CN103302558A - 一种数控复合磨床及其磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控复合磨床及其磨削方法，该磨床包括数控系统，工作台，竖直并行可移动式设置在所述工作台上、且用于沿水平方向运动以对工件进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在所述左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件；所述左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制。本发明所述数控复合磨床及其磨削方法，可以克服现有技术中磨削时间长与生产效率低等缺陷，以实现磨削时间短与生产效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机电技术领域，具体地，涉及一种数控复合磨床及其磨削方法。
背景技术
目前，立式数控磨床被广泛应用于大型轴承行业，为新能源风电事业作出了巨大的贡献。特别是双磨头立式数控磨床，能一次装夹，实现内、外圆及端面的磨削，大大提高了工件精度。
在近年来的应用中发现，一个大型轴承或齿轮按原有的磨削工艺（先左磨头磨工件的外圆后，再用右磨头磨工件的端面）的磨削时间很长，影响了生产效率，不能适应当前国家对新能源发展的需求。如果能再合理的压缩加工时间，就更完美了；通过对现有磨削工艺的深入了解和分析，发现缩短加工时间有很大的空间。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在磨削时间长与生产效率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种数控复合磨床，以实现磨削时间短与生产效率高的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种数控复合磨床，包括数控系统，工作台，竖直并行可移动式设置在所述工作台上、且用于沿水平方向运动以对工件进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在所述左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件；所述左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制。
进一步地，所述左磨头组件包括第一伺服轴X1，第二伺服轴Z1，通过所述第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1控制的左磨头、外圆磨具与内孔磨具，以及用于第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1单独运动或联动的第一通道；
在所述左磨头端部配合设置有左磨头砂轮，所述外圆磨具配合设置在左磨头远离右磨头组件侧，所述内孔磨具配合设置在右磨头靠近右磨头组件侧。
进一步地，所述右磨头组件包括第三伺服轴X2，第四伺服轴Z2，通过所述第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2控制的右磨头，以及用于第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2单独运动或联动的第二通道。
进一步地，所述防碰撞组件，包括用于防止左磨头与右磨头同时加工时相撞、且配合设置的防碰撞发讯块与防碰撞发讯开关SQ1，所述防碰撞发讯块与设置在内孔磨具靠近右磨头组件侧，所述防碰撞发讯开关SQ1设置在右磨头靠近左磨头组件侧。
进一步地，所述数控系统的型号为发那科FANUC的160i、180i、310i和西门子的840D中的任意一种。
同时，本发明采用的另一技术方案是：一种如以上所述的数控复合磨床的磨削方法，包括以下步骤：
a、在第一通道中，调用并运行外圆端面组合加工工艺；
b、如果当前通道仍为第一通道、且实时中断信号正常时，自动调用并运行第二通道的右磨头加工工艺，使右磨头在第二通道中，对工件进行磨端面处理；
同时，调用并运行左磨头加工工艺，使左磨头开始在第一通道中，对工件进行磨外圆处理；
c、当第二通道中的端面磨削与第一通道中的外圆磨削均结束时，第二通道输出端面磨削结束标识；
第一通道与第二通道同时等待或确认端面磨削工艺结束时，结束端面外圆端面组合加工工艺。
进一步地，步骤b与步骤c为以下步骤：
