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数控加工技术与应用(文献翻译) 301 数控系统在平面磨床上应用现状与发展趋势班级 （学号） 姓名1.1引言现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识-技术-产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。1.2数控平磨现状及主要数控系统 平面磨床相对于车床、铣床等采用数控系统较晚，因为它对数控系统的特殊要求。近十几年来，借助CNC技术，磨床上砂轮的连续修整，自动补偿，自动交换砂轮，多工作台，自动传送和装夹工件等操作功能得以实现，数控技术在平面磨床上逐步普及。在近年汉诺威、东京、芝加哥、及国内等大型机床展览会上，CNC磨床在整个磨床展品中已占大多数，如德国BLOHM公司，ELB公司等著名磨床制造厂已经不再生产普通磨床，日本的冈本、日兴等公司也成批生产全功能CNC平磨，在开发高档数控平磨的同时，积极发展中、低档数控平磨。 前几年德国ELB公司生产的BRILLIANT系列二坐标CNC成型磨床，其垂直和横向为数控轴，纵向为液压控制，砂轮修整采用安装在工作台上的金刚石滚轮，适用范围较广；SUPER-BRILLIANT系列是三坐标CNC平面和成型磨床，床身用天然花岗岩制成，几何精度极高，导轨用直线滚动导轨，机械驱动无反冲，从而保证工件有较好的表面光洁度；BRILLIANT-FUTURE为以上二个系列的改进产品，床身用人造花岗岩制作，纵向用静压导轨，齿形带传动，垂直和横向导轨为预加荷直线滚动导轨，滚珠丝杠传动，三轴CNC控制AC伺服电机，0.5m的测量分辨率。同时ELB公司开发了具有当代最新技术的磨床产品，即以机电一体化和计算机技术为基础的CAM-MASTER系列柔性磨加工单元，CAD-MASTER系列和COMPACT-MASTER系列磨削加工中心，控制轴最多可达到24轴，另外由于全面推行模块化设计，使专用磨床制造周期缩短，ELB公司还开发了多种高效专用磨床，如SFVG100/2专用磨床，具有可倾斜磨头，连续修整，缓进给，斜切入磨削功能，用十一根CNC控制轴，如同一台磨加工中心。英国JONES&SHIPMAN公司与美国A-B公司开发了A-B8600数控系统用于FORMAT5型数控平磨，由CNC控制液压阀，驱动纵向可调速运动，横向与磨头进给用滚珠丝杠副，直流伺服电机驱动，间断式砂轮修整，CRT图形模拟显示。同时还可以配用其他型号的数控系统，以满足不同用户的要求。目前，随半导体集成度的不断提高，新推出的系统在外型上越来越小，结构上越来越紧凑，功能上增加了远程通讯，远程诊断，多机联网等等；操作界面向WINDOWS系统靠近，增加鼠标，摇控器等操作件。FANUC公司今年主要推出18I、16I、20I、21I系统，SIEMENS是840D、810D、802D均为结构紧凑型系统。还有一些厂商如：台湾精密机械研究发展中心开发的PA8000NT系列CNC控制器，就使用了WINDOWS NC操作系统，和NT即时多工处理核心，单节程序处理速度达2000块/秒，单节预读处理数可达1000块，具有AART（预适应调节技术）及参数最佳化学习功能，可使跟随误差趋近于零，软件加工路径滤波器可降低切削过程中，因加速度变化过大所产生的机械共振，从而改善表面粗糙度；配用伺服灵活，具备+、-10V类比伺服界面，同时提供国际标准的SERCOS数字伺服通讯界面；PLC程序设计有梯形图、结构语句、功能块、指令码、流程图等五种语法，便于设计、沟通和维护；具有计算机远程通讯，即时远程维护功能；控制轴和主轴最多可扩展到64轴，I/O点可扩展到792/528点，采用奔腾处理器，高速PLC处理速度达到25K。 世界上除有名的SIEMENS、FANUC等数控系统专业厂已经开发生产了许多适用于平面或成型磨削的系统外，一些平磨生产厂本身也积极开发了适用于其磨床的数控系统。主要有：西门子公司的SINUMERIK 840D 系统，该系统具有二十多根伺服轴，坐标连续行程控制，手动数据输入或通过外部计算机输入，远程诊断，可随砂轮直径减小而变化行程，砂轮修整量自动补偿，滚珠丝杠间隙误差补偿等。 西门子3G系统是专为磨削加工而开发的，装有用来人机对话的操作提示装置，在轴线倾斜时，也可进行直线和圆弧插补，在磨削中经常出现的运行循环，如主轴摆动，用外部信号中断执行程序，砂轮切入，砂轮修整等专用准备功能，编制固定循环程序。其不仅能使用外部测量装置（开关信号），还能当连接上一个合适的测量头时能直接去控制装置与最终尺寸进行比较。 美国ALLEY-BRANDLY公司生产的8400CNC、8600CNC数控系列，适用于车床、铣床和磨床，其8400CNC最多可控制6根伺服轴，任2轴可进行圆弧插补，任3轴可进行螺旋线插补，6轴直线插补。8600CNC系列最多能控制17个坐标，包括8个参与插补轴，8个位控制轴及1个主轴，具有图形显示，扩展分支程序，显示加工时间，高速程序校验，刀具寿命监测等功能。 日本FANUC公司开发了OG高速高性能数控系统，其中O-GSG适用于平面磨床，可根据磨削零件不同形状，有四种不同的磨削方法，具有砂轮轴角度倾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、无火花磨削一整套磨削循环，砂轮滚压修整后位置补偿功能，修整器相对于被修整轮法线方向控制功能，修整滚轮外缘圆弧半径补偿功能，砂轮形状图形显示功能及磨削参数显示等，系统最小设定单位0.1m，属紧凑型数控系统，价格较低。 另外还有如德国ELB公司与大学联合研制的UNICON系统。日本大隈铁工所OSP5000G-G，OSP30-NF等自行开发的平面和成型磨削数控系统，其OSP5000G-G最多可控制9个坐标，其中6个坐标可联动，带12英寸彩显，人机对话编程，自动确定切削系数，可采用软盘输入，纳入FMS系统，最小脉冲当量、移动当量和检测当量均为0.1m，平磨上还采用了感应同步器全闭环方式。 