淺談如何提高數控軋輥磨床的磨削質量

劉 琳 米雪蓮

（1.安陽鋼鐵集團有限責任公司 第二煉軋廠，河南 安陽 455004；2.安陽利浦筒倉工程有限公司，河南 安陽 455004）

數控軋輥磨床是鋼材板材軋制生產線的重要配套設備，其磨削精度直接影響鋼板的軋制質量。目前，計算機數控技術與軋鋼生產工藝不斷提高，對軋輥磨床磨削的精度也隨之提高：復雜的軋輥輥型，精確的軋輥形位公差要求，精密軋輥檢測技術等。為了獲取更高的加工精度，提高磨削質量，除了磨工操作的水平高低外，還要考慮磨床自身的精度以及與軋輥相配用的砂輪、磨削用量、冷卻液等的工藝性能。

本文從磨床精度、砂輪、磨削用量、磨削冷卻液四個方面綜合分析如何提高數控軋輥磨床的磨削質量。

1 磨床精度

判別一臺數控磨床等級最主要的標準就是其加工精度。當一臺數控磨床自身的制造精度成型后，我們只能從它的安裝精度及數字化控制方面著手，進一步提升它的磨削精度。

1.1 安裝精度

1）床身導軌的檢測與調整數控磨床多數直接安裝在混凝土地基上，并用墊鐵調整其安裝精度。床身v形導軌安裝檢測后精度要求應滿足：水平面內直線度≤0.01mm/m，垂直平面內直線≤0.01mm/m，接觸點要求 12～14點/25mm×25mm，對托板導軌的垂直度≤0.02mm/250m。床身平面導軌安裝檢測后精度要求應滿足：垂直平面內直線度≤0.01mm/m，接觸點要求12～14點/25mm×25mm，對v形導軌的平行度≤0.02mm/m。

2）托板導軌的檢測與調整托板v形導軌安裝檢測后精度要求必須滿足：垂直平面內直線度在全部長度上≤0.01mm，接觸點要求10～12點/25mm×25mm。托板平面導軌安裝檢測后精度要求應滿足：對v形導軌的平行度≤0.02mm/m，接觸點要求10～12點/25mm×25mm。精度的穩定性是一切質量優良的基礎。

3）砂輪主軸與軸瓦間間隙的檢測及調整砂輪磨頭主軸前后軸承間隙調整不當會影響主軸運行的穩定性和平衡性，應及時檢測并隨時調整以保證精度嚴密。動壓軸承：砂輪主軸軸頸與軸瓦轉研，用刮刀刮研軸瓦表面，使接觸點滿足要求，然后進行安裝調整，把主軸與軸瓦的配合間隙調整到0.0025～0.005mm。靜壓軸承的調整依靠檢查前后軸承油腔壓力是否正常，發現異常馬上修正。

4）主軸電機的平衡對磨削表面粗糙度影響比例最大的是砂輪主軸電機的振動，對主軸電機進行動平衡檢測可以降低影響比例。如果振動較大，應把砂輪法蘭盤錐孔與主軸錐端對研，要求接觸面80%以上，調整振動在0.005mm以內。

5）磨床潤滑的檢測與調整數控磨床平時的潤滑維護是否到位，也是影響加工精度的一個主要的原因。如工作臺導軌的潤滑，砂輪架燕尾導軌的潤滑及一些液壓機構的壓力值是否正常都會直接影響磨削精度。

1.2 計算機數字化控制

隨著數控產業的進一步發展，如何采用計算機數字化方式提高磨床精度是數控磨床未來發展的必然趨勢。

1）磨床的自動化目前，數控磨床的自動化程度越來越高，在追求磨床自動化的過程中，首要明確，實現自動化追求目的是降成本增效益，提質量達目標。如何提高磨床的自動化程度，加工工藝水平和磨床本身的硬件條件兩者缺一不可。

磨削過程分為磨前、磨中和磨后。加工工藝在磨削過程中貫徹始終，是自動化磨削過程的專業技術力量。其目的是能夠進行穩定、可靠的加工生產，任何一個環節出現紕漏，都會直接影響磨床的自動化加工。

數字控制系統是自動化磨床的前提，不斷發展的計算機科技技術滿足了我們磨床的日益發展的需要，結合數字控制系統，測量系統、修正系統、冷卻系統等都是一臺全自動化磨床的使用發展基礎。

