数控工具磨床的数控系统改造

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1前言数控工具磨床，特别是多轴数控、多轴联动的数控工具磨床是高效、高质量磨削制造精密、复杂形状刀具的高、精、尖关键设备，也是各类数控机床中结构较复杂、自动化程度高、精度和可靠性要求高的机电一体化高技术产品，其研究开发具有相当的技术难度。采用数控工具磨床对刀具进行磨削加工必须依靠刀具磨削加工技术和编程技术，而各种复杂形状刀具的磨削加工技术和编程软件，目前在国外也属于专利技术或保密技术。正因为如此，目前世界上也只有少数厂商能够生产高性能的数控工具磨床。为了提高我国的刀具制造工艺水平和质量，国内一些刀具生产厂家和应用厂家从国外引进了数控工具磨床，这些数控机床经过相当长时间的使用后，其主机性能基本完好，仍可使用，而其数控系统则已经远远落后于现代数控系统技术，属于已淘汰产品。国内也有一些厂家研制开发了数控工具磨床，但由于采用的是主机自行制造、数控系统靠引进，这种数控工具磨床产品不但成本很高，而且由于通用的c系统没有集成刀具磨削加工技术和编程软件，难以实现刀具(特别是复杂刀具)的磨削加工。因此，对这些国产的数控工具磨床的数控系统也必须进行改造。上述数控系统改造通常采用国外数控工具磨床生产厂家最新的专用数控系统。这种改造方案虽有技术成熟，风险小，可靠性有保证的优点，也有价格昂贵，工艺编程针对性差等多方面缺陷。华中2000型工具磨床专用数控系统，是在国家"八五"重点攻关项目"数控万能工具磨床产品开发"科研成果的基础上，成功开发的用于各种回转刀具磨削加工的集成化c系统。采用该系统，则可以很好地解决以上问题，费用还低。2改造后数控系统的功能和结构

系统基本功能通用数控系统功能系统保留了原通用数控系统的基本功能，如最多16轴数控9轴联动的轴控制功能，程序校验功能，mdi功能，直线、圆弧、螺旋线插补功能，m、s、t功能，故障诊断显示功能，内嵌式plc功能等。自动数控编程功能该系统的最大特点就是在标准通用数控系统的基础上，集成了刀具磨削加工编程软件，直接在c系统上以图形菜单方式输入被磨刀具的结构尺寸与加工工艺，即可自动编程和加工，实现了编程加工一体化。刀具测量和自动对刀功能在本系统将刀具测量功能集成在数控系统中。在刀具数控磨削加工中，自动对刀解决了手工对刀繁琐、精度差的问题。系统硬件结构经过改造后的数控系统的硬件结构如图1所示，主要由计算机数控单元、伺服驱动单元(包括电机)和测量单元三个部分组成。



图4所改造的数控工具磨床

3数控系统改造实例如图4所示为国内某飞机制造厂从德国引进的walter公司生产的helitronic30nc数控工具磨床，该磨床具有5个机床运动轴(x、y、z、a、b)，可实现3轴(x、z、a)数控两轴(x、a)联动，其余两轴(y、b)为手动轴。该工具磨床实际上为手动/自动两用机床，手动操作方式下可完成内、外圆磨削简单功能；自动加工方式下，系统固化有三个自动加工程序，分别为：①外圆磨程序；②直齿圆柱刀具分度磨削程序；③螺旋齿圆柱刀具(分度)磨削程序。改造之前，该工具磨床主要存在以下缺陷和问题：①机床操作和控制完全通过面板上的按钮进行，相当繁琐、复杂；②不能实现三轴联动；③只能按照固有的三个程序进行自动加工，不能另外编程加工；④数控系统老化，不能稳定运行。所以，必须对该磨床进行改造。按照前述机床改造技术路线和技术方案，对该工具磨床进行了数控系统改造。主要改造内容包括：硬件改造用华中2000型数控单元替换原来的控制系统硬件；用日本松下交流伺服单元和电机替换原来x、z、a轴步进电机和驱动单元；增装刀具测量和对刀装置；保留原有机床的主轴单元和液压系统。软件改造用华中2000型工具磨床专用数控系统替换原来的控制系统。

工具磨床经过数控系统改造后，功能和技术特点为：机床可实现三轴(x、z、a)联动；可进行各种铣刀的后刀面磨削加工；直接在c上以图形菜单方式输入被磨刀具的参数和加工工艺即可进行加工或修磨，实现了编程加工一体化；具有刀具几何形状测量功能，保证各种铣刀后刀面的重磨加工；可在线对砂轮参数、刀具参数、磨削工艺和磨削用量等进行方便的修改，可充分发挥操作者的丰富经验，刀具试磨和修磨过程非常方便；机床运动由计算机控制，实现了真正意义上的程序控制，使操作简单、可靠。机床经过数控系统改造后，进行了系统运行考核和加工实验，成功地实现了对圆柱/圆锥立铣刀、球头铣刀等刀具的后刀面修磨。