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軸承套圈雙主軸車削中心數控係統的（de）設計

2018-2-26 來源（yuán）：揚州工業（yè）職業技術學院機械與汽車工程（chéng）學院作者：王偉

摘要: 軸承（chéng）在市（shì）場上有著廣泛的應用（yòng），為了提高生產效率，研發軸承套圈雙主軸車（chē）削中心數控係統（tǒng）符合當前市場需求。根據多年工作經驗，通過參閱大量文獻，研發了軸（zhóu）承套圈雙主軸車削中心數控係統，設計了機械本（běn）體、係統結構及（jí）機床麵板（bǎn）等，為提高生產效率，保（bǎo）證生產質量提供了技術（shù）支持，得出了有益結論。

關鍵詞: 軸承套圈; 雙主軸車削（xuē）中心; 數控（kòng）係統

製造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國（guó）之基（jī）。

隨著中國製造業的不斷發展，全國各大行業為了抓住此契機，為適應發展需求，不斷進行創（chuàng）新發展（zhǎn），目前中國的製造業（yè）發展已經初見成效。軸承被稱作工業的點心，廣泛應用於各個行業，在國民（mín）經濟中占有重要的地位，因而創新軸承產品結構、製造（zào）工藝流程及提供生產效率勢在必行。

為（wéi）此研發軸承套圈數字化車間符合當前市場需求，機械加工係統是數字化車間的有機組成部分，而雙主軸車削中（zhōng）心是（shì）機械製（zhì）造係統和車削加工（gōng）單元（yuán）的（de）核心組件，它是為適應軸承套圈車削（xuē）加工工藝專門研發（fā）的設備。

根據軸承套圈加工工藝介紹（shào），可（kě）以看出無論是外圈、還是內圈的車削工（gōng）序都有兩個，如果采用（yòng）兩台機床（chuáng）完成兩個工序會存在以下問題: 首先，生產（chǎn）輔助時間長，生（shēng）產效率低; 其次（cì），加工（gōng）精度受損。Brian KELLOCK 研究指出，采用雙主軸車床是（shì）解決以上問題的最有效途徑。

為此，課題組成員根據企業實際需要自主研發了（le）雙主軸車削中心，其機械本（běn）體如圖 1 所示。

圖 1 雙主軸車削（xuē）中心機械本體

1 、軸（zhóu）承套圈車削加工中心（xīn）的結構

一台（tái）雙主軸車削中心、一套工件尺寸（cùn）測量裝置構成一個車削加工單元，它承擔著軸承套圈（quān）車削加工的工作。雙主軸車削中心數控係統除了（le）按照車加工單元監控係統（tǒng）發來（lái）的 NC 代碼控製機床運動完成（chéng）加工外，還將對機床的各種狀態參數進行監測並反饋給車加工單元監控係統; 工件尺寸（cùn）測量裝置（zhì）對加工好的軸承圈的形狀參數進行測量; 車加工單元監控係統將對采集的尺寸數據進行計算和分析，對比已經設置好的公差帶，如果超過了公差帶，馬（mǎ）上采取調整刀補或是換刀的措施，從而在產品的（de）生產過程中始終有效地控製著產品尺（chǐ）寸，使產品質量得到了質的提升。同時在（zài）生產過（guò）程（chéng）中，通過統計合格品的數量，亦實現了刀具的（de）壽命管理，使刀具使用的效率得到了提升。

此外（wài），車加工單元監控係統還可進行 CPK、SPC 等數值的計算，並將加工信息反饋給機械（xiè）加工（gōng）係統中心管理係統。

2 、雙主軸車削中心數控係（xì）統的設計

數控係統是雙主（zhǔ）軸車削中（zhōng）心（xīn）的大腦，也是（shì）發揮其最大作用（yòng）的保障。雙主軸車削中心具有兩個主（zhǔ）軸和兩個刀架，因此雙主軸（zhóu）車削（xuē）中心數控係統是一個六軸係統，而（ér）且這（zhè） 6 個軸還分成兩個坐標係，兩個坐標係要同時工作。

目前，具備以上功能的數控係統基本上（shàng）都是進口係統 ( 如 SIMENSE 810D、FANUC 0T) ，價（jià）格昂貴，此外，它們很多接口都不對外開放，難以實現數字（zì）化車間的（de）生產監控以（yǐ）及根據工件在線尺（chǐ）寸測量進行刀補參數調整功能，傳統的數控係統采用封閉式（shì）結構，存在很大的局限性: ( 1) 很難采納主流的（de）計算機與信息（xī）技術; ( 2) 係統功能固定，不具有柔性; ( 3) 傳統數控係統人機界麵不靈活，係（xì）統的培訓和維護費用昂貴。

