双轮数控轧辊磨床及其数控方法

摘要

本发明公开了一种双轮数控轧辊磨床及其数控方法，该双轮数控轧辊磨床的小滑架上设计有U轴微进给机构，主机械传动箱采用主动润滑回路润滑，床身上安装有冷却水净化装置，大滑架导轨通过润滑油管与Z轴导轨液压站连接，Z轴导轨液压站采用动压润滑，砂轮、砂带轮分别连接共用的主轴液压站，砂轮、砂带轮的主轴前后均安装有动静压轴承、毛细管调节器，所述的砂轮主轴、砂带轮主轴均采用动静压润滑。本发明采用数控设定方式，轧辊曲线更改容易，磨削出的工件质量更高，并容易实现自动控制，减低了人工误操作的概率，具有十分优良的可重复性加工，能够保证批量生产的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轧辊磨床，特别是一种双轮数控轧辊磨床及其数控方法。

背景技术

双轮轧辊磨床是造纸行业普遍使用的一种轧辊加工设备，它具有两个磨削轮，一个是磨削砂轮，用于对轧辊进行磨削加工，另一个砂带轮，通过驱动砂带运动，完成对轧辊进行精磨和表面抛光处理，能够提高轧辊的光洁度，使加工的轧辊精度更高。但传统的双轮轧辊磨床普遍采用的是直流调速以及继电逻辑控制，利用机械仿型的方法磨削加工出简单的中凸（或中凹）辊形曲线轧辊，难于加工出现代轧辊要求的不同曲线的轧辊辊面，而且传统的机械传动结构无法达到数控机床的要求，因此急须对现有的旧式双轮轧辊磨床进行机电一体化改造，使之具有数控加工能力，提高磨床的应用范围。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题为提供一种双轮数控轧辊磨床及其数控方法。

本发明提供一种双轮数控轧辊磨床，包括床身、轧辊、轧辊旋转电机、主机械传动箱、万向节、轧辊前托架、砂轮、砂轮主轴箱、轧辊后托架、大滑架驱动电机、万向节支撑架、大滑架、大滑架驱动螺杆、U轴驱动电机、小滑架、断电保护油缸、砂轮驱动电机、砂带轮驱动电机、砂带、砂带轮、砂带轮架、小滑架驱动电机，所述的大滑架驱动螺杆的尾部安装有绝对值光电编码器，所述的大滑架的两端分别均安装有小滑架、操作控制站；两端的操作控制站分别控制砂轮和砂带轮，且两端的操作控制站控制大滑架驱动电机，所述的小滑架包括底层机械部件、中层机械部件和顶层机械部件，所述的底层机械部件设置有导轨槽和滚珠丝杠螺母固定机构，中层机械部件为活动滑块，该活动滑块设置于导轨槽中，并与滚珠丝杠螺母固定机构的滚珠丝杠相连，该滚珠丝杠与小滑架驱动电机的减速机输出端相连，所述的活动滑块上方安装有砂轮驱动电机或砂带轮驱动电机，所述的砂轮驱动电机、砂带轮驱动电机分别与砂轮、砂带轮连接；所述的顶层机械部件包括砂轮架或砂带轮架、U轴微进给机构，所述的砂轮架或砂带轮架与活动滑块通过旋转轴活动连接；所述的U轴微进给机构包括U轴驱动电机、U轴顶杆和斜铁块；所述的U轴驱动电机控制U轴顶杆伸缩，所述的U轴顶杆设置于所述的斜铁块上方，所述的斜铁块设置于活动滑块上，所述的U轴顶杆与砂轮架或砂带轮架连接。

所述的主机械传动箱采用主动润滑回路润滑，该主动润滑回路的润滑油箱安装于主机械传动箱下部，该主动润滑回路的油泵电机采用PLC控制。

所述的床身上安装有冷却水循环通道，该冷却水循环通道连接有冷却水净化装置，实现磨削过程中的冷却水循环使用。

所述的大滑架导轨通过润滑油管连接Z轴导轨液压站，该Z轴导轨采用动压润滑。

所述的砂轮主轴箱、砂带轮主轴箱均连接主轴液压站，所述的砂轮、砂带轮的主轴前后均安装有动静压轴承、毛细管调节器，所述的砂轮主轴、砂带轮主轴均采用动静压润滑。

本发明还包括油缸固定支架和断电保护液压站，油缸固定支架上固定有断电保护液压站的断电保护油缸，所述的断电保护油缸的油缸顶杆与活动的斜铁块相连，通过油缸顶杆的伸出或缩回控制斜铁块运动，进而控制U轴顶杆顶在斜铁块上坡端平面或下坡端平面，使控制砂轮架或砂带轮架的尾部上移或下移，实现砂轮或砂带轮的工作端面前进或后移。

本发明还包括电气控制柜，该电气控制柜包括电源控制单元、进线滤波模块、整流模块、交流伺服电机驱动模块、直流电机调速装置、PLC从站控制模块和核心控制器；所述的电源控制单元顺次连接进线滤波模块、整流模块，所述的交流伺服电机驱动模块分别与U轴驱动电机、小滑架驱动电机、大滑架驱动电机相连接，所述的直流电机调速装置分别与砂轮驱动电机、轧辊驱动电机、砂带轮驱动电机连接，所述的核心控制器通过PLC从站控制模块控制主轴液压站、冷却水净化装置、断电保护液压站、Z轴导轨液压站，所述的核心控制器还与操作控制站连接。

