數(shù)控系統(tǒng)及其在平磨中的應(yīng)用 【摘要】介紹數(shù)控系統(tǒng)在平面磨床上應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 關(guān)鍵詞 數(shù)控系統(tǒng) 平面磨床 一、引言 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、一機(jī)多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的主要功能幾乎全由軟件來實現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。 制造業(yè)的竟?fàn)幰褟脑缙诮档蛣趧恿Τ杀?、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的竟?fàn)?，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的竟?fàn)?，將面臨知識——技術(shù)——產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識不斷加強(qiáng)。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得竟?fàn)幒蜕?、發(fā)展的主要手段。計算機(jī)信息技術(shù)和制造自動化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)機(jī)床中所占比例將越來越多。 二、數(shù)控平磨現(xiàn)狀及主要數(shù)控系統(tǒng) 平面磨床相對于車床、銑床等采用數(shù)控系統(tǒng)較晚，因為它對數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求。近十幾年來，借助CNC技術(shù)，磨床上砂輪的連續(xù)修整，自動補(bǔ)償，自動交換砂輪，多工作臺，自動傳送和裝夾工件等操作功能得以實現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)在平面磨床上逐步普及。在近年漢諾威、東京、芝加哥、及國內(nèi)等大型機(jī)床展覽會上，CNC磨床在整個磨床展品中已占大多數(shù)，如德國BLOHM公司，ELB公司等著名磨床制造廠已經(jīng)不再生產(chǎn)普通磨床，日本的岡本、日興等公司也成批生產(chǎn)全功能CNC平磨，在開發(fā)高檔數(shù)控平磨的同時，積極發(fā)展中、低檔數(shù)控平磨。 前幾年德國ELB公司生產(chǎn)的BRILLIANT系列二坐標(biāo)CNC成型磨床，其垂直和橫向為數(shù)控軸，縱向為液壓控制，砂輪修整采用安裝在工作臺上的金剛石滾輪，適用范圍較廣；SUPER-BRILLIANT系列是三坐標(biāo)CNC平面和成型磨床，床身用天然花崗巖制成，幾何精度極高，導(dǎo)軌用直線滾動導(dǎo)軌，機(jī)械驅(qū)動無反沖，從而保證工件有較好的表面光潔度；BRILLIANT-FUTURE為以上二個系列的改進(jìn)產(chǎn)品，床身用人造花崗巖制作，縱向用靜壓導(dǎo)軌，齒形帶傳動，垂直和橫向?qū)к墳轭A(yù)加荷直線滾動導(dǎo)軌，滾珠絲杠傳動，三軸CNC控制AC伺服電機(jī)，0.5μm的測量分辯率。同時ELB公司開發(fā)了具有當(dāng)代最新技術(shù)的磨床產(chǎn)品，即以機(jī)電一體化和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的CAM-MASTER系列柔性磨加工單元，CAD-MASTER系列和COMPACT-MASTER系列磨削加工中心，控制軸最多可達(dá)到24軸，另外由于全面推行模塊化設(shè)計，使專用磨床制造周期縮短，ELB公司還開發(fā)了多種高效專用磨床，如SFVG100/2專用磨床，具有可傾斜磨頭，連續(xù)修整，緩進(jìn)給，斜切入磨削功能，用十一根CNC控制軸，如同一臺磨加工中心。英國JONES&SHIPMAN公司與美國A-B公司開發(fā)了A-B8600數(shù)控系統(tǒng)用于FORMAT5型數(shù)控平磨，由CNC控制液壓閥，驅(qū)動縱向可調(diào)速運(yùn)動，橫向與磨頭進(jìn)給用滾珠絲杠副，直流伺服電機(jī)驅(qū)動，間斷式砂輪修整，CRT圖形模擬顯示。