技術(shù)

  大連機(jī)床廠-大連機(jī)床專賣(mài)代理商-大連通達(dá)機(jī)床銷售公司軋輥磨床主要用于磨削軋制機(jī)中的各種具有中凸度或中凹度的圓柱體軋輥。軋輥的中凸或中凹是為了在軋制過(guò)程中消除軋制件對(duì)于軋輥的作用力所產(chǎn)生的變形和熱膨脹變形，以保證在軋制過(guò)程中軋輥間等間隙，使軋制件沿寬度方向等厚。近年來(lái)，由于冶金、造紙、橡膠、塑料以及印染業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)軋輥磨削的技術(shù)要求也日趨提高。但是，在軋輥磨床的設(shè)計(jì)中，如何形成復(fù)雜的輥形輪廓曲面是一個(gè)難題。理論上，砂輪的橫向進(jìn)給和縱向運(yùn)動(dòng)就可以加工出任意輪廓曲面的軋輥，但是由于加工的軋輥中凸量或中凹量很小，橫向運(yùn)動(dòng)精度要求高，所以要求在軋輥磨床中設(shè)計(jì)一個(gè)中高機(jī)構(gòu)，軋輥輪廓曲線的生成就是通過(guò)這個(gè)中高機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。國(guó)外軋輥磨床上的中高機(jī)構(gòu)有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，其中使用最廣泛的是凸輪杠桿機(jī)構(gòu)，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)的中高機(jī)構(gòu)雖能滿足軋輥輪廓表面的精度要求，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此，國(guó)外有些軋輥磨床制造廠家都在各自的產(chǎn)品中對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并引進(jìn)了CNC設(shè)備。例如納索斯烏尼恩公司軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)采用偏心套的機(jī)構(gòu)形式。東芝機(jī)械公司KWA-C型軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)，取消了由中高凸輪驅(qū)動(dòng)砂輪架繞支點(diǎn)擺動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，采用了由控制裝置通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪架進(jìn)給絲杠直接進(jìn)給實(shí)現(xiàn)中高磨削。瓦德里希濟(jì)根公司軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)也已采用CNC機(jī)構(gòu)。
　　1國(guó)內(nèi)外已有軋輥輪廓曲線生成方法分析目前，國(guó)內(nèi)外軋輥磨床輥形輪廓曲線的生成方法主要有以下6種，下面就各種曲線生成方法進(jìn)行詳細(xì)的分析和比較。
　　1.1凸輪杠桿法凸輪杠桿法是軋輥磨床早期廣泛使用的曲線生成方法，它的中高機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理如所示。砂輪架拖板變速箱電機(jī)m通過(guò)變速齒輪將運(yùn)動(dòng)傳到z1后分成兩路。一路通過(guò)z11、z12直到z13完成拖板縱向移動(dòng)；另一路通過(guò)i直到z9，z10轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，并推動(dòng)直角杠桿A、B、C，使砂輪架繞支點(diǎn)D回轉(zhuǎn)，砂輪即在工件長(zhǎng)度的不同截面上磨出不同尺寸的直徑，移動(dòng)機(jī)構(gòu)F用以調(diào)整中高量。
　　凸輪杠桿法的優(yōu)點(diǎn)：組成部分都是傳統(tǒng)部件，成本小，在精度要求不高，軋輥曲線種類較少時(shí)可以使用。
　　凸輪杠桿法的缺點(diǎn)：砂輪架架體必須做成三層結(jié)構(gòu)，砂輪架抗彎剛度較小，而且在磨削工件直徑較小時(shí)，因?yàn)橐苿?dòng)伸出太長(zhǎng)，砂輪架剛度降低，在強(qiáng)力磨削時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)，導(dǎo)致磨削精度下降。凸輪受力非常大，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，致使加工精度下降。軋輥的曲線形狀取決于凸輪的形狀，在磨削不同曲線的軋輥時(shí)，要更換不同的凸輪，生產(chǎn)效率較低。凸輪種類要求很多，加工困難，柔性不好。？結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且砂輪架的鎖定困難。