本发明提供一种双轮数控轧辊磨床的数控方法，包括以下几个步骤：

步骤一：回参考点

电气控制柜上电后，X轴和U轴均回到相应参考点；

步骤二：手动方式运转

在砂轮和砂带轮的操作控制站上选择手动操作模式，实现手动磨削；

步骤三：自动磨削

操作控制站对所需磨削的曲线进行选择，也可以根据工艺需要重新设定所需磨削曲线的各工艺参数，进入自动循环磨削，所有工序完成后磨床各轴自动退回到机床的零点位置或预先指定位置；磨削过程中如果因为某种原因需要中断磨削，可以按磨削停止按钮；

步骤四：抛光磨削

由砂带驱动轮驱动砂带进行抛光磨削。

本发明具有的优点在于：

1、本发明直接利用再制造技术将技术落后的旧双轮轧辊磨床改造为本发明的数控磨床，因而可以节省成本（大约50%），节省能源（大约60%），节省材料（大约70%）。

2、传统的双轮轧辊磨床磨削曲线采用机械仿型凸轮机构，其曲线更改不容易完成，本发明采用数控设定方式，轧辊曲线更改容易，磨削出的工件质量更高。

3、传统的双轮轧辊磨床采用简单的控制装置，不容易实现自动控制，本发明采用的是数控装置，容易实现自动控制，可以自动进行系统自检和故障报警，自动进入编程磨削，减低了人工误操作的概率，具有十分优良的可重复性加工，能够保证批量生产的质量。

