數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化研究
2024-7-19 來源： 浙江杭機股份有限公司 作者：董宏 呂展
摘要：隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控磨床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用。數(shù)控龍門導軌磨床作為數(shù)控磨床的一種常見形式，具有高精度、高效率等優(yōu)點，受到了工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有的數(shù)控龍門導軌磨床存在磨削效率低、磨削質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，需要進一步改進。因此，文章探索數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)，旨在提高其磨削效率和磨削質(zhì)量，以滿足工程領(lǐng)域?qū)Ω呔取⒏咝始庸さ男枨蟆?/span>
關(guān)鍵詞：數(shù)控龍門導軌磨床；導軌磨削；自動化
數(shù)控龍門導軌磨床的用途廣泛，主要用于機械加工、模具制造、航空航天、電子以及光學等領(lǐng)域。通過引進數(shù)控技術(shù)，可以大大提升加工效率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴展產(chǎn)品線。現(xiàn)代數(shù)控龍門導軌磨床已經(jīng)成為制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其應用范圍和市場需求將隨著工況的變化、新材料的出現(xiàn)和可持續(xù)發(fā)展的社會需求不斷擴大和深化。
1、數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)
1.1 磨削自動化技術(shù)的發(fā)展歷程
磨削自動化技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)加工制造行業(yè)帶來了重大變革。最初的磨削工具是人工制造的，由工人手工操控進行磨削。國內(nèi)第一號數(shù)控龍門導軌磨床在20 世紀 60 年代引進，由此開始了我國數(shù)控磨削技術(shù)的發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，磨削自動化技術(shù)不斷發(fā)展。近年來，磨削自動化技術(shù)已經(jīng)取得了飛速發(fā)展。無人工作站自動換刀、自動修整砂輪以及自動調(diào)整磨削參數(shù)等技術(shù)的應用，推進了磨削加工的智能化和自動化發(fā)展。此外，出現(xiàn)了一些高精度、高效以及多功能的磨床，如細加工型智能研磨機床、最小加工直線度可達 0.1 μm 的高速磨削機床等。這些機床不僅精度高，而且操作簡便，工作效率高 [1]。總之，磨削自動化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了不斷迭代和更新，促進了磨削加工的高效率和高精度。
1.2 數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)現(xiàn)狀
在實際工作中，數(shù)控龍門導軌磨床具有精度高、操作簡便以及自動化程度高等優(yōu)點。隨著磨削自動化技術(shù)的不斷更新和完善，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)得到了進一步提升。在生產(chǎn)中，數(shù)控龍門導軌磨床已經(jīng)可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動、自動刀具檢測以及自動磨削等功能。隨著智能化的發(fā)展，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)逐漸向人工智能方向發(fā)展。目前，智能化的自動磨削技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于高檔機床的研究和開發(fā)。未來，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)將會更加完善和智能化，進一步滿足市場需求，提高生產(chǎn)效率 [2]。
1.3 數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)的優(yōu)勢
數(shù)控龍門導軌磨床作為一種高精度的磨削設(shè)備，具有很多優(yōu)勢。
首先，數(shù)控技術(shù)在龍門導軌磨削中的應用可以大大提高磨削精度和磨削效率。數(shù)控技術(shù)采用了先進的控制算法和最新的電氣執(zhí)行元件，可以有效減少機床的振動、噪聲和溫升等問題，有助于實現(xiàn)高質(zhì)量的磨削加工。
其次，數(shù)控龍門導軌磨床具有靈活性和適應性強的特點。它可以根據(jù)不同的加工任務，靈活調(diào)整加工參數(shù)，實現(xiàn)各種形狀和尺寸的加工要求。此外，數(shù)控磨床具有強大的自動化控制功能，能夠自動切換加工程序、完成自動換刀、自動測量和自動補償?shù)炔僮鳌?/font>這種自動化功能極大地提高了加工效率和工作質(zhì)量，同時降低了操作人員的勞動強度。
最后，數(shù)控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)磨削過程中的在線監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷等功能。這是因為數(shù)控系統(tǒng)可以實時采集加工數(shù)據(jù)，通過分析處理判斷磨削過程是否正常運行，并及時發(fā)現(xiàn)和修復故障。這種在線監(jiān)測和質(zhì)量控制機制可以有效提高磨削加工的可靠性和穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率 [3]。