　　1.2電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)法日本東芝機(jī)械公司的KWA系列和意大利因賽公司的RCH系列軋輥磨床采用了結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法，由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，經(jīng)預(yù)加負(fù)荷給精密滾珠絲杠，直接驅(qū)動(dòng)砂輪架橫向進(jìn)給，通過(guò)控制橫向進(jìn)給和縱向移動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用插補(bǔ)原理，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
　　滾珠絲杠是一種新型的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要組成為絲杠、螺母、滾珠和反向器。滾珠絲杠副螺母是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠使絲杠和螺母之間由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的螺旋傳動(dòng)。滾珠絲杠副的工作原理：當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠就沿絲杠螺旋滾道面滾動(dòng)。
　　設(shè)滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L(zhǎng)0，伺服電機(jī)（電機(jī)重繞的研究與改進(jìn)）編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動(dòng)方式的脈沖當(dāng)量（分辨率）為U=1ML0，如果選擇電機(jī)編碼器精度很高，完全可以實(shí)現(xiàn)U=0.0001mm0.001mm的高檔數(shù)控系統(tǒng)要求，同時(shí)也能滿足軋輥磨床實(shí)現(xiàn)微小量中凸或中凹磨削。
　　使用這種方法的主要缺點(diǎn)：設(shè)備非常昂貴，不經(jīng)濟(jì)。
　　主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。精度高，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，機(jī)械效率提高。曲線形狀可按兩軸插補(bǔ)直接獲得，軟件控制，柔性好。
　　1.3電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法現(xiàn)代軋輥磨床大都取消了傳統(tǒng)的凸輪杠桿機(jī)構(gòu)，代之以高性能的直流（或交流）伺服系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制實(shí)現(xiàn)。由德國(guó)瓦德里希！濟(jì)根公司生產(chǎn)的WSC系列和國(guó)內(nèi)貴州險(xiǎn)峰機(jī)床廠生產(chǎn)的MK84系列以及星火機(jī)床有限責(zé)任公司推出的MK84系列軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)，均采用靜壓偏心套機(jī)構(gòu)，由位置脈沖發(fā)訊裝置發(fā)出控制指令，中高伺服電機(jī)經(jīng)雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿副和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)偏心套做一定角度的回轉(zhuǎn)，使砂輪架在水平方向上產(chǎn)生相應(yīng)的微量位移，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
　　如所示，這種設(shè)計(jì)方案采用兩級(jí)尺寸放大，第一級(jí)將微小的砂輪架中心點(diǎn)的橫向進(jìn)給，通過(guò)偏心套機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成推板3的直線運(yùn)動(dòng)，且行程變大，第二級(jí)通過(guò)蝸輪蝸桿副較大的降速比的特點(diǎn)，將滾珠絲杠的低速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變成電機(jī)的較高速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的放大。
　　1.偏心套2.安全液壓裝置3.推板4.編碼器5.蝸輪蝸桿副6.
