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數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化研究

2024-7-19 來(lái)源：浙江杭機(jī)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(yīng)用。數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床作為數(shù)控磨床的一種常見(jiàn)形式，具有高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)軌磨床存在磨削效率低、磨削質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。因此，文章探索數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)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(dǎo)軌磨床；導(dǎo)軌磨削；自動(dòng)化

數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的用途廣泛，主要用于機(jī)械加工、模具制造、航空航天、電子以及光學(xué)等領(lǐng)域。通過(guò)引進(jìn)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(kuò)展產(chǎn)品線。現(xiàn)代數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床已經(jīng)成為制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其應(yīng)用范圍和市場(chǎng)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(huì)需求不斷擴(kuò)大和深化。

1、數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)

1.1　磨削自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程

磨削自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)加工制造行業(yè)帶來(lái)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(jìn)行磨削。國(guó)內(nèi)第一號(hào)數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床在20 世紀(jì) 60 年代引進(jìn)，由此開(kāi)始了我國(guó)數(shù)控磨削技術(shù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，磨削自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展。近年來(lái)，磨削自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)取得了飛速發(fā)展。無(wú)人工作站自動(dòng)換刀、自動(dòng)修整砂輪以及自動(dòng)調(diào)整磨削參數(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，推進(jìn)了磨削加工的智能化和自動(dòng)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(xì)加工型智能研磨機(jī)床、最小加工直線度可達(dá) 0.1 μm 的高速磨削機(jī)床等。這些機(jī)床不僅精度高，而且操作簡(jiǎn)便，工作效率高 [1]。總之，磨削自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了不斷迭代和更新，促進(jìn)了磨削加工的高效率和高精度。

1.2　數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

在實(shí)際工作中，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床具有精度高、操作簡(jiǎn)便以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著磨削自動(dòng)化技術(shù)的不斷更新和完善，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)得到了進(jìn)一步提升。在生產(chǎn)中，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)刀具檢測(cè)以及自動(dòng)磨削等功能。隨著智能化的發(fā)展，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)逐漸向人工智能方向發(fā)展。目前，智能化的自動(dòng)磨削技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高檔機(jī)床的研究和開(kāi)發(fā)。未來(lái)，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)更加完善和智能化，進(jìn)一步滿足市場(chǎng)需求，提高生產(chǎn)效率 [2]。

1.3　數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床作為一種高精度的磨削設(shè)備，具有很多優(yōu)勢(shì)。

首先，數(shù)控技術(shù)在龍門導(dǎo)軌磨削中的應(yīng)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(jìn)的控制算法和最新的電氣執(zhí)行元件，可以有效減少機(jī)床的振動(dòng)、噪聲和溫升等問(wèn)題，有助于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的磨削加工。

其次，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床具有靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。它可以根據(jù)不同的加工任務(wù)，靈活調(diào)整加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種形狀和尺寸的加工要求。此外，數(shù)控磨床具有強(qiáng)大的自動(dòng)化控制功能，能夠自動(dòng)切換加工程序、完成自動(dòng)換刀、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)炔僮鳌?/font>這種自動(dòng)化功能極大地提高了加工效率和工作質(zhì)量，同時(shí)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

最后，數(shù)控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)磨削過(guò)程中的在線監(jiān)測(cè)、質(zhì)量控制和故障診斷等功能。這是因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集加工數(shù)據(jù)，通過(guò)分析處理判斷磨削過(guò)程是否正常運(yùn)行，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)故障。這種在線監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制機(jī)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(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化技術(shù)具有精度高、效率高、靈活性強(qiáng)以及質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)為該設(shè)備的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持，也為數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床在航空、汽車等行業(yè)的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2、數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)

2.1　磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)是數(shù)控龍門導(dǎo)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(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)磨削自動(dòng)化的關(guān)鍵之一。該軟件需要實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)、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(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的控制和調(diào)節(jié) ；磨削程序負(fù)責(zé)控制機(jī)床加工的具體操作，包括磨削輪的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)等；自動(dòng)化控制算法是磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的靈魂，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。

其次，磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)磨削自動(dòng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件部分的設(shè)計(jì)要保證磨削過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)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(jī)電設(shè)計(jì)、控制器的選型和算法設(shè)計(jì)等。這些要素的合理選擇和設(shè)計(jì)將直接影響整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 [4]。

最后，磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和效果，并進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中需要重點(diǎn)考察磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)在加工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。

因此，磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成需要同時(shí)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(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的過(guò)程中，需要關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)、磨削程序和自動(dòng)化控制算法等軟件的開(kāi)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(jì)。此外，實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程不可或缺，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行全面的驗(yàn)證和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的效益。

2.2　磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)

