軸承套圈雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計
2018-08-28 王偉
（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，江蘇揚州，225127）
摘 要： 軸承在市場上有著廣泛的應(yīng)用，為了提高生產(chǎn)效率，研發(fā)軸承套圈雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)符合當前市場需求。根據(jù)多年工作經(jīng)驗，通過參閱大量文獻，研發(fā)了軸承套圈雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)計了機械本體、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及機床面板等，為提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量提供了技術(shù)支持，得出了有益結(jié)論。
關(guān)鍵詞：軸承套圈；雙主軸車削中心；數(shù)控系統(tǒng)
制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。
隨著中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，全國各大行業(yè)為了抓住此契機，為適應(yīng)發(fā)展需求，不斷進行創(chuàng)新發(fā)展，目前中國的制造業(yè)發(fā)展已經(jīng)初見成效。軸承被稱作工業(yè)的點心，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，因而創(chuàng)新軸承產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造工藝流程及提供生產(chǎn)效率勢在必行。
為此研發(fā)軸承套圈數(shù)字化車間符合當前市場需求，機械加工系統(tǒng)是數(shù)字化車間的有機組成部分，而雙主軸車削中心是機械制造系統(tǒng)和車削加工單元的核心組件，它是為適應(yīng)軸承套圈車削加工工藝專門研發(fā)的設(shè)備。
根據(jù)軸承套圈加工工藝介紹，可以看出無論是外圈、還是內(nèi)圈的車削工序都有兩個，如果采用兩臺機床完成兩個工序會存在以下問題：首先，生產(chǎn)輔助時間長，生產(chǎn)效率低；其次，加工精度受損。Brian KELLOCK研究指出，采用雙主軸車床是解決以上問題的途徑。
為此，課題組成員根據(jù)企業(yè)實際需要自主研發(fā)了雙主軸車削中心，其機械本體如圖1所示。
圖1 雙主軸車削中心機械本體
1、軸承套圈車削加工中心的結(jié)構(gòu)
一臺雙主軸車削中心、一套工件尺寸測量裝置構(gòu)成一個車削加工單元，它承擔(dān)著軸承套圈車削加工的工作。雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)除了按照車加工單元監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的NC代碼控制機床運動完成加工外，還將對機床的各種狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測并反饋給車加工單元監(jiān)控系統(tǒng)；工件尺寸測量裝置對加工好的軸承圈的形狀參數(shù)進行測量；車加工單元監(jiān)控系統(tǒng)將對采集的尺寸數(shù)據(jù)進行計算和分析，對比已經(jīng)設(shè)置好的公差帶，如果超過了公差帶，馬上采取調(diào)整刀補或是換刀的措施，從而在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中始終有效地控制著產(chǎn)品尺寸，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了質(zhì)的提升。同時在生產(chǎn)過程中，通過統(tǒng)計合格品的數(shù)量，亦實現(xiàn)了刀具的壽命管理，使刀具使用的效率得到了提升。
此外，車加工單元監(jiān)控系統(tǒng)還可進行CPK、SPC等數(shù)值的計算，并將加工信息反饋給機械加工系統(tǒng)中心管理系統(tǒng)。
2、雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計
數(shù)控系統(tǒng)是雙主軸車削中心的大腦，也是發(fā)揮其作用的保障。雙主軸車削中心具有兩個主軸和兩個刀架，因此雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)是一個六軸系統(tǒng)，而且這6個軸還分成兩個坐標系，兩個坐標系要同時工作。
目前，具備以上功能的數(shù)控系統(tǒng)基本上都是進口系統(tǒng)（如SIMENSE 810D、FANUC 0T），價格昂貴，此外，它們很多接口都不對外開放，難以實現(xiàn)數(shù)字化車間的生產(chǎn)監(jiān)控以及根據(jù)工件在線尺寸測量進行刀補參數(shù)調(diào)整功能，傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用封閉式結(jié)構(gòu)，存在很大的局限性：（1）很難采納主流的計算機與信息技術(shù)；（2）系統(tǒng)功能固定，不具有柔性；（3）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)人機界面不靈活，系統(tǒng)的培訓(xùn)和維護費用昂貴。
數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)封閉式向開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的過程。開放式數(shù)控系統(tǒng)是制造技術(shù)領(lǐng)域的革命性飛躍，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是標準的、對外開放的，使數(shù)控系統(tǒng)滿塊化、標準化和網(wǎng)絡(luò)化的要求。為了滿足數(shù)字化車間和生產(chǎn)過程監(jiān)控的要求，課題組采用開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。
目前常見的開放結(jié)構(gòu)控制器產(chǎn)品主要是基于PC的系統(tǒng)，而且種類繁多。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同可以分為以下幾類：
?。?）“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)。這只不過在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中加入了PC機，通過建立合適的數(shù)據(jù)接口和PC進行連接，實現(xiàn)系統(tǒng)的部分開放。
如FANUC Serial 150/160/180/210。其需要雙操作系統(tǒng)，如MS Windows和專用的數(shù)控操作系統(tǒng)，PC機只不過用來提高可操作性，原來的控制器不做結(jié)構(gòu)上的任何改動。
?。?）“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)。它由開放式運動控制板加PC機構(gòu)成。這種運動控制板通常選用高速DSP作為CPU來完成實時性的NC內(nèi)核任務(wù)而由PC機來完成非實時性的任務(wù)。兩個CPU之間通過PC總線和雙端RAM來通信。它開放的函數(shù)庫供用戶在Windows平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。
?。?）“基于現(xiàn)場總線的PC——NC”結(jié)構(gòu)。它是將現(xiàn)場總線卡，如SERCOS和PROFIBUS，插入到PC機的插槽中。基于此種標準的產(chǎn)品有北京機電研究院的JT2100、Indramat System 2000和Simulink 802D，840D等。
?。? ）軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶的選擇和靈活性，它的軟件全部存在于PC機中，而硬件僅為PC機與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標準化通用接口。其典型產(chǎn)品有德國Power Automation公司的PA8000 NT、美國MDSI公司的Open CNC等。經(jīng)過多方對比，考慮到加工精度、加工效率等要求，課題組采用“NC嵌入PC” 結(jié)構(gòu)，以美國 DeltaTau公司生產(chǎn)的PMAC Clipper運動控制器作為數(shù)控內(nèi)核。Clipper運動控制器標準卡可控制4個軸，再加上一個Acc1P即可控制8個軸，滿足雙主軸車削中心的要求。Clipper運動控制器采用以太網(wǎng)和PC 行通信，因此，雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。
圖2 雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)
為了方便操作人員使用，設(shè)計了如圖3所示的機床面。整個系統(tǒng)的程序分為上位機程序和下位機程序兩大部分。上位機程序指的是在PC機上運行的程序，包括NC代碼程序編輯、運行狀態(tài)監(jiān)測顯示、參數(shù)設(shè)定、加工過程分析、系統(tǒng)交互等模塊。下位機程序指的是運行在PMAC上的程序，包括G代碼實現(xiàn)程序、M代碼實現(xiàn)程序、PLC程序等部分。
圖3 機床面板
3、結(jié)論
課題組設(shè)計研發(fā)的軸承套圈雙主軸車削中心數(shù)控系統(tǒng)目前已處于調(diào)試階段，總體情況良好，預(yù)計投入生產(chǎn)使用后，能夠大幅度減少工時、提高生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來的利潤是非?？捎^的，同時也為進一步研究改進提供了理論借鑒。
來源：《機床與液壓》2016年22期
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