【LYNSON V330-17精密轧辊磨床结构功能及工艺编程分析案例5700字】

参考文献LYNSONV330-17精密轧辊磨床结构功能及工艺编程分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u10362LYNSONV330-17精密轧辊磨床结构功能及工艺编程分析案例 1147151.1LYNSONV330-17轧辊磨床结构特点分析 1311281.1.1机械部分 2192141.1.2电气部分 981181.2LYNSONV330-17轧辊磨床功能分析 1028991.1.1加工范围 10321761.1.2加工精度 10289711.1.3操作主界面 11144531.1.4系统参数设置 11146131.1.5程序选择和编辑 12165541.1.6砂轮参数设置 1299171.2.7辊形控制 13293081.3LYNSONV330-17轧辊磨床工艺程序编程原理分析 14307261.3.1基础数据定义 14176731.3.2工艺编程的概念及原理 15156931.3.3工艺编程基本参数设置 1635901.3.4编程实例 191.1LYNSONV330-17轧辊磨床结构特点分析LYNSONV330-17磨床（如图1.1）是德国安德里茨公司V系列的一种，是超精密的数控轧辊磨床，其结构组成（如图1.2）主要包含：（1）床身（2）砂轮主轴箱（3）头架（4）尾座（5）托架（6）Z/X轴导轨（7）测量尺（8）磨削液过滤单元（9）液压及其冷却单元（10）气动单元（11）电控单元（12）操作面板。图1.1LYNSONV330-17精密轧辊磨床图1.2磨床的设备组成1.1.1机械部分（1）床身LYNSONV330-17轧辊磨床床身为聚合物混凝土床身（HYDROPL），如图1.3所示。与传统的铸铁机床床身相比（如表1.1），聚合物混凝土床身具有更好的阻尼质量以及更好的热稳定性能，床身刚性大。因此，LYNSONV330-17轧辊磨床没有高成本的弹性减震地基，而是采用了一种空气阻尼减震器，直接安装在混凝土地面上。图1.3床身表1.1各种机床床身材料的特征值特征值单位聚合物混凝土灰铸铁GG20钢St37密度kg/cm31.1-1.47.157.85弹性模量kN/mm230-45(压缩试验)88-113（拉伸试验）210（拉伸试验）断裂伸长率（拉伸试验）%0.2-0.10.8-0.325泊松常数0.2-0.30.260.28阻尼性0.02-0.030.0030.002热膨胀系数10-6/K-112-201012热传导系数W/(mK)1.3-1.05050热容量kJ/(kgK)0.9-1.10.50.45（2）隔振装置轧辊磨削是属于高精密的机械加工，为了有效防止来自于磨床外部的振动对磨削精度产生不利影响，轧辊磨床的安装需要弹性减震基础。传统轧辊磨床一般采用弹簧隔震器，如图1.4所示，这种弹簧地基制造成本高，不经济。图1.4传统轧辊磨床弹簧基础原理图LYNSONV330-17轧辊磨床由于其床身具有良好的阻尼性、热稳定性和刚性，可以运用空气隔振器直接安装在普通混凝土地基上（如图1.5）。图1.5LYNSONV330-17轧辊磨床隔振器1.在地面和磨床之间形成一个空气弹簧LYNSONV330-17轧辊磨床空气隔振器为铸铝体，内部结构如图1.6所示，气体存储在薄壁、柔性及抗压性好的气囊内。气囊被分为两个腔体，负载腔和阻尼腔，通过气管连接，调节阀门，从外部可以很容易地改变阻尼。由于气体通过节流阀时产生的摩擦，可产生高达20%的阻尼。安全销用来保护气囊不因过渡膨胀而损坏。相比传统的弹簧基础，空气隔振器能够通过调整节流阀实现自主控制，并且通过位置传感器，可以克服因机床重心的变化而导致机床倾斜的问题。