control-mind系統(tǒng)在打磨機(jī)床上的應(yīng)用

0 引言
當(dāng)前國(guó)內(nèi)很多鑄件都要人工打磨毛刺，不僅效率低下，效果不好，而且操作工人還常常受傷。打磨毛刺工作現(xiàn)場(chǎng)的空氣染污和噪聲會(huì)損害工人的身心健康。各種材質(zhì)和形狀物體的打磨、拋光等工作在歐美早已由機(jī)床來(lái)完成。下面結(jié)合control-mind開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)和MOTEC機(jī)器人對(duì)全自動(dòng)打磨機(jī)床的解決方案進(jìn)行論述，以提高國(guó)內(nèi)打磨機(jī)床的自動(dòng)化程度。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
打磨機(jī)床有幾個(gè)部分組成：三維直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，手爪機(jī)構(gòu)，工作平臺(tái)，磨具結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)。

圖1

三維直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：
三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸分別定義為X軸，Y軸和Z軸，可以是圖1中懸臂式三軸直角坐標(biāo)機(jī)床，也可以是圖2龍門(mén)式三軸直角坐標(biāo)機(jī)床。

                                                                     圖2

手抓結(jié)構(gòu)：
打磨機(jī)床機(jī)械部分特點(diǎn)主要在手爪上，可以有多種旋轉(zhuǎn)軸方式。再配合三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成四軸、五軸、六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。各旋轉(zhuǎn)軸依次定義為A、B、C。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打磨、去毛刺工序，將定制氣動(dòng)磨具機(jī)構(gòu)安裝到Z軸手爪上，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度都大于zui大磨削受力強(qiáng)度，以滿足不同工件的打磨、拋光工作。

     
工作平臺(tái)：
毛坯件從上料處由人工將毛坯固定在工裝處，固定后啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，工作臺(tái)將毛坯件，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至工作區(qū)，我們采用分隔器設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，將工件進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)，這樣即保證了加工強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)精度又提高了運(yùn)動(dòng)節(jié)拍保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

 磨具機(jī)構(gòu)：
我們采用定制電主軸與手爪系統(tǒng)連接，根據(jù)復(fù)合型機(jī)床機(jī)構(gòu)，所以其自由度*適合各類(lèi)工件打磨、去毛刺工作，電主軸采用國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口（德國(guó)、日本）設(shè)備。

數(shù)控系統(tǒng)：
可用于打磨機(jī)床或其它數(shù)控機(jī)床控制control-mind數(shù)控系統(tǒng)具有多種規(guī)格供選擇，以滿足不同的客戶需要。

2  control-mind控制
2.1 主要功能：
1）在Windows下實(shí)時(shí)運(yùn)行的控制軟件，適用于銑、鏜、雕銑、加工中心、關(guān)節(jié)機(jī)床、工業(yè)多種自動(dòng)化設(shè)備。                     
2）識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)DIN66025 G代碼,不僅包含了常見(jiàn)的數(shù)控系統(tǒng)代碼，還有樣條曲線，螺旋線和漸開(kāi)線插補(bǔ)等功能。
3）本數(shù)控系統(tǒng)引入了智能化的控制機(jī)理，不但具有示教編程、前饋控制、預(yù)處理控制、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)調(diào)整部分，能自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。
4）本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)合型機(jī)床控制，進(jìn)行加工實(shí)現(xiàn)車(chē)銑復(fù)合或者復(fù)合車(chē)銑鏜鉆磨等控制?？蓪?shí)現(xiàn)zui多4通道，各通道八軸聯(lián)動(dòng)控制，機(jī)械手六自由度控制。
        

2.2 應(yīng)用的功能：
1）測(cè)量功能
　　4軸以上機(jī)床含有擺動(dòng)/旋轉(zhuǎn)軸，每個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)坐標(biāo)及與三個(gè)直線軸間的夾角必須獲取。通過(guò)測(cè)量自動(dòng)計(jì)算出這些數(shù)據(jù)。
2）刀具中心點(diǎn)控制功能（RCTP）
　　五或六軸機(jī)床所用的程序由CAD/CAM軟件產(chǎn)生，大多數(shù)系統(tǒng)的程序是基于刀具中心點(diǎn)編寫(xiě)的程序。但當(dāng)換刀時(shí)中心點(diǎn)位置變了，就要重新生成程序，非常不方便。而基于刀尖中心點(diǎn)編程，即物體表面3D位置（X,Y,Z）和該點(diǎn)的刀尖方向（A,B）的編程就僅與被加工的物體幾何尺寸有關(guān)，而與刀具長(zhǎng)度和機(jī)床結(jié)構(gòu)沒(méi)有關(guān)系。RCTP功能就是把基于物體表面3D位置（X,Y,Z）和該點(diǎn)的刀尖方向（A,B）的程序自動(dòng)分解成各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。 

        
3）3D刀具補(bǔ)償功能
保證在加工過(guò)程中換刀時