还有的平磨制造厂虽采用数控主机厂的系统，但自行开发软件，使用之更适合平面和成型磨削，如德国JUNG公司以西门子SINUMERIK 810 为基础，采用该公司专用软件，用JUNG KONTUR 编程语言对砂轮进行成型修整，并有图形辅助操作功能。日本冈本公司在FANUC公司数控系统硬件上，开发了OPL语言用于磨削加工，等等。 当今直线电机、动平衡等技术、工艺的日益发展应有，又大大提高了机床的工效，适宜的测量技术应用对数控系统的开发利用，增强机床的电气自动控制功能如虎添翼。1.3国内数控平磨的发展我国从80年代开始生产数控平面磨床，各开发厂家分别走过了自行研制，与大学及科研单位合作开发至直接引进成熟数控系统的发展道路。例如：杭州机床厂是一家具有五十年历史，专业生产平面磨床的制造厂，它从80年代中期开始生产数控平磨，先后开发生产了MGK7132卧轴矩台高精度平磨，MK7130系列普通数控平磨，MLK7140数控缓进给成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150卧轴矩台数控平磨，MKY7760立轴数控双端面磨，MKY7660、MKY7650/101卧轴数控双端面磨，以及HZ-K1610，HZ-K2010，HZ-050 CNC，HZ-KD2010、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020等专用数控龙门式平面与导轨磨床。数控系统的开发应用，有与大专院校及科研单位合作研制的单板机系统，也有自行开发的以单片机为主机的简易控制系统，及采用数控主机厂生产的成熟数控系统等。 其生产的MGK7120高精度平磨，采用了日本FANUC公司的POWER MATE-D双轴数控系统，控制磨头进给，最小进给量0.1m，具有自动完成磨削循环功能。 MKY7650/101全自动数控双端面磨床是与意大利VIOTTO公司技术合作产品，采用西门子SIMATIC S5-115U可编程控制器控制，CRT显示，机床的左、右磨头由二轴直流伺服电机驱动，机床能进行手动调整和自动磨削循环选择。配有意大利马尔波斯E9型测量系统，二个测量头，一个测量砂轮，将砂轮磨损量反馈给控制系统，进行砂轮补偿；另一个测量头测量磨削后的工件，并将测量结果输入控制系统，由伺服电机进行补偿进给；左、右磨头用VIOTTO光栅作位置测量控制，实现了整机从工件上料到磨削完毕的全闭环和全自动加工。 HZ-050CNC数控直线滚动导轨专用磨床，是为上海市科技结合生产重点工业项目第三次科技攻关项目而开发的专用磨床。既具有平面磨削功能又有成型磨削功能，它采用了美国A-B公司生产的8400MP数控系统，机床有7根数控轴，X、Y、Z三根磨头进给轴和U、V、W三根砂轮修整轴由系统直接控制，另一轴Q为卧式砂轮横向进给（磨削平面用）通过SLC可编程控制器加IMC定位模块，由系统I/O口输入8400MP主机，控制其位置，具有在磨削中连续修整砂轮或间隙式砂轮修整补偿进给等自动加工能力。 HZ-KD2010六轴数控龙门式双磨头平面磨床，采用FANUC-0MC数控系统，用四根CNC轴分别控制两个磨头的横向和垂直进给，用一根PMC轴控制周边磨头的砂轮修整器金刚笔进给，另一根PMC轴控制万能磨头的分度旋转。充分利用了系统性能，降低生产成本，提高了机床的性价比。 1.4我厂数控磨床的发展展望 我厂数控磨床发展到现在，已经具有了相当的实力，作为主机生产厂，我们的数控系统应有开发，已经走过了从完全依赖系统供应商到自己初步具有一般开发能力的过程，但数控系统的应用尚在提高机械传动链性能、替代机械手轮、简单加工循环阶段，与先进水平相比，还有着许多差距，在机床的精度、自动化功能、加工效率、可靠性等方面都有许多需要提高、突破的问题，有待解决。我认为应该对厂目前生产的各类产品的各种结构、产品的使用工艺加以总结，分析其长短得失，产品究竞要实现怎样的自动功能，如何逐步发展有个规划，以利学习和工作；重视数控软件的开发，有条件引进技术或外派学习，跟上发展潮流，硬件上结合市场需要，在产品制造中将新技术、新功能逐项实践应用，以缩小与世界先进水平的差距。 随着数控系统性能与可靠性的提高，价格更趋合理，使数控磨床与普通磨床的比价为广大用户所接受，同时随着先进制造与自动化技术在生产中的要求提高，数控磨床的使用也将越来越广泛。数控平磨及其它磨床将向加工柔性更好的高档磨加工中心和更加高效的专用数控磨床方向发展。我们相信伴随着计算机、信息技术革命的深入，数控磨床在其智能化、系统信息控制等方面，将会有很大的进步。如何紧跟历史前进的步伐，找到适合于我们自己特点的发展道路，寻找技术进步的突破点，是我们工作的重点，因为这是关系到企业未来发展及生存的关键问题。2 数控系统2.1数控系统发展趋势 从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了46年历程。数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路微机式的数控系统。到80年代，总体发展趋势是：数控装置由NC向CNC发展；广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC装置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台套。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：2.1.1新一代数控系统采用开放式体系结构进入90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心（NCMS）与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用，如Cincinnati-Milacron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。