浅谈如何提高数控轧辊磨床的磨削质量

刘 琳 米雪莲

（1.安阳钢铁集团有限责任公司 第二炼轧厂，河南 安阳 455004；2.安阳利浦筒仓工程有限公司，河南 安阳 455004）

数控轧辊磨床是钢材板材轧制生产线的重要配套设备，其磨削精度直接影响钢板的轧制质量。目前，计算机数控技术与轧钢生产工艺不断提高，对轧辊磨床磨削的精度也随之提高：复杂的轧辊辊型，精确的轧辊形位公差要求，精密轧辊检测技术等。为了获取更高的加工精度，提高磨削质量，除了磨工操作的水平高低外，还要考虑磨床自身的精度以及与轧辊相配用的砂轮、磨削用量、冷却液等的工艺性能。

本文从磨床精度、砂轮、磨削用量、磨削冷却液四个方面综合分析如何提高数控轧辊磨床的磨削质量。

1 磨床精度

判别一台数控磨床等级最主要的标准就是其加工精度。当一台数控磨床自身的制造精度成型后，我们只能从它的安装精度及数字化控制方面着手，进一步提升它的磨削精度。

1.1 安装精度

1）床身导轨的检测与调整数控磨床多数直接安装在混凝土地基上，并用垫铁调整其安装精度。床身v形导轨安装检测后精度要求应满足：水平面内直线度≤0.01mm/m，垂直平面内直线≤0.01mm/m，接触点要求 12～14点/25mm×25mm，对托板导轨的垂直度≤0.02mm/250m。床身平面导轨安装检测后精度要求应满足：垂直平面内直线度≤0.01mm/m，接触点要求12～14点/25mm×25mm，对v形导轨的平行度≤0.02mm/m。

2）托板导轨的检测与调整托板v形导轨安装检测后精度要求必须满足：垂直平面内直线度在全部长度上≤0.01mm，接触点要求10～12点/25mm×25mm。托板平面导轨安装检测后精度要求应满足：对v形导轨的平行度≤0.02mm/m，接触点要求10～12点/25mm×25mm。精度的稳定性是一切质量优良的基础。

3）砂轮主轴与轴瓦间间隙的检测及调整砂轮磨头主轴前后轴承间隙调整不当会影响主轴运行的稳定性和平衡性，应及时检测并随时调整以保证精度严密。动压轴承：砂轮主轴轴颈与轴瓦转研，用刮刀刮研轴瓦表面，使接触点满足要求，然后进行安装调整，把主轴与轴瓦的配合间隙调整到0.0025～0.005mm。静压轴承的调整依靠检查前后轴承油腔压力是否正常，发现异常马上修正。

4）主轴电机的平衡对磨削表面粗糙度影响比例最大的是砂轮主轴电机的振动，对主轴电机进行动平衡检测可以降低影响比例。如果振动较大，应把砂轮法兰盘锥孔与主轴锥端对研，要求接触面80%以上，调整振动在0.005mm以内。

5）磨床润滑的检测与调整数控磨床平时的润滑维护是否到位，也是影响加工精度的一个主要的原因。如工作台导轨的润滑，砂轮架燕尾导轨的润滑及一些液压机构的压力值是否正常都会直接影响磨削精度。

1.2 计算机数字化控制

随着数控产业的进一步发展，如何采用计算机数字化方式提高磨床精度是数控磨床未来发展的必然趋势。

1）磨床的自动化目前，数控磨床的自动化程度越来越高，在追求磨床自动化的过程中，首要明确，实现自动化追求目的是降成本增效益，提质量达目标。如何提高磨床的自动化程度，加工工艺水平和磨床本身的硬件条件两者缺一不可。

磨削过程分为磨前、磨中和磨后。加工工艺在磨削过程中贯彻始终，是自动化磨削过程的专业技术力量。其目的是能够进行稳定、可靠的加工生产，任何一个环节出现纰漏，都会直接影响磨床的自动化加工。

数字控制系统是自动化磨床的前提，不断发展的计算机科技技术满足了我们磨床的日益发展的需要，结合数字控制系统，测量系统、修正系统、冷却系统等都是一台全自动化磨床的使用发展基础。

2）用高端CNC装备磨床数控磨床对数控系统的要求很高，其数控系统是开放式的，是基于PC的数控系统。在磨床的操作过程中，各种磨削参数是需要不断修正，这就意味着磨床的数控系统必须具有高速运算的特性。此外，磨削过程中还有很多循环程序，相当于一个个的宏指令。我们在专用的数控磨床系统里面运用 “图形编程”功能，操作者只需画出图形，程序就会自动生成。