如果当前通道仍为第一通道、且实时中断信号异常时，中断外圆磨削工艺与端面磨削工艺，并使双通道复位；
第一通道中的左磨头与第二通道中的右磨头，分别脱离工件表面，执行复位指令。
进一步地，步骤b与步骤c为以下步骤：如果当前通道已不是第一通道，则退出端面外圆端面组合加工工艺。
本发明各实施例的数控复合磨床及其磨削方法，由于该磨床包括数控系统，工作台，竖直并行可移动式设置在工作台上、且用于沿水平方向运动以对工件进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件；左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制；当左磨头组件与右磨头组件同时运行时，可以大大提高加工效率；从而可以克服现有技术中磨削时间长与生产效率低的缺陷，以实现磨削时间短与生产效率高的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明数控复合磨床的结构示意图；
图2为根据本发明数控复合磨床的磨削方法的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-左磨头；2-右磨头；3-外圆磨具；4-内孔磨具；5-防碰撞发讯块；6-防碰撞发讯开关SQ1；7-工作台；8-工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
数控复合磨床实施例
根据本发明实施例，提供了一种数控复合磨床。如图1所示，本实施例包括数控系统，工作台7，竖直并行可移动式设置在工作台7上、且用于沿水平方向运动以对工件8进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件。
这里，左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制；数控系统的型号为发那科FANUC的160i、180i、310i和西门子的840D中的任意一种。
其中，上述左磨头组件包括第一伺服轴X1，第二伺服轴Z1，通过第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1控制的左磨头1、外圆磨具3与内孔磨具4，以及用于第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1单独运动或联动的第一通道；在左磨头1端部配合设置有左磨头1砂轮，外圆磨具3配合设置在左磨头1远离右磨头组件侧，内孔磨具4配合设置在右磨头2靠近右磨头组件侧。
上述右磨头组件包括第三伺服轴X2，第四伺服轴Z2，通过第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2控制的右磨头2，以及用于第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2单独运动或联动的第二通道。
上述防碰撞组件，包括用于防止左磨头1与右磨头2同时加工时相撞、且配合设置的防碰撞发讯块5与防碰撞发讯开关SQ1 6，防碰撞发讯块5与设置在内孔磨具4靠近右磨头组件侧，防碰撞发讯开关SQ1 6设置在右磨头2靠近左磨头组件侧。
在上述实施例中，数控复合磨床为立式数控内圆（或外圆）端面复合磨床，控制系统采用SIEMENS 840D数控系统，实现机床的逻辑动作和进给控制；采用四个伺服轴，分别为X1、Z1、X2、Z2，X1轴用于左磨头1砂轮径向进给，修整补偿，Z1轴用于左磨头1上下往复，修整往复；X2轴用于右端磨往复，修整往复，Z2轴用于右端磨砂轮纵向进给及修整补偿；X1、Z1轴在第一通道，二个轴可以单独运动，也可联动；X2、Z2轴在第二通道，二个轴可以单独运动，也可联动；当两通道同时运行时可实现四轴联动，有利于大大提高该数控复合磨床的加工效率；该数控复合磨床各轴的进给分辨率分别为：X1轴为0.5um，Z2轴为1um，X2轴为1um，Z2轴为1um。
上述实施例的数控复合磨床，一次装夹可实现外圆和端面的磨削；为防止左、右磨头2同时加工时相撞，在两磨架（即左磨头组件与右磨头组件）间设防碰撞开关SQ1。
数控复合磨床的磨削方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种数控复合磨床的磨削方法。如图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤100：在第一通道中，调用外圆端面组合加工工艺，执行步骤101；
