CN2760619Y - 一种带测量功能的轧辊磨床数控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是带测量功能的轧辊磨床数控装置，其包括机架测量臂(8)、温度及位置传感器、在线测量轧辊的装置、交流伺服进给电机、砂轮直流拖动电机(12)和机床数控柜(23)，其中：机架由头架(3)、托架(10)和尾座(11)组成，头架上装有轧辊旋转直流拖动电机(1)和辅助起动电机(2)，托架上装有电动机(4)和托住轧辊的托瓦；测量装置包括测量臂和检测用的光栅尺；交流伺服进给电机包括伺服电机(20)、曲线进给U轴伺服电机(14)和磨架X轴伺服电机、机架测量臂移动的X1轴伺服电机。本实用新型具备新型全自动控制数控轧辊磨床的功能，而价格只是其二分之一甚至更低，同时，可以使老式轧辊磨床实现数控加工。

Description

一种带测量功能的轧辊磨床数控装置

技术领域

本实用新型涉及用于加工磨削轧辊的专用高精度、全自动控制的设备，特别是一种带测量功能的轧辊磨床数控装置。

背景技术

轧辊磨床目前被广泛地应用于冶金、造纸、化工等领域的辊型工件的磨削加工。轧辊是轧机上承受轧制力并把轧制材料均匀减薄的圆柱形的贵重消耗性工具。随着现代工业的发展，对轧辊的要求越来越高，一付好的轧辊除了有足够的强度，较高的表面硬度，合理的结构、尺寸外，还要满足轧制产品质量和轧制过程顺利进行的轧辊辊型及加工精度。

如在带钢轧制生产中，为了补偿轧制时由于轧制力引起的轧辊压扁以及工作辊与支承辊之间的弹性压扁使工作辊产生弯曲而获得断面平直的板带箔材，轧辊一般设计有一定的凸度，亦称原始辊型或机械凸度。该凸度通常以轧辊中心为顶点向两端连续均匀地分布，其分布规律根据使用条件，设计需要的不同而各有差异，可以是抛物线型，正弦曲线型，也可以是CVC曲线或其它曲线型。

而凸度的实现是在专用的轧辊磨床上通过正确的磨削来实现的。目前，能磨削凸度的磨床有两种：具有仿形机构的老式轧辊磨床，它磨出的辊型曲线为抛物线或近似抛物线；另一种是装有CNC-数控系统的新型全自动控制数控轧辊磨床，它可在凸度和辊面长度不变的情况下，通过选择不同的角度或输入不同的坐标值，磨削出各种不同的辊型曲线。

随着钢铁工业的不断产品升级换代，对轧钢用的轧辊提出了更严格的要求，由于该轧辊采用的CVC曲线是一条高阶多项式表达的曲线，因此，老式机械仿型轧辊磨床难于达到现代轧辊加工的技术指标；一些老式数控磨床，采用专用数控系统控制，改变辊型曲线困难较大，特别是老式机床上的元件老化，没有备件更换，使得老式数控磨床不能实现数控加工，只能起一台普通磨床作用。

为了满足现代生产要求，用户有两种选择：一是购买新型全自动控制数控轧辊磨床，这些磨床质量好，但价格太高。二是必须对现有的老式磨床进行技术改造，通过对机床机械部分进行大修改造，达到原有的加工精度，并在机械上增加相关的轧辊测量机构、托架调整，电气上更换所有控制电柜，从而使老式数控磨床改造成当今最先进技术的数控磨床。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带测量功能的轧辊磨床数控装置，该装置能够将老式轧辊磨床改造成新型的全自动控制数控轧辊磨床，而价格与进口产品相比低得多。

本实用新型所采用的技术方案如下：包括机架测量臂、温度及位置传感器、在线测量轧辊的各种辊型参数的测量装置、交流伺服进给电机、砂轮直流拖动电机和机床数控柜。其中：机架由头架、托架和尾座组成，头架上装有轧辊旋转直流拖动电机和辅助起动电机，托架上装有托住轧辊的托瓦和由变频器控制下的托瓦位置调节和托架自动行走的电动机。测量装置包括测量臂和检测用的高精度光栅尺，光栅尺包括两个测量头以及分别装在测量臂与磨架和分别装在磨架与大拖板上的位置反馈光栅尺。交流伺服进给电机包括大拖板Z轴的伺服电机、曲线进给U轴伺服电机和磨架X轴伺服电机、机架测量臂移动的X1轴伺服电机。

