螺桿拋磨機床的研究現(xiàn)狀及數(shù)控系統(tǒng)簡介

胡靖宇

一、螺桿機床的研究現(xiàn)狀

螺桿是橡塑擠出機的核心部件，其型線多為變螺距、變螺棱高、變螺棱寬、變底徑及變螺紋前后角中的一種或是多種的組合，這種尺寸多變的螺桿被稱為異型螺桿。目前國內(nèi)對這種螺桿的加工，采用專用數(shù)控銑床進行角銑，其表面粗糙度很差，之后采用人工角磨或半機械式打磨方式去除接刀刀痕，效率低，質(zhì)量差，影響了擠出物料的性能指標，也大大降低了橡膠擠出機的性價比。螺桿磨削目前大多數(shù)仍停留在理論研究上，制造出的機床產(chǎn)品仍然很單一。目前國內(nèi)只有漢江機床廠能夠生產(chǎn)數(shù)控絲桿磨床和數(shù)控頓桿磨床產(chǎn)品，這些機床的磨削砂輪為直線廓形，易于實現(xiàn)砂輪的修整，但異型螺桿螺旋面的磨削則很難實現(xiàn)。國外學者對異型螺桿的磨削研究較多，在二十世紀80年代末期，數(shù)家國外公司推出了相關的螺桿磨削設備，如德國Klingelnberg公司的HNC35VR、英國Holroyd公司的TG350E以及意大利SU公司的螺桿磨床等。

數(shù)控拋磨機床主要由機械部分、數(shù)字控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑及排屑裝置等組成。機械部分因各種機床的結構不同而不同，主要包括機床的支承件、工作臺、導軌、主軸部件、刀庫和裝刀機構及傳動機構等。數(shù)字控制包括數(shù)字計算機、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、PC控制部分。計算機用來完成加工過程中各種計算，利用這些數(shù)據(jù)由伺服系統(tǒng)完成各坐標軸的運動控制；檢測系統(tǒng)是用來檢測運動部件的坐標位置，將測量的數(shù)量提供給計算機，與計算機插補運算的數(shù)據(jù)進行比較，控制機床各坐標軸的運動位置；PC控制部分用來控制電器開關器件，例如主電動機及其他控制電機的啟動與停止，各種液壓與氣壓閥的動作，冷卻液的供給與停止等。數(shù)控機床是有程序控制的，各種控制軟件及零件的編程工作是數(shù)控機床加工的重要組成部分。

隨著數(shù)控技術和材料科學的發(fā)展，近年來世界數(shù)控拋磨機床向高速、精密、智能和綠色方向發(fā)展。具體表現(xiàn)為。

1、高速化：高速化機床近幾年來飛速發(fā)展，這是因為機床提高轉速之后生產(chǎn)率也隨之提高，生產(chǎn)成本降低，還可以顯著降低零件的表面粗糙度。

2、精密與超精密化：從精密加工到超精密加工是各國加工行業(yè)發(fā)展的趨勢，精度越高，無論是使用壽命還是產(chǎn)品性能都會提高。

3、復合化：零部件目前一體化的程度越來越高，相似品種的整合越來越深入，而產(chǎn)品形狀卻越來越復雜多變，必須引入多軸化控制的機床方能實現(xiàn)。

4、智能化：現(xiàn)代數(shù)控機床將要引入自適應控制技術，通過檢測裝置監(jiān)測變化的工作條件反饋調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使設備保持較好的工作狀態(tài)，從而得到較高質(zhì)量的產(chǎn)品，同時提高了刀具的使用壽命和設備的生產(chǎn)效率。

二、基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)

我國具有代表性的產(chǎn)品有藍天I型和中華I型、華中I型、航天I型。四種產(chǎn)品基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)均采用了開放性、模塊化、多通道的軟硬件結構，既可升級，又可簡化。這些基本系統(tǒng)的升級型，最多可控制24軸，聯(lián)動可控制2？9軸；具備多種形式的插補功能，快速性可達24，最小分辨率可達0.1；具有不同類型的加速減速功能；可進行多線程控制。目前國際上進行著眾多的開放式數(shù)控技術研究，最具代表性的有美國的OMAC和NGC計劃、日本的OSEC計劃、歐盟的OSACA計劃，這三個計劃的情況反映了發(fā)達國家開放式數(shù)控技術的發(fā)展狀況。在這幾個開放式數(shù)控系統(tǒng)研究計劃的基礎上，許多公司推出了開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品-Siemens AG在840D數(shù)控系統(tǒng)中采用了開放式結構，使用雙PC來完成人機接口和實時控制工作，采用RISC或PC和實時控制內(nèi)核來完成實時控制，人機接口采用的是在Windows環(huán)境下開發(fā)的圖形接口。在操作系統(tǒng)中提供了各類控制算法和C++開發(fā)工具，用戶可根據(jù)實際需自行選擇或開發(fā)控制算法。開放式結構的數(shù)控系統(tǒng)應盡量建立在一個開放、標準、經(jīng)濟、可靠的軟硬件平臺之上。

1、PC連接NC型。通常指PC是通過通用的串行線與現(xiàn)有的NC系統(tǒng)相連，使得系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，可避免任何修改而直接利用，并可利用通用軟件。其缺點是原型NC不能實現(xiàn)開放化，系統(tǒng)的通信和響應速度較慢。

2、PC嵌入NC型。此類型系統(tǒng)是將PC系統(tǒng)裝入到NC中，PC與NC之間通過專用的總線進行連接。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，響應迅速等特點。同時，原型NC也可避免任何修改即可使用。缺點是不能直接使用通用PC，其開放性受到一定限制，并且通用PC的強大功能和豐富軟硬件資源也未能得到充分的使用。

3、NC嵌入PC型。該類型系統(tǒng)是在PC內(nèi)部插入專用NC卡構成，它能夠充分確保系統(tǒng)的性能，軟件通用性強，且編程處理非常靈活，缺點是原有NC系統(tǒng)資源難以得到充分利用。這是目前廣泛采用的一種結構，這種系統(tǒng)結構一般采用“PC+運動控制器”的形式來搭建數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構，其中以工控機為主控計算機，采用標準化模塊組件，總線形式多采用PCI，以多軸運動控制器作為擴展從機，從而構成主從式的結構。本課題研究開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)就是采用這種結構形式。

參考文獻

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