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摘 要：本文通過案例設(shè)計(jì)，闡述基于臺達(dá)機(jī)電自動化的全自動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平行的位置對砂輪進(jìn)行修整再扳至所需角度對產(chǎn)品進(jìn)行磨削。但由于角度公差帶小，每次對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角度，再對誤差進(jìn)行修正，反復(fù)幾次，極大地影響生產(chǎn)效率。

中國外圓磨床產(chǎn)業(yè)集中于生產(chǎn)效率低下的勞動力密集型產(chǎn)品。技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家。國產(chǎn)磨床數(shù)控技術(shù)發(fā)展落后是因?yàn)樗鼘?shù)控系統(tǒng)的特殊要求。全自動，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，改變工件的直徑和形狀。外圓磨床屬于精度較高的機(jī)床，對基臺、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Y軸運(yùn)動，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。

（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，軸定位精度要很高。

（3）砂輪可以實(shí)現(xiàn)手動修補(bǔ)和自動修補(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，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，基于臺達(dá)機(jī)電自動化產(chǎn)品完全可以滿足高精度的要求。全自動數(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 全自動砂輪精確修補(bǔ)

4.1砂輪磨耗補(bǔ)償功能

自動修補(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，只要對刀即可！）

；主程序?yàn)椋菏状涡奚拜?br />
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
；將對刀X點(diǎn)重新記入（含修補(bǔ)量）
M99
；子程序?yàn)?
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)椋虚g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，提高國產(chǎn)磨床的市場競爭力。