4、传统的伺服电机采用原始的直流机组控制，耗电大，效率低，本发明采用先进的交流伺服系统，能耗低，控制精度高。

5、本发明采用先进的液压控制系统，提高了机床的控制精度，降低了机床的磨损和能耗。

6、传统的进给传动丝杆选用的是T形丝杆，反向间隙大， X轴和U轴传动丝杆采用滚珠丝杆，反向间隙小，有助于提高机床的进给精度。

7、传统的砂轮、砂带轮主轴采用动压润滑方式，本发明中砂轮、砂带轮主轴采用动静压润滑方式，提高主轴的精度，减小主轴的磨损，有助于延长设备的使用寿命。

8、传统的磨床事故断电后砂轮无法自动离开工件，本发明中设计了断电保护机构，在断电时砂轮能自动向后退回，解除了工件因意外故障断电而受损的隐患。

9、传统的工件传动采用刚性机芯夹传动方式，本发明中采用万向节传动方式，降低了工件装卡精度要求，提高了生产效率。

10、传统的砂轮修磨采用手动进给方式，新增了调速电机进给修磨方式，提高了砂轮修磨精度，从而提高了工件磨削精度。

附图说明

图1是本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床的主视图；

图2是本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床的A-A向视图；

图3是本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床的B-B向视图；

图4是本发明中大滑架润滑原理图；

图5A是本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床的砂轮或砂带轮结构简图；

图5B是本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床的砂轮或砂带轮微进给工作原理示意图；

图6A是本发明中砂轮的主轴的结构示意图；

图6B是本发明中砂轮的主轴的A向结构示意图；

图6C是本发明中砂带驱动轮的主轴的结构示意图；

图6D是本发明中砂带驱动轮的主轴的A向结构示意图；

图7 是本发明中轧辊旋转主轴箱润滑图；

图8 是本发明中断电保护油缸液压控制原理图；

图9 是本发明中砂轮主轴动静压液压原理图； 

图10 是本发明电气控制柜框图。

图中：

1-轧辊旋转电机 ；2-主机械传动箱； 3-万向节； 4-轧辊前托架；  5-轧辊；  6-砂轮；7-砂带轮主轴箱；7′-砂轮主轴箱；8-轧辊后托架； 9-床身；  10-大滑架驱动电机； 11-万向节轴支撑架；12-大滑架；13-砂带轮侧U轴驱动电机； 13′-砂轮侧U轴驱动电机；14-砂带轮进给小滑架；14′-砂轮进给小滑架； 15-砂带轮进给断电保护油缸；15′-砂轮进给断电保护油缸； 16-砂带轮驱动电机；16′-砂轮驱动电机； 17-砂带； 18-砂带轮架；18′-砂轮架；19-砂带轮；20′-砂轮侧斜铁块移动平台；20-砂带轮侧斜铁块移动平台；21′-砂轮X轴进给电机；21-砂带轮X轴进给电机；22′-砂轮架旋转轴；22-砂带轮架活动轴；23-大滑架驱动螺杆；24′-砂轮侧U轴顶杆；24-砂带轮侧U轴顶杆； 25′-砂轮侧油缸固定支架；25-砂带轮侧油缸固定支架；26′-砂轮侧斜铁块；26-砂带轮侧斜铁块； 27′-砂轮侧油缸顶杆；27-砂带轮侧油缸顶杆；28-Z轴导轨液压站；29主轴液压站；30-电气控制柜；31′-砂轮侧操作控制站；31-砂带轮侧操作控制站；32′-砂轮侧断电保护液压站；32-砂带轮侧断电保护液压站；33-冷却水净化分离装置；34′-砂轮侧冷却水喷嘴；34-砂带轮侧冷却水喷嘴；35-砂轮修磨装置；36-大滑架滑动导轨；1-1 锁紧螺母；1-2 砂轮；1-3 砂轮保护罩；1-4 组合件定位套；1-5 调整垫；1-6 毛细管调节器；1-7 箱体；1-8 主轴；1-9 静动压轴承；1-10 端面轴承；1-11 防油O型圈；1-12 组合件发兰；1-13 皮带轮；1-14 锁紧套；1-15 定位套；1-16 组合垫；1-17 调整垫；1-18 定位套；1-19 O型圈；5-1 油箱；5-2 网式过滤器；5-3 油泵；5-4 电机；5-5 单向阀；5-6 压力表开关；5-7 电接点压力表；5-8 溢流阀；5-9 回油滤油器；3-1 油箱； 3-2放油塞；3-3 液位计；3-4、液位控制器；3-5双金属温度计；3-6 线隙式过滤器；3-7 电机；3-8 定量齿轮泵；3-9  单向阀；3-10 加热器；3-11 空气过滤器；3-12 溢流阀；3-13 压力表开关；3-14 压力表；3-15 压力继电器；3-16 电磁换向阀；3-17 液控单向阀；3-18 双单向截流阀；3-19 油缸；3-20蓄能器；4-1 主油箱；4-2 放油塞；4-3 液位计；4-4 线隙式过滤器； 4-5 电机；4-6 油泵；4-7 单向阀； 4-8 压力表、4-9 溢流阀 4-10 高压滤油器；4-11 液位控制器；4-12 双金属温度计；4-13 空气过滤器；4-14 低压直通球阀；4-15 回油过滤器4-16 油温控制器；4-17 压力继电器；4-18 蓄能器； 4-19 毛细管节流；4-20压力表；4-21 辅油箱 ；4-22 空气过滤器； 4-23 液位计 ；4-24 液位开关；4-25 线隙式过滤器；4-26 油泵电机组； 4-27 压力表；4-28砂轮主轴箱；4-29砂带轮主轴箱；过滤器2-1；油泵2-2；油泵电机2-3；单向阀2-4；压力表2-5；溢流阀2-6；放油塞2-7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床及其数控方法，为一种能够设计适合双轮轧辊磨床数控加工曲线的独立进给机构，特别是数控曲线进给轴（U轴）和砂轮补偿数控进给轴（X轴），使之能配合数控系统，加工出各种工艺要求的轧辊辊形；同时为了让不懂数控编程的操作人员能够通过简明的文字和图形选择加工曲线进行自动数控加工，设计出良好的人机控制界面。其中本发明中的大滑架与现有技术中的大滑架结构相同，功能也相同，为拖动砂轮6或砂带驱动轮19（以下简称为砂带轮）沿轧辊轴心线平行移动的机械平台，如图1、图2所示，该砂轮架18或砂带轮架18′沿轧辊轴心线平行移动的方向定义为Z轴运动方向，并以图1中机床9的右侧尾部为参考点的起始点。本发明中的小滑架与现有技术中的小滑架结构不同，本发明的小滑架为拖动砂轮6或砂带轮19沿轧辊轴心线的垂直方向进行移动的机械平台，由于双轮磨床的结构，因而本发明中设计有两个小滑架，如图2所示，它们分别安装在大滑架12的两侧，图2中左侧为安装砂带轮19的小滑架，右侧为安装砂轮6的小滑架，二者沿轧辊轴心线的垂直方向进行移动的方向定义为X轴运动方向，以图2中远离轧辊5的尾部为参考点的起始点。两侧小滑架的机械结构基本相同，为了叙述简便，本发明只讲述砂轮6侧小滑架14′的结构，对砂带轮19侧的小滑架14所具有的不同之处，将在叙述中特别指出。本发明中特别设计有垂直于小滑架运动方向的U轴运动，即指砂轮架18′绕砂轮架旋转轴22运动时，砂轮架18′尾部抬高或降低方向的运动，这种方向的运动可以实现砂轮6圆心点沿X轴方向向前移或后退，该对应移动的距离相对于砂轮架18′尾部运动的距离要小得多，因此本发明中称U轴进给为微进给。

由于本发明为改进性发明，是对现有技术中的磨床的改进，所以对现有磨床的机械结构并未改变，对现有磨床的床身结构在本专利中不再赘述，仅对本发明涉及的技术改进点加以说明。

本发明提出的一种双轮数控轧辊磨床，如图1～图3所示，包括轧辊旋转电机 1、主机械传动箱2、万向节3、轧辊前托架4、轧辊5、砂轮6、砂轮主轴箱（砂带轮主轴箱7和砂轮主轴箱7′）、轧辊后托架8、床身9、大滑架驱动电机10、万向节支撑架11、大滑架 12、砂带轮U轴驱动电机13、砂轮U轴驱动电机13′、小滑架（砂带轮进给小滑架14、砂轮进给小滑架14′）、断电保护油缸（包括砂带轮进给断电保护油缸15和砂轮进给断电保护油缸15′）、砂轮驱动电机16′、砂带轮驱动电机16、砂带17、砂带轮架18、砂轮架18′、砂带驱动轮19、斜铁块移动平台20（砂轮侧斜铁块移动平台20′和砂带轮侧斜铁块移动平台20）、小滑架驱动电机（包括砂轮侧小滑架驱动电机21′和砂带轮侧小滑架驱动电机21）、旋转轴（包括砂轮架旋转轴22′和砂带轮架旋转轴22）、大滑架驱动螺杆23、U轴顶杆（包括砂轮侧U轴顶杆24′和砂带轮侧U轴顶杆24）、油缸固定支架（-砂轮侧油缸固定支架25′和砂带轮侧油缸固定支架25）、斜铁块（包括砂轮侧斜铁块26和砂带轮侧活动斜铁块26′）、油缸顶杆（包括砂轮侧油缸顶杆27′和砂带轮侧油缸顶杆27）及相关的电器限位开关和液压控制元件等。

