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數控系統在平面磨床中的應用

 

一、引言

  现代工业生产中,中、小批量零件的生产占産品数量的比例越来越高,零件的复杂性和精度要求迅速提高,传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求,而数控机床具有高精度、高效率、一机多用,可以完成复杂型面加工的特点,特别是计算机技 术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中,数控装置的主要功能几乎全由软件来实现,硬件几乎能通用,从而使其更具加工柔性,功能更加强大。

  制造业的竟争已从早期降低劳动力成本、産品成本,提高企业整体效率和质量的竟争,发展到全面满足顾客要求、积极开发新産品的竟争,将面临知识——技术——産品的更新周期越来越短,産品批量越来越小,而对质量、性能的要求更高,同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竟争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密,作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。

  二、數控平磨現狀及主要數控系統

  平面磨床相對于車床、銑床等采用數控系統較晚,因爲它對數控系統的特殊要求。近十幾年來,借助CNC技術,磨床上砂輪的連續修整,自動補償,自動交換砂輪,多工作台,自動傳送和裝夾工件等操作功能得以實現,數控技術在平面磨床上逐步普及。在近年漢諾威、東京、芝加哥、及國內等大型機床展覽會上,CNC磨床在整個磨床展品中已占大多數,如德國BLOHM公司,ELB公司等著名磨床制造廠已經不再生産普通磨床,日本的岡本、日興等公司也成批生産全功能CNC平磨,在開發高檔數控平磨的同時,積極發展中、低檔數控平磨。

  前幾年德國ELB公司生産的二坐標CNC成型磨床,其垂直和橫向爲數控軸,縱向爲液壓控制,砂輪修整采用安裝在工作台上的金剛石滾輪,適用範圍較廣;SUPER系列是三坐標CNC平面和成型磨床,床身用天然花崗岩制成,幾何精度極高,導軌用直線滾動導軌,機械驅動無反沖,從而保證工件有較好的表面光潔度。

  BRILLIANT为以上二个系列的改进産品,床身用人造花岗岩制作,纵向用静压导轨,齿形带传动,垂直和横向导轨为预加荷直线滚动导轨,滚珠丝杠传动,三轴CNC控制AC伺服电机,0.5μm的测量分辩率。同时ELB公司开发了具有当代最新技术的磨床産品。

  即以機電一體化和計算機技術爲基礎的CAM系列柔性磨加工單元,CAD系列和COM系列磨削加工中心,控制軸最多可達到24軸。另外由于全面推行模塊化設計,使專用磨床制造周期縮短,ELB公司還開發了多種高效專用磨床,如SFVG100/2專用磨床,具有可傾斜磨頭,連續修整,緩進給,斜切入磨削功能,用十一根CNC控制軸,如同一台磨加工中心。

  英國JONES&SHIPMAN公司與美國A-B公司開發了A-B8600數控系統用于FORMAT5型數控平磨,由CNC控制液壓閥,驅動縱向可調速運動,橫向與磨頭進給用滾珠絲杠副,直流伺服電機驅動,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控系統,以滿足不同用戶的要求。

  目前,隨半導體集成度的不斷提高,新推出的系統在外型上越來越小,結構上越來越緊湊,功能上增加了遠程通訊,遠程診斷,多機聯網等等;操作界面向WINDOWS系統相近,增加鼠標,搖控器等操作件。FANUC公司今年主要推出18I、16I、20I、21I系統,SIEMENS是840D、810D、802D均爲結構緊湊型系統。

  还有一些厂商如:台湾精密机械研究发展中心开发的PA8000NT系列CNC控制器,就使用了WINDOWS NC操作系统,和NT即时多工处理核心,单节程序处理速度达2000块/秒,单节预读处理数可达1000块,具有AART(预适应调节技术)及参数最佳化学习功能,可使跟随误差趋近于零,软件加工路径滤波器可降低切削过程中,因加速度变化过大所产生的机械共振,从而改善表面粗糙度;配用伺服灵活,具备+、-10V类比伺服界面,同时提供国际标准的数字伺服通讯界面。

  PLC程序設計有梯形圖、結構語句、功能塊、指令碼、流程圖等五種語法,便于設計、溝通和維護;具有計算機遠程通訊,即時遠程維護功能;控制軸和主軸最多可擴展到64軸,I/O點可擴展到792/528點,采用奔騰處理器,高速PLC處理速度達到25K。

  世界上除有名的等數控系統專業廠已經開發生産了許多適用于平面或成型磨削的系統外,一些平磨生産廠本身也積極開發了適用于其磨床的數控系統。主要有:

  西門子公司的840D系統具有二十多根伺服軸,坐標連續行程控制,手動數據輸入或通過外部計算機輸入,遠程診斷,可隨砂輪直徑減小而變化行程,砂輪修整量自動補償,滾珠絲杠間隙誤差補償等。

  西門子3G系統是專爲磨削加工而開發的,裝有用來人機對話的操作提示裝置,在軸線傾斜時,也可進行直線和圓弧插補,在磨削中經常出現的運行循環,如主軸擺動,用外部信號中斷執行程序,砂輪切入,砂輪修整等專用准備功能,編制固定循環程序。其不僅能使用外部測量裝置(開關信號),還能當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行比較。

  美國公司生産的8400CNC、8600CNC數控系列,適用于車床、銑床和磨床,其8400CNC最多可控制6根伺服軸,任2軸可進行圓弧插補,任3軸可進行螺旋線插補,6軸直線插補。8600CNC系列最多能控制17個坐標,包括8個參與插補軸,8個位控制軸及1個主軸,具有圖形顯示,擴展分支程序,顯示加工時間,高速程序校驗,刀具壽命監測等功能。