數控係統技術（shù）正（zhèng）經曆著從傳統封（fēng）閉式向開放式數控係統發（fā）展的過程（chéng）。開（kāi）放式數控係統是製造（zào）技術領域的革命（mìng）性飛躍，其硬件、軟件和總線規範都是標準的、對外開放的，使數控係統滿足模（mó）塊化、標準（zhǔn）化和網絡化的要求。為了滿足數字化車間和生產過程監控的要求，課題（tí）組采用（yòng）開放式數控係統架構（gòu）設（shè）計。

目前常見的開放結構控製器產品主要（yào）是基於 PC的係統，而且種類繁多。根據其結構形式的不同可以分為以下幾類:

( 1) “PC 嵌入 NC”結構。這隻不過在傳統數控係統中加入了 PC 機，通過建立合適的數據接口和 PC 進行連接（jiē），實（shí）現係統的部分開放。

如FANUC Serial 150 / 160 / 180 / 210。其需要雙操（cāo）作係統，如 MS Windows 和專用的數控操作（zuò）係統，PC 機隻不過用來提高可操作性，原（yuán）來的控製器不（bú）做結構上的任（rèn）何改動。

( 2) “NC 嵌（qiàn）入 PC”結構。它由開放式運動（dòng）控製板加 PC 機構成。這種運動控製板通常選用高速（sù）DSP 作為 CPU 來完成實時性的（de） NC 內核任務而由 PC機來完成非實時性的任務。兩個 CPU 之間通過 PC 總線和雙（shuāng）端ＲAM 來通信。它開放的函數庫供用戶（hù）在Windows 平台下自行開發構造所需的控製係統。

( 3) “基於現場總線的 PC－NC” 結構。它是將現場總線（xiàn）卡，如 SEＲCOS 和 PＲOFIBUS，插入到 PC 機（jī）的插槽中。基於此種（zhǒng）標（biāo）準（zhǔn）的（de）產品有北京（jīng）機電研究院的（de）JT2100、 Indramat System 2000 和 Simulink 802D，840D 等。

( 4 ) 軟件型（xíng）開放（fàng）式數控係統。它提供給用戶最大的選擇和靈（líng）活性，它的軟件全部（bù）存在於PC 機中，而硬件僅為 PC 機與伺（sì）服驅（qū）動和外部 I / O之間的標（biāo）準化（huà）通（tōng）用接口

。其典型產品有德國 PowerAutomation 公司的 PA8000 NT、美國 MDSI 公司的Open CNC 等。經過多方對（duì）比，考慮到加工精度、加工效率等（děng）要求，課題組采用 “NC

嵌入 PC” 結構，以美國 DeltaTau 公司生產（chǎn）的 PMAC Clipper 運動控製器作為（wéi）數（shù）控內核。Clipper 運動控製器標準卡可控製 4 個軸，再加（jiā）上一個（gè） Acc1P 即可控製 8 個軸（zhóu），滿足（zú）雙主軸車削中心的要求。Clipper 運動控製器采用以太網和（hé） PC 進行通信，因此（cǐ），雙主軸車削中心數控係統整體架構如圖（tú） 2所示。

圖 2 雙主軸（zhóu）車削中心數控係統硬件架構

為了方便操作人員使用（yòng），設計了如圖 3 所示（shì）的機（jī）床麵。整個（gè）係統的程序分為（wéi）上位機程序和下位機程序兩大（dà）部分。上位（wèi）機程序指的是在 PC 機上運行的程序，包括 NC 代碼程序（xù）編輯、運行狀（zhuàng）態監測顯示、參數設定、加工過程分析（xī）、係統交互等模塊。下（xià）位機程序指的是運行（háng）在 PMAC 上的程序（xù），包括 G 代碼實現程（chéng）序、M 代碼實現程序、PLC 程序等部（bù）分。

圖 3 機床麵板（bǎn）

3 、結論

課題組（zǔ）設計研發的軸承套圈雙主（zhǔ）軸車（chē）削中心數控係統目前已處於調試階段，總體情況（kuàng）良（liáng）好（hǎo），預計投入（rù）生（shēng）產使用後（hòu），能夠（gòu）大幅度減（jiǎn）少工時、提高生產效率（lǜ），給企業（yè）帶來的利潤是非常可觀的，同時也為進一步研究改（gǎi）進提供了理論借鑒。

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