步骤101：在第一通道中，运行外圆端面组合加工工艺，执行步骤102；
步骤102：判断当前通道是否为第一通道，若是，则执行步骤103；否则，退出外圆端面组合加工工艺；
步骤103：判断实时中断信号是否异常，若是，则执行步骤111；否则，执行步骤104；
步骤104：自动调用第二通道的右磨头加工工艺，执行步骤105；
步骤105：运行第二通道的右磨头加工工艺，执行步骤106与步骤109；
步骤106：调用并运行左磨头加工工艺，执行步骤107；
步骤107：在由第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1控制的第一通道中，左磨头开始磨外圆，执行步骤108；
步骤108：等待或确认端面磨削工艺结束；
步骤109：在由第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2控制的第二通道中，右磨头开始磨端面，执行步骤110；
步骤110：输出端面磨削结束的标识，执行步骤108；
步骤111：中断外圆磨削工艺与端面磨削工艺，使双通道复位，执行步骤112；
步骤112：左磨头与右磨头分别脱离工件表面，执行复位指令。
在上述实施例中，需选用带有双通道功能的数控系统840d，将控制左磨头上下、左右移动的2根伺服轴X1轴、Z1轴分配到控制系统的第一通道；将控制右磨头上下、左右移动的2根伺服轴X2轴、Z2轴分配到控制系统的第二通道。
在具体实施时，可以使用NC加工程序块与PLC程序块，其中：
⑴NC加工程序块可以包括以下程序：
①外圆端面组合磨削主程序：%_N_NEIKONG_DUANMIAN_MPF；
②外圆磨削子程序：%_N_L13_SPF；
③左磨头复位子程序： %_N_L1_SPF；
④端面磨削主程序： %_N_DUANMIAN_MPF；
⑤端面磨削子程序：%_N_L23_SPF；
⑥右磨头复位子程序：%_N_L1001_SPF；
⑵PLC程序块可以实现以下功能：
①轴使能、通道控制、急停及异常中断、中断复位：OB1；
②辅助功能：FC100。
采用上述NC加工程序块与PLC程序块时，上述实施例的数控复合磨床的磨削方法可以为：
步骤1：第一通道中调用外圆端面组合加工程序（%_N_NEIKONG_DUANMIAN_MPF）；
步骤2：在第一通道中自动运行外圆端面组合加工程序（%_N_NEIKONG_DUANMIAN_MPF）；
步骤3：通道选择与程序调用关系防错判断
因数控复合磨床的结构及伺服轴对称分配形式，第一通道必须对应左磨头程序和组合加工程序、第二通道必须对应右磨头程序；如果调用错误，独立运行的两通道会按错误的选择各自运行程序，互相失去沟通和协调，产生意外的后果；所以在组合磨削程序（属于第一通道）运行后，由程序自动判断当前通道状态是否为第一通道，进一步验证步骤1和步骤2的操作是否正确；
如果不慎在第二通道选择了左磨头程序或组合程序，程序会自动退出，不予启动。相反如果在第一通道选择了右磨头程序，程序也会自动退出不予启动，并提示通道选择错误！必须重新选择通道和程序才能运行；
步骤4：双通道中断复位（实时监测）
在磨削过程中难免会出现异常情况 ，此时需要双通道内的各移动轴快速离开加工表面，回到初始位置；一般分为如下几种情况：①人为请求中断并复位，②辅助动作异常，③左右磨架碰撞预警；
将以上几种状态信号输入到PLC输入端，经PLC中断复位程序的处理，将异常情况快速输出给NC,NC程序接受到快速中断信号后，马上中断当前正在运行的程序段，自动进入复位程序
步骤5：调用第二通道的右磨头加工程序（%_N_DUANMIAN_MPF(%_N_L23_SPF)
当前数控系统正处于第一通道运行中，要使第二通道中的右磨头也自动运行指定的端面磨削程序%_N_DUANMIAN_MPF，必须通过数控系统特定的通道协调指令INIT(2,"DUANMIAN","n")，在第二通道中调用端面磨削程序
步骤6:运行第二通道的右磨头加工程序（%_N_DUANMIAN_MPF(%_N_L23_SPF)
步骤5完成第二通道程序名的指定，但程序还不会运行，需要一个指令使能第二通道运行，在本案中，NC程序采用M代码连接PLC，再用PLC指令将第二通道自动运行。最终让右磨头也按照既定的端面磨削程序自动运行。
步骤6.1-6.2：右磨头按正常磨削工艺流程磨削端面，直到端面磨削结束，NC程序自动输出结束标识M30.如果此时左磨头还未加工结束，左磨头继续磨削，不受右磨头的影响，直到外圆加工结束。外圆加工结束后此时第一通道中的通道协调指令会检索右磨头磨削结束标识M30，因右磨头先于左磨头结束磨削，故第一通道在确认第二通道结束后也停止自身的运行。如果左磨头外圆先磨削完，第一通道会等待第二通道磨削结束标识出现后，再结束自身运行。
