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軸承套圈雙主軸（zhóu）車削中心數控係（xì）統的設計

2018-1-30 來源：揚州工業職（zhí）業技術學院（yuàn）機（jī）械與汽車工程學院（yuàn）作者：王偉

摘要: 軸承（chéng）在市（shì）場上有著廣泛的應用，為了提高生產效率，研發軸承套圈雙（shuāng）主軸車削中心數控（kòng）係統符合（hé）當前（qián）市場需（xū）求。根據（jù）多年工作經（jīng）驗，通過參閱大量文獻，研（yán）發了軸承套圈（quān）雙主軸車削中（zhōng）心數控係統，設（shè）計了機械本體、係統結（jié）構及機床麵（miàn）板等（děng），為提高生產效率，保證生產（chǎn）質量提供了技術支持，得出了有益結（jié）論（lùn）。

關鍵（jiàn）詞: 軸承套圈; 雙主軸車削中心; 數控係（xì）統

製造業是國民（mín）經濟的主體（tǐ），是立國之本、興國之器、強國之基。隨著中國（guó）製造業的不斷發展，全國各大行業為了抓住此契機，為（wéi）適應發展需求，不斷進（jìn）行（háng）創新發展，目前（qián）中國的製造業發展已經（jīng）初（chū）見成效。

軸承被（bèi）稱作工業的（de）點心，廣（guǎng）泛應用於各個行業，在國民經濟中占有重要的地位（wèi），因而創新軸承產（chǎn）品結構、製造工藝流（liú）程及提供生產效率勢在必行。為此研發軸承套圈數字化車間符合當（dāng）前（qián）市場需求，機械加工係統是數字化車間的有機組成部（bù）分，而雙主軸車削（xuē）中心是機械製造係統和車削加工單元的核心組它是為適應（yīng）軸（zhóu）承套圈車削加工工（gōng）藝專門（mén）研發（fā）的設備。

根據軸承套圈加工（gōng）工藝介紹［1－2］，可以看出無論是外（wài）圈（quān）、還是內圈的車削工序都有兩（liǎng）個，如果采用兩台機床完成兩（liǎng）個工序（xù）會存在以下問題（tí）: 首先，生產輔助時間長，生產（chǎn）效率低（dī）; 其次，加工精度受損。Brian KELLOCK 研究指出，采用雙主軸（zhóu）車床（chuáng）是解決以上問題的最有效途徑（jìng）。

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

圖（tú） 1 雙主軸車削中心機械本體

1 、軸承套圈車削加工中心的（de）結構

一台雙主軸車削中心、一套工件尺寸測量（liàng）裝置構成一個車削加工單元，它承擔著軸承套圈車削加工的工作。雙（shuāng）主軸車削中心數控係統除（chú）了按照（zhào）車加工單元監控係統發來的 NC 代碼控製機床（chuáng）運動（dòng）完成加工（gōng）外，還將對機床的各種狀態參（cān）數進行監（jiān）測並反饋給車加工單元監控係統; 工件尺寸（cùn）測量裝置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（de）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，馬上采取調整刀補（bǔ）或是換刀的措施，從而（ér）在產品的生產過程（chéng）中始終有（yǒu）效地控製著產品尺寸，使（shǐ）產品質量得到了質的提升。

同時在生產過程中，通過統計合格品的數（shù）量，亦實現了刀具（jù）的壽命管理，使（shǐ）刀具使用的效率得到了提升。此外，車加（jiā）工單元監控係統還可進行 CPK、SPC 等數值的計算（suàn），並將加工信息（xī）反饋給機（jī）械加工係統中心管理係統。

2 、雙（shuāng）主軸車削中心數控係統的（de）設計

數控係統是雙主軸車削中（zhōng）心的大腦，也是發揮（huī）其最大作用的保障。雙主（zhǔ）軸車削中心具（jù）有兩個主軸和兩個（gè）刀架，因此雙主軸車削中心數控係統是（shì）一個六軸係統，而且這 6 個軸還分成兩個坐標係，兩（liǎng）個坐標係要同時工作。目前，具備以上功能的數控係（xì）統基本上都（dōu）是進口係統 ( 如 SIMENSE 810D、FANUC 0T) ，價格昂貴，此外，它們很多接口都不（bú）對外開（kāi）放，難以實現數字化（huà）車間的生產監控以及根據工件在線尺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結（jié）構，存在很大的局限性: ( 1) 很難采納主流的計算機與信（xìn）息技術; ( 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，係統的培訓和維護費用昂貴。