　　直流（或交流）電機(jī)7.滾珠絲杠8.軸承電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖設(shè)：偏心套的放大比例系數(shù)為K（K=H/h），蝸輪蝸桿減速比為I（I=Zl/Zg），滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L(zhǎng)0伺服電機(jī)編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動(dòng)方式的脈沖當(dāng)量為U=1MIKL0。
　　這種方法的主要缺點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且蝸輪蝸桿副易磨損。
　　主要優(yōu)點(diǎn)：采用兩級(jí)放大，精度提高。整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)償功能強(qiáng)大。
　　1.4齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法這種方法的中高機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理如所示，當(dāng)走刀工作臺(tái)進(jìn)行軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，床身5上的齒條6，通過(guò)齒輪7驅(qū)動(dòng)安裝在軸向走刀工作臺(tái)上的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)8.隨著蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，與其同軸的偏心調(diào)整盤(pán)9也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。于是，偏心調(diào)整滑塊10上的偏心軸D圍繞蝸輪的軸心O，以偏心距e為半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，因而支撐連桿11對(duì)于杠桿臂4上的支撐點(diǎn)A實(shí)現(xiàn)了升降運(yùn)動(dòng)，杠桿搖臂4對(duì)于砂輪磨頭安裝平臺(tái)2的支撐點(diǎn)B相應(yīng)的按比例升降。隨著砂輪磨頭安裝平臺(tái)2隨鉸鏈軸O的轉(zhuǎn)角變化，不斷的改變著砂輪的切削深度，顯然，當(dāng)偏心軸D處于最低位置時(shí)，砂輪切削深度t最淺，使磨削工件形成中高，當(dāng)偏心軸D離開(kāi)最低位置時(shí)，砂輪的切削深度則相應(yīng)的增加t，偏心軸D離開(kāi)最低位置越遠(yuǎn)，砂輪的切削深度越深。偏心式中高形成機(jī)構(gòu)，就是這樣在砂輪軸向走刀的過(guò)程中，相應(yīng)的控制徑向走刀的切削深度，從而使工件外圓表面產(chǎn)生一定的中高量。
　　1.砂輪磨頭2.砂輪磨頭的安裝平臺(tái)3.軸向走刀工作臺(tái)4.
　　杠桿搖臂5.床身6.齒條7.齒輪8.蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)9.偏心調(diào)整10.偏心調(diào)整滑塊11.支撐連桿齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，決定加工精度的因素很多，導(dǎo)致精度不高。軋輥的曲線形狀取決于偏心套的形狀和偏心量，加工曲線的種類單一。
　　主要優(yōu)點(diǎn)：采用傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)床成本低。
　　1.5靠模加工法靠模磨削是仿行磨削的一種，在專用機(jī)床上按放大樣板（或靠模）或放大圖進(jìn)行磨削?？磕＜庸r(shí)，砂輪按靠模的形狀，不斷改變運(yùn)動(dòng)軌跡，將工件磨削成與靠模一樣形狀的曲線。
　　靠模加工軋輥磨削曲線的實(shí)現(xiàn)原理如所示，工作臺(tái)縱向移動(dòng)，長(zhǎng)臂5頂在直尺4上，工作臺(tái)同時(shí)繞定位柱O回轉(zhuǎn)，形成中凸或中凹軋輥面。
　　臺(tái)面回轉(zhuǎn)式：工件向砂輪移動(dòng)量yy=tanlx2=Kx2K=tanl靠模直尺與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向夾角x工作臺(tái)縱向移動(dòng)距離l長(zhǎng)臂與靠模直尺的接觸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心O的距離K常數(shù)
　　1.6棘輪實(shí)現(xiàn)法棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當(dāng)搖桿逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪齒以推動(dòng)棘輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)搖桿順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪上滑過(guò)，棘輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為動(dòng)程。動(dòng)程的大小可利用改變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中加以調(diào)節(jié)。
　　在MG1432A型高精度萬(wàn)能外圓磨床中，由于應(yīng)用了棘輪機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)具有中凸或中凹的軋輥磨削。
