SBS全自动磨床砂轮在线动平衡系统在轧辊磨床的应用

新技术消化与应用

SBS全自动磨床砂轮在线动平衡系统

在轧辊磨床的应用

潘纪根 舒勤勤 周礼彬

(设备部) (冷轧厂)

摘要　砂轮的平衡对高精度磨床的磨削精度具有重要意义。对美国SBS砂轮在线动平衡系统的特点及其在宝钢冷轧厂轧辊磨床的应用作了简介和分析。

关键词　静平衡　动平衡　在线动平衡　砂轮磨削　磨削振痕

Application of the On-line Dynamic Balance System for SBS Fully

Autocontrolled Grinding Wheel in Roll Grinders

Pan Jigen　Shu Qinqin Zhou Libin

(Equipment Department)　(Cold Rolling Mill PLant) ABSTRACT　Dynamic balance of gr inding w heel is o f great im portance to the accuracy of the g rinder of hig h precision.Introduction and analysis are made on the character istics of the on-line dynam ic balance system fo r SBS fully auto controlled grinding w heel m ade in America and its applicatio n in roll grinder of Bao Steel cold ro lling m ill.

Key Words　Gr inding wheel　Grinding　Grinding viberation mark　Static balance　On-line dy nam ic balance

1　前言

宝钢冷轧厂正在运行的美国FARREL轧辊磨床,1978年引进时由于当时条件所限,没有配备目前在先进工业国已普遍采用的在线动平衡装置。因砂轮仅由人工进行安装前的传统静平衡试验,其初始平衡精度就比较差;再加上磨削过程中砂轮表面微孔对冷却液的吸附,以及砂轮磨损和修整所增添的附加不平衡,所以影响轧辊的磨削质量。特别是因砂轮不平衡造成的径向跳动在轧辊表面上留下较大的磨削振痕。

近年来,美国SBS砂轮在线动平衡系统在全球获得广泛的采用,我国多家磨床制造厂也相继配备SBS系统于国产高档磨床产品上。1995年夏在FARREL磨床维修中配用了从美国许密特(Schm itt)工业公司进口的SBS动平衡装置。

潘纪根　高级工程师　宝山钢铁(集团)公司设备部冷轧地区室邮编　2009412　传统静平衡存在的问题

2.1　砂轮的残余静不平衡

人工做静平衡时,由于磨床砂轮直径较大、自重较大,导致静惯性较大,所以当静平衡做到一定程度就无法继续下去,此时砂轮仍然保留一定的残余静不平衡,结果造成平衡的精度较差。按宝钢冷轧厂FARREL轧辊磨床的砂轮计算,其残余静不平衡力矩约为0.04N・m。

2.2　砂轮的偶不平衡

砂轮制造中除了静不平衡外,往往还同时存在偶不平衡等情况,该偶不平衡尽管不太大,但对于高精度磨床来讲也是不可忽视的,而这种偶不平衡不可能用静平衡法消除。

2.3　砂轮表面微孔对冷却液吸附的不平衡

在磨削过程中,由砂轮表面微粒及微孔对冷却液吸附的不均匀性就会造成砂轮的附加不平衡,这种附加不平衡也无法用静平衡法消除。

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宝　钢　技　术 1997年第2期

2.4　砂轮磨损和修正中的附加不平衡

由于砂轮是非均匀的颗粒粘合体,其表层微粒的磨损以及不定时的表面修正都会造成砂轮新的不平衡,这些附加不平衡也不可能用静平衡法消除。

总之,想要让砂轮磨削出准确的尺寸和光洁的表面,必须防止磨削过程中的振动,但引起振动的主要原因又恰恰在砂轮本身。先天的不平衡无法避免,再加上后天的不平衡,使磨床砂轮的旋转始终处于不平衡的状态之中。3　SBS 在线动平衡的技术特点3.1　SBS 系统的组成

SBS 系统是由微处理机控制的全自动在线动平衡装置,它具备数控、自动、手动多项运行功能。它由振动传感器、控制微机及平衡头等装置组成,图1为该系统组成示意图。

振动传感器测得的信号输入微控制机处理后,微机发出马达驱动信号从而控制平衡头达到

在线动平衡的设定目标。

图1　SBS 系统的组成

3.2　SBS 系统的拾振原理

振动传感器把收集到的磨床的各种振动信号输入微机,由微机内的窄波滤波器按主轴转速滤波,分辨出由砂轮不平衡引起的即刻振动值(径向振动位移值)。为了使振动传感器监测到直接影响磨削质量的砂轮的径向振动,带磁性的传感器的圆柱面最好垂直于“砂轮与工件的接触面”(见图2)。