數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化技術(shù)具有精度高、效率高、靈活性強以及質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。這些優(yōu)點為該設(shè)備的應用提供了堅實的技術(shù)支持，也為數(shù)控龍門導軌磨床在航空、汽車等行業(yè)的應用打下了堅實基礎(chǔ)。
2、數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)
2.1 磨削自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成與原理
磨削自動化控制系統(tǒng)是數(shù)控龍門導軌磨床的關(guān)鍵組成部分之一。該系統(tǒng)的構(gòu)成包括軟件和硬件兩大部分。軟件部分主要包括數(shù)控系統(tǒng)、磨削程序以及自動化控制算法等，硬件部分則包括傳感器、執(zhí)行器、控制器以及電氣控制系統(tǒng)等。
首先，磨削自動化控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)是實現(xiàn)磨削自動化的關(guān)鍵之一。該軟件需要實現(xiàn)多軸聯(lián)動、磨削參數(shù)設(shè)置以及磨削控制等功能。其中 ：數(shù)控系統(tǒng)是磨削自動化控制系統(tǒng)的核心，需要實現(xiàn)對每個運動軸的控制和調(diào)節(jié) ；磨削程序負責控制機床加工的具體操作，包括磨削輪的旋轉(zhuǎn)、進給速度的調(diào)節(jié)等 ；自動化控制算法是磨削自動化控制系統(tǒng)的靈魂，需要實現(xiàn)對磨削過程中各項參數(shù)的實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)。
其次，磨削自動化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計是實現(xiàn)磨削自動化的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件部分的設(shè)計要保證磨削過程中各項參數(shù)的準確控制和調(diào)節(jié)，包括傳感器的選擇與布置、執(zhí)行器的機電設(shè)計、控制器的選型和算法設(shè)計等。這些要素的合理選擇和設(shè)計將直接影響整個自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 [4]。
最后，磨削自動化控制系統(tǒng)需要進行實驗研究，以驗證系統(tǒng)的性能和效果，并進一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。實驗研究過程中需要重點考察磨削自動化控制系統(tǒng)在加工生產(chǎn)中的實際應用效果和經(jīng)濟效益，以驗證系統(tǒng)的可行性和實用性。
因此，磨削自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成需要同時考慮軟件和硬件兩方面，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實現(xiàn)該系統(tǒng)的過程中，需要關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)、磨削程序和自動化控制算法等軟件的開發(fā)，以及傳感器、執(zhí)行器、控制器和電氣控制系統(tǒng)等硬件部分的設(shè)計。此外，實驗研究的過程不可或缺，需要對該系統(tǒng)進行全面的驗證和優(yōu)化，以實現(xiàn)實際應用的效益。
2.2 磨削自動化控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)
在數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)中，磨削自動化控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)起到了至關(guān)重要的作用。磨削自動化控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)包括磨削過程參數(shù)控制編程、自動檢測程序編制、加工工藝參數(shù)優(yōu)化以及機床自適應控制等。
首先，磨削過程參數(shù)控制編程。磨削過程參數(shù)的控制編程包括對磨深、磨寬、進給速度以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)的控制。不同工件的加工要求不同，這些參數(shù)需要不同的編程控制。在編寫控制程序時，需要根據(jù)工件不同的加工要求、不同的刀具材料和不同的刀具半徑等進行相應的編程控制。
其次，自動檢測程序編制。自動檢測編程是樣本中心自動檢測技術(shù)的實現(xiàn)基礎(chǔ)。樣本中心技術(shù)通過在加工良品的邊緣隨機選取多個點，計算其位置坐標及對誤差的大小貢獻，確定修正磨削軌跡，并加以修正。在編寫自動檢測程序時，需要結(jié)合磨削過程參數(shù)的控制，實現(xiàn)自動檢測功能。
再次，加工工藝參數(shù)優(yōu)化。加工工藝參數(shù)的優(yōu)化是指通過專業(yè)的加工工藝知識尋找合適的加工參數(shù)，以達到較理想的加工結(jié)果。加工工藝參數(shù)的優(yōu)化需要綜合考慮刀具材料、磨削工藝等多種因素，根據(jù)不同工件的不同加工要求，進行相應加工工藝參數(shù)的優(yōu)化。
最后，機床自適應控制。機床自適應控制是指根據(jù)加工過程中磨削負載情況及機床本身的動態(tài)特性等實時反饋信息，對機床的磨削過程、控制系統(tǒng)和硬件設(shè)備等進行實時監(jiān)測與反饋修正，以提高加工精度。為了實現(xiàn)機床的自適應控制，必須進行相應的軟件設(shè)計，將實時數(shù)據(jù)采集和傳遞的軟件設(shè)計進行相應優(yōu)化。
2.3 磨削自動化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)計十分關(guān)鍵。硬件設(shè)計的主要目標是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸和控制器的動作執(zhí)行，以實現(xiàn)數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化。