同時還可以配用其他型號的數(shù)控系統(tǒng)，以滿足不同用戶的要求。 目前，隨半導(dǎo)體集成度的不斷提高，新推出的系統(tǒng)在外型上越來越小，結(jié)構(gòu)上越來越緊湊，功能上增加了遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)等等；操作界面向WINDOWS系統(tǒng)靠近，增加鼠標(biāo)，搖控器等操作件。FANUC公司今年主要推出18I、16I、20I、21I系統(tǒng)，SIEMENS是840D、810D、802D均為結(jié)構(gòu)緊湊型系統(tǒng)。還有一些廠商如：臺灣精密機(jī)械研究發(fā)展中心開發(fā)的PA8000NT系列CNC控制器，就使用了WINDOWS NC操作系統(tǒng)，和NT即時多工處理核心，單節(jié)程序處理速度達(dá)2000塊/秒，單節(jié)預(yù)讀處理數(shù)可達(dá)1000塊，具有AART（預(yù)適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)）及參數(shù)最佳化學(xué)習(xí)功能，可使跟隨誤差趨近于零，軟件加工路徑濾波器可降低切削過程中，因加速度變化過大所產(chǎn)生的機(jī)械共振，從而改善表面粗糙度；配用伺服靈活，具備+、-10V類比伺服界面，同時提供國際標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS數(shù)字伺服通訊界面；PLC程序設(shè)計有梯形圖、結(jié)構(gòu)語句、功能塊、指令碼、流程圖等五種語法，便于設(shè)計、溝通和維護(hù)；具有計算機(jī)遠(yuǎn)程通訊，即時遠(yuǎn)程維護(hù)功能；控制軸和主軸最多可擴(kuò)展到64軸，I/O點(diǎn)可擴(kuò)展到792/528點(diǎn)，采用奔騰處理器，高速PLC處理速度達(dá)到25K。 世界上除有名的SIEMENS、FANUC等數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)廠已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)了許多適用于平面或成型磨削的系統(tǒng)外，一些平磨生產(chǎn)廠本身也積極開發(fā)了適用于其磨床的數(shù)控系統(tǒng)。主要有： 西門子公司的SINUMERIK 840D 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有二十多根伺服軸，坐標(biāo)連續(xù)行程控制，手動數(shù)據(jù)輸入或通過外部計算機(jī)輸入，遠(yuǎn)程診斷，可隨砂輪直徑減小而變化行程，砂輪修整量自動補(bǔ)償，滾珠絲杠間隙誤差補(bǔ)償?shù)取? 西門子3G系統(tǒng)是專為磨削加工而開發(fā)的，裝有用來人機(jī)對話的操作提示裝置，在軸線傾斜時，也可進(jìn)行直線和圓弧插補(bǔ)，在磨削中經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行循環(huán)，如主軸擺動，用外部信號中斷執(zhí)行程序，砂輪切入，砂輪修整等專用準(zhǔn)備功能，編制固定循環(huán)程序。其不僅能使用外部測量裝置（開關(guān)信號），還能當(dāng)連接上一個合適的測量頭時能直接去控制裝置與最終尺寸進(jìn)行比較。 美國ALLEY-BRANDLY公司生產(chǎn)的8400CNC、8600CNC數(shù)控系列，適用于車床、銑床和磨床，其8400CNC最多可控制6根伺服軸，任2軸可進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，任3軸可進(jìn)行螺旋線插補(bǔ)，6軸直線插補(bǔ)。8600CNC系列最多能控制17個坐標(biāo)，包括8個參與插補(bǔ)軸，8個位控制軸及1個主軸，具有圖形顯示，擴(kuò)展分支程序，顯示加工時間，高速程序校驗，刀具壽命監(jiān)測等功能。 