图1.6空气隔震器内部原理图（3）砂轮架砂轮架主要实现砂轮的径向进给、磨削横移速度、磨削线速度。传统轧辊磨床主要以工件的横移来控制磨削速度，通常设备占地空间较大。LYNSONV330-17轧辊磨床，轧辊通过顶尖孔由头架和尾座顶尖顶紧，头架拨盘通过拨头带动轧辊转动，通过砂轮架带动砂轮横移完成对整个辊面的磨削，如图1.7所示。相比传统轧辊磨床，LYNSONV330-17轧辊磨床结构更紧凑，可以实现更多尺寸范围内的轧辊磨削。图1.7砂轮主轴架1.砂轮头架1.皮带传动3.砂轮头架X轴行走拖链4.砂轮架Z轴行走私服电机5.砂轮架Z轴行走拖链6.Z轴导轨7.滚珠丝杠8.X轴9.Z轴10.在线测量尺11.砂轮LYNSONV330-17轧辊磨床砂轮磨削主轴采用动静压轴承（即同时在流体静力润滑和流体动力润滑条件下工作的滑动轴承，利用静压原理克服动压轴承的主轴与轴瓦接触磨损的问题，又运用动压原理克服了静压轴承的主轴漂移、油膜刚性不足的缺陷），轴承利用油压产生支撑力，可以使主轴在受力时与轴承无接触磨损，从而实现高精度、高刚度、高热稳定性、良好的抗振性以及无极调速，磨削的最大速度不再受设备限制。在更换主轴皮带轮和砂轮时，一定要在液压站工作状态下进行，因为主轴静压油浮起可以有效避免主轴和动静压轴承受到损伤。动静压轴承由于是非刚性接触，为了提高磨削精度，采用迷宫式密封。迷宫式密封的特点是对液体密封效果较好，但对气体密封性能较差。在实际磨削过程中，磨削产生的粉尘和雾化的磨削液弥漫在主轴周围的空气中，随着空气的流动进入到主轴腔内，会使主轴锈蚀，破坏主轴稳定性。LYNSONV330-17轧辊磨床采用压缩空气吹扫装置，在主轴腔内由干净的带压空气持续不断地进行吹扫，有效防止粉尘和雾化的磨削液进入主轴内。砂轮架的行走由伺服马达与滚珠丝杠直联驱动，滚珠丝杠支撑方式为左右两端固定，确保了丝杠的高精度和高刚度。（4）尾座在轧辊磨削过程中，为了约束工件轴向窜动，采用磨床尾座的伸缩顶尖顶住轧辊顶尖孔，将轧辊沿轴向固定在头架和尾座之间。传统轧辊磨床一般采用手动调整尾座顶紧轧辊，顶紧力的大小依靠操作者经验而定。LYNSONV330-17轧辊磨床尾座为全自动数控轴、高精密导轨传动，尾座顶尖采用内置轴向弹性装置，通过压缩内置弹簧包提供顶紧力。这种装置的好处是在每次顶紧轧辊时，锥度偏差保持在最低限度，且顶紧和卸载时间很短。尾座顶紧力的设定根据轧辊重量来定，如图1.8所示，其线性关系如下：接触角度60°m=0.285F(1.1)接触角度75°m=0.225F(1.2)接触角度90°m=0.17F(1.3)其中：m—轧辊重量（kg）；F—尾座顶紧力（N）。LYNSONV330-17轧辊磨床尾座丝杠由自动注油装置提供持久润滑，如图1.9所示，自动注油器中电池仓里的气体电池通过化学反应产生出气体，气体越多压力就越大，压力推动活塞，使注油器里的润滑剂连续不断的被压出注入到丝杠，直到润滑剂用完。自动注油器的注油频率，由注油器的容量、设定的注油周期和运行的环境温度来决定。相比传统轧辊磨床的手动润滑，自动注油装置不仅节省了人力，管理方便，而且通过定时定量的精准润滑，能够保证丝杠每天都处于良好的润滑状态。图1.8轧辊重量/尾座顶紧力线性图图1.9尾座自动注油器（5）托架托架（如图1.10）由两个气缸组成，在气缸末端装有锡青铜块，直接接触轧辊表面，易磨损，需循环更换。托架对工件的辅助推力由操作系统控制。气缸行程为30mm，可手动调整气缸的位置。图1.10托架1.托架在磨床上的位置1.吊环3.伸缩气缸及托架铜块（接触辊面，易损件）4.气缸锁紧手柄5.电气、压缩空气连接口6.气缸定位杆（6）在线测量装置传统的手工检测效率低，精度难以测量正确。