本实用新型是一种既经济、又高效的控制装置。该装置能够使现有的老式轧辊磨床焕发新春，具备新型全自动控制数控轧辊磨床的功能，而价格只是其二分之一甚至更低。同时，可以使老式轧辊磨床实现数控加工，使不会数控编程的操作人员能够根据人机界面上的中文提示进行加工操作，使加工的轧辊满足现代工业的需要。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的机床数控柜的示意图。

图3是本实用新型的机床液压站台的示意图。

具体实施方式

一.本实用新型的带测量功能的轧辊磨床数控装置

如图1、图2所示：包括机架测量臂8、温度及位置传感器、在线测量轧辊的各种辊型参数的测量装置、交流伺服进给电机、砂轮直流拖动电机12和机床数控柜23。其中：机架由头架3、托架10和尾座11组成，头架上装有轧辊旋转直流拖动电机1和辅助起动电机2，托架10上装有托住轧辊的托瓦和由变频器控制下的托瓦位置调节和托架自动行走的电动机4。测量装置包括测量臂8和检测用的高精度光栅尺，光栅尺包括两个测量头5以及分别装在测量臂8与磨架13和分别装在磨架13与大拖板19上的位置反馈光栅尺。交流伺服进给电机包括大拖板19的Z轴的伺服电机20，曲线进给U轴伺服电机14，磨架13和15的X轴伺服电机，以及机架测量臂移动的X1轴伺服电机。序号17和18分别是机床控制盘、砂轮。

机床数控柜23装有西门子840D数控装置，该装置所设的机床四轴逻辑控制程序采用STEP7语句编写，数控程序采用840D数控语句编写，机房操作台22和机床显示屏16上的人机操作的显示界面，根据840D数控装置中HMI接口要求用VB语言编写。

上述的轧辊旋转直流拖动电机1和砂轮直流拖动电机12，均采用西门子6RS70全数字调速装置进行控制。交流伺服进给电机采用西门子611系列交流伺服控制器进行控制。

二.对贵阳险峰机床厂和德国WALDRICH SIEGEN公司联合生产的老式WSIVH(CNC)25×5000数控轧辊磨床的改造实例：

改造前由于系统老化，没有可替代的元件更换，无法实现数控加工，通过技术改造，按照数控加工的要求对磨床进行大修，恢复磨床原有的加工精度，并按照自动加工的要求，用交流伺服电机更换原有的直流伺服电机，改造性修复原有的测量系统，并新增加托架行走电机和托瓦调整电机，使得托架10能在变频器的控制下自动行走，托架上的托瓦能够根据轧辊放置要求，在变频器的控制下自动调整。轧辊磨床的电控系统采用西门子S7-300PLC控制，轧辊旋转直流拖动电机1和砂轮直流拖动电机12，均采用西门子6RS70全数字调速装置进行控制，交流伺服电机采用西门子611系列交流伺服控制器控制，数控采用西门子840D数控装置，840D数控装置是个开放的数控开发平台，利用这个开发平台，自行设计控制电路，编写磨床PLC控制程序，并根据用户要求，按840D数控装置的HMI接口规范，采用VB编写机床控制和显示界面，整个程序包括三大部分：即宝德加工、宝德编程和轧辊管理，通过人机界面，操作人员可以根据加工不同的产品，方便的调用各个程序，选择不同的加工程序控制机床运行。

整个系统如图所示，主要由：S7-300可编程控制器、大拖板Z轴伺服电机20、磨架X轴伺服电机、曲线进给U轴伺服电机14、机架测量臂8移动X1轴伺服电机、砂轮直流拖动电机12、轧辊旋转直流拖动电机1、检测用高精度测量头5、X和X1轴位置反馈光栅尺、其它还包括各种温度传感器、手控板、手摇盘等辅助装置，在840D的PCU里装有WINDOWSXP操作系统和数控软件及一体化的S7-300PLC的CPU，可编程控制器中的通讯模块、高速计数模块、数模转换模块D/A、模数转换模块A/D和数字量输入、输出模块I/O装在标准的S7-300安装槽板内，通过通讯电缆与840D的PCU模块相连。测量臂8装有测量杆7和9。