2）用高端CNC裝備磨床數控磨床對數控系統的要求很高，其數控系統是開放式的，是基于PC的數控系統。在磨床的操作過程中，各種磨削參數是需要不斷修正，這就意味著磨床的數控系統必須具有高速運算的特性。此外，磨削過程中還有很多循環程序，相當于一個個的宏指令。我們在專用的數控磨床系統里面運用 “圖形編程”功能，操作者只需畫出圖形，程序就會自動生成。

因此，對于數控磨床，不止要包含核心功能的簡約型數控系統，還需要一套高端的磨床軟件設施，在數控系統的平臺上，進行二次研究開發，以滿足磨削精度的需要。

2 砂輪

2.1 砂輪的選用

磨料、硬度、粒度、結合劑是影響砂輪性能的主要因素。1）磨料磨削鋼等韌性材料應選擇剛玉類磨料；磨削鑄鐵、硬質合金等脆性材料應選擇碳化硅類磨料；硬質合金、陶瓷、半導體等高硬度脆性難加工材料一般選用金剛石類砂輪。而對于不同材料的鋼質軋輥，一般選用與之相匹配的剛玉型砂輪，用來獲得較高的磨削精度達到表面質量要求。2）粒度 粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。粒度大的砂輪具有不易被堵塞、耐用度高和切削能力強等優點，粒度小的砂輪則具有性能穩定、表面質量高等優點。對于一般的數控軋輥磨床，選用粒度為24～60的砂輪就可以達到磨削精度。而對于精度要求較高的軋輥，進行精密磨削時可以采用150粒度的砂輪。超精磨或鏡面磨削時，可以選用微粉W64～W14的砂輪。3）硬度硬度是指砂輪在外力作用下磨粒脫落的難易程度。硬度的選擇主要取決于被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面質量。在軋輥磨削中，砂輪磨損太快，說明加工軋輥的砂輪太軟，不利于磨削。如果磨削軋輥時砂輪出現明顯的磨削力過大，砂粒不易脫落，或砂輪功率很大，那么磨削面會出現燒傷、拉毛的現象，這就說明選用的砂輪太硬需要更換砂輪。在軋輥磨削中，選用砂輪的硬度適合，不僅可以降低磨削時間，還可以獲得較高的磨削精度。4）結合劑結合劑的作用是將磨粒粘結在一起，使砂輪磨具成型并具有一定的硬度。最常用的砂輪結合劑有陶瓷結合劑（V）和樹脂結合劑（B）。陶瓷結合劑砂輪適于磨削普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、硬質合金、有色金屬等，而樹脂結合劑砂輪廣泛用于粗磨、荒磨、切斷和自由磨削。就性能來說，軋輥磨床一般選用陶瓷材質的砂輪。

2.2 砂輪的安裝與平衡

砂輪在高速旋轉條件下工作，其安裝的穩定性和安裝精度直接影響加工精度。安裝時檢查卡盤與砂輪是否匹配。按標準，砂輪卡盤直徑不得小于安裝砂輪直徑的1/3，砂輪內孔與砂輪軸或法蘭盤外圓之間保持間隙01～0.8mm，防止接觸過緊引起磨削過程中受熱膨脹將砂輪脹裂或者過松產生砂輪偏心，引起振動失衡。

砂輪安裝中螺母墊的作用不可忽視，厚度1～2mm，直徑大于卡盤直徑2mm的軟墊安裝于法蘭盤與砂輪端面間?？ūP上如有銹蝕、磨損或者未清理干凈應及時處理，以保證安裝精度。

由于砂輪各部分密度不均勻，幾何形狀不對稱以及安裝偏心等因素，導致砂輪運轉時不平衡，這樣會加速砂輪主軸的振動和軸承的磨損，影響加工質量和機床精度。當選擇直徑大于125mm的砂輪時，軋輥磨床都要進行平衡測試，使砂輪的重心與其旋轉軸線重合。砂輪的平衡有靜平衡和動平衡兩種。一般情況下，只需作靜平衡，但在高精度數控軋輥磨床上，應該進行動平衡. 平衡后的砂輪彌補了砂輪本身的缺陷和安裝時產生的誤差，運行時更加平穩，便于實現高質量磨削。

