KB-2000砂轮在线动平衡系统在轧辊磨床上的应用

摘要  轧辊磨床是一种专用于加工轧辊的精密磨床，整个设备在制造和实际使用过程中，对精度的要求都非常之高。整个磨床的精度表现之一是磨床砂轮高速旋转过程中的稳定性，不能有过大的跳动。所以，动平衡控制对整个磨床的精度的控制十分关键。本文就KB-2000砂轮在线动平衡系统在上海中研弘博精密机械有限公司生产的中研品牌轧辊磨床MS500和MP501使用过程中的实际使用效果进行分析，用以论证砂轮在线动平衡系统在轧辊磨床中的应用的必要性。

关键词   砂轮在线动平衡   轧辊磨床   动平衡系统  振动  

0 引言

KB-2000砂轮在线动平衡仪是一种采用先进的无需配重动平衡技术，可以显著改善磨床的加工精度和产品质量。该系统通过实时监测砂轮的振动情况，精准计算出砂轮滑块的调整角度，能快速调整其平衡状态，从而有效减少磨削过程中产生的振动和不平衡现象。

上海中研弘博精密机械有限公司生产的中研精机品牌轧辊磨床MS500和MP501是国内领先的精密轧辊磨床，其加工精度高，能满足极薄箔材轧制所需轧辊的磨削要求。因为其精度要求高，特别是在生产金属箔类产品时，对砂轮的动平衡精度要求异常严格，通常要求砂轮跳动值控制在0.4μm以内甚至更高。因此，为了提高加工精度，延长设备寿命，降低噪音和振动，提升生产效率，上海中研弘博精密机械有限公司就KB-2000砂轮在线动平衡系统在中研MS500和MP501轧辊磨床上的应用效果，进行了系统的数据分析。用来评价砂轮动平衡在轧辊磨床上的实际应用效果，并以此来验证轧辊磨床上装配砂轮动平衡系统的必要性。 

1  相关技术介绍

1.1 轧辊磨床的结构和工作原理

上海中研弘博精密机械公司开发了具有完全自主知识产权的轧辊磨削专用工艺软件，提供了轧辊磨削过程中的粗磨、半精磨、精磨以及无火花磨削、抛光等各种磨削工艺以及辊形测量、直径测量、圆度测量、涡流探伤、超声探伤、粗糙度测量等各种检测手段，同时具有自动对刀、带箱磨削、重载启动、软支撑辅助上料、轧辊自动对中、砂轮直径测量、轧辊直径测量、砂轮修磨、机床状态诊断、磨削数据自动黑匣子记录、轧辊管理系统RSMS数据自动上传等等各种功能，完全满足各种类型轧辊的磨削要求；可磨削目前所知的各种辊形曲线。所以，在中研精机轧辊磨床上进行动平衡的试验，能更全面的评定KB-2000动平衡仪优化动平衡后的加工效果。

1.2 砂轮动平衡技术的发展历程

早在20世纪初，磨床主要依赖人工手动调整砂轮的平衡状态，依靠经验进行简单的检测，主要手段是平衡架上的静平衡。上世纪70年代引入电子传感器和计算机技术，实现了对砂轮振动的实时监测和自动调节，显著提高了砂轮主轴的平衡精度。而到今天，动平衡技术不仅关注平衡状态本身，还结合了振动分析、故障诊断等功能，形成综合的监控系统。欧美已经将动平衡系统作为了磨床的标准配置，以提升产品品质和排除人工对品质的影响。而国内，大多数的磨床的生产和使用企业，依然将静平衡方式作为处理砂轮不平衡的主要手段。 

1.3 KB-2000砂轮在线动平衡系统的原理和特点

   本文所使用的KB-2000砂轮在线动平衡系统以安卓系统为基础，采用基于贝林算法的移动性现场动平衡程序，平衡过程中无需进行过多的参数设置，即可完成产品的动平衡。使用简单，一看就会。以下介绍其几个核心指标：

    该设备的性能参数，量程的工作范围完全满足本次实验的磨床参数工作范围。

2 试验设计和方法

2.1 试验设备

Ø  中研精机MS500和MP501轧辊磨床

Ø  KB-2000砂轮在线动平衡仪

Ø  辊形测量仪

Ø  直径测量仪

Ø  圆度测量仪

Ø  粗糙度测量仪

Ø  以上设备用来评定中研MS500和MP501轧辊磨床在使用KB-2000砂轮在线动平衡仪前后砂轮跳动值、辊形测量、直径测量、圆度测量、粗糙度的变化。

2.2 中研精机MP501x1500和MS500轧辊磨床的配置参数

中研精机MP501x1500型号的轧辊磨床，顶尖距1500mm，可加工辊径范围40~250mm, 可适配砂轮直径350~450mm，安全运行线速度：35m/s。主要针对小型精密轧辊设计。

中研精机MS500型号的轧辊磨床，顶尖距500mm，可加工辊径范围10~125mm, 可适配砂轮直径350~450mm，安全运行线速度：35m/s。可以磨削10mm的小尺寸轧辊。