步骤7:调用并运行左磨头加工程序（%_N_L13_SPF）
等协调好两通道间的运行关系，第一通道也开始调用和运行外圆磨削子程序 ，完成左磨头外圆磨削；
步骤7.1-7.2：左磨头按正常磨削工艺流程磨削外圆，直到外圆磨削结束，外圆加工结束后此时第一通道中的通道协调指令会检索右磨头磨削结束标识M30，直到第二通道磨削结束标识出现后，再结束自身运行，组合磨削结束。
与现有技术相比，上述实施例的数控复合磨床的磨削方法，可以达到的性能优势，可参见表一。
表一：上述实施例与现有技术的性能对照表
综上所述，本发明各实施例的数控复合磨床及其磨削方法，由于该磨床包括数控系统，工作台，竖直并行可移动式设置在工作台上、且用于沿水平方向运动以对工件进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件；左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制；当左磨头组件与右磨头组件同时运行时，可以大大提高加工效率；从而可以克服现有技术中磨削时间长与生产效率低的缺陷，以实现磨削时间短与生产效率高的优点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种数控复合磨床，其特征在于，包括数控系统，工作台，竖直并行可移动式设置在所述工作台上、且用于沿水平方向运动以对工件进行内圆或外圆端面磨削的左磨头组件与右磨头组件，以及设置在所述左磨头组件与右磨头组件之间、用于防止左磨头组件与右磨头组件同时工作时相撞的防碰撞组件和限位组件；所述左磨头组件、右磨头组件、防碰撞组件和限位组件，分别与数控系统连接，受数控系统控制。
2.根据权利要求1所述的数控复合磨床，其特征在于，所述左磨头组件包括第一伺服轴X1，第二伺服轴Z1，通过所述第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1控制的左磨头、外圆磨具与内孔磨具，以及用于第一伺服轴X1与第二伺服轴Z1单独运动或联动的第一通道；
在所述左磨头端部配合设置有左磨头砂轮，所述外圆磨具配合设置在左磨头远离右磨头组件侧，所述内孔磨具配合设置在右磨头靠近右磨头组件侧。
3.根据权利要求1所述的数控复合磨床，其特征在于，所述右磨头组件包括第三伺服轴X2，第四伺服轴Z2，通过所述第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2控制的右磨头，以及用于第三伺服轴X2与第四伺服轴Z2单独运动或联动的第二通道。
4.根据权利要求2或3所述的数控复合磨床，其特征在于，所述防碰撞组件，包括用于防止左磨头与右磨头同时加工时相撞、且配合设置的防碰撞发讯块与防碰撞发讯开关SQ1，所述防碰撞发讯块与设置在内孔磨具靠近右磨头组件侧，所述防碰撞发讯开关SQ1设置在右磨头靠近左磨头组件侧。
5.根据权利要求1所述的数控复合磨床，其特征在于，所述数控系统的型号为发那科FANUC的160i、180i、310i和西门子的840D中的任意一种。
6.一种如权利要求1所述的数控复合磨床的磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在第一通道中，调用并运行外圆端面组合加工工艺；
b、如果当前通道仍为第一通道、且实时中断信号正常时，自动调用并运行第二通道的右磨头加工工艺，使右磨头在第二通道中，对工件进行磨端面处理；
同时，调用并运行左磨头加工工艺，使左磨头开始在第一通道中，对工件进行磨外圆处理；
c、当第二通道中的端面磨削与第一通道中的外圆磨削均结束时，第二通道输出端面磨削结束标识；
第一通道与第二通道同时等待或确认端面磨削工艺结束时，结束端面外圆端面组合加工工艺。
7.根据权利要求1所述的数控复合磨床的磨削方法，其特征在于，所述步骤b与步骤c为以下步骤：
如果当前通道仍为第一通道、且实时中断信号异常时，中断外圆磨削工艺与端面磨削工艺，并使双通道复位；
第一通道中的左磨头与第二通道中的右磨头，分别脱离工件表面，执行复位指令。
8.根据权利要求1所述的数控复合磨床的磨削方法，其特征在于，所述步骤b与步骤c为以下步骤：如果当前通道已不是第一通道，则退出端面外圆端面组合加工工艺。
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