摘 要：本文通過案例設計，闡述基于臺達機電自動化的全自動外圓磨床上砂輪修整和磨耗補償實現(xiàn)。內(nèi)容主要包括：外圓磨削的方法，砂輪的修補方法，磨耗補償?shù)姆绞剑拜喢撾x率補償和金剛筆補償。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控磨床 砂輪脫離率補償 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是保證磨削加工精度的基本工藝。傳統(tǒng)的砂輪修補工藝通常由人工離線實現(xiàn)。每當由于砂輪磨損導致的加工精度超差時，都要把砂輪扳至與工作臺平行的位置對砂輪進行修整再扳至所需角度對產(chǎn)品進行磨削。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，再對誤差進行修正，反復幾次，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)達工業(yè)國家。國產(chǎn)磨床數(shù)控技術(shù)發(fā)展落后是因為它對數(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，中達機電一體化供應商成功將兼具開放性及高精度的H4系列數(shù)控系統(tǒng)應用于磨床。

2 全自動數(shù)控磨床原理

2.1外圓磨床結(jié)構(gòu)

外圓磨床使用兩個伺服軸X、Y。電機帶動夾頭和工件旋轉(zhuǎn)，同時，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，記下當前坐標X#6，Y#7，

（2）空磨：即為首次“對刀”記錄X軸坐標點之上，為了砂輪防撞而設定一個位置進行磨削。定義為X#8，

（3）粗磨：砂輪軸進給量較大的磨削，提高工作速度。

（4）精磨：砂輪軸進給量很少的磨削，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，而只進行砂輪X軸進給加工，Y軸不動。

（7）往復磨：即為砂輪X軸進給一次，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

（4）控制精度：0.001mm。

（5）操作畫面可以自由規(guī)劃。

2.4 全自動功能設計

（1）主軸低速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平滑。

（2）兩軸可以實現(xiàn)聯(lián)動，軸定位精度要很高。

（3）砂輪可以實現(xiàn)手動修補和自動修補。

（4）可以實現(xiàn)砂輪脫離率補償，金剛筆補償。

（5）加工產(chǎn)品精度在+/-0.002MM以內(nèi)。

3 中達數(shù)控磨床解決方案

3.1 中達H4數(shù)控方案

數(shù)控系統(tǒng)選用中達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，可配合更多的機械設計。除了具備通常的數(shù)控基本功能外，此系統(tǒng)還具備以下幾個特點：

（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（防撞機功能）。

（3）支持更高階的MACRO宏指令，可靈活的設計NC程序。

（4）畫面可以自由定義。

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

3.2 中達A2伺服方案

砂輪進給軸選用中達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1KW中慣量AB系列伺服系統(tǒng)。

在工件加工過程中，砂輪進給軸定位精度要求最高。A2伺服特點如下：

（1）標準配備20-bit（1280000p/rev）編碼器，低速運轉(zhuǎn)下實現(xiàn)平穩(wěn)控制機能。

（2）速度響應頻寬為1KW Hz。

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

通過分析，基于臺達機電自動化產(chǎn)品完全可以滿足高精度的要求。全自動數(shù)控磨床人機界面設計如圖1所示。由于每個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中達磨床數(shù)控系統(tǒng)

4 全自動砂輪精確修補

4.1砂輪磨耗補償功能

自動修補砂輪如圖2所示。

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

G10 X# Y# ；設定工件坐標原點。

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

                    

                       圖2自動修砂輪

4.2 修補坐標數(shù)控編程

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

                 

                             圖3 坐標參數(shù)設置

設：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！）

；主程序為：首次修砂輪

o0800(main-pr)
G65 L05 P#200 A#4 B#5 ;#4/#5=#200，修整往復次數(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點重新記入（含修補量）
M99
；子程序為
o0801
G01 U-#5 F800
Y#2
Y#3
M99

4.3 中間修補數(shù)控編程

中間修砂輪 即為工件加工過程中，需要進行砂輪補償。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：
；主程序為，中間修砂輪
o0810(main-pr)
G65 L05 P#210 A#9 B#10 ;#9/#10=#210，修整往復次數(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)揮了中達數(shù)控系統(tǒng)開放以及高精度控制的特點，還表現(xiàn)出伺服快速響應和高分辨率的平穩(wěn)運行優(yōu)勢，提高國產(chǎn)磨床的市場競爭力。