3.3　SBS 系统的平衡原理

平衡头装在磨床的主轴端(见图3),它随主轴转动,

平衡头内有2个质量补偿平衡重块,分别由2个微电机通过精密齿轮系驱动。其平衡程序

图3　平衡头安装示意图

由微机按拾振信号驱动平衡头内2个微电机,第一步2个微电机同时正转或反转,使2个平衡块的角平分线与不平衡质量的半径成180°,满足2个补偿平衡块夹角的方向与砂轮的不平衡质量处于相反方向;第二步2个微电机一个正转另一个反转或者一个反转另一个正转,来调整2个平衡

块与砂轮中心点连线的夹角大小,满足补偿平衡块的质量与砂轮不平衡质量相等(见图4)。2个微电机的各自旋转方向及其角度可由微机按拾振信号控制,也可由人工手动控制,直至达到设定的振动目标值之内为止。

图4　2个平衡块的补偿示意图

111997年第2期 宝　钢　技　术

4　SBS系统在宝钢冷轧厂的应用

宝钢冷轧厂的FARREL轧辊磨床自1995年9月使用SBS系统至今,其在线动平衡效果相当明显。

该磨床的砂轮尺寸为 1067m m×102m m,砂轮转速300～400r/min,被磨轧辊转速为35r/ min。在以往仅作砂轮静平衡时,砂轮不平衡振动量为3～4 m;而使用SBS系统后降为0.2～0.3 m(径向振动位移值),轧辊磨削操作工人普遍反映砂轮旋转状态变得稳了,手感振动也明显下降。

由于砂轮径向振动的降低,砂轮磨削负荷波动大约减低1/2,因而明显减少了磨削振痕。过去为了消除频繁出现的磨削振痕,操作工人不得不采取变换砂轮转速及减小磨削进给量等办法作多次往复磨削,以至于一般情况下一根轧辊磨削约化时45min,而当出现振痕,要予以消除的话,则要延长至90m in左右。安装了SBS系统以后,该磨床出现振痕的情况明显减少,因此缩短了每根轧辊的磨削时间,平均提高工效约20%,操作工人对SBS动平衡系统的效果和作用反映良好。

5　应用中的若干注意点

5.1　平衡头的选用

选用合适规格的平衡头,可让磨床以正常速度运转。采用“人工调平衡”的办法,移动平衡头内的重块,当同时使两平衡重块向相反方向移动时,应能产生至少3 m至最大30 m的振动量,说明平衡头大小选用合适;否则应调用不同规格的平衡头。

5.2　自动平衡目标值的设定

平衡的目标值设定要恰当,如设定值过小,则达到平衡的时间稍长,对大多数用户的工艺需要来讲,达到动平衡的砂轮振动量一般应在1.0 m 以下。SBS系统出厂时自动平衡目标值预设为0.4 m,用户可根据具体需要重新设定,最低为0.1 m。

5.3　关于自动调平衡时砂轮的状态

SBS自动调平衡系统,只能在磨床砂轮运转、砂轮冷却液流放的状态下进行,但砂轮不能接触工件,这是因为设计的思路是利用在线动平衡(包括冷却液的吸附)好的砂轮去磨削出高质量的工件。一旦砂轮接触到工件,由于被磨工件的种种状态必然产生变化莫测的磨削反力,在这种情况下不必要也不可能进行平衡。

5.4　避免外界振动

SBS平衡系统的设计旨在纠正砂轮的动态不平衡,提高加工件的表面磨削质量和磨削精度,故只按磨床主轴转速频率范围来滤查磨床的振动信号,对此频率以外的附加振动都忽略不计,如当邻近机械以相同的频率工作或产生相近频率范围的附加振动信号,则SBS系统的控制微机可能会误认处理。因此如有外界振动存在,磨床应装有避振器或隔离措施,才能确保SBS系统的正常工作。宝钢冷轧磨床基础安装较好,外界振动也很小。SBS系统也可以快速检测外界振动,但只能检测不能消除。

5.5　正确安放传感器

前面已提到振动传感器的安放位置与方向十分重要,初装时可以用其磁性底座,等找到较合适的方位后也可作永久固定方式。其基本原则是传感器的接触平面要平行于砂轮与工件的接触切面,这样才能最直接检测到影响磨削的振动。

6　结束语

宝钢冷轧厂使用SBS系统的效果说明,新购的高精度磨床如不配备SBS系统,砂轮的振动会阻碍其应有加工精度的全能发挥。现有的高档或进口磨床若加SBS系统,原有设备的设计指标能重新复原或改善,至少可以使设备在现有的基础上较大幅度地提高轧辊磨削精度及磨削质量,同时对保持和改善磨头及主轴的精度及其寿命,以及延长砂轮和修整金刚石的寿命有益。

当然,磨削振痕问题是多种因素造成的,除了砂轮的平衡因素之外,还与辊型及磨床的综合精度有关,所以也不能把SBS动平衡系统看作万能的“灵丹妙药”,仍需要对全面恢复磨床的综合精度予以充分地注意。

编辑　龚根生

(收稿日期　1996年10月31日)

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