在數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)起到了至關(guān)重要的作用。磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)包括磨削過(guò)程參數(shù)控制編程、自動(dòng)檢測(cè)程序編制、加工工藝參數(shù)優(yōu)化以及機(jī)床自適應(yīng)控制等。

首先，磨削過(guò)程參數(shù)控制編程。磨削過(guò)程參數(shù)的控制編程包括對(duì)磨深、磨寬、進(jìn)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(shí)，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(jìn)行相應(yīng)的編程控制。

其次，自動(dòng)檢測(cè)程序編制。自動(dòng)檢測(cè)編程是樣本中心自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。樣本中心技術(shù)通過(guò)在加工良品的邊緣隨機(jī)選取多個(gè)點(diǎn)，計(jì)算其位置坐標(biāo)及對(duì)誤差的大小貢獻(xiàn)，確定修正磨削軌跡，并加以修正。在編寫自動(dòng)檢測(cè)程序時(shí)，需要結(jié)合磨削過(guò)程參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)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(guò)專業(yè)的加工工藝知識(shí)尋找合適的加工參數(shù)，以達(dá)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(jìn)行相應(yīng)加工工藝參數(shù)的優(yōu)化。

最后，機(jī)床自適應(yīng)控制。機(jī)床自適應(yīng)控制是指根據(jù)加工過(guò)程中磨削負(fù)載情況及機(jī)床本身的動(dòng)態(tài)特性等實(shí)時(shí)反饋信息，對(duì)機(jī)床的磨削過(guò)程、控制系統(tǒng)和硬件設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋修正，以提高加工精度。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自適應(yīng)控制，必須進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳遞的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

2.3　磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。硬件設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸和控制器的動(dòng)作執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化。

在硬件設(shè)計(jì)方面，需要確定控制器的基本型號(hào)系列，并根據(jù)需要配置相應(yīng)的輸入輸出模塊、傳感器模塊等。

為了更好地控制龍門導(dǎo)軌磨床的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)硬件時(shí)采用高精度編碼器進(jìn)行龍門導(dǎo)軌磨床的運(yùn)動(dòng)控制。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全控制，在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的急停開(kāi)關(guān)、安全門、限位開(kāi)關(guān)以及漏電斷路器等安全保護(hù)措施。

在數(shù)據(jù)采集方面，選擇多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時(shí)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(huì)通過(guò) PLC 進(jìn)行處理分析，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

在控制器的動(dòng)作執(zhí)行方面，通過(guò)控制器和各種硬件設(shè)備之間的配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的自動(dòng)化控制。例如：對(duì)于主軸的啟停，通過(guò)控制主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；想要實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)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(dòng)裝置。

綜上所述，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)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(jì)相關(guān)的模塊。

2.4　磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)研究是通過(guò)系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的可行性和有效性，進(jìn)而指導(dǎo)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。下面重點(diǎn)介紹數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)研究方面的應(yīng)用。

首先，對(duì)數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)采用復(fù)雜的工件進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)和工件磨削情況，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足各項(xiàng)磨削操作的要求，實(shí)現(xiàn)了磨削工件的高效率和

高質(zhì)量。

其次，對(duì)數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用激光干涉儀對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，得出系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)精度方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列其他測(cè)試，包括系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、磨削加工效率、自動(dòng)化工藝指導(dǎo)以及異常情況處理等，指導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和改進(jìn)，有效提升了效率，可滿足用戶需求。

數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究是系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以驗(yàn)證技術(shù)的可行性和有效性。通過(guò)對(duì)該控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，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(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化

研究提供重要的技術(shù)支撐 [5]。

3、數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化發(fā)展展望

隨著數(shù)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化已經(jīng)成為未來(lái)磨削加工領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和高質(zhì)量的要求，磨削自動(dòng)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(shì)來(lái)看，數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化將在以下幾個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用。一是加強(qiáng)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)和應(yīng)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制、智能檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，提高工藝水平和加工精度。三是應(yīng)用新型材料和先進(jìn)工藝，開(kāi)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(zhǎng)使用壽命。四是推進(jìn)信息化建設(shè)，實(shí)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(shí)現(xiàn)上述發(fā)展方向的過(guò)程中，數(shù)控龍門導(dǎo)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(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型發(fā)展。政府也需要加強(qiáng)政策支持和引導(dǎo)，鼓勵(lì)企業(yè)加強(qiáng)合作，形成產(chǎn)、學(xué)、研一體化的創(chuàng)新機(jī)制，促進(jìn)行業(yè)健康有序發(fā)展。

數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的磨削自動(dòng)化已經(jīng)成為未來(lái)磨削加工領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，相信在各方的共同努力下，將會(huì)有更多的創(chuàng)新和突破，推動(dòng)磨削自動(dòng)化不斷向前發(fā)展。

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