所述的主机械传动箱2是利用现有机床的设计，它将轧辊旋转电机1的转速减速后传给万向节3，驱动轧辊5旋转，同时将大滑架驱动电机10的转速减速后传给大滑架驱动螺杆23，通过大滑架驱动螺杆23驱动大滑架12前后移动。在本发明中主要将现有技术中采用的老式大滑架驱动电机10更换为西门子公司的交流伺服电机，并在大滑架驱动螺杆23的尾部安装了Z轴绝对值光电编码器，进而能够记住大滑架的移动位置，便于数控加工。同时更改了原来主机械传动箱2的被动润滑回路，将被动润滑回路改为本发明中的主动润滑回路，如图7所示，该主动润滑回路包括过滤器2-1、油泵2-2、油泵电机2-3、单向阀2-4、压力表2-5、溢流阀2-6和放油塞2-7，其连接方式均为现有技术，在此不再赘述。该主动润滑回路的润滑油箱安装于主机械传动箱2的下部，通过油泵2-2连接油泵电机2-3，该油泵电机2-3采用PLC控制，使机械润滑性能更好。

所述的床身9是利用现有机床设备进行再制造修复使用的，通过机械加工使其床身9上的大滑架导轨36重新恢复机械配合尺寸，以满足数控加工精度要求。床身9上面安装有轧辊前托架4、轧辊后托架8、万向节支撑架11，轧辊5的两端吊装于轧辊前托架4、轧辊后托架8上。轧辊5可以带轴承箱磨削，轴承箱固定在轧辊前托架4、轧辊后托架8的底板上，轧辊前托架4、轧辊后托架8进行改进，底板上可以固定轴承箱。轧辊5也可以不带轴承箱，用巴氏合金托瓦支撑轧辊轴颈磨削。所述的前轧辊前托架4、轧辊后托架8仍采用原来的传统部件，没有新的改进。现有技术中的床身9原设计有轨道润滑油回流通道，用来润滑大滑架导轨36，包括润滑油箱5-1、网式过滤器5-2、油泵5-3、电机5-4、单向阀5-5、压力表开关5-6、电接点压力表5-7、溢流阀5-8、 回油滤油器5-9，如图4所示，同时还设计有砂轮磨削冷却水回流通道。在本发明在现有技术的基础上，在床身上还安装冷却水循环通道，该冷却水循环通道与床身下方的冷却水净化装置33连接，该冷却水净化装置33为现有技术，可以采用专利号：ZL 200620065733.9全数字控制的磁性渣水分离器专利中的冷却水净化装置。

所述的大滑架12是利用现有机床的设备进行再制造修复使用的，安装在床身9的导轨36上，由大滑架驱动螺杆23驱动沿Z轴方向来回运行。所述的大滑架上装有两套小滑架，一套控制砂轮6沿X轴向运动，另一套控制砂带轮19沿X轴向运动。并且在大滑架左右两边对应砂轮6和砂带轮19分别安装了两个断电保护液压站（砂轮侧断电保护液压站32′和砂带轮侧断电保护液压站32），一个保护砂轮6进给，另一个保护砂带17进给，两个断电保护液压站32、32′的控制原理相同，如图8所示，由油箱3-1、放油塞3-2、液位计3-3、液位控制器3-4、、双金属温度计3-5、线隙式过滤器3-6、电机3-7、定量齿轮泵3-8、单向阀3-9、加热器3-10、空气过滤器3-11、溢流阀3-12、压力表开关3-13、压力表3-14、压力继电器3-15、电磁换向阀3-16、液控单向阀3-17、双单向截流阀3-18、油缸3-19、蓄能器3-20等组成。大滑架12左右两边还安装了两个操作控制站（砂轮侧操作控制站31′和31-砂带轮侧操作控制站）的支撑柱，用来固定操作控制站31、31′。所述的操作控制站31、31′分别控制砂带轮、砂轮的运转工作，如工作选择、砂轮启停、程序控制、砂轮电机电流显示等。大滑架12设置于大滑架导轨36上，该大滑架导轨36通过润滑油管与Z轴导轨液压站28连接，该Z轴导轨液压站的液压原理如图4所示，大滑架12与床身9之间的大滑动导轨36采用动压润滑，该动压润滑与现有技术相同，大滑架12上的油管连接有溢流阀5-8，通过溢流阀5-8调节、控制Z轴导轨液压站28的油箱5-1的输出油的油压高低，并且该溢流阀5-8还连接电接点压力表5-7，且在溢流阀5-8和电接点压力表5-7之间连接有压力表开关，当电接点压力表5-7检测到油箱5-1输出的油压偏低时，电接点压力表5-7动作，电气控制柜内的PLC控制模块中的控制大滑架导轨润滑的相应控制单元E3会发出报警信号，如图10所示，进而D435模块中的控制系统会停止大滑架驱动电机10的运行，以免损伤机床9的大滑架导轨36的导轨面。所述的电接点压力表5-7、压力表开关5-6与油箱5-1之间连接有单向阀5-5、油泵5-3和网式过滤器5-2，且该油泵5-3还连接有电机5-4，通过电机5-4驱动油泵5-3运行。同时床身9上的回油管道与油箱5-1之间还连接有回油滤油器5-9，进而实现大滑动轨道36在润滑时的回油过程。

