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(jī)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(bǔ)是保證磨削加工精度的基本工藝。傳統(tǒng)的砂輪修補(bǔ)工藝通常由人工離線實現(xiàn)。每當(dāng)由于砂輪磨損導(dǎo)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(jìn)行修整再扳至所需角度對產(chǎn)品進(jìn)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(jìn)行修正，反復(fù)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(dá)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(dá)機(jī)電一體化供應(yīng)商成功將兼具開放性及高精度的H4系列數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)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(jī)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(jī)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(yùn)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(dāng)前坐標(biāo)X#6，Y#7，
（2）空磨：即為首次“對刀”記錄X軸坐標(biāo)點(diǎn)之上，為了砂輪防撞而設(shè)定一個位置進(jìn)行磨削。定義為X#8，
（3）粗磨：砂輪軸進(jìn)給量較大的磨削，提高工作速度。
（4）精磨：砂輪軸進(jìn)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(jìn)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(jìn)行砂輪X軸進(jìn)給加工，Y軸不動。
（7）往復(fù)磨：即為砂輪X軸進(jìn)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(shè)計
（1）主軸低速運(yùn)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(bǔ)和自動修補(bǔ)。
（4）可以實現(xiàn)砂輪脫離率補(bǔ)償，金剛筆補(bǔ)償。
（5）加工產(chǎn)品精度在+/-0.002MM以內(nèi)。
3 中達(dá)數(shù)控磨床解決方案
3.1 中達(dá)H4數(shù)控方案
數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)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(jī)械設(shè)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(diǎn)：
（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(jī)功能）。
（3）支持更高階的MACRO宏指令，可靈活的設(shè)計NC程序。
（4）畫面可以自由定義。
（5）分辨率可設(shè)定7位數(shù)，響應(yīng)速度可達(dá)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(dá)A2伺服方案
砂輪進(jìn)給軸選用中達(dá)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(dá)1KW中慣量AB系列伺服系統(tǒng)。
在工件加工過程中，砂輪進(jìn)給軸定位精度要求最高。A2伺服特點(diǎn)如下：
（1）標(biāo)準(zhǔn)配備20-bit（1280000p/rev）編碼器，低速運(yùn)轉(zhuǎn)下實現(xiàn)平穩(wěn)控制機(jī)能。
（2）速度響應(yīng)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(dá)機(jī)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(jī)界面設(shè)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(dá)磨床數(shù)控系統(tǒng)
4 全自動砂輪精確修補(bǔ)
4.1砂輪磨耗補(bǔ)償功能
自動修補(bǔ)砂輪如圖2所示。
圖2自動修砂輪
砂輪修整后補(bǔ)償，即為只是砂輪磨損而系統(tǒng)記<