日本FANUC公司開發(fā)了OG高速高性能數(shù)控系統(tǒng)，其中O-GSG適用于平面磨床，可根據(jù)磨削零件不同形狀，有四種不同的磨削方法，具有砂輪軸角度傾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、無火花磨削一整套磨削循環(huán)，砂輪滾壓修整后位置補(bǔ)償功能，修整器相對于被修整輪法線方向控制功能，修整滾輪外緣圓弧半徑補(bǔ)償功能，砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數(shù)顯示等，系統(tǒng)最小設(shè)定單位0.1μm，屬“緊湊”型數(shù)控系統(tǒng)，價格較低。 另外還有如德國ELB公司與大學(xué)聯(lián)合研制的UNICON系統(tǒng)。日本大隈鐵工所OSP5000G-G，OSP30-NF等自行開發(fā)的平面和成型磨削數(shù)控系統(tǒng)，其OSP5000G-G最多可控制9個坐標(biāo)，其中6個坐標(biāo)可聯(lián)動，帶12英寸彩顯，人機(jī)對話編程，自動確定切削系數(shù)，可采用軟盤輸入，納入FMS系統(tǒng)，最小脈沖當(dāng)量、移動當(dāng)量和檢測當(dāng)量均為0.1μm，平磨上還采用了感應(yīng)同步器全閉環(huán)方式。 還有的平磨制造廠雖采用數(shù)控主機(jī)廠的系統(tǒng)，但自行開發(fā)軟件，使用之更適合平面和成型磨削，如德國JUNG公司以西門子SINUMERIK 810 為基礎(chǔ)，采用該公司專用軟件，用JUNG KONTUR 編程語言對砂輪進(jìn)行成型修整，并有圖形輔助操作功能。日本岡本公司在FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)硬件上，開發(fā)了OPL語言用于磨削加工，等等。 當(dāng)今直線電機(jī)、動平衡等技術(shù)、工藝的日益發(fā)展應(yīng)有，又大大提高了機(jī)床的工效，適宜的測量技術(shù)應(yīng)用對數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)利用，增強(qiáng)機(jī)床的電氣自動控制功能如虎添翼。 三、國內(nèi)數(shù)控平磨的發(fā)展 我國從80年代開始生產(chǎn)數(shù)控平面磨床，各開發(fā)廠家分別走過了自行研制，與大學(xué)及科研單位合作開發(fā)至直接引進(jìn)成熟數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展道路。例如：杭州機(jī)床廠是一家具有五十年歷史，專業(yè)生產(chǎn)平面磨床的制造廠，它從80年代中期開始生產(chǎn)數(shù)控平磨，先后開發(fā)生產(chǎn)了MGK7132臥軸矩臺高精度平磨，MK7130系列普通數(shù)控平磨，MLK7140數(shù)控緩進(jìn)給成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150臥軸矩臺數(shù)控平磨，MKY7760立軸數(shù)控雙端面磨，MKY7660、MKY7650/101臥軸數(shù)控雙端面磨，以及HZ-K1610，HZ-K2010，HZ-050 CNC，HZ-KD2010、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020等專用數(shù)控龍門式平面與導(dǎo)軌磨床。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，有與大專院校及科研單位合作研制的單板機(jī)系統(tǒng)，也有自行開發(fā)的以單片機(jī)為主機(jī)的簡易控制系統(tǒng)，及采用數(shù)控主機(jī)廠生產(chǎn)的成熟數(shù)控系統(tǒng)等。 其生產(chǎn)的MGK7120高精度平磨，采用了日本FANUC公司的POWER MATE-D雙軸數(shù)控系統(tǒng)，控制磨頭進(jìn)給，最小進(jìn)給量0.1μm，具有自動完成磨削循環(huán)功能。 MKY7650/101全自動數(shù)控雙端面磨床是與意大利VIOTTO公司技術(shù)合作產(chǎn)品，采用西門子SIMATIC S5-115U可編程控制器控制，CRT顯示，機(jī)床的左、右磨頭由二軸直流伺服電機(jī)驅(qū)動，機(jī)床能進(jìn)行手動調(diào)整和自動磨削循環(huán)選擇。