超声波探伤仪21和超声波测量探头6属于独立系统，数控系统仅根据工艺要求协助探伤设备进行探伤检查工作，数据处理由探伤设备自行完成。

改造后的数控磨床可以按照编写的加工程序自动进行磨前测量，数控加工和磨后测量及重复加工功能，也可以用手持控制器进行手动控制。从而达到了本实用新型的目的。

下面简述一下本装置的工作过程：

电柜通电后，系统首先进行初始化过程：机床各个伺服轴自动回零点，测量进行自动校准。操作者上工件后，通过托瓦调平按钮对轧辊进行初调，然后在机房操作台22上，用鼠标和键盘通过人机操作界面选择磨削曲线和工艺程序，输入轧辊序列号和加工者工号等工艺信息，一切就绪，按(或点击)开始键，机床就可以根据程序要求自动运行，一般程序是：首先可以进行磨前测量，调整轧辊安装精度，确定加工补偿数据，机床自动进入磨削过程，在磨削过程中操作者可以根据工件情况，增减磨削次数和工艺次数，磨削完毕，进行自动超声波探伤和工件外形检测，将检测数据用图形显示出来，如果合格自动存入数据库，各轴退到开始位置进行工件装卸，准备下次加工；若检查不合格，可以选择机床重新进入磨削过程(也可以选择退出)，磨削完后进行检测，合格则各轴退到开始位置进行工件装卸，准备下次加工。特殊程序可以对严重损伤轧辊进行沟槽磨削和探伤检查，直到消除裂纹再进行正常磨削。在机床运行过程中，操作者可以在机床上通过机床显示屏16观察程序进展状况和使用机床控制盘17对机床进行操作控制，也可以在操作室通过机房操作台22上的鼠标和键盘对机床进行操作控制。

机床工艺管理人员可以按(或通过鼠标点击)人机操作界面上的“编程”按键，进入曲线编程和工艺编程画面，将各种轧辊加工的辊型曲线和加工工艺预先输入到数控系统中，并可在事后通过按(或通过鼠标点击)人机操作界面上的“轧辊管理”按键，进入数据库查看机床加工轧辊的各种数据，并可通过打印机打印数据和报表。

Claims (8)

1.一种带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征是包括机架测量臂(8)、温度及位置传感器、在线测量轧辊的各种辊型参数的测量装置、交流伺服进给电机、砂轮直流拖动电机(12)和机床数控柜(23)，其中：机架由头架(3)、托架(10)和尾座(11)组成，头架上装有轧辊旋转直流拖动电机(1)和辅助起动电机(2)，托架(10)上装有托住轧辊的托瓦和由变频器控制下的托瓦位置调节和托架自动行走的电动机(4)；测量装置包括测量臂(8)和检测用的高精度光栅尺，光栅尺包括两个测量头(5)以及分别装在测量臂(8)与磨架(13)和分别装在磨架(13)与大拖板(19)上的位置反馈光栅尺；交流伺服进给电机包括大拖板(19)Z轴的伺服电机(20)、曲线进给U轴伺服电机(14)和磨架X轴伺服电机、机架测量臂移动的X1轴伺服电机。

2.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：机床数控柜(23)装有西门子840D数控装置。

3.根据权利要求2所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：840D数控装置设有机床四轴逻辑控制数控程序，该装置中的HMI接口输出人机操作的显示界面采用VB语言编写。

4.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于所述的轧辊旋转直流拖动电机(1)和砂轮直流拖动电机(12)，均采用西门子6RS70全数字调速装置进行控制。

5.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：交流伺服进给电机均采用西门子611系列交流伺服控制器进行控制。

6.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：托瓦采用0.37KW交流电机进行位置调节。

7.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：测量头(5)采用MT12W型产品。

8.根据权利要求1所述的带测量功能的轧辊磨床数控装置，其特征在于：测量臂(8)装有测量杆(7)和(9)。

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