代替 CNC 與 PLC。該方案的架構如圖 3 所示（shì）。

圖 3 工（gōng）業 PC 機代替 CNC 與 PLC 的架構示意（yì）圖

該方案（àn）中，CNC、PLC 的功能均在 PC 機上，以軟件控製方式實現，PC 機具有超強（qiáng）的邏輯運算能力，利用擴展的總（zǒng）線接口，可與外部的驅動單（dān）元相連接。軟件（jiàn）型控製（zhì）係統為實時操作（zuò）係統，能夠對 CPU 資源自主使用，借助 Windows 操（cāo）作係統，可完成畫（huà）麵顯示、數（shù）據通（tōng）信、邏輯掃描、控製任務等。該係統突出的特點是運算（suàn）功能強（qiáng）大，現場總線技術的運用，豐富了控製係統對外圍輸（shū）入（rù）及輸出（chū）信（xìn）號的監控（kòng）。

從硬件結構（gòu）、操作界麵、編程方式、磨削（xuē）功能等方麵對上述 3 種改造方案進行比較，確定將（jiāng）方案一作為本次軋輥磨床數控係統改造的主（zhǔ）要方案，選用某（mǒu）機床廠提供的（de）支撐輥磨床 MK84125，因為 840D 係統的（de）通用性強，能夠使現場設備保持正（zhèng）常運轉，加之係統價格較低，故將其作為首選。840D 數（shù）控係統由（yóu）德國（guó）西（xī）門子公司（sī）研發，功能強大（dà），包括人機界麵、可編程控製（zhì）器、數控內核、驅動（dòng）控製等。係統各部分功能如圖 4 所示。

圖 4 係統各部分功能示意圖

2. 2 操作界（jiè）麵的開發

選（xuǎn）好（hǎo）數控係統後，依托相關（guān）的開發軟件（jiàn），對操作界麵進行定義，通過操作界（jiè）麵的開發，實現（xiàn）全麵自動化操作，以提升磨床的磨削效力及（jí）加工質量，輔助用戶以分層方式管理機床。對軋輥磨床的加工工藝進行融合設計（jì），包括工件中（zhōng）心自動校正、砂輪自（zì）動修整、磨削自（zì）動循環、輥形偏差自動測量與修整及補償，按照實際需求，對加工工序進行靈活組合，實現不同軋輥及表麵質量的整合。操作界（jiè）麵由 6 個窗口組成，具體開發過程如（rú）下:

手動調整。軋輥磨床在非磨削加工狀態時，可運用手動調整窗口，以實現對磨床伺服軸、頭架主軸電機（jī）、砂輪主軸電機、測量（liàng）臂等的手（shǒu）動調整。

參（cān）數設置。該窗口的主要功能（néng）是設置軋輥（gǔn）磨床的基本參數，由於參數對磨床的控製（zhì）過程具有直接影響，故（gù）應正確、合理進行設置。大部分參數是在軋輥磨床調試期（qī）間完成設置，少部分（fèn）參數需在特定情況下（xià）按磨床運行特點修改設置［6］。在修改設置參數時，用戶應具備相應的權限，參數修（xiū）改完畢後予以保存，以替（tì）代之前的（de）參數。

加工程序編輯。該（gāi）窗口能（néng）夠編製軋輥磨床的加工程序，將係統提供的加工工序整合後，輸入最佳的磨（mó）削參數，使軋輥加工實現最優目標。

曲線參數。該窗口能夠完（wán）成軋輥輥形曲線參數的錄（lù）入、修改、保存等操作。可編程的（de）曲（qǔ）線類型包括平輻（fú）輥形、正弦輥輥形、錐度輥輥形（xíng）、曲（qǔ）線（xiàn）輥形等。在默認的情況下，係統（tǒng）保存數十條輥（gǔn）形參數，用戶可對曲線進行修改，並新增所需的曲線。

磨削。該窗（chuāng）口能夠對軋輥磨床自動磨削加工（gōng）過程進行（háng）控製，係統裝載大量的程序，可提供多種控製方案，實現由簡到（dào）繁的自動磨（mó）削控製。

3、結束語

在軋輥磨床數控係統改造過程中，需合（hé）理應用先進的數控技（jì）術（shù），根據生產需要選擇最為適宜（yí）的係統，達到改（gǎi）造目的，提高軋輥磨床（chuáng）的磨削精度，提升產品質量。未來一段時期，要加大數控技術研究力度，逐步改進完善，研發新技（jì）術，使其更好地為工（gōng）業生產服務。

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