配有意大利馬爾波斯E9型測量系統(tǒng)，二個測量頭，一個測量砂輪，將砂輪磨損量反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)行砂輪補(bǔ)償；另一個測量頭測量磨削后的工件，并將測量結(jié)果輸入控制系統(tǒng)，由伺服電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)給；左、右磨頭用VIOTTO光柵作位置測量控制，實現(xiàn)了整機(jī)從工件上料到磨削完畢的全閉環(huán)和全自動加工。 HZ-050CNC數(shù)控直線滾動導(dǎo)軌專用磨床，是為上海市科技結(jié)合生產(chǎn)重點(diǎn)工業(yè)項目第三次科技攻關(guān)項目而開發(fā)的專用磨床。既具有平面磨削功能又有成型磨削功能，它采用了美國A-B公司生產(chǎn)的8400MP數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床有7根數(shù)控軸，X、Y、Z三根磨頭進(jìn)給軸和U、V、W三根砂輪修整軸由系統(tǒng)直接控制，另一軸Q為臥式砂輪橫向進(jìn)給（磨削平面用）通過SLC可編程控制器加IMC定位模塊，由系統(tǒng)I/O口輸入8400MP主機(jī)，控制其位置，具有在磨削中連續(xù)修整砂輪或間隙式砂輪修整補(bǔ)償進(jìn)給等自動加工能力。 HZ-KD2010六軸數(shù)控龍門式雙磨頭平面磨床，采用FANUC-0MC數(shù)控系統(tǒng)，用四根CNC軸分別控制兩個磨頭的橫向和垂直進(jìn)給，用一根PMC軸控制周邊磨頭的砂輪修整器金剛筆進(jìn)給，另一根PMC軸控制萬能磨頭的分度旋轉(zhuǎn)。充分利用了系統(tǒng)性能，降低生產(chǎn)成本，提高了機(jī)床的性價比。 四、我廠數(shù)控磨床的發(fā)展展望 我廠數(shù)控磨床發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)具有了相當(dāng)?shù)膶嵙?，作為主機(jī)生產(chǎn)廠，我們的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有開發(fā)，已經(jīng)走過了從完全依賴系統(tǒng)供應(yīng)商到自己初步具有一般開發(fā)能力的過程，但數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用尚在提高機(jī)械傳動鏈性能、替代機(jī)械手輪、簡單加工循環(huán)階段，與先進(jìn)水平相比，還有著許多差距，在機(jī)床的精度、自動化功能、加工效率、可靠性等方面都有許多需要提高、突破的問題，有待解決。我認(rèn)為應(yīng)該對廠目前生產(chǎn)的各類產(chǎn)品的各種結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的使用工藝加以總結(jié)，分析其長短得失，產(chǎn)品究競要實現(xiàn)怎樣的自動功能，如何逐步發(fā)展有個規(guī)劃，以利學(xué)習(xí)和工作；重視數(shù)控軟件的開發(fā)，有條件引進(jìn)技術(shù)或外派學(xué)習(xí)，跟上發(fā)展潮流，硬件上結(jié)合市場需要，在產(chǎn)品制造中將新技術(shù)、新功能逐項實踐應(yīng)用，以縮小與世界先進(jìn)水平的差距。 隨著數(shù)控系統(tǒng)性能與可靠性的提高，價格更趨合理，使數(shù)控磨床與普通磨床的比價為廣大用戶所接受，同時隨著先進(jìn)制造與自動化技術(shù)在生產(chǎn)中的要求提高，數(shù)控磨床的使用也將越來越廣泛。數(shù)控平磨及其它磨床將向加工柔性更好的高檔磨加工中心和更加高效的專用數(shù)控磨床方向發(fā)展。我們相信伴隨著計算機(jī)、信息技術(shù)革命的深入，數(shù)控磨床在其智能化、系統(tǒng)信息控制等方面，將會有很大的進(jìn)步。如何緊跟歷史前進(jìn)的步伐，找到適合于我們自己特點(diǎn)的發(fā)展道路，尋找技術(shù)進(jìn)步的突破點(diǎn)，是我們工作的重點(diǎn)，因為這是關(guān)系到企業(yè)未來發(fā)展及生存的關(guān)鍵問題。