因此，对于数控磨床，不止要包含核心功能的简约型数控系统，还需要一套高端的磨床软件设施，在数控系统的平台上，进行二次研究开发，以满足磨削精度的需要。

2 砂轮

2.1 砂轮的选用

磨料、硬度、粒度、结合剂是影响砂轮性能的主要因素。1）磨料磨削钢等韧性材料应选择刚玉类磨料；磨削铸铁、硬质合金等脆性材料应选择碳化硅类磨料；硬质合金、陶瓷、半导体等高硬度脆性难加工材料一般选用金刚石类砂轮。而对于不同材料的钢质轧辊，一般选用与之相匹配的刚玉型砂轮，用来获得较高的磨削精度达到表面质量要求。2）粒度 粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度大的砂轮具有不易被堵塞、耐用度高和切削能力强等优点，粒度小的砂轮则具有性能稳定、表面质量高等优点。对于一般的数控轧辊磨床，选用粒度为24～60的砂轮就可以达到磨削精度。而对于精度要求较高的轧辊，进行精密磨削时可以采用150粒度的砂轮。超精磨或镜面磨削时，可以选用微粉W64～W14的砂轮。3）硬度硬度是指砂轮在外力作用下磨粒脱落的难易程度。硬度的选择主要取决于被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面质量。在轧辊磨削中，砂轮磨损太快，说明加工轧辊的砂轮太软，不利于磨削。如果磨削轧辊时砂轮出现明显的磨削力过大，砂粒不易脱落，或砂轮功率很大，那么磨削面会出现烧伤、拉毛的现象，这就说明选用的砂轮太硬需要更换砂轮。在轧辊磨削中，选用砂轮的硬度适合，不仅可以降低磨削时间，还可以获得较高的磨削精度。4）结合剂结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，使砂轮磨具成型并具有一定的硬度。最常用的砂轮结合剂有陶瓷结合剂（V）和树脂结合剂（B）。陶瓷结合剂砂轮适于磨削普通碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、硬质合金、有色金属等，而树脂结合剂砂轮广泛用于粗磨、荒磨、切断和自由磨削。就性能来说，轧辊磨床一般选用陶瓷材质的砂轮。

2.2 砂轮的安装与平衡

砂轮在高速旋转条件下工作，其安装的稳定性和安装精度直接影响加工精度。安装时检查卡盘与砂轮是否匹配。按标准，砂轮卡盘直径不得小于安装砂轮直径的1/3，砂轮内孔与砂轮轴或法兰盘外圆之间保持间隙01～0.8mm，防止接触过紧引起磨削过程中受热膨胀将砂轮胀裂或者过松产生砂轮偏心，引起振动失衡。

砂轮安装中螺母垫的作用不可忽视，厚度1～2mm，直径大于卡盘直径2mm的软垫安装于法兰盘与砂轮端面间。卡盘上如有锈蚀、磨损或者未清理干净应及时处理，以保证安装精度。

由于砂轮各部分密度不均匀，几何形状不对称以及安装偏心等因素，导致砂轮运转时不平衡，这样会加速砂轮主轴的振动和轴承的磨损，影响加工质量和机床精度。当选择直径大于125mm的砂轮时，轧辊磨床都要进行平衡测试，使砂轮的重心与其旋转轴线重合。砂轮的平衡有静平衡和动平衡两种。一般情况下，只需作静平衡，但在高精度数控轧辊磨床上，应该进行动平衡. 平衡后的砂轮弥补了砂轮本身的缺陷和安装时产生的误差，运行时更加平稳，便于实现高质量磨削。

2.3 砂轮的修整

砂轮的修整在磨削过程中，砂轮在与轧辊的摩擦、挤压作用下，其磨粒会逐渐磨圆变钝。在磨削韧性材料时，磨屑也常会嵌塞在砂轮表面的孔隙中，堵塞砂轮表面，产生打滑，并可能引起砂轮振动和出现噪音，直接影响磨削效率和表面质量。此外，由于砂轮硬度的不均匀及砂轮工作表面磨损不均匀，会导致砂轮丧失外形精度，影响轧辊表面的粗糙度及形状精度。只要出现上述情况，砂轮就必须进行修整，磨去表面不均匀的磨料，使砂轮表面重新露出平整锋利磨粒，以恢复砂轮的磨削能力与外形精度。金刚石因其具有高硬度常被选用修整砂轮的主要工具。如果轧辊需要更低的表面粗糙度，我们可以先用金刚石对砂轮进行精修，然后再用油石或者精车后的砂轮进行细修。