2.3 砂輪的修整

砂輪的修整在磨削過程中，砂輪在與軋輥的摩擦、擠壓作用下，其磨粒會逐漸磨圓變鈍。在磨削韌性材料時，磨屑也常會嵌塞在砂輪表面的孔隙中，堵塞砂輪表面，產生打滑，并可能引起砂輪振動和出現噪音，直接影響磨削效率和表面質量。此外，由于砂輪硬度的不均勻及砂輪工作表面磨損不均勻，會導致砂輪喪失外形精度，影響軋輥表面的粗糙度及形狀精度。只要出現上述情況，砂輪就必須進行修整，磨去表面不均勻的磨料，使砂輪表面重新露出平整鋒利磨粒，以恢復砂輪的磨削能力與外形精度。金剛石因其具有高硬度常被選用修整砂輪的主要工具。如果軋輥需要更低的表面粗糙度，我們可以先用金剛石對砂輪進行精修，然后再用油石或者精車后的砂輪進行細修。

3 磨削用量

在軋輥的磨削過程中，分析影響軋輥磨削表面的粗糙度、殘余應力、燒傷及裂紋等磨削質量的各種因素然后選擇合適的磨削量，以達到理想的軋輥。

3.1 軋輥速度

粗磨要求：28m/s～37m/s。

精磨要求：25m/s～30m/s。

精密拋光磨削要求：15m/s～22m/s。

3.2 砂輪速度

粗、精磨冷硬鑄鐵軋輥要求：22m/s～38m/s。

粗、精磨鋼質軋輥要求：23m/s～45m/s。

超精磨削、鏡面磨削要求：16m/s～22m/s。

3.3 托板縱向進給速度及往復行程橫向進給量

1）精磨時為85m/min～210m/min，或取軋輥每轉托板縱向進給量為砂輪寬度的1/4～1/2，精磨時0.005～0.01mm/往復行程。精密拋光磨削時為0.002～0.005mm/往復行程。2）粗磨時為245m/min～590m/min，或取軋輥每轉托板縱向進給量為砂輪寬度的2/3～3/4，粗磨時橫向進給量應根據軋輥的硬度和磨削輥面的直徑而定，一般為0.03～0.05mm/往復行程。對于材料硬、輥頸大的軋輥，應減小橫向進給量。

3.4 操作工藝注意事項

1) 根據不同材質軋輥的特性選擇相匹配的砂輪，加工前做砂輪的動靜平衡，保證砂輪工作的平穩性。

2)精磨軋輥時，磨床應提前開車空轉幾分鐘，必要時用金剛石對砂輪表面進行修整，以保證磨削精度。

3)對于精度要求較高的軋輥，在精磨過程中，可以不斷的改變軋輥的轉速，以減弱數控磨床各種頻率的振動對磨削圓度和磨削波紋的影響，提高軋輥的磨削質量。

4)在整個磨削過程中，特別是精磨及超精磨時，保證供給充分的、清潔的冷卻液供給，及時帶走砂輪產生的磨削熱及脫落的磨粒砂礫，避免輥面被燒傷、劃傷而影響磨削精度。

4 磨削冷卻液

4.1 磨削冷卻液的作用

在磨削過程中磨削冷卻液的作用不可忽視具有：潤滑、冷卻、清洗及防銹的作用。1）冷卻。在磨削過程中供給充足的磨削液，可防止磨削燒傷，迅速將產生的磨削熱帶走，以避免磨削過程中產生的高溫高熱使軋輥表層金相組織發生變化，使軋輥表面精度達不到要求。2）潤滑。磨削液具有良好的潤滑性能，能減少砂輪磨削生的阻力及砂輪的磨損，保證砂輪的正常工作，延長砂輪使用壽命，提高軋輥表面光亮度。3）清洗。細微的磨屑與砂輪接觸，降低了磨削性能，易劃傷軋輥表面。磨削液能清洗砂輪，沖走脫落的磨粒和砂粒，保證砂輪保持良好的磨削性。4）防銹。金屬暴露在空氣中易氧化生銹，磨削冷卻液在金屬表面可形成保護膜或與金屬化合形成鈍化膜，防止金屬生銹。

4.2 磨削冷卻液的選用

考慮磨削加工本身的特點：軋輥磨削時產生的高達800～1000℃的高溫，產生的碎切屑和砂輪砂粒，需要我們選擇合適的磨削冷卻液，達到潤滑、冷卻、清洗及防銹的作用。

普通的軋輥磨削優先選用擇合成切削液(JK-Ⅱ比例1：40)或者質量分數為百分之三到五的乳化液；精度要求較高的磨削加工可優先選擇精制合成型切削液(JK-M比例1：40)或質量分數為百分之五至十的乳化液；超精磨削加工可選用質量分數為98%的煤油與含石油磺酸鋇2%的混合液。選擇合適的磨削冷卻液，不但能降低磨削溫度，還能減少磨削力，降低動力消耗，而且還可延長砂輪壽命和改善工件表面質量。

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