数控系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU升级而升级，结构上不必变动。2.1.2新一代数控系统控制性能大大提高数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统已实用化。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。2.2数控机床发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：2.2.1高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。1）高速、高效机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米8000米/分以上；主轴转数在30000转/分（有的高达10万转/分）以上；工作台的移动速度：（进给速度），在分辨率为1微米时，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。高精度从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。当前，机械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.010.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m。2）高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P（t）99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10：1的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上。2.2.2模块化、智能化、柔性化和集成化1）模块化、专门化与个性化机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。2）智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。3）柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。2.2.3开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。2.2.4出现新一代数控加工工艺与装备为适应制造自动化的发展，向FMC、FMS和CIMS提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用机器人、物流系统；FMC，FMS Web-based制造及无图纸制造技术；围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域；以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术，机械加工向虚拟制造的方向发展。3 宽槽圆柱凸轮数控加工技术的研究针对传统铣削方法加工圆柱凸轮所产生的一些问题，提出了一种针对槽宽大于刀具直径的圆柱凸轮槽的数控铣削加工方法。通过分析研究，建立了一种正确的坐标转换模型，并依此加工出符合要求的宽槽圆柱凸轮。圆柱凸轮槽一般是按一定规律环绕在圆柱面上的等宽槽。对圆柱凸轮槽的数控铣削加工必须满足以下要求：1.圆柱凸轮槽的工作面即两个侧面的法截面线必须严格平行；2.圆柱凸轮槽在工作段必须等宽。这是保证滚子在圆柱凸轮槽中平稳运动的必要条件。当圆柱凸轮槽宽度不大时，可以找到相应直径的立铣刀沿槽腔中心线进行加工，比较容易加工出符合上述要求的圆柱凸轮槽。据现有资料介绍，目前圆柱凸轮的铣削加工都是用这种办法来实现。由于这种方法有太多的局限性，给实际铣削加工带来许多困难。例如一旦找不到与槽宽尺寸相等的标准刀具时，就必须对刀具进行改制。 对于槽宽尺寸较大的圆柱凸轮槽，很难找到直径与槽宽相等的标准刀具。即使有相应的刀具，还要考虑机床主轴输出功率及主轴和工装夹具刚度的限制，特别是机床主轴结构对刀具的限制。例如数控机床主轴头为724的40号内锥，配用JT40的工具系统，则最大只能使用20mm的立铣刀(不论直柄还是锥柄)。这对于槽宽为38mm的圆柱凸轮(就是本文所叙述的加工凸轮)来说是无法加工的，必须寻求新的加工方法。 下面根据实践经验和分析研究，介绍一种用直径小于凸轮槽宽的立铣刀对圆柱凸轮槽进行数控加工的方法，称之为宽槽圆柱凸轮的数控加工。一、加工工艺圆柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽，其加工时沿圆周表面铣削的范围往往大于360，适于用带有数控回转台的立式数控铣床进行加工。根据圆柱凸轮的实际结构，选用带键的心轴作凸轮加工时径向和周向定位基准，以心轴的台肩作轴向定位基准，并用心轴前端部的螺纹通过螺母压紧圆柱凸轮。圆柱凸轮的轴向和径向尺寸一般较大，为了克服由于悬臂加工时切削力所造成的心轴变形和加工过程中产生的振颤，使用一个支承于尾座上的、与数控转台的回转轴线同轴的顶尖顶住心轴中心孔作辅助支承。 圆柱凸轮槽的底部在每一个截面 上通常是等深的，一般选用平底圆柱立铣刀加工。圆柱凸轮铣削加工前通常是一个实心的圆柱体，要经过开槽、粗加工、半精加工、精加工等工序；由于槽腔宽度较大，因此，除开槽工序及粗加工工序的一部分刀位轨迹可以沿槽腔的中心线生成之外，其余刀位轨、迹则必须是沿槽腔中心线向左、右两边按相应的距离等距偏置生成，如图1所示。