大型重载多功能数控轧辊磨床的研制_王伟荣

图1 MK84200/15000-H

数控轧辊磨床外观图 设计与开发

大型重载多功能数控轧辊磨床的研制

王伟荣

（上海机床厂有限公司 上海200093）

摘 要 介绍了对钢铁、造纸、橡胶工业等领域可实现中凸（凹）曲线辊面以及圆锥形辊面等部位磨削的数控轧辊磨床，研制开发了集烘缸、轧辊磨削于一体的新型复合、大型、重载数控轧辊磨床。对可以实现对拖板纵向进给运动、砂轮架横向进给运动以及测量臂移动控制的“SGS 磨削之星”软件在轧辊磨削中的应用作了肯定。通过对机床部件进行的有限元分析，提高了新型复合、大型、重载数控轧辊磨床的性能，得到了显著效果。 关键词 大型 重载 数控复合轧辊磨床 磨削之星

随着钢铁、造纸、橡胶等工业领域的发展，对各种烘缸、轧辊的要求越来越趋于尺寸大型化，结构复杂化，辊面多样化。为了满足工业生产的实际需要，上海机床多年来一直从事大型、重载、高精度数控轧辊的研发，最近研制的MK84200/15000–H 数控轧辊磨床可满足大型轧辊及复杂辊面的磨削，并可用大型烘缸的曲面磨削，属新型的复合磨床。

1 MK84200/15000-H 数控轧辊磨床介绍

MK84200/15000-H 数控轧辊磨床（如图1所示）是集烘缸磨削、轧辊磨削于一体的新型复合重型数控轧辊磨床，可对造纸行业中烘缸及钢铁行业、橡胶行业中的轧辊进行磨削，如对支承辊、工作辊、橡胶辊等的粗磨、精磨加工，能够完成中凸（凹）曲线辊面以及圆锥形辊面等部位的磨削。

MK84200/15000–H 数控轧辊磨床为砂轮架移动式数控轧辊磨床，磨床的前、后床身为分离式结构，砂轮架由拖板带动可在后床身上纵向移动，配合X 轴的进给运动，能够实现两轴联动，完成各种型面的数控磨削及型面修整。砂轮架通过直线导轨可在拖板上作横向移动，实现进给磨削。工件装夹在位于前床身的头架及尾架之间，由头架带动工件旋转，可实现无级调速。装卸工件采用软着陆装置，方便工件的装卸。尾架顶尖套筒机动伸缩，并配有工件顶紧力检测装置，保证工件安全可靠夹紧。尾架由电动机驱动可在前床身上纵向移动，适应不同长度工件的磨削需要，通过液压锁紧可实现磨削范围内任意长度的可靠定位。尾架上配有砂轮修整器，可对砂轮进行修整。测量装置采用双点式结构固定于拖板以便实现自动修整，自动磨削。此机床还具有砂轮自动趋进功能。 1.1 机床主要技术规格参数

最大磨削直径 2 000 mm 可扩展至 2 200 mm 最小烘缸磨削直径 80 mm

最小轧辊磨削直径 390 mm 工件最大质量 85 000 kg 最大工件长度 15 000 mm 顶尖距 15 000 mm 工件转速范围(无级) 4～40 r/min 砂轮尺寸（外圆直径×宽度×内孔直径） 图1 MK84200/15000–H 数控轧辊磨床

1 250 mm ×120 mm ×508 mm

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1 100 mm ×100 mm ×508 mm

砂轮线速（恒线速） 45 m/s

数控最小分辨率 0.000 1 mm

砂轮架移动速度 10～1 020 mm/min

拖板移动速度(Z 轴) 40～4 000 mm/min

测量直径范围 80～2 200 mm

托架支承直径范围 100～850 mm

软着陆装置托直径托持范围 800～2 000 mm 冷却泵流量 400 L/min 砂轮架拖板往复运动（Z 轴）

头架驱动交流电动机 132 kW 测量装置进给运动 （X 1轴、X 2轴） 砂轮架驱动交流电动机 132 kW 圆柱面磨削精度

圆度 0.003 mm

纵截面上直径一致性 0.004 mm

表面粗糙度R a 0.1 μm

中凸(凹)面磨削精度

圆度 0.003 mm 辊形误差 0.004 mm 表面粗糙度 R a 0.2 μm 1.2 机床控制系统

MK84200/15000-H 型数控轧辊磨床，采用西门子840D 数控系统，内置可编程控制器（PLC ），数控系统显示屏采用彩色TFT 显示器，其操作系统采

用WINDOMS XP 工业版操作系统，带 10/100自适

应以太网卡、USB 接口、鼠标等接口，PLC 模块的

外部I/O 接点通过ProfiBus 工业现场总线传输到控

制系统。中文操作界面具有专用于轧辊磨床的专用菜单，并且可方便的在CNC 系统及磨削软件之间

直接切换。轧辊磨床软件采用了自主研发“SGS 磨削之星”，可以实现对拖板纵向进给运动的控制、砂轮架横向进给运动的控制、以及测量臂移动的控制等。

图2 头架结构 数控系统的功能包括： （1）自动趋进对刀功能；

（2）砂轮磨损及修整后补偿功能； （3）故障智能诊断、查询功能； （4）磨削及修整过程中断功能； （5）程序自动控制磨削；

（6）反向间隙、螺距误差补偿功能；

（7）具有储存100条以上曲线程序的功能； （8）具有RS232 – C 及RS485通讯接口； （9）砂轮架进给超程、过载保护功能；

（10）自适应磨削功能； （11）头架无级变速及砂轮恒线速功能； （12）机床故障报警灯闪烁功能； （13）砂轮自动动平衡功能； （14）机床断电砂轮自动后退功能； （15）自动测量功能； MK84200/15000-H 的数控轴数为： 砂轮架横向进给运动（X 轴） 中凸（凹）磨削运动（U 轴）

1.3 机床主要部件结构 1.3.1 床 身 MK84200/15000–H 数控轧辊磨床前、后床身为分离式结构，前床身和拖板床身均采用高强度铸铁制造。床身结构在设计过程中充分考虑到热变形及重载变形等因素，对床身铸件进行热处理，以消除铸造应力，避免引起床身扭曲变形。通过结构优化提高了强度、刚度及稳定性。

在工件拖板床身间安装了不锈钢水槽，并用流水冲洗，保持清洁，避免磨削废液等对周围环境的污染。

1.3.2 头 架 头架是工件在旋转时的主要驱动装置，头架结构如图2所示。头架拨盘由精度和刚度极高的高精

图

2 头架结构 度滚动轴承支承，具有自定位功能。头架由高性能

交流电机通过减速器及皮带降速驱动，用以带动工件回转，通过变频器对电机进行无级调速。头架传动皮带采用扇形板结构张紧，调节方便可靠，头架顶尖为死顶尖结构,托磨削最大工件重量可达85 t 。为适应不同磨削场合的需要，工件带动方式有顶尖

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