數控系統在平面磨床上的應用現狀與趨勢

一、引言

    現代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數量的比例越來(lái)越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統的普通機床已經(jīng)越來(lái)越難以適應現代化生產(chǎn)的要求，而數控機床具有高精度、高效率、一機多用，可以完成復雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展并廣泛應用于數控系統中，數控裝置的主要功能幾乎全由軟件來(lái)實(shí)現，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(dòng)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(mǎn)足顧客要求、積極開(kāi)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(lái)越短，產(chǎn)品批量越來(lái)越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時(shí)社會(huì )對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏(yíng)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(dòng)化技術(shù)的結合越來(lái)越緊密，作為自動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基礎的數控機床在生產(chǎn)機床中所占比例將越來(lái)越多。

    二、數控平磨現狀及主要數控系統

    平面磨床相對于車(chē)床、銑床等采用數控系統較晚，因為它對數控系統的特殊要求。近十幾年來(lái)，借助CNC技術(shù)，磨床上砂輪的連續修整，自動(dòng)補償，自動(dòng)交換砂輪，多工作臺，自動(dòng)傳送和裝夾工件等操作功能得以實(shí)現，數控技術(shù)在平面磨床上逐步普及。在近年漢諾威、東京、芝加哥、及國內等大型機床展覽會(huì )上，CNC磨床在整個(gè)磨床展品中已占大多數，如德國B(niǎo)LOHM公司，ELB公司等著(zhù)名磨床制造廠(chǎng)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(kāi)發(fā)高檔數控平磨的同時(shí)，積極發(fā)展中、低檔數控平磨。

    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，導軌用直線(xiàn)滾動(dòng)導軌，機械驅動(dòng)無(wú)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，縱向用靜壓導軌，齒形帶傳動(dòng)，垂直和橫向導軌為預加荷直線(xiàn)滾動(dòng)導軌，滾珠絲杠傳動(dòng)，三軸CNC控制AC伺服電機，0.5μm的測量分辯率。同時(shí)ELB公司開(kāi)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計，使專(zhuān)用磨床制造周期縮短，ELB公司還開(kāi)發(fā)了多種高效專(zhuān)用磨床，如SFVG100/2專(zhuān)用磨床，具有可傾斜磨頭，連續修整，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(kāi)發(fā)了A-B8600數控系統用于FORMAT5型數控平磨，由CNC控制液壓閥，驅動(dòng)縱向可調速運動(dòng)，橫向與磨頭進(jìn)給用滾珠絲杠副，直流伺服電機驅動(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的數控系統，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)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(lái)越小，結構上越來(lái)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，SIEMENS是840D、810D、802D均為結構緊湊型系統。還有一些廠(chǎng)商如：臺灣精密機械研究發(fā)展中心開(kāi)發(fā)的PA8000NT系列CNC控制器，就使用了WINDOWSNC操作系統，和NT即時(shí)多工處理核心，單節程序處理速度達2000塊/秒，單節預讀處理數可達1000塊，具有AART（預適應調節技術(shù)）及參數最佳化學(xué)習功能，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(guò)程中，因加速度變化過(guò)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(lèi)比伺服界面，同時(shí)提供國際標準的SERCOS數字伺服通訊界面；PLC程序設計有梯形圖、結構語(yǔ)句、功能塊、指令碼、流程圖等五種語(yǔ)法，便于設計、溝通和維護；具有計算機遠程通訊，即時(shí)遠程維護功能；控制軸和主軸最多可擴展到64軸，I/O點(diǎn)可擴展到792/528點(diǎn)，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等數控系統專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了許多適用于平面或成型磨削的系統外，一些平磨生產(chǎn)廠(chǎng)本身也積極開(kāi)發(fā)了適用于其磨床的數控系統。主要有：

    西門(mén)子公司的SINUMERIK840D系統，該系統具有二十多根伺服軸，坐標連續行程控制，手動(dòng)數據輸入或通過(guò)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(dòng)補償，滾珠絲杠間隙誤差補償等。

    西門(mén)子3G系統是專(zhuān)為磨削加工而開(kāi)發(fā)的，裝有用來(lái)人機對話(huà)的操作提示裝置，在軸線(xiàn)傾斜時(shí)，也可進(jìn)行直線(xiàn)和圓弧插補，在磨削中經(jīng)常出現的運行循環(huán)，如主軸擺動(dòng)，用外部信號中斷執行程序，砂輪切入，砂輪修整等專(zhuān)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(kāi)關(guān)信號），還能當連接上一個(gè)合適的測量頭時(shí)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數控系列，適用于車(chē)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，任3軸可進(jìn)行螺旋線(xiàn)插補，6軸直線(xiàn)插補。8600CNC系列最多能控制17個(gè)坐標，包括8個(gè)參與插補軸，8個(gè)位控制軸及1個(gè)主軸，具有圖形顯示，擴展分支程序，顯示加工時(shí)間，高速程序校驗，刀具壽命監測等功能。

    日本FANUC公司開(kāi)發(fā)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(wú)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(xiàn)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(jià)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。日本大隈鐵工所OSP5000G-G，OSP30-NF等自行開(kāi)發(fā)的平面和成型磨削數控系統，其OSP5000G-G最多可控制9個(gè)坐標，其中6個(gè)坐標可聯(lián)動(dòng)，帶12英寸彩顯，人機對話(huà)編程，自動(dòng)確定切削系數，可采用軟盤(pán)輸入，納入FMS系統，最小脈沖當量、移動(dòng)當量和檢測當量均為0.1μm，平磨上還采用了感應同步器全閉環(huán)方式。

    還有的平磨制造廠(chǎng)雖采用數控主機廠(chǎng)的系統，但自行開(kāi)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(mén)子SINUMERIK810為基礎，采用該公司專(zhuān)用軟件，用JUNGKONTUR編程語(yǔ)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公司數控系統硬件上，開(kāi)發(fā)了OPL語(yǔ)言用于磨削加工，等等。

  當今直線(xiàn)電機、動(dòng)平衡等技術(shù)、工藝的日益發(fā)展應有，又大大提高了機床的工效，適宜的測量技術(shù)應用對數控系統的開(kāi)發(fā)利用，增強機床的電氣自動(dòng)控制功能如虎添翼。