數控係統（tǒng）技術（shù）正經曆著從傳統封（fēng）閉式（shì）向開放式數控係統發展的過程。開放式數控（kòng）係統是製造技術領（lǐng）域的革命性飛躍，其硬件、軟件和總線規範都是標準的、對外（wài）開放的（de），使數控係統（tǒng）滿足模塊（kuài）化、標準化和網絡（luò）化的（de）要求。

為了滿足數字化車間和生產過程監控的要求，課題組采用開放式數控係統架（jià）構設（shè）計。目前常見的開放結構控製器產品主要是基於 PC的係統，而且種類（lèi）繁多。

根據其（qí）結構形式的不同可以分為以下幾類（lèi）: ( 1) “PC 嵌（qiàn）入 NC”結構。這隻（zhī）不過在傳（chuán）統數控係統中加入了 PC 機，通過建立合適的（de）數（shù）據接口和 PC 進行連接，實現係（xì）統的部分開放。

如FANUC Serial 150 / 160 / 180 / 210。其需要雙操作係統，如 MS Windows 和專用的數控操作係統，PC 機隻不過（guò）用來（lái）提高可操作性，原來的控製器（qì）不做結構上的任何改動。( 2) “NC 嵌入 PC”結構。它由開放式運動控製板加 PC 機（jī）構（gòu）成。這種運動（dòng）控製板通常選用高速DSP 作為 CPU 來完成實時性的 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 總線和雙端（duān）ＲAM 來通信。它開放的函數（shù）庫供用戶在Windows 平台下自行（háng）開發構所需的控製係統。( 3) “基（jī）於現場總線的 PC－NC” 結構。它是將現場總線卡，如（rú） SEＲCOS 和 PＲOFIBUS，插（chā）入到 PC 機的插（chā）槽中。基於此種標準的產品有北（běi）京（jīng）機電研究（jiū）院的JT2100、 Indramat System 2000 和 Simulink 802D，840D 等。 ( 4 ) 軟件型（xíng）開放式數（shù）控係（xì）統。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的軟件全部存在於PC 機中，而硬件（jiàn）僅為 PC 機與（yǔ）伺服驅（qū）動和外部 I / O之間的標準（zhǔn）化（huà）通用接口。其典型產（chǎn）品（pǐn）有德國 PowerAutomation 公司的 PA8000 NT、美國 MDSI 公司的Open CNC 等。

經過多方對比（bǐ），考慮到加工精度、加工（gōng）效（xiào）率等（děng）要求，課（kè）題組采用 “NC 嵌入 PC” 結構，以美國 DeltaTau 公司生產的 PMAC Clipper 運動控製器（qì）作為（wéi）數控內核。Clipper 運動控製器標準卡（kǎ）可控製 4 個軸（zhóu），再加上一個 Acc1P 即可控製 8 個軸，滿足雙主軸車削中心的（de）要求（qiú）。Clipper 運動控製器采用以（yǐ）太網和（hé） PC 進行通（tōng）信，因此，雙主軸車削中心數（shù）控係統整體架構如圖 2所示。

圖 2 雙主（zhǔ）軸車削中心數控（kòng）係統硬（yìng）件架構（gòu）

為了方便（biàn）操作人員使用，設計了如圖 3 所示的（de）機床麵板［4］。整個係統的（de）程序分為上位機程序（xù）和下位機程序兩大部分。上位機程序指的是在 PC 機上運行的程序，包括 NC 代碼程序編輯、運行狀態監測顯示、參數設定、加工過程分析、係統交互等模塊。下位機程序指的是運行在 PMAC 上的（de）程序，包（bāo）括 G 代碼實現（xiàn）程序、M 代碼實現程序、PLC 程序等部分。

圖 3 機（jī）床麵板

3 、結論

課題組設（shè）計研發的（de）軸承（chéng）套圈雙主軸車削中心數控（kòng）係統（tǒng）目前已（yǐ）處於調試階段，總體情況良好，預計投入生產使用後（hòu），能夠大幅度減（jiǎn）少工時、提高生產效率，給企業帶來的利潤是非常可觀的，同（tóng）時也為進一步研究改進提供了理論（lùn）借鑒。

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