　　當(dāng)用于軋輥磨削時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)棘輪（Z=500mm）微量進(jìn)給，每推一次棘輪旋轉(zhuǎn)1/500轉(zhuǎn)，砂輪架微量進(jìn)給0.002mm.設(shè)基本導(dǎo)程為L(zhǎng)0，齒輪減速比為I，棘輪輪齒數(shù)為Z，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為X；則有X=L0/IZ.由式中可以看出減小絲杠基本導(dǎo)程，增大齒輪減速比和棘輪輪齒數(shù)可以使進(jìn)給量變的更小，精度更高。
　　使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，精度不高。工人必須手動(dòng)進(jìn)給，勞動(dòng)強(qiáng)度大。主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)床成本低。
　　2提出兩種輪廓曲線生成的新方法經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外軋輥磨床6種輥形輪廓曲線生成方法的分析和比較，在深刻理解軋輥磨床中高機(jī)構(gòu)原理和微進(jìn)給意義的基礎(chǔ)上，提出了兩種曲線的生成方法：電機(jī)蝸輪蝸桿法和步進(jìn)電機(jī)雙層驅(qū)動(dòng)法。
　　2.1電機(jī)蝸輪蝸桿法將電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)法和電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)和蝸輪蝸桿具有較大減速比的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，用蝸輪蝸桿的放大作用補(bǔ)償電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)中電機(jī)要求高、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。
　　電機(jī)蝸輪蝸桿法的實(shí)現(xiàn)原理如所示，設(shè)蝸桿螺紋頭數(shù)N=1，蝸輪齒數(shù)Z2=60，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為L(zhǎng)0=4mm，伺服電機(jī)編碼器精度為2500脈沖/轉(zhuǎn)，利用伺服放大器的四倍頻功能，精度可達(dá)10000脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動(dòng)方式的脈沖當(dāng)量為U=110000
　　1604=0.000007mm=0.007m，可以滿足軋輥磨床的需要。
　　2.2步進(jìn)電機(jī)雙層驅(qū)動(dòng)法由于中高機(jī)構(gòu)的作用就是實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給，所以利用步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)提出了步進(jìn)電機(jī)雙層驅(qū)動(dòng)法的設(shè)計(jì)方案。
　　如所示，這種結(jié)構(gòu)由五部分組成：兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，兩個(gè)平臺(tái)，兩根絲杠。由于步進(jìn)電機(jī)具有低速震動(dòng)很大、精度降低的缺點(diǎn)，用一組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為進(jìn)給部分，另一組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為補(bǔ)償部分。
　　設(shè)滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為都為L(zhǎng)0=8mm.步進(jìn)電機(jī)都采用混合式五相步進(jìn)電機(jī)（HB）五相（步進(jìn)角為0.72度）。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用128細(xì)分電路，則步進(jìn)電機(jī)每接到一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0.005625度，脈沖當(dāng)量（分辨率）為U=0.72128
　　1360　8=0.00012mm=0.12m.為了避免步進(jìn)電機(jī)低速震動(dòng)的問(wèn)題，在加工過(guò)程中，控制系統(tǒng)發(fā)送給進(jìn)給電機(jī)和補(bǔ)償電機(jī)的脈沖頻率不同，如進(jìn)給電機(jī)脈沖頻率為2000Hz，補(bǔ)償電機(jī)脈沖頻率為1990Hz，則相當(dāng)于進(jìn)給電機(jī)脈沖頻率變?yōu)榱?0Hz，可以實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給。
　　在深刻理解插補(bǔ)原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用C語(yǔ)言編程在計(jì)算機(jī)上對(duì)提出的兩種輥形輪廓曲線生成方法進(jìn)行了原理性仿真，結(jié)果表明電機(jī)蝸輪蝸桿法和步進(jìn)電機(jī)雙層驅(qū)動(dòng)法在理論上是可行的。
　　3結(jié)束語(yǔ)針對(duì)軋輥磨削中輥形輪廓曲線生成這一難題，分析和研究了國(guó)內(nèi)外軋輥磨床各種曲線生成方法的實(shí)現(xiàn)原理，并在深入理解中高機(jī)構(gòu)原理和微進(jìn)給意義的基礎(chǔ)上，提出了兩種軋輥磨床輥形輪廓曲線生成的設(shè)計(jì)方案。在深刻理解插補(bǔ)原理的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法，運(yùn)用C語(yǔ)言編程對(duì)提出的兩種方法進(jìn)行了原理性仿真，結(jié)果證明這些方法在理論上是可行的，這對(duì)軋輥磨床輪廓曲線生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。由大連機(jī)床廠-大連機(jī)床專賣(mài)代理商-大連通達(dá)機(jī)床銷售公司提供