摘 要：本文通过案例设计，阐述基于台达机电自动化的全自动外圆磨床上砂轮修整和磨耗补偿实现。内容主要包括：外圆磨削的方法，砂轮的修补方法，磨耗补偿的方式，砂轮脱离率补偿和金刚笔补偿。
关键词：数控磨床 砂轮脱离率补偿 H4p-2数控系统 A2伺服
1 引言
磨床系指用磨具或磨料加工工件各种淬硬表面精密加工的机床。外圆磨床是普通磨床的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。
外圆磨床砂轮的精确修补是保证磨削加工精度的基本工艺。传统的砂轮修补工艺通常由人工离线实现。每当由于砂轮磨损导致的加工精度超差时，都要把砂轮扳至与工作台平行的位置对砂轮进行修整再扳至所需角度对产品进行磨削。但由于角度公差带小，每次对修整砂轮后磨削的第一件产品都要用万能工具显微镜检测角度，再对误差进行修正，反复几次，极大地影响生产效率。
中国外圆磨床产业集中于生产效率低下的劳动力密集型产品。技术密集型产品明显落后于发达工业国家。国产磨床数控技术发展落后是因为它对数控系统的特殊要求。全自动，高精度控制的磨床现在的需求量已经越来越多。为全面满足客户提高整体效率和质量的要求，中达机电一体化供应商成功将兼具开放性及高精度的H4系列数控系统应用于磨床。
2 全自动数控磨床原理
2.1外圆磨床结构
外圆磨床使用两个伺服轴X、Y。电机带动夹头和工件旋转，同时，砂轮也旋转，工件和砂轮旋转轴心是平行于X轴的两个轴，旋转方向相反，通过砂轮和工件表面的摩擦加工工件。两个伺服轴X轴、Y轴的移动，改变工件的直径和形状。外圆磨床属于精度较高的机床，对基台、丝杠、数控系统、伺服的要求都比较高。传统外圆磨床是用液压带动Y轴运动，这使加工工件受到很大限制。使用数控之后，Y轴的位置和速度的可控性、NC程序的自动修整砂轮，使加工工件的范围大大增大。
2.2 外圆磨削工艺
（1）对刀：将砂轮移至工件表面，记下当前坐标X#6，Y#7，
（2）空磨：即为首次“对刀”记录X轴坐标点之上，为了砂轮防撞而设定一个位置进行磨削。定义为X#8，
（3）粗磨：砂轮轴进给量较大的磨削，提高工作速度。
（4）精磨：砂轮轴进给量很少的磨削，提高精度和光洁度。
（5）倒磨：即为“粗磨”，“精磨”完毕后，按X轴不进刀方式，Y轴方向空走几遍。
（6）切入磨：即为砂轮宽度大于所加工的工件尺寸宽度，而只进行砂轮X轴进给加工，Y轴不动。
（7）往复磨：即为砂轮X轴进给一次，工件从Y1至Y2来回加工。
2.3 工艺系统分析
（1）数控系统的基本功能要求——G代码功能，辅助功能——M代码。工件程序容量要大。
（2）RS232通讯和DNC在线加工。
（3）联动轴数：2个
（4）控制精度：0.001mm。
（5）操作画面可以自由规划。
2.4 全自动功能设计
（1）主轴低速运转稳定，平滑。
（2）两轴可以实现联动，轴定位精度要很高。
（3）砂轮可以实现手动修补和自动修补。
（4）可以实现砂轮脱离率补偿，金刚笔补偿。
（5）加工产品精度在+/-0.002MM以内。
3 中达数控磨床解决方案
3.1 中达H4数控方案
数控系统选用中达H4数控系统，开放式的系统架构，内含嵌入式可编程PLC，可配合更多的机械设计。除了具备通常的数控基本功能外，此系统还具备以下几个特点：
（1）全功能CNC键盘，配合PLC开发，可自定义按键功能。
（2）手摇轮安全测试（防撞机功能）。
（3）支持更高阶的MACRO宏指令，可灵活的设计NC程序。
（4）画面可以自由定义。
（5）分辨率可设定7位数，响应速度可达1000Kpps。配合编码器或者光栅检测，可实现半闭环/全闭环控制，控制精度0.001mm。
3.2 中达A2伺服方案
砂轮进给轴选用中达A2系列的1KW中惯量伺服驱动系统；水平移料轴选用人中达1KW中惯量AB系列伺服系统。
在工件加工过程中，砂轮进给轴定位精度要求最高。A2伺服特点如下：
（1）标准配备20-bit（1280000p/rev）编码器，低速运转下实现平稳控制机能。
（2）速度响应频宽为1KW Hz。
（3）空载情况下，额定转速-3000rpm至3000rpm，加速时间只需10ms。
通过分析，基于台达机电自动化产品完全可以满足高精度的要求。全自动数控磨床人机界面设计如图1所示。由于每个人加工工艺方式的不同，程序由客户根据工件尺寸编写。
图1 中达磨床数控系统nextpage
4 全自动砂轮精确修补
4.1砂轮磨耗补偿功能
自动修补砂轮如图2所示。
图2 自动修砂轮
砂轮修整后补偿，即为只是砂轮磨损而系统记入的补偿，金刚笔没有磨损记入。
G10 X# Y# ；设定工件坐标原点。
金刚笔磨损补偿，即为砂轮磨损量+金刚笔磨损量共同记入的补偿，“金刚笔磨损量”
4.2 修补坐标数控编程
首先，确定X,Y轴回过机械原点，手动或手摇砂轮至金刚笔表面，记下X#1坐标，在摇Y轴至砂轮左边，记下当前左边为Y#2，再移至右边，记下为Y#3，如图3所示。
图3 坐标参数设置
设：砂轮修整总量：#4 mm单次修整量：#5 mm
宏程序 (此为修砂轮程序，有的不需要修，只要对刀即可！）
；主程序为：首次修砂轮
o0800(main-pr)
G65 L05 P#200 A#4 B#5 ;#4/#5=#200，修整往复次数#200
G65 L03 P#30 A#1 B#4
G01 Y#3 F800
X#1
M98 P801 L#200
G01 X0 Y0 F1000
G65 L50
G65 L01 P#1 A#30
；将对刀X点重新记入（含修补量）
M99
；子程序为
o0801
G01 U-#5 F800
Y#2
Y#3
M99
4.3 中间修补数控编程
中间修砂轮 即为工件加工过程中，需要进行砂轮补偿。一般来说，暂停加工，调用执行“中间修砂轮”子程序，砂轮移动至“首次修砂轮”所记入的X轴和Y轴位置。
定义：修磨总量为 #9 mm 单次修磨量为 #10 mm
宏程序：
；主程序为，中间修砂轮
o0810(main-pr)
G65 L05 P#210 A#9 B#10 ;#9/#10=#210，修整往复次数#210
G65 L02 P#12 A#9 B#11
G01 Y#3 F800
X#1
M98 P811 L#210
G01 X-#12 Y0 F1000
G65 L50
G10 X0 Y0
M99
子程序：
o0811
G01 U-#10 F800
Y#2
Y#3
M99
5 结束语
全自动数控磨床外圆磨床砂轮精确修补功能有效提高产品加工的精度和生产效率。通过产品加工的效果以及系统操作的方便性案例，不但发挥了中达数控系统开放以及高精度控制的特点，还表现出伺服快速响应和高分辨率的平稳运行优势，提高国产磨床的市场竞争力。