2.3 KB-2000砂轮在线动平衡系统的主要组成部分

l   控制主机【自带锂电池】

l   振动加速度传感器

l   高精度激光转速传感器 

2.4 实验步骤

    采用前后对比的方法进行评定。在未使用KB-2000砂轮动平衡仪之前，采用传统的静平衡的方法给砂轮做平衡。然后分别记录下MP501-1500和MS500型轧辊磨床的砂轮跳动值、辊形测量、直径测量、圆度测量、涡流探伤、超声探伤、粗糙度。然后使用KB-2000砂轮动平衡仪将砂轮跳动值调到0.2um左右，再进行辊形测量、直径测量、圆度测量、涡流探伤、超声探伤、粗糙度测量，然后将上述数据进行对比。

    其中砂轮动平衡的操作步骤是：

    （1）正确安装振动传感器到磨头位置，垂直于磨削面并通过砂轮的圆心（砂轮外圆柱面的法线方向）。

    （2）正确安装转速传感器和贴定光标纸，切记，光标纸所在位置和第一个滑块，圆心处在同一个直线上。此时，光标的位置即圆周刻度盘的0°。

    （3）将三个滑块分别滑到刻度盘的0°，120°，240°，然后启动砂轮，直到稳定转速，屏幕显示OK，然后下一步，振动读数和相位角读数稳定；提示下一步然后停止砂轮转动。

    （4）将1号平衡块沿圆周移动到刻度盘的30°，随后启动砂轮，直到稳定转速，屏幕显示OK，然后下一步，振动读数和相位角读数稳定；然后停止砂轮转动。此时砂轮会显示砂轮滑块的三个具体角度，我们将三个滑块移动到对应的角度，通常，动平衡能达到目标值，平衡结束。

    （5）如果尚未达标，则启动砂轮，直到稳定转速，屏幕显示OK，然后下一步，振动读数和相位角读数稳定；然后停止砂轮转动。按照屏幕显示数据微调滑块位置，直到达到平衡。

2.5 轧辊磨削试验

    砂轮达到平衡的目标值0.2um之后，我们将需要磨削的轧辊正确安装在轧辊磨床上，按照既定工艺进行磨削。本次测试所磨的轧辊为直线辊。

    MS500磨削的辊为高速钢材质，直径35mm，长度500mm。运行转速：1200rpm

    MP501磨削的辊为高速钢材质，直径110mm，长度1500mm。运行转速：1042rpm

    数据采集和分析

 3 结果分析

3.1 动平衡前后轧辊表面质量的对比

    MS500磨床：振动值从2.86μm降低到0.08μm，表面粗糙度从Ra 0.12改善到Ra 0.09，圆周跳动值从1.5μm降低到0.5 μm。

    MP501磨床：振动值从3.24 μm降低到0.16 μm, 表面粗糙度从Ra 0.24改善到Ra 0.15, 圆周跳动值从2.3 μm降低到0.8 μm。

    可以看出,动平衡后轧辊表面质量指标明显改善,表面光洁度提高,振动和跳动值降低。

3.2 动平衡效率的变化：

    使用KB-2000动平衡前后,动平衡时间大幅缩短,从25-30分钟缩短到4.2分钟(MS500)和4.6分钟(MP501)。

    动平衡有效消除了振动,使磨削过程更加稳定,成品率也有所提高。

3.3 动平衡前后轧辊使用寿命的比较

    动平衡后,轧辊的振动和跳动大大降低,表面质量提高,这将延长轧辊的使用寿命。

    此外，优秀的动平衡使得磨削过程更加稳定,可以减少因振动导致的磨损和损坏,进一步延长轧辊使用寿命。

3.4 动平衡前后经济效益分析

    动平衡后,磨削时间大幅缩短,累计节省35-40分钟,大幅提高了生产效率。

    成品率的提高,以及轧辊使用寿命的延长,都将带来明显的经济效益。

    报告指出,动平衡前后的经济效益明显改善,具体数据可能受到实际生产环境的影响而有所差异。

 4  KB-2000系统在轧辊磨床上的应用优势

    KB-2000系统能够实时监测砂轮的振动情况，及时发现不平衡问题，确保加工过程的稳定性。其引导式的程序设计理念，能快速的根据控制器指引，通过调整滑块准确实现动平衡调节，大幅提高动平衡的准确性，同时也大大降低了平衡技术对工人劳动熟练程度的要求。成品率和产品一致性都将大幅提高。同时，通过对砂轮跳动的监测和把握，也降低了砂轮在高速旋转下爆裂的可能性，从而安全性也将增加。另外，该机器能一机多能，解决多台轧辊磨床的动平衡，其经济性也具有推广基础。

 5 结论

综上所述，KB-2000系统在中研MS500和MP501轧辊磨床上的应用效果是令人满意的。数据上的提升，使得中研精机MS500和MP501轧辊磨床的加工精度步入全球优秀者行列，和德国的同类产品能相提并论，不相上下。同时，对品质的提升，工人劳动技术能力的要求也大幅降低，成品率的提升，都是一大进步。总之，KB2000砂轮动平衡系统对提高磨床的磨削效率、磨削精度、表面质量、降低劳动强度和技术熟练程度都具有较大的意义。建议经济条件允许的轧辊磨床生产企业和使用企业都配置KB2000砂轮动平衡系统，以提高产品的核心竞争力。