  日本公司開發了OG高速高性能數控系統,其中O-GSG適用于平面磨床,可根據磨削零件不同形狀,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,砂輪滾壓修整後位置補償功能,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償功能,砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數顯示等,系統最小設定單位0.1μm,屬“緊湊”型數控系統,價格較低。

  另外還有如德國公司與大學聯合研制的系統。日本大隈鐵工所OSP30-NF等自行開發的平面和成型磨削數控系統,其OSP5000G-G最多可控制9個坐標,其中6個坐標可聯動,帶12英寸彩顯,人機對話編程,自動確定切削系數,可采用軟盤輸入,納入FMS系統,最小脈沖當量、移動當量和檢測當量均爲0.1μm,平磨上還采用了感應同步器全閉環方式。

  还有的平磨制造厂虽采用数控主机厂的系统,但自行开发软件,使用之更适合平面和成型磨削,如德国公司以西门子810为基础,采用该公司专用软件,用JUNG KONTUR 编程语言对砂轮进行成型修整,并有图形辅助操作功能。日本冈本公司在FANUC公司数控系统硬件上,开发了OPL语言用于磨削加工,等等。

  當今直線電機、動平衡等技術、工藝的日益發展應有,又大大提高了機床的工效,適宜的測量技術應用對數控系統的開發利用,增強機床的電氣自動控制功能如虎添翼。

  三、國內數控平磨的發展

  我國從80年代開始生産數控平面磨床,各開發廠家分別走過了自行研制,與大學及科研單位合作開發至直接引進成熟數控系統的發展道路。

  例如:国内某机床厂是一家具有五十年历史,专业生产平面磨床的制造厂,它从80年代中期开始生产数控平磨,先后开发生产了MGK7132卧轴矩台高精度平磨,MK7130系列普通数控平磨,MLK7140数控缓进给成型磨,MGK7120、MK7163、MK7150卧轴矩台数控平磨,MKY7760立轴数控双端面磨,MKY7660、MKY7650/101卧轴数控双端面磨,以及HZ-K1610,HZ-K2010,HZ-050 CNC,HZ-KD2010、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020等专用数控龙门式平面与导轨磨床。

  數控系統的開發應用,有與大專院校及科研單位合作研制的單板機系統,也有自行開發的以單片機爲主機的簡易控制系統,及采用數控主機廠生産的成熟數控系統等。

  其生産的MGK7120高精度平磨,采用了日本公司的雙軸數控系統,控制磨頭進給,最小進給量0.1μm,具有自動完成磨削循環功能。

  MKY7650/101全自动数控双端面磨床是与意大利公司技术合作産品,采用西门子可编程控制器控制,CRT显示,机床的左、右磨头由二轴直流伺服电机驱动,机床能进行手动调整和自动磨削循环选择。配有意大利马尔波斯E9型测量系统,二个测量头,一个测量砂轮,将砂轮磨损量反馈给控制系统,进行砂轮补偿;另一个测量头测量磨削后的工件,并将测量结果输入控制系统,由伺服电机进行补偿进给;左、右磨头用光栅作位置测量控制,实现了整机从工件上料到磨削完毕的全闭环和全自动加工。

  HZ-050CNC數控直線滾動導軌專用磨床,是爲上海市科技結合生産重點工業項目第三次科技攻關項目而開發的專用磨床。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公司生産的8400MP數控系統,機床有7根數控軸,X、Y、Z三根磨頭進給軸和U、V、W三根砂輪修整軸由系統直接控制,另一軸Q爲臥式砂輪橫向進給(磨削平面用)通過SLC可編程控制器加IMC定位模塊,由系統I/O口輸入8400MP主機,控制其位置,具有在磨削中連續修整砂輪或間隙式砂輪修整補償進給等自動加工能力。

  HZ-KD2010六軸數控龍門式雙磨頭平面磨床,采用FANUC-0MC數控系統,用四根CNC軸分別控制兩個磨頭的橫向和垂直進給,用一根PMC軸控制周邊磨頭的砂輪修整器金剛筆進給,另一根PMC軸控制萬能磨頭的分度旋轉。充分利用了系統性能,降低生産成本,提高了機床的性價比。

  四、國內數控磨床的發展展望

  國內數控磨床發展到現在,已經具有了相當的實力,已經走過了從完全依賴系統供應商到自己初步具有一般開發能力的過程,但數控系統的應用尚在提高機械傳動鏈性能、替代機械手輪、簡單加工循環階段,與先進水平相比,還有著許多差距,在機床的精度、自動化功能、加工效率、可用性等方面都有許多需要提高、突破的問題,有待解決。

  我认为应该对国内目前生产的各类産品的各种结构、産品的使用工艺加以总结,分析其长短得失,産品究竞要实现怎样的自动功能,如何逐步发展有个规划,以利学习和工作;重视数控软件的开发,有条件引进技术或外派学习,跟上发展潮流,硬件上结合市场需要,在産品制造中将新技术、新功能逐项实践应用,以缩小与世界先进水平的差距。

  隨著數控系統性能的提高,價格更趨合理,使數控磨床與普通磨床的比價爲廣大用戶所接受,同時隨著先進制造與自動化技術在生産中的要求提高,數控磨床的使用也將越來越廣泛。數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控磨床方向發展。我們相信伴隨著計算機、信息技術革命的深入,數控磨床在其智能化、系統信息控制等方面,將會有很大的進步。如何緊跟曆史前進的步伐,找到適合于我們自己特點的發展道路,尋找技術進步的突破點,是我們工作的重點,因爲這是關系到企業未來發展及生存的關鍵問題。

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