所述的小滑架14、14′利用了现有机床主要备件并进行全新再制造设计，将原来的手摇手轮进给和中凸（凹）曲线加工时的机械仿型进给，更换为交流伺服电机驱动的数控自动进给，将原来进给传动的T型丝杆更换为滚珠丝杆，使之完全满足数控加工的需要。左右两边的小滑架14、14′结构相同，下面以主要以砂轮侧14′的小滑架为例，相应砂带轮侧对应结构对应附图标记于括号中，简叙再制造后的结构。该小滑架14′（或14）由底层机械部件、中层机械部件和顶层机械部件共三层机械部件结构组成，底层机械部件用实现来与大滑架12之间的固定，底层机械部件上面开有供中层机械部件移动的导轨槽和装有滚珠丝杆螺母的固定机构；中层机械部件是为能够沿X轴方向移动的活动滑块，该活动滑块下部的导轨设置于底层机械部件的导轨槽中，并通过滚珠丝杆带动该活动滑块沿X轴向移动；并且该滚珠丝杆与小滑架驱动电机21′（或21）的减速机输出端相连，由小滑架驱动电机21′（或21）为活动滑块的滑动提供动力；中层机械部件上还安装有砂轮驱动电机16′（或16），为砂轮6（或砂带轮19）的旋转提供动力，砂轮驱动电机16′（或砂带轮驱动电机16）采用Z4系列直流调速电机，选用西门子公司的6RA70系列直流调速装置进行控制（参见图10中标记的H1、H2单元），能根据工艺要求和砂轮直径的大小对电机转速进行无级调节，以保证轧辊的磨削质量，所述的砂轮驱动电机16′（或砂带轮驱动电机16）与砂轮6的主轴箱7′（或砂带轮19的主轴箱7）之间采用皮带方式传动；顶层机械部件由砂轮架18′（或砂带轮架18）和U轴微进给机构组成。所述的砂轮架18′（或砂带轮架18）与中层的机械活动滑块部件之间通过旋转轴22′（或22）进行连接，一方面使砂轮架18′（或砂带轮架18）能够随中层活动滑块的运动而沿X轴向移动，另一方面使砂轮架18′（或砂带轮架18）能绕旋转轴22′（或22）进行旋转运动。砂轮6侧小滑架14′与砂带轮19侧的小滑架的结构完全相同，区别仅在于：在砂轮侧的小滑架18′中，砂轮架18′上还安装有砂轮修磨装置35，而相应在砂带轮19侧未设置该修磨装置。现有技术中的砂轮修磨装置35是完全手摇手柄进行修磨砂轮的，本发明中改用小型调速电机拖动修磨装置进行往返运行，降低了劳动强度，提高了工作效率。所述的U轴微进给机构和安装方式如图3所示，U轴微进给机构由U轴驱动电机13′（或13）、U轴顶杆24′（或24）、活动斜铁块26′（或26）等组成，U轴驱动电机13′（或13）控制U轴顶杆24′（或24）伸缩，正常工作状况，U轴顶杆24′（或24）的端部压在活动斜铁块26′（或26）的上坡端平面上，该斜铁块26′（或26）设置于小滑架中层活动滑块上，U轴顶杆24′（或24）与砂轮架18′（或砂带轮架18）连接，该U轴顶杆24′（或24）伸出时会使砂轮架18′（或砂带轮架18）尾部升高，进而使砂轮6（或砂带轮19）的圆心点沿X轴向趋进轧辊5，反之，U轴顶杆24′缩回时会使砂轮架18′（或砂带轮架18）尾部降低，砂轮6（或砂带轮19）的圆心点沿X轴向离开轧辊5，微进给的工作原理如图5A和图5B所示，图5A是实际设备的简图，为了便于说明，我们将旋转轴22′（或22）的圆心点设定为H点，砂轮的圆心点设定为F点，U轴顶杆24′（或24）的中轴线与过F点且垂直于直线HF的直线交点为D点，这样简化为图5B的直角三角形HFD，当U轴顶杆24′（或24）伸出后，变动后的直角三角形为HAI，CI为砂轮架18（或砂带轮架18）尾端提升的高度，AF为砂轮6（或砂带轮19）圆心沿X轴方向移动的距离。在AF≤3㎜范围内，GF的变化相对轧辊5直径而言非常小，工程中可以忽略不计，这样，AF与CI的基本为线性关系。U轴驱动电机13′（或13）通过控制U轴顶杆24′（或24）的上下运动可以实现砂轮微量进给，而且与小滑架驱动电机21′（或21）分别控制，对加工曲线和进行砂轮6磨削补偿互不干扰，控制起来非常方便。 所述的砂带轮侧的小滑架18除了保留原有的砂带传动结构外，其他结构与砂轮侧的小滑架18′的相同。

所述的砂带轮主轴箱7和砂轮主轴箱7′是在原设计的基础上进行了再制造改进，原来的主轴轴承长期运行的已经磨损，使主轴旋转精度达不到数控磨削加工要求，所以将原来的静压轴承改为动静压轴承，采用动静压润滑方式。砂轮6和砂带轮19主轴的具体结构如图6A、图6B、图6C和图6D所示，其主要的结构与现有砂轮和砂带轮的结构相似，主轴1-8上设置有锁紧螺母1-1、砂轮1-2（对应为上述的砂轮6或砂带驱动轮19）、纱罩松紧装置1-3、组合件定位套1-4，调整垫1-5、箱体1-7、端面轴承1-10、防油O型圈1-11、组合件发兰1-12、皮带轮1-13、锁紧套1-14、定位套1-15、组合垫1-16、调整垫1-17、定位套1-18和O型圈1-19。本发明中还在主轴1-8的前、后分别安装有动静压轴承1-9和配套的毛细管调节器1-6，通过调节毛细管的长度可以调节进入动静压轴承1-9的油压，油压大小可以通过液压站上的油压表4-20（或4-27）显示，如图 9所示，当主轴油压偏低时，4-17 压力继电器动作，砂轮驱动电机16′或砂带轮驱动电机16禁止启动，防止主轴1-8与动静压轴承1-9产生磨损。