图 1圆柱凸轮槽的二维展开图二、求解模型在圆柱凸轮槽的数控加工中，如何求出每道工序中加工两个侧表面的刀位轨迹是其中的关键。对于圆柱表面上的凸轮槽，通常是先将圆柱面展开，在XOS平面内求出该工序加工两个侧表面的刀位轨迹的展开曲线XS；然后通过坐标转换，将展开曲线XS转换为四坐标机床上的刀位轨迹。下面讨论任一加工工序中展开曲线XS的求解方法，以及生成最后刀位轨迹的坐标转换方法。1.展开曲线XS的求解如图2所示，其中Lo为圆柱凸轮槽的中心线，对于第i道工序，Lli和Lri分别为该工序将要加工的槽腔的左、右两个侧表面展开曲线，此槽宽为Bi，加工刀具半径为r(显然2rBi)，加工此槽腔左、右侧面的刀位轨迹展开曲线为CLli和CLri，设Po为槽腔中心线上的一个点，no为槽腔中心线在Po点处的法矢，那么左、右刀位轨迹展开曲线上对应点Pli和Pri的计算方法为：(1)图 2圆柱凸轮槽的二维展开图将Po点沿着槽腔中心线移动，即可以求出该工序刀位轨迹在XOS平面内的展开曲线XS；按照加工工序，依次改变每道工序中的槽宽度Bi，即可求出加工所需槽腔所有刀位轨迹的展开曲线。2.沿凸轮槽中心线加工的坐标转换方法以上计算是在圆柱面的展开平面内进行的，为了求出加工圆柱凸轮槽腔的刀位轨迹，必须将平面内的展开曲线转换到圆柱面上。 假设转动轴为绕X轴的A轴，Pi为刀位轨迹上的一个刀位点，它在二维平面展开曲线上的坐标为(x,s)，在四坐标机床上的坐标为(x,y,z,a)。由于圆柱凸轮槽腔通常是等深的，因此，z坐标在设置为所需要加工的深度值之后，在加工中是不变的；对于其余三个坐标，构造出以下坐标转换公式： (2)式中，R为圆柱凸轮轴的半径。上式是目前普遍使用的坐标转换公式，对于用标准刀具沿凸轮槽中心线铣削加工圆柱凸轮是正确的。3.对上式在宽槽圆柱凸轮加工中产生问题的分析当将上式推广应用于宽槽圆柱凸轮的数控加工时，通过坐标转换计算的刀位轨迹在实际加工中却产生了一些问题。在圆柱凸轮槽加工完毕后，为了检验是否符合要求，用直径等于圆柱凸轮滚子的检具进行检验，却发现所加工的槽宽窄不等、有卡壳的现象。仔细观察，原来加工出来的槽腔的法截面并不总是上下等宽的矩形槽，而有时是上宽下窄的喇叭槽。为了弄清楚其中的原因，对公式(2)所表示的坐标转换方法进行了深入的分析和研究。 如图3所示，由公式(1)可知，加工槽腔两个侧表面的刀位轨迹线上的Pl和Pr点是由槽腔中心线上的Po等距偏置而得，按公式(2)转换之后，Pl和Pr点对应的转角并不等于Po点的转角，也即Pl和Pr对应的刀轴矢量VlVl与Po点对应的刀轴矢量VoVo不平行，因此，加工出来的槽腔自然就成了上宽下窄喇叭槽，而不是所需要的上下等宽的矩形槽。设截面与轴线的夹角为，圆柱凸轮轴的半径为R，刀轴矢量VlVl与VoVo的角度误差为：a(B/2r)sin/R(3) 图 3圆柱凸轮槽加工示意图由公式(3)可知，当0，也即凸轮槽中心线与圆柱轴线垂直时，角度误差为零，即槽腔是上下等宽的矩形口；当90，也即凸轮槽中心线与圆柱轴线平行时，角度误差达到最大，此时槽腔的喇叭口现象最严重；当090时，随着的增大，角度误差越大，喇叭口现象也就越严重。实际加工出现的现象与上述分析完全一致，这说明公式(3)的分析是完全正确的。4.宽槽圆柱凸轮数控加工的坐标转换方法 由上面的分析可知，公式(2)造成凸轮槽为上宽下窄喇叭口的主要原因是，Pl和Pr点对应的转角是按照这两个点自己的弧长值Sl和Sr来计算的，而Sl和Sr是不等于槽腔中心点Po的弧长值So。因此，如果Pl和Pr点对应的转角均按照槽腔中心点Po的弧长值So来计算，就可以消除这种喇叭槽现象。根据这种思路，重新构造坐标转换公式。 在圆柱面的二维展开平面上，设槽腔中心线展开曲线上的一个点为Po(xo,so)，加工两个侧表面上对应刀位点在展开曲线上的点为Pl(xl,sl)和Pr(xr,sr)，那么，坐标转换公式为： (4) 应用公式(4)生成的刀位轨迹加工圆柱凸轮槽时，结果完全符合上述的设想，加工出来的圆柱凸轮槽已经没有了上宽下窄的喇叭槽现象，而是真正的上下等宽矩形槽。文献翻译原文1 Digital System in The Horizontal Grinder Application of The Status Quo and Development TrendModern industrial production, small and large parts for the production of products of the increasing proportion of parts complexity and precision requirements rapidly increase, the traditional general machine tools has become increasingly difficult to meet the requirements of modern production, and a high-precision CNC machine tools, high-efficiency, the use of a machine can complete complex type face processing characteristics, in particular the rapid development of computer technology and the widespread use of digital systems, digital devices from almost all major software functions to achieve, almost to a