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。內容主要包括：外圓磨削的方法，砂輪的修補方法，磨耗補償的方式，砂輪脫離率補償和金剛筆補償。

關鍵詞：數控磨床 砂輪脫離率補償 H4p-2數控系統 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。傳統的砂輪修補工藝通常由人工離線實現。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，極大地影響生產效率。

　　中國外圓磨床產業集中于生產效率低下的勞動力密集型產品。技術密集型產品明顯落后于發達工業國家。國產磨床數控技術發展落后是因為它對數控系統的特殊要求。全自動，高精度控制的磨床現在的需求量已經越來越多。為全面滿足客戶提高整體效率和質量的要求，中達機電一體化供應商成功將兼具開放性及高精度的H4系列數控系統應用于磨床。

2 全自動數控磨床原理

　　2.1外圓磨床結構

　　外圓磨床使用兩個伺服軸X、Y。電機帶動夾頭和工件旋轉，同時，砂輪也旋轉，工件和砂輪旋轉軸心是平行于X軸的兩個軸，旋轉方向相反，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、數控系統、伺服的要求都比較高。傳統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 工藝系統分析

　　(1)數控系統的基本功能要求——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)聯動軸數：2個

　　(4)控制精度：0.001mm。

　　(5)操作畫面可以自由規劃。

　　2.4 全自動功能設計

　　(1)主軸低速運轉穩定，平滑。

　　(2)兩軸可以實現聯動，軸定位精度要很高。

　　(3)砂輪可以實現手動修補和自動修補。

　　(4)可以實現砂輪脫離率補償，金剛筆補償。

　　(5)加工產品精度在+/-0.002MM以內。

3 中達數控磨床解決方案

　　3.1 中達H4數控方案

　　數控系統選用中達H4數控系統，開放式的系統架構，內含嵌入式可編程PLC，可配合更多的機械設計。除了具備通常的數控基本功能外，此系統還具備以下幾個特點：

　　(1)全功能CNC鍵盤，配合PLC開發，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，響應速度可達1000Kpps。配合編碼器或者光柵檢測，可實現半閉環/全閉環控制，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中慣量伺服驅動系統;水平移料軸選用人中達1KW中慣量AB系列伺服系統。

　　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，低速運轉下實現平穩控制機能。

　　(2)速度響應頻寬為1KW Hz。

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

　　通過分析，基于臺達機電自動化產品完全可以滿足高精度的要求。全自動數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，程序由客戶根據工件尺寸編寫。

圖1中達磨床數控系統

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#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，調用執行“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#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 結束語

　　全自動數控磨床外圓磨床砂輪精確修補功能有效提高產品加工的精度和生產效率。通過產品加工的效果以及系統操作的方便性案例，不但發揮了中達數控系統開放以及高精度控制的特點，還表現出伺服快速響應和高分辨率的平穩運行優勢，提高國產磨床的市場競爭力。