3 磨削用量

在轧辊的磨削过程中，分析影响轧辊磨削表面的粗糙度、残余应力、烧伤及裂纹等磨削质量的各种因素然后选择合适的磨削量，以达到理想的轧辊。

3.1 轧辊速度

粗磨要求：28m/s～37m/s。

精磨要求：25m/s～30m/s。

精密抛光磨削要求：15m/s～22m/s。

3.2 砂轮速度

粗、精磨冷硬铸铁轧辊要求：22m/s～38m/s。

粗、精磨钢质轧辊要求：23m/s～45m/s。

超精磨削、镜面磨削要求：16m/s～22m/s。

3.3 托板纵向进给速度及往复行程横向进给量

1）精磨时为85m/min～210m/min，或取轧辊每转托板纵向进给量为砂轮宽度的1/4～1/2，精磨时0.005～0.01mm/往复行程。精密抛光磨削时为0.002～0.005mm/往复行程。2）粗磨时为245m/min～590m/min，或取轧辊每转托板纵向进给量为砂轮宽度的2/3～3/4，粗磨时横向进给量应根据轧辊的硬度和磨削辊面的直径而定，一般为0.03～0.05mm/往复行程。对于材料硬、辊颈大的轧辊，应减小横向进给量。

3.4 操作工艺注意事项

1) 根据不同材质轧辊的特性选择相匹配的砂轮，加工前做砂轮的动静平衡，保证砂轮工作的平稳性。

2)精磨轧辊时，磨床应提前开车空转几分钟，必要时用金刚石对砂轮表面进行修整，以保证磨削精度。

3)对于精度要求较高的轧辊，在精磨过程中，可以不断的改变轧辊的转速，以减弱数控磨床各种频率的振动对磨削圆度和磨削波纹的影响，提高轧辊的磨削质量。

4)在整个磨削过程中，特别是精磨及超精磨时，保证供给充分的、清洁的冷却液供给，及时带走砂轮产生的磨削热及脱落的磨粒砂砾，避免辊面被烧伤、划伤而影响磨削精度。

4 磨削冷却液

4.1 磨削冷却液的作用

在磨削过程中磨削冷却液的作用不可忽视具有：润滑、冷却、清洗及防锈的作用。1）冷却。在磨削过程中供给充足的磨削液，可防止磨削烧伤，迅速将产生的磨削热带走，以避免磨削过程中产生的高温高热使轧辊表层金相组织发生变化，使轧辊表面精度达不到要求。2）润滑。磨削液具有良好的润滑性能，能减少砂轮磨削生的阻力及砂轮的磨损，保证砂轮的正常工作，延长砂轮使用寿命，提高轧辊表面光亮度。3）清洗。细微的磨屑与砂轮接触，降低了磨削性能，易划伤轧辊表面。磨削液能清洗砂轮，冲走脱落的磨粒和砂粒，保证砂轮保持良好的磨削性。4）防锈。金属暴露在空气中易氧化生锈，磨削冷却液在金属表面可形成保护膜或与金属化合形成钝化膜，防止金属生锈。

4.2 磨削冷却液的选用

考虑磨削加工本身的特点：轧辊磨削时产生的高达800～1000℃的高温，产生的碎切屑和砂轮砂粒，需要我们选择合适的磨削冷却液，达到润滑、冷却、清洗及防锈的作用。

普通的轧辊磨削优先选用择合成切削液(JK-Ⅱ比例1：40)或者质量分数为百分之三到五的乳化液；精度要求较高的磨削加工可优先选择精制合成型切削液(JK-M比例1：40)或质量分数为百分之五至十的乳化液；超精磨削加工可选用质量分数为98%的煤油与含石油磺酸钡2%的混合液。选择合适的磨削冷却液，不但能降低磨削温度，还能减少磨削力，降低动力消耗，而且还可延长砂轮寿命和改善工件表面质量。

[1]机床设计手册（第一册，第二册，第三册）[M].北京：机械工业出版社，1986

[2]机械工程手册[M].北京：机械工业出版社，1982

[3]范俊广．数控机床及其应用[M].北京：机械工业出版社，1994

[4]王永章.机床的数字控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995

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