LYNSONV330-17精密轧辊磨床测量系统为三点式在线测量，测量尺（如图1.11）安装在磨头部位，结构小巧，测量精度达±0.002mm。在磨削过程中，控制单元通过测量尺在线测得的辊径值，计算出辊形曲线和磨削量，以此来控制磨削进程。图1.11测量装置1．三点测量爪1.1.2电气部分（1）控制系统西门子SINUMERIK840D控制系统，硬件由CNC和PLC组成，如图1.12所示。图1.12控制系统硬件1.操作面板1.SIMATICSTEP7-300I/O单元3.SIMODRIVE611D和SINUMERIK840D（2）应用软件人机界面系统由SINUMERIK软件工具设计，构建程序时不需要NC代码，只需在对程序块对话框内输入参数，可存储1000多个磨削程序。（3）砂轮自动平衡系统LYNSONV330-17轧辊磨床装配有VM25自动动平衡系统，如图1.13所示，平衡块内装有两个可移动的配重块，通过改变配重块的位置来达到调整砂轮重心的目的，最终使砂轮运转平衡。图1.13砂轮平衡头(安装在砂轮主轴末端的法兰盘上)砂轮安装前无需静平衡，安装完成后启动砂轮，控制单元接收从砂轮主轴箱拾音传感器发出的砂轮不平衡比例信息，如图1.14，从而计算出动平衡头内置补偿配重块的合适位置，直到砂轮完全平衡。图1.14砂轮动平衡系统1.2LYNSONV330-17轧辊磨床功能分析1.1.1加工范围LYNSONV330-17轧辊磨床磨削最大辊径为450mm(无托架及测量尺)，最小辊径为50mm；最大轧辊长度为3000mm，最大加工重量为1500kg，具有加工各种不同辊形曲线的能力，包括圆柱形、锥形、凹形、凸形以及经验曲线等。轧辊最大转速为300r/min，砂轮主轴最大转速为2000r/min，砂轮最大横移速度为10000mm/min。1.1.2加工精度磨床的设备精度是保证轧辊加工精度的前提，LYNSONV330-17轧辊磨床精度如表1.2所示。表1.2LYNSONV330-17轧辊磨床加工精度/mm圆度同轴度母线直线度（平辊）锥度（半径方向）辊形精度0.0010.00150.0010.0010.00151.1.3操作主界面LYNSONV330-17轧辊磨床所有功能都是在操作主界面（如图1.15）实现的，包括系统参数设置、磨削程序选择和编辑、砂轮参数设置、辊形控制、砂轮修整等。图1.15操作主界面1.1.4系统参数设置在更换金刚石、砂轮或者测量尺以后，必须要对磨床控制系统重新进行参数标定，使系统获得一个正确的参考点，从而确保磨床运转正常。从主界面进入到系统设置界面，如图1.16所示，可以对砂轮修整器（金刚石）、轧辊磨削、测量系统及测量尺进行设置。图1.16可以进行标定的项目1.1.5程序选择和编辑在程序清单界面，如图1.17，选定将要进行编辑的程序，或者重新建立一个程序进行编辑。图1.17程序清单1.当前选定的程序1.之前选定的程序1.1.6砂轮参数设置在砂轮参数设置界面，首先进入到砂轮数据库内，如图1.18所示，选定需要的砂轮型号，或者重新建立新的砂轮数据（砂轮型号、最大直径、最小直径、宽度及极限切削速度等）再选定。选定砂轮后，再设定砂轮的切削力（const.cuttingforce）。图1.18砂轮参数设置界面1.2.7辊形控制从主界面进入到辊形补偿界面，如图1.19,通过改变辊形凸度和锥度的补偿值，来实现磨削过程中辊形的自动控制，其原理如图1.20所示。图1.19辊形补偿界面锥度锥度增加/减小锥度补偿值锥度补偿值不变在线测量尺测量辊面多点位置直径系统计算辊形偏差凸度增加/减小凸度补偿值凸度补偿值不变超差不超差不超差超差图1.20辊形自动补偿流程图1.3LYNSONV330-17轧辊磨床工艺程序编程原理分析1.3.1基础数据定义在介绍LYNSONV330-17轧辊磨床编程方法之前，有必要先了解该磨床基础数据的设置。