陕西龙门钢铁有限责任公司 陕西省韩城市 715400
摘要：由于普通轧辊车床的加工工艺缺陷，不适应高性能轧辊，切分带轧辊的加工，随着设备自身寿命到期，逐渐的将会被自然淘汰。为了避免现有资源的淘汰浪费，以低廉的成本对普通轧辊车床进行数控化改造，可以恢复甚至提高原机床的精度，适应现代工业跨越式发展的要求。本文阐述了普通轧辊车床CA8463的数控化改造及改造后效果分析。
关键词：数控化改造；轧辊车床；高性能轧辊加工
1.前言：
我厂2020年完成了一台普通轧辊车床CA8463的数控化改造，旨在提高轧辊车削精度、表面光洁度以及提高车削效率。半年多的运行结果显示，改造取得了成功，精度大幅提高，误差控制在0.02mm以下（而普通轧辊车床误差在0.1mm以上），表面光洁度具有镜面效果，加工效率较改造之前提高了近3倍。
1.普通轧辊车床CA8463数控化改造方案
1.1机械大修改造部分
1.1.1主传动部分
主轴加装旋转位置编码器，使机床具有恒线速切削功能。床头箱、尾座进行大修及精调整。修复主轴，更换磨损的齿轮、轴承等零件部件。调整主轴间隙，较正刀架中心，校正各个零部件之间的间隙。
1.1.2床身部分
拆除床身原有传动系统，纵向上增加滚珠丝杠及支撑预紧装置，其安装定位面和床身导辊面需精加工。床身导轨面重新淬火研磨，大拖板与床身导轨之间的导轨副和斜铁采用贴塑。
1.1.3刀架纵向（Z轴）进给传动进给箱
刀架的大拖板及驱动进给箱重新设计制造，纵向传动链由交流伺服电机驱动传动机构将动力传至滚珠丝杠螺母副带动刀架作纵向进给运动。刀架的纵向运动采用双牙棒咬合斜齿条传动，可提高换向的平衡性。溜板箱内的齿轮全部为斜齿轮，传动平稳，刚性好。在5级减速的传动链上，前4级为不消隙结构。但V轴上的大齿轮在前级传动链间隙增大时，可修磨中间隔垫予以补偿。V轴上的小齿轮在预紧碟簧作用下，可做微量轴向移动，自动消除双向咬合间隙，起到终极消隙作用。
1.1.4横向（X轴）进给传动链
刀架横滑板与刀架大拖板之间的导轨采用矩形轨道。横向传动链由交流伺服电机驱动将动力传至滚珠丝杠螺母副（FYND4010-3-2型）并带动横滑板做横向进给运动。在丝杆的切削受力方向上，设置了两套推力轴承，而在其径向则采用了3点支撑，确保了其刚性的抗弯能力，刀架的横向传动齿轮，都按可补偿间隙的斜齿轮副设计，一旦齿轮副间隙增大到影响运营和换向平稳性，可修磨大齿轮的中间隔垫，予以补偿。
1.1.5新设计的刀架采用矩形导轨结构形式
所有滑动导轨面都采用贴塑处理，大大降低了滑动摩擦系数，约为0.02—0.05，从而减小了拖动系数的功率损耗，同时由于动、静摩擦系数极为接近，所以非常有利于伺服电机的起动特性。贴塑导轨的减振性能和耐磨性能效果非常明显，使得机床运行较为平稳。
1.1.6刀台、大拖板、溜板箱等主要大件采用球墨铸铁材质
整部和零件的强度都得到了增强。新刀架为整体框架排式刀架，大大提高了切削刚性。
1.1.7润滑
纵、横向进给箱中齿轮及轴承采用浸油式润滑，机床导轨（纵向导轨、横向导轨）采用定时、定量、定点间歇式集中润滑（在刀架单独设置一个集中润滑站），滚珠丝杠采用滴油式润滑。拖线：刀架拖线重新设计更换成带铝合金护板拖链，经久耐用，外型美观。
1.2电气大修改造部分
（1）数控系统：机床控制系统选用西门子828D数控系统，配置西门子标准MCP，系统采用TFT液晶显示器，并单独设计一个集中操作按钮站，以对机床进行统一控制。
（2）机床X轴选用西门子交流伺服电机
（3）机床Z轴选用西门子交流伺服电机