hardware, thereby making it more flexible processing, functional stronger. Manufacturing competition from lower labour costs early, product cost and improve their overall efficiency and quality of competition, to meet customer demands comprehensive, actively develop new products competitive, will face knowledge - technical - updated products has become shorter and shorter, an increasing number of small products, and the quality, performance requirements are higher, Meanwhile community to environmental protection, the growing awareness of green manufacturing. Therefore advanced manufacturing technology will be quickly won the competition and survival of the enterprise, the principal means of development. Computer information technology and manufacturing automation technology more closely integrated, flexible production automation as an important foundation for digital machine in the production of machine tools to share more. First, digital Ping finds the status quo and digital systems primaril. First, digital Ping finds the status quo and digital systems primarily. Horizontal grinder compared to the lathe, milling machine, using digital systems later, the special requirements because of its digital systems. In the past decade, with the technical facility, grinder, the grinding wheel for repair, automatic compensation, automatic exchange grinding wheel, and more workstations, such as automatic transmission and Zhuangjia working inoperable realized, and digital technology in the horizontal grinder, gradually spread. In recent Hanover, Tokyo, Chicago, and other large domestic machine tool exhibition, CNC grinder throughout the grinder, for the majority of the exhibits, such as Germany Blohm company ELB companies such famous grinder factories no longer produce ordinary grinder Japanese Forces, Japan, the company also Hing bulk production facility-wide functional ping himself. in the development of high-grade digital ping himself while actively developing, low digital ping himself. German production company a few years ago ELB brilliant series two coordinates facility shaped grinder, the vertical and horizontal axis for digital, vertical for hydraulic control, grinding wheel repair work platform installed in a roller diamonds, the application of broader; SUPER-BRILLIANT series is one-dimensional and shaped grinder Sanzuobiao facility, the beds are manufactured using natural granite, high geometric accuracy, slide away from straight rolling guide, driving without recoiling