摘要：本文通過案例設(shè)計(jì)，闡述基于臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化的全自動(dòng)外圓磨床上砂輪修整和磨耗補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)。內(nèi)容主要包括：外圓磨削的方法，砂輪的修補(bǔ)方法，磨耗補(bǔ)償?shù)姆绞剑拜喢撾x率補(bǔ)償和金剛筆補(bǔ)償。

關(guān)鍵詞：數(shù)控磨床 砂輪脫離率補(bǔ)償 H4p-2數(shù)控系統(tǒng) A2伺服

1 引言

　　磨床系指用磨具或磨料加工工件各種淬硬表面精密加工的機(jī)床。外圓磨床是普通磨床的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形外表面的磨床。

　　外圓磨床砂輪的精確修補(bǔ)是保證磨削加工精度的基本工藝。傳統(tǒng)的砂輪修補(bǔ)工藝通常由人工離線實(shí)現(xiàn)。每當(dāng)由于砂輪磨損導(dǎo)致的加工精度超差時(shí)，都要把砂輪扳至與工作臺(tái)平行的位置對(duì)砂輪進(jìn)行修整再扳至所需角度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行磨削。但由于角度公差帶小，每次對(duì)修整砂輪后磨削的第一件產(chǎn)品都要用萬能工具顯微鏡檢測(cè)角度，再對(duì)誤差進(jìn)行修正，反復(fù)幾次，極大地影響生產(chǎn)效率。

　　中國(guó)外圓磨床產(chǎn)業(yè)集中于生產(chǎn)效率低下的勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品。技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家。國(guó)產(chǎn)磨床數(shù)控技術(shù)發(fā)展落后是因?yàn)樗鼘?duì)數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求。全自動(dòng)，高精度控制的磨床現(xiàn)在的需求量已經(jīng)越來越多。為全面滿足客戶提高整體效率和質(zhì)量的要求，中達(dá)機(jī)電一體化供應(yīng)商成功將兼具開放性及高精度的H4系列數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于磨床。

2 全自動(dòng)數(shù)控磨床原理

　　2.1外圓磨床結(jié)構(gòu)

　　外圓磨床使用兩個(gè)伺服軸X、Y。電機(jī)帶動(dòng)夾頭和工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，砂輪也旋轉(zhuǎn)，工件和砂輪旋轉(zhuǎn)軸心是平行于X軸的兩個(gè)軸，旋轉(zhuǎn)方向相反，通過砂輪和工件表面的摩擦加工工件。兩個(gè)伺服軸X軸、Y軸的移動(dòng)，改變工件的直徑和形狀。外圓磨床屬于精度較高的機(jī)床，對(duì)基臺(tái)、絲杠、數(shù)控系統(tǒng)、伺服的要求都比較高。傳統(tǒng)外圓磨床是用液壓帶動(dòng)Y軸運(yùn)動(dòng)，這使加工工件受到很大限制。使用數(shù)控之后，Y軸的位置和速度的可控性、NC程序的自動(dòng)修整砂輪，使加工工件的范圍大大增大。

　　2.2 外圓磨削工藝

　　(1)對(duì)刀：將砂輪移至工件表面，記下當(dāng)前坐標(biāo)X#6，Y#7，

　　(2)空磨：即為首次“對(duì)刀”記錄X軸坐標(biāo)點(diǎn)之上，為了砂輪防撞而設(shè)定一個(gè)位置進(jìn)行磨削。定義為X#8，

　　(3)粗磨：砂輪軸進(jìn)給量較大的磨削，提高工作速度。

　　(4)精磨：砂輪軸進(jìn)給量很少的磨削，提高精度和光潔度。

　　(5)倒磨：即為“粗磨”，“精磨”完畢后，按X軸不進(jìn)刀方式，Y軸方向空走幾遍。

　　(6)切入磨：即為砂輪寬度大于所加工的工件尺寸寬度，而只進(jìn)行砂輪X軸進(jìn)給加工，Y軸不動(dòng)。

　　(7)往復(fù)磨：即為砂輪X軸進(jìn)給一次，工件從Y1至Y2來回加工。

　　2.3 工藝系統(tǒng)分析

　　(1)數(shù)控系統(tǒng)的基本功能要求——G代碼功能，輔助功能——M代碼。工件程序容量要大。

　　(2)RS232通訊和DNC在線加工。

　　(3)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：2個(gè)

　　(4)控制精度：0.001mm。

　　(5)操作畫面可以自由規(guī)劃。

　　2.4 全自動(dòng)功能設(shè)計(jì)

　　(1)主軸低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平滑。

　　(2)兩軸可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，軸定位精度要很高。

　　(3)砂輪可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)修補(bǔ)和自動(dòng)修補(bǔ)。

　　(4)可以實(shí)現(xiàn)砂輪脫離率補(bǔ)償，金剛筆補(bǔ)償。

　　(5)加工產(chǎn)品精度在+/-0.002MM以內(nèi)。

3 中達(dá)數(shù)控磨床解決方案

　　3.1 中達(dá)H4數(shù)控方案

　　數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)H4數(shù)控系統(tǒng)，開放式的系統(tǒng)架構(gòu)，內(nèi)含嵌入式可編程PLC，可配合更多的機(jī)械設(shè)計(jì)。除了具備通常的數(shù)控基本功能外，此系統(tǒng)還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　(1)全功能CNC鍵盤，配合PLC開發(fā)，可自定義按鍵功能。