本发明还设计了断电保护装置，在停电的瞬间，使失速旋转的砂轮6或砂带轮19迅速离开轧辊5的辊面，避免砂轮对加工好的轧辊辊面造成损伤。砂轮6侧和砂带轮19侧的断电保护装置的结构完全相同。所述的断电保护装置的机械结构如图3所示，断电保护液压站32、32′的液压控制电路如图8所示，工作原理与U轴微进给机构相同，断电保护装置主要由断电保护油缸15′（或15）、油缸固定支架25′（或25）、斜铁块26′（或26）及断电保护液压站32′（或32）等部件组成，断电保护油缸15′（或15）和斜铁块26′（或26）安装在小滑架14′（或14）的中间活动滑块上，能够随滑块移动而移动，其中斜铁铁26′（或26）安放在原放仿形模具的移动平台20′（或20）上，该原放仿形模具的移动平台20′（或20）设置于小滑架中间的活动滑块上。斜铁铁26′（或26）底部平放在移动平台20′（或20）上，其侧面与油缸顶杆27′（或27）相连接。所述的U轴顶杆24′（或24）支承在斜铁块26′（或26）上，磨削加工前，启动断电保护液压站32′（或32）定量齿轮泵3-8，使电磁阀3-18得电，液压油经过电磁阀3-18给蓄能器3-20蓄能，并进入断电保护油缸15′（或15）的无杆腔，油缸顶杆27′（或27）从油缸中伸出推动斜铁块26′（或26），使U轴顶杆24′（或24）顶在斜铁块26′（或26）的上坡端平面上，使砂轮架18′（或砂带轮架18）尾端上移，砂轮6或砂带轮19向轧辊5方向微进一段距离，再开始进行正常的X轴进给或U轴进给操作，使砂轮6或砂带轮19接触轧辊5开始轧辊磨削加工，如果要加工曲线型轧辊，则由Z轴和U轴按指定曲线加工模式同步进给，X轴则按照砂轮补偿模式进给，使磨削加工出的轧辊5的辊面与设计曲线相同。在停电的瞬间，电磁阀3-18失电，在电磁阀内弹簧力的作用下电磁阀阀芯复位，蓄能器3-20内的液压油通过电磁阀3-18进入断电保护油缸15′（或15）的有杆腔，油缸顶杆27（或27）缩回油缸，带动斜铁块26′（或26）移动，使U轴顶杆24′（或24）顶在斜铁块26′（或26）的下坡端平面上，使砂轮架18′（或砂带轮架18）尾端下降，使砂轮向后退，瞬间离开轧辊5的辊面，以防止突然停电时不稳定旋转的砂轮对加工好的轧辊5的辊面造成损伤。

所述的Z轴导轨液压站28，为大滑架导轨36的润滑提供液压动力源，主轴液压站29为砂轮主轴箱7′和砂带轮主轴箱7提供液压动力源，以实现主轴动静压润滑，控制原理见图9所示，包括4-1 主油箱、4-2 放油塞、4-3 液位计、4-4 过滤器、4-5 电机、4-6 油泵、4-7 单向阀、4-8 压力表、4-9 溢流阀、4-10 高压滤油器、4-11 液位控制器、4-12 双金属温度计、4-13 空气过滤器、 4-14 低压直通球阀、4-15 回油过滤器、 4-16 油温控制器、4-17 压力继电器、 4-18 蓄能器、4-19 毛细管截流、4-20 压力表、4-21 辅油箱、4-22 空气过滤器、4-23 液位计、4-24 液位开关、4-25 线隙式过滤器、4-26 油泵电机组、4-27 压力表、4-28 砂带轮主轴动静压轴承和4-29 砂轮主轴动静压轴承。主轴液压站29为砂轮主轴箱7′和砂带轮主轴箱7提供液压动力源，以实现主轴动静压润滑（控制原理见图9）；断电保护液压站32、32′为断电保护液压控制提供动力源（液压控制原理见图8）。