machinery, thus ensuring a better working surface smoothness; BRILLIANT-FUTURE series of improvements to the above two products, using artificial granite bed was produced by static pressure vertical guide, Chixing belt transmission, vertical and horizontal guide for pre reinforced straight rolling guide, Gunzhusigang transmission, three-axis CNC control AC servo electrical, measuring 0.5 m 16ug image. ELB company has also developed the latest technology grinder contemporary products, and integration with computer and technology-based series of soft skills CAM-MASTER processing modules CAD-MASTER series and COMPACT-MASTER series grinding processing center, a maximum of up to 24 axis control axis, As the full implementation of modular design and manufacture of dedicated grinder cycle shortened ELB company has also developed a variety of highly efficient dedicated grinder, such as SFVG100/2 dedicated grinder, which will tilt Motou, continuous improvements, to ease into, ramps while grinding function with 11 root axis CNC control, as one finds processing center. British and American companies JONES&SHIPMAN A-B company developed A-B8600 digital systems for digital FORMAT5 type ping himself from the facility hydraulic control valves, driven vertical movement can be governor, to the use of horizontal and Motou into Gunzhusigang deputy, Electrical DC servo-driven, intermittent style grinding wheel repair, CRT graphics simulation showed. Also be used with other types of digital systems to meet different user requirements. Currently, the semiconductor master degrees continual increase in the newly introduced system in the appearance of smaller, more compact structure, functions increased distance communications, remote diagnosis, multiple plane networking etc.; Interface to the Windows operating system to increase the mouse, remote operation of vehicles. Fanuc major company this year launched 18I, 16I, 20I, 21I system Siemens is 840D, 810D, 802D are tight structure type system. There are a number of manufacturers such as : Taiwan Precision Machinery Research and Development Center developed PA8000NT series CNC controls on the use of the Windows operating system of NC, and NT immediate multi-processing core, single-section procedures for processing speed 2,000 pieces / s, single-section pre-1000 time to deal with a few pieces, with Aart (pre-adaptation technologies) and the parameters of the best learning function would follow error convergence to zero, the software proc