在硬件設(shè)計方面，需要確定控制器的基本型號系列，并根據(jù)需要配置相應的輸入輸出模塊、傳感器模塊等。
為了更好地控制龍門導軌磨床的運動軌跡，設(shè)計硬件時采用高精度編碼器進行龍門導軌磨床的運動控制。同時，為了實現(xiàn)設(shè)備的安全控制，在硬件設(shè)計過程中設(shè)計了相應的急停開關(guān)、安全門、限位開關(guān)以及漏電斷路器等安全保護措施。
在數(shù)據(jù)采集方面，選擇多個數(shù)據(jù)采集模塊用于實時采集各種數(shù)據(jù)，如磨削溫度、磨削速度以及磨削力等磨削參數(shù)數(shù)據(jù)。所有采集的數(shù)據(jù)均會通過 PLC 進行處理分析，以實現(xiàn)自動化控制。
在控制器的動作執(zhí)行方面，通過控制器和各種硬件設(shè)備之間的配合，實現(xiàn)對數(shù)控龍門導軌磨床的自動化控制。例如 ：對于主軸的啟停，通過控制主電機的驅(qū)動實現(xiàn)；想要實現(xiàn)對導軌磨削刀架的任意角度調(diào)節(jié)，則需要控制相關(guān)的氣動裝置。
綜上所述，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，是實現(xiàn)設(shè)備自動化磨削控制的重要基礎(chǔ)之一，需要合理配置硬件和設(shè)計相關(guān)的模塊。
2.4 磨削自動化控制系統(tǒng)的實驗研究
實驗研究是通過系統(tǒng)性的實驗驗證技術(shù)的可行性和有效性，進而指導技術(shù)的實際應用。下面重點介紹數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)在實驗研究方面的應用。
首先，對數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)進行功能測試。實驗采用復雜的工件進行測試，通過檢測系統(tǒng)的各項指標和工件磨削情況，驗證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足各項磨削操作的要求，實現(xiàn)了磨削工件的高效率和
高質(zhì)量。
其次，對數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)的運動精度進行測試。實驗通過使用激光干涉儀對系統(tǒng)進行測試，得出系統(tǒng)在運動精度方面的指標數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的運動精度可以滿足磨削操作要求，并可以滿足高精度磨削的需求。
最后，實驗進行了一系列其他測試，包括系統(tǒng)的響應時間、磨削加工效率、自動化工藝指導以及異常情況處理等，指導系統(tǒng)的優(yōu)化和改進。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)經(jīng)過多次調(diào)試和改進，有效提升了效率，可滿足用戶需求。
數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化控制系統(tǒng)的實驗研究是系統(tǒng)性的實驗驗證，可以驗證技術(shù)的可行性和有效性。通過對該控制系統(tǒng)的實驗研究，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的優(yōu)化和改進，提高了磨削工件的效率和質(zhì)量，滿足了用戶需求，可為數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化
研究提供重要的技術(shù)支撐 [5]。
3、數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化發(fā)展展望
隨著數(shù)控技術(shù)和自動化技術(shù)的不斷進步，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化已經(jīng)成為未來磨削加工領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。面對激烈的市場競爭和高質(zhì)量的要求，磨削自動化成為提高生產(chǎn)效率、縮短加工周期、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑。
從目前的發(fā)展趨勢來看，數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化將在以下幾個方面得到廣泛應用。一是加強自動化控制，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的建設(shè)和應用，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。二是提升智能化水平，實現(xiàn)自適應控制、智能檢測、自動調(diào)節(jié)等功能，提高工藝水平和加工精度。三是應用新型材料和先進工藝，開發(fā)高效新型磨削工具和配套技術(shù)，提高設(shè)備加工精度，延長使用壽命。四是推進信息化建設(shè)，實現(xiàn)生產(chǎn)信息化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，提高生產(chǎn)效率和管理水平。
在實現(xiàn)上述發(fā)展方向的過程中，數(shù)控龍門導軌磨床的制造商需要加大技術(shù)研發(fā)力度，提高核心技術(shù)和自主創(chuàng)新能力，努力推進產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型發(fā)展。政府也需要加強政策支持和引導，鼓勵企業(yè)加強合作，形成產(chǎn)、學、研一體化的創(chuàng)新機制，促進行業(yè)健康有序發(fā)展。
數(shù)控龍門導軌磨床的磨削自動化已經(jīng)成為未來磨削加工領(lǐng)域的一個重要發(fā)展趨勢，相信在各方的共同努力下，將會有更多的創(chuàng)新和突破，推動磨削自動化不斷向前發(fā)展。
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