所述的电气控制柜30安装有磨床的主要数控装置，其主要电器元件的联接如图10所示，包括电源控制单元D、主轴润滑控制单元E1、冷却过滤控制单元E2、导轨润滑控制单元E3、断电保护控制单元E4、辅助电路控制单元F、砂带轮直流电机调速装置H1（通讯站号为站12）、砂轮直流电机调速装置H2（通讯站号为站13）、轧辊旋转直流电机调速装置H3（通讯站号为站11）、进线滤波模块AIM、整流模块ALM、SIMOTION核心控制模块D435、X轴交流伺服电机驱动模块2TE21、U轴交流伺服电机驱动模块2TE15、Z轴交流伺服电机驱动模块2TE23、砂轮侧操作站的彩色触摸屏HMI-1（通讯站号为站10）、砂带轮侧操作站的彩色触摸屏HMI-2（通讯站号为站11）、电柜内PLC分站控制模块PLC-I/O-7（通讯站号为站7）、砂轮修整控制单元31-1、砂轮侧操作站电子手轮31-2、砂带轮侧操作站电子手轮31-3、砂轮侧操作站PLC从站控制模块31-I/O-7（通讯站号为站7）砂带轮侧操作站PLC从站控制模块31-I/O-8（通讯站号为站8）、信号转换模块DMC20、手轮31-2的信号转换模块SMC30 S30-1、手轮31-3的信号转换模块SMC30 S30-2、Z轴绝对值信号编码器信号转换模块SCM20、Z轴绝对值信号编码器Z-1。该电气控制柜包括有由低压电器元件组成的电源控制单元D、由电源滤波元件组成的进线滤波模块AIM、交流伺服电机驱动模块（2TE21、2TE15、2TE23）、直流电机调速装置（H1、H2、H3）、核心控制器（D435）和PLC分站控制模块PLC-I/O-7以及信号转换模块DMC20等辅助电路。所述的电源控制单元D通过低压电器元件如断路器和接触器将进入电柜的电源安全的分配给机床的各个控制单元，为各个控制单元的工作提供动力，当发生短路故障时，这些断路器能自动断开，将故障单元与电源隔离。图10主要用来描述系统信号的联系，图中对电源控制的具体联线给予省略，电源控制单元D通过整流模块ALM为直流电机调速装置H1、H2、H3供电，直流电机调速装置H3、H2、H1分别与轧辊驱动电机1、砂轮驱动电机16′、砂带轮驱动电机16连接；电源控制单元D通过电源滤波模块AIM和整流模块ALM供电，6LS3120系列的交流伺服电机驱动模块2TE15、2TE21、2TE23分别与砂带轮侧U轴驱动电机13、砂轮侧U轴驱动电机13′、砂带轮侧小滑架驱动电机21、砂轮侧小滑架驱动电机21′、大滑架驱动电机10连接。所述的电源控制单元也为主轴液压站29、冷却水净化装置33、断电保护液压站（32′和32）、Z轴导轨液压站28提供电源，并通过PLC控制进而实现控制砂轮或砂带轮的主轴润滑、砂轮磨削的冷却水过滤、大滑架导轨36润滑、砂轮、砂带轮的断电保护。所述的电源控制单元还为操作控制站31、31′、砂轮修整等辅助控制装置提供电源。双轮数控磨床的整流模块ALM优选为西门子公司的6SL3130伺服电源模块。交流伺服电机驱动模块2TE15、2TE21、2TE23优选为西门子公司的6SL3120交流伺服电机驱动模块。直流电机调速装置H1、H2、H3均优选为西门子公司的6RA70直流控制装置。操作控制站31、31′上的人机控制界面HMI-1、HMI-2优选为西门子公司生产的彩色触摸屏。所述的核心控制器优选为西门子公司生产的SIMOTION D435控制模块。所述的SIMOTION D435控制模块中包含了控制器SIMOTION的CPU和驱动器CU320的CPU，两个CPU之间通过内部总线通讯，CU320接收核心控制器的速度控制指令，来控制各伺服轴的电机运动，如控制大滑架驱动电机10、砂带轮X轴进给电机21、砂轮X轴电机21′、砂带轮侧U轴电机13、砂轮侧U轴电机13′、大滑架驱动电机10等。所述的SIMOTION D435控制模块通过外部PROFIBUS总线段DP1与直流电机调速装置H1、H2、H3连接，周期读取直流电机调速装置H1、H2、H3的速度值和状态，同时也将控制命令和速度设定值写入，进而控制砂带轮旋转电机16、砂轮旋转电机16′和轧辊旋转电机1。PROFIBUS总线段DP1还和电气控制柜内的PLC分站控制模块PLC-I/O-7连接，该分站是安装在电气控制柜内的PROFIBUS从站，采集电器元件的状态和控制，主要控制有砂轮主轴润滑控制、磨削冷却水过滤装置33的逻辑控制、大滑架导轨36润滑控制，磨削断电保护控制和其他一些磨床上的辅助电器控制。PROFIBUS总线段DP2连接有四个子站，分别为砂轮侧操作站PLC从站控制模块31-I/O-7、砂轮侧操作站的彩色触摸屏HMI-1、砂带轮侧操作站PLC从站控制模块31-I/O-8以及砂带轮侧操作站的彩色触摸屏HMI-2。所述的砂轮侧操作站PLC从站控制模块31-I/O-7和砂轮侧操作站的彩色触摸屏HMI-1均安装于砂轮操作站控制站31′中，31-I/O-7是I/O从站，采集各种输入信号和输出控制信号，如，工作选择、砂轮启停、程序控制、砂轮电机电流显示等等，HMI-1是彩色触摸屏单元，主要执行系统的图形显示，程序参数的输入/输出，系统CPU的启停，系统的状态，报警，历史数据等，砂轮操作控制站31′中还能控制砂轮6修整装置31-1动作，而砂带轮侧砂轮操作控制站砂轮操作控制站则没有此功能。31-I/O-8和HMI-2安装砂带轮操作控制站31中，功能与砂带轮操作控制站31′相同。图10中的SMC20，S30-1、S30-2为信号转换模块，它们将现场设备中与D435控制模块不兼容的信号进行转换，转换后经过DMC20传送到D435控制模块。所述的操作控制站站31、31′上的手轮（31-2、31-3）的TTL信号经S30-1、S30-2模块（模块型号为SMC30的信号转换模块）转换后经过DMC20传送到D435控制模块；所述的大滑架驱动电机的大滑架驱动螺杆23的尾部连接有Z轴绝对值光电编码器Z-1，绝对值编码器ENDAT形式的信号经SMC20模块转换后；转换后的所有信号汇集到DMC20模块再通过drive-cliq总线（CLIQ）传输到D435控制模块中，经程序处理后参与各个伺服轴的电机控制。