（4）配置15KVA（3-380V/3-220V）伺服变压器一台；将原22KW普通三相交流电机Y225M-8更换为45KW三相交流变频电机YVP280M-8，该电机的控制由系统发出模拟量给主轴变频来实现；
（5）主轴变频选用施耐德产品
（6）重新制作电柜，电柜顶部安装电柜照明灯以及门限位，电柜内安装检修插座一个，电箱配置一台1.5KW空调；
（7）更换电柜内所有元器件，主要元器件如：总开关、断路器、接触器、继电器等选用施耐德产品，交流继电器线圈电压220V；
（8）在大拖板上增加操作箱一个，制作工程面板一块，面板上操作原件如按钮、旋钮及指示灯等选用施耐德产品，操作箱上配置一手持单元，以方便对刀操作；
（9）拖板上加装一封闭式拖链，操作箱、电动刀架和X轴电机及限位等通过该拖链进线，丝杠需要安装保护罩装置；
（10）增加X轴和Z轴极限限位和回零限位，更换机床侧所有电线电缆；
（11）配置一个转换器，将安川伺服电机的编码器信号转换成828D系统能识别的信号；
（12）PLC控制及相关接口使用西门子系列产品，手持控制器选用西门子配套产品；
（13）主轴档位简化，选取3-4档，同时增加开关检测，系统自动识别档位，实现无极变速。
2.改造前后效果对比分析
2.1数控系统代替人工控制，加工标准以及精度大幅提高
普通轧辊车床CA8463的加工精度主要依赖于车工的操作技能和操作的认真程度，很容易受个人的操作水平、情绪和工作态度的影响，因而精度波动幅度较大，一般大于0.1mm。车床改造后，车床的加工精度由车床机械精度和SIEMENS 828D数控系统决定，特别是在连续工作且没有外界因素干预的情况下，基本不受人的因素影响。而SIEMENS 828D系统的数控伺服电机的控制精度可以达到1μm（1/1000mm），考虑到受机械部件弹性变形、刀片磨损、刀杆弹性变形等因素影响，车床的整体精度可以控制在0.02mm左右，而且输出稳定，较普通轧辊车床提高5倍以上的精度掌握，很大程度的提高轧辊车削质量，进而提高轧材的成本质量，提高成材率。
2.2标准数控刀具系统代替成型刀，劳动强度大幅降低
普通轧辊车床加工孔型时，使用成型刀加工，需要经常性地调整刀的方向，且不同的孔型必须使用不同的刀具，这样就导致经常性的换刀以及修复刀具，劳动强度较大。改造后的数控车床以“高转速，低进给”的“小刀片，全轮廓”的加工理念来获得较高的生产效率。在使用硬度合金刀具时，能够达到一个程序只需一次换刀即可完成整个加工过程，大大降低了劳动强度。
2.3设备性能提高，加工效率明显提高
以12螺四分切K1高性能轧辊加工周期为例，使用普通轧辊车床加工，需要先把螺纹孔月牙槽进行粗车车削，再根据磨损量进行外圆车削，最后进行孔型加工，台阶倒圆，一条高速钢轧辊加工周期需要24h。数控改造后，通过轮廓加工方式进行粗、精加工，加工一条高速钢轧辊加工周期只需要8h，数控改造后，较改造前加工效率提高3倍。
3.结论
改造后的车床能够达到适应高性能轧辊加工的预期目标，满足棒线型材轧制工艺需求。加工效率、加工精度以及尺寸控制能力显著提高，车废率、劳动强度大幅降低。此次改造费用总计为28.5万元，新采购一台数控轧辊车床需要78.8万元，项目完成直接为公司降成本50.3万元。因机床数控化改造而提升的轧辊加工质量、轧制量，降低轧材的成本消耗，吨钢降成本间接创效益0.73元/吨，按我厂2020年1月-11月588.6万吨产量计算，为我公司间接创造经济效益429.7万元。
参考文献：
[1]《机床设计手册》编写组.机床设计手册 第三册[M].机械工业出版社.1986
[2]《金属切削原理》 中国工业出版社.1985
[3]《机床数控系统》 机械电子工程进修大学.1992