　　(2)手搖輪安全測(cè)試(防撞機(jī)功能)。

　　(3)支持更高階的MACRO宏指令，可靈活的設(shè)計(jì)NC程序。

　　(4)畫面可以自由定義。

　　(5)分辨率可設(shè)定7位數(shù)，響應(yīng)速度可達(dá)1000Kpps。配合編碼器或者光柵檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)/全閉環(huán)控制，控制精度0.001mm。

　　3.2 中達(dá)A2伺服方案

　　砂輪進(jìn)給軸選用中達(dá)A2系列的1KW中慣量伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);水平移料軸選用人中達(dá)1KW中慣量AB系列伺服系統(tǒng)。

　　在工件加工過程中，砂輪進(jìn)給軸定位精度要求最高。A2伺服特點(diǎn)如下：

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)配備20-bit(1280000p/rev)編碼器，低速運(yùn)轉(zhuǎn)下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制機(jī)能。

　　(2)速度響應(yīng)頻寬為1KW Hz。

　　(3)空載情況下，額定轉(zhuǎn)速-3000rpm至3000rpm，加速時(shí)間只需10ms。

　　通過分析，基于臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品完全可以滿足高精度的要求。全自動(dòng)數(shù)控磨床人機(jī)界面設(shè)計(jì)如圖1所示。由于每個(gè)人加工工藝方式的不同，程序由客戶根據(jù)工件尺寸編寫。

圖1中達(dá)磨床數(shù)控系統(tǒng)

4 全自動(dòng)砂輪精確修補(bǔ)

　　4.1砂輪磨耗補(bǔ)償功能

　　自動(dòng)修補(bǔ)砂輪如圖2所示。

　　砂輪修整后補(bǔ)償，即為只是砂輪磨損而系統(tǒng)記入的補(bǔ)償，金剛筆沒有磨損記入。

　　G10 X# Y# ;設(shè)定工件坐標(biāo)原點(diǎn)。

　　金剛筆磨損補(bǔ)償，即為砂輪磨損量+金剛筆磨損量共同記入的補(bǔ)償，“金剛筆磨損量”

圖2自動(dòng)修砂輪

　　4.2 修補(bǔ)坐標(biāo)數(shù)控編程

　　首先，確定X,Y軸回過機(jī)械原點(diǎn)，手動(dòng)或手搖砂輪至金剛筆表面，記下X#1坐標(biāo)，在搖Y軸至砂輪左邊，記下當(dāng)前左邊為Y#2，再移至右邊，記下為Y#3，如圖3所示。

圖3 坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置

　　設(shè)：砂輪修整總量：#4 mm 單次修整量：#5 mm

　　宏程序 (此為修砂輪程序，有的不需要修，只要對(duì)刀即可!)

　　;主程序?yàn)椋菏状涡奚拜?/p>

　　o0800(main-pr)

　　G65 L05 P#200 A#4 B#5 ;#4/#5=#200，修整往復(fù)次數(shù)#200

　　G65 L03 P#30 A#1 B#4

　　G01 Y#3 F800

　　X#1

　　M98 P801 L#200

　　G01 X0 Y0 F1000

　　G65 L50

　　G65 L01 P#1 A#30

　　;將對(duì)刀X點(diǎn)重新記入(含修補(bǔ)量)

　　M99

　　;子程序?yàn)?/p>

　　o0801

　　G01 U-#5 F800

　　Y#2

　　Y#3

　　M99

　　4.3 中間修補(bǔ)數(shù)控編程

　　中間修砂輪 即為工件加工過程中，需要進(jìn)行砂輪補(bǔ)償。一般來說，暫停加工，調(diào)用執(zhí)行“中間修砂輪”子程序，砂輪移動(dòng)至“首次修砂輪”所記入的X軸和Y軸位置。

　　定義：修磨總量為 #9 mm 單次修磨量為 #10 mm

　　宏程序：

　　;主程序?yàn)?，中間修砂輪

　　o0810(main-pr)

　　G65 L05 P#210 A#9 B#10 ;#9/#10=#210，修整往復(fù)次數(shù)#210

　　G65 L02 P#12 A#9 B#11

　　G01 Y#3 F800

　　X#1

　　M98 P811 L#210

　　G01 X-#12 Y0 F1000

　　G65 L50

　　G10 X0 Y0

　　M99

　　子程序：

　　o0811

　　G01 U-#10 F800

　　Y#2

　　Y#3

　　M99

5 結(jié)束語

　　全自動(dòng)數(shù)控磨床外圓磨床砂輪精確修補(bǔ)功能有效提高產(chǎn)品加工的精度和生產(chǎn)效率。通過產(chǎn)品加工的效果以及系統(tǒng)操作的方便性案例，不但發(fā)揮了中達(dá)數(shù)控系統(tǒng)開放以及高精度控制的特點(diǎn)，還表現(xiàn)出伺服快速響應(yīng)和高分辨率的平穩(wěn)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，提高國(guó)產(chǎn)磨床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。