本发明还提出一种双轮数控轧辊磨床的数控方法，该方法包括以下几个步骤：

步骤一：回参考点

为减少磨床运动过程中产生的积累误差，双轮磨床设计有双侧砂轮架18分别具有独立回参考点功能。分别在双轮磨床两侧小滑架的底层装有X轴参考点开关、在双轮磨床两侧小滑架的中层装有U轴参考点开关。磨床电气控制柜30重新上电后，X轴和U轴需要回参考点，对于双轮磨床需要使用任何一侧进行磨削工作时，只需激活相应边的操作控制站31便可以在操作站上进行回参考点的操作，回参考点按照先X轴后U轴的顺序，回参考点的方向为离开工件的方向，避免产生不必要的危险。大滑架移动的Z轴采用绝对位置编码器检测其位置信号，在磨床调试通电时回过参考点后，系统会记住编码器的绝对位置，所以不需要每次上电时进行回参考点操作。

步骤二：手动方式运转

在控制站31上选择手动操作模式，控制站31的触摸屏上会显示出手动控制磨床各轴移动的数据，通过操作按钮和电子手轮实现手动磨削：可以手动启动或停止砂轮6旋转，手动启动或停止工件5旋转，手动启动或停止Z轴驱动电机10，使大滑架12沿Z轴运行或手动换向行走，用电动手轮可以控制小滑架14沿X轴方向前后移动，实现控制砂轮进给量进行轧辊磨削加工。手动磨削方式不是常用的方式，手动操作的设置主要是为了满足可以手动移动砂轮6或砂带轮19到人工制定的位置，满足吊装轧辊5等功能需求。

步骤三：自动磨削

双轮数控磨床可以预先编写好多种曲线的自动磨削程序存储在系统内存中，需要使用时可在控制站31的触摸屏（HMI）上对所需磨削的曲线进行选择，也可以根据工艺需要重新设定所需磨削曲线的各工艺参数。触摸屏（HMI）采用中文控制界面，使不会计算机编程的操作人员可以通过界面上的中文提示正确的操作数控磨床加工各种表面轮廓曲线的轧辊。

参数设定：在触摸屏（HMI）上，选择自动运行界面，根据提示进入参数设置界面，选择所需要磨削的轧辊曲线类型：比如平辊、SIN曲线辊、COS曲线辊、倒角辊等。设定曲线的相关参数，比如：SIN曲线的中高高度、倒角的斜度、曲线长度、起磨点等。设定磨削过程中的相关工艺参数：分别在粗磨、半精磨、精磨工序时的砂轮6（或砂带轮19）的旋转转速、轧辊5的旋转转速、大滑架12的运行速度、磨削趟数、每次端进给量、补偿进给量等参数。

自动循环磨削：在自动方式下按程序启动键，数控执行程序便开始按照设定的参数执行自动循环，砂轮6先运行到设定的Z轴起磨点自动暂停，提示操作人员使用操作站31上的电子手轮进行操作，使砂轮6向轧辊5趋近，运行至砂轮6贴近轧辊5表面，按功能触发按钮，磨床便按照程序设置的参数进行数控自动磨削，在砂轮6在被加工轧辊辊面两端换向时，按设定的端进给量自动向轧辊中线方向趋进，磨削过程中X轴电机21按设定的磨损补偿量慢速旋转，带动砂轮沿X轴正方向缓慢运行，以补偿在轧辊全长磨削过程中因砂轮磨损引起的尺寸误差。粗磨完成后程序自动跳转到半精磨，半精磨完成后程序自动跳转到精磨。所有工序磨削完成后磨床各轴自动退回到机床的零点位置（或设定位置）。

磨削中断与保护：磨削过程中如果因为某种原因需要中断磨削，可以按磨削停止按钮，磨削程序便会在运行当前状态中断，中断状态下可以转换到手动状态操作，手动操作完成后如果需要接着运行中断前的自动磨削程序则按程序启动按钮便可以恢复运行；如果需要完全退出自动磨削程序则按复位按钮即可实现。自动磨削程序运行过程中如果遇到如磨削电流过大、驱动器过载等故障或需紧急停车的情况，控制系统会发出报警信号并退出自动磨削程序运行，紧急情况下，砂轮6可以通过断电保护回退功能退离辊面，以避免突然停车磨伤已加工好的辊面。

步骤四：抛光磨削

抛光磨削是双轮磨床的专用功能，对于表面粗糙度要求很高的轧辊5需要抛光工序才能满足其对辊面粗糙度的要求，该抛光磨削由砂带驱动轮19驱动砂带17（下简称抛光磨头）实现。抛光磨头可以对本磨床所磨削完成的轧辊5进行抛光加工，也可单独对轧辊5进行抛光加工。抛光磨头侧的操作站31（左）和触摸屏（HMI）上的显示界面均与砂轮6侧的相同，参数设置根据抛光工艺的要求进行设置即可，只需满足设置的抛光曲线与所需抛光轧辊5的辊面曲线一致即可。抛光磨削的自动循环过程及中断保护措施与磨削侧的功能一致。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。