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(jì)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(shí)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?dòng)力成本、產(chǎn)品成本,提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的竟?fàn)帲l(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(shí)——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(duì)質(zhì)量、性能的要求更高,同時(shí)社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識(shí)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密,作為自動(dòng)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(duì)于車床、銑床等采用數(shù)控系統(tǒng)較晚,因?yàn)樗鼘?duì)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(dòng)補(bǔ)償,自動(dòng)交換砂輪,多工作臺(tái),自動(dòng)傳送和裝夾工件等操作功能得以實(shí)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(guó)內(nèi)等大型機(jī)床展覽會(huì)上,CNC磨床在整個(gè)磨床展品中已占大多數(shù),如德國(guó)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(shí),積極發(fā)展中、低檔數(shù)控平磨。
前幾年德國(guó)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?yàn)閿?shù)控軸,縱向?yàn)橐簤嚎刂�,砂輪修整采用安裝在工作臺(tái)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(dòng)導(dǎo)軌,機(jī)械驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng),垂直和橫向?qū)к墳轭A(yù)加荷直線滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾珠絲杠傳動(dòng),三軸CNC控制AC伺服電機(jī),0.5μm的測(cè)量分辯率。同時(shí)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(jì)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(jì),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(tái)磨加工中心。英國(guó)JONES&SHIPMAN公司與美國(guó)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(dòng)縱向可調(diào)速運(yùn)動(dòng),橫向與磨頭進(jìn)給用滾珠絲杠副,直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),間斷式砂輪修整,CRT圖形模擬顯示。同時(shí)還可以配用其他型號(hào)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(tái)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WINDOWSNC操作系統(tǒng),和NT即時(shí)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(shí)提供國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS數(shù)字伺服通訊界面;PLC程序設(shè)計(jì)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(jì)、溝通和維護(hù);具有計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊,即時(shí)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SINUMERIK840D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(dòng)數(shù)據(jù)輸入或通過外部計(jì)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(dòng)補(bǔ)償,滾珠絲杠間隙誤差補(bǔ)償?shù)取?/p>
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(duì)話的操作提示裝置,在軸線傾斜時(shí),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(dòng),用外部信號(hào)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(cè)量裝置(開關(guān)信號(hào)),還能當(dāng)連接上一個(gè)合適的測(cè)量頭時(shí)能直接去控制裝置與最終尺寸進(jìn)行比較。
美國(guó)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(gè)坐標(biāo),包括8個(gè)參與插補(bǔ)軸,8個(gè)位控制軸及1個(gè)主軸,具有圖形顯示,擴(kuò)展分支程序,顯示加工時(shí)間,高速程序校驗(yàn),刀具壽命監(jiān)測(cè)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(duì)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(jià)格較低。
另外還有如德國(guó)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(gè)坐標(biāo),其中6個(gè)坐標(biāo)可聯(lián)動(dòng),帶12英寸彩顯,人機(jī)對(duì)話編程,自動(dòng)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(dòng)當(dāng)量和檢測(cè)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(guó)JUNG公司以西門子SINUMERIK810為基礎(chǔ),采用該公司專用軟件,用JUNGKONTUR編程語言對(duì)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(dòng)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(cè)量技術(shù)應(yīng)用對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)利用,增強(qiáng)機(jī)床的電氣自動(dòng)控制功能如虎添翼。
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