磨床坐标系统：沿床身轴的方向为Z轴，与之成直角的轴（磨头）为X轴，如图1.21。图1.21LYNSONV330-17轧辊磨床坐标方向磨床Z轴零位是砂轮右法兰与工作头架法兰在同一直线上的位置，如图1.22所示。图1.22Z轴零位X轴零位是砂轮表面与工件中心线相交的位置，X值为砂轮表面到工件中心线距离的两倍，如图1.23所示。图1.23X轴零位尾座零位是尾座法兰与工作头架法兰相接触的理论位置，即Z轴零位，如图1.24所示。图1.24尾座坐标位置1.3.2工艺编程的概念及原理工艺编程是数控加工最重要的环节，它的主要任务是根据轧辊工艺要求，合理编制工艺工序，设置加工过程的工艺参数等。工艺编程的主要内容：分析加工要求并进行工艺设计，以确定加工方案，选择合适的磨床、砂轮、夹具，确定合理的切削轨迹及切削量等；建立工件的几何模型，计算加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹；按照数控系统可接受的程序格式，生成轧辊加工程序，然后对其进行验证和修改，直到合格的工艺程序[9]40。工艺编程是以变量作为数据进行编辑，变量在程序编辑过程中相当于替代物的角色，已经在程序中被赋值的变量，在后续过程中仍可被重新赋值，覆盖原来的内容，利用控制系统对变量值进行计算以及变量可以重新被赋值的特性，使变量随程序的循环自动增加并计算，实现加工过程的自动循环[9]89。1.3.3工艺编程基本参数设置在介绍LYNSONV330-17轧辊磨床工艺编程方法之前，有必要先了解该磨床的基本参数设置。基本参数设置主要介绍LYNSONV330-17轧辊磨床各轴及参考点的设置原则和特点，作为工艺编程前的基础知识，可以概括为方向和参考点。磨削基准设置在前面的内容中已经介绍过，X轴零位是砂轮表面与工件中心线相交的位置，X值为砂轮表面到工件中心线距离的两倍。按照图1.25对话框中的步骤进行设置，输入准确的轧辊直径就相当于给定了砂轮的X坐标值，砂轮的X值是后续参数设定的基准，也是磨削过程中砂轮自动进给量的依据。同时，系统会根据砂轮的X值计算出砂轮的实际直径，砂轮直径值会在磨削过程中不断更新。图1.25磨削基准设置对话框砂轮修整器（金刚石）X轴位置设定在做完前面的设置后，就可以依据砂轮的X值确定金刚石的坐标值，如图1.26所示。图1.26金刚石X位置（3）金刚石Z轴位置设定如图1.27所示，砂轮右侧边缘与金刚石中心线重合，即确定了金刚石Z轴的位置。图1.27金刚石Z轴位置（4）测量尺标定在轧辊磨削过程中，测量尺会随着砂轮头架的横移时刻监测着轧辊的辊形，并以此作为辊形补偿值调整的依据，所以测量尺的精准度对于辊形控制非常重要，必须对测量进行标定。图1.28测量尺标定对话框图1.29测量尺标定原理按照图1.28的步骤，分别输入标准块D1和D2的直径，即可完成对测量尺的标定，标定原理如图1.29所示，可以得出等式：D其中：D1、D2——分别为标准块1和标准块2的直径，已知；△L1、△L2——上下测量爪完全接触到标准块后的测量探头位移量，由内置光栅传感器测出，已知；L——测量探头的初始位置；θ——测量爪与测量探头之间的夹角。通过等式1.4，系统可以计算得出L和θ的值：L=θ=通过已知的标准块直径和测量探头位移量，对测量尺进行标定，即确定L和θ的值，从而得出轧辊直径与测量探头位移量之间的函数关系：D=其中：D——轧辊直径；△L——上下测量爪完全接触到辊面后的测量探头位移量。1.3.4编程实例一个完整的磨削程序必须有开始和结束两个工序，根据轧辊的磨削需要，可以在程序开始和结束之间添加砂轮修整、对刀、粗磨、半精磨、精磨等工序，磨削过程中工序将按顺序执行，具体流程如图1.30所示。下面将以宝钛冷轧工作辊为实例，介绍磨削工艺编程的步骤和要点：创建程序（