數(shù)控系統(tǒng)在平面磨床上的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢

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)控機床具有高精度、高效率、一機多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點，特別是計算機技術(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，功能更加強大。

    制造業(yè)的竟爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的竟爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的竟爭，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、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得竟爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術(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)控機床在生產(chǎn)機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，0.5μm的測量分辯率。同時ELB公司開發(fā)了具有當代最新技術(shù)的磨床產(chǎn)品，即以機電一體化和計算機技術(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)速運動，橫向與磨頭進給用滾珠絲杠副，直流伺服電機驅(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，功能上增加了遠程通訊，遠程診斷，多機聯(lián)網(wǎng)等等；操作界面向WINDOWS系統(tǒng)靠近，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(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即時多工處理核心，單節(jié)程序處理速度達2000塊/秒，單節(jié)預(yù)讀處理數(shù)可達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，同時提供國際標準的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；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，坐標連續(xù)行程控制，手動數(shù)據(jù)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?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(jīng)常出現(xiàn)的運行循環(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(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(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，其中6個坐標可聯(lián)動，帶12英寸彩顯，人機對話編程，自動確定切削系數(shù)，可采用軟盤輸入，納入FMS系統(tǒng)，最小脈沖當量、移動當量和檢測當量均為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SINUMERIK810為基礎(chǔ)，采用該公司專用軟件，用JUNGKONTUR編程語言對砂輪進行成型修整，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。

  當今直線電機、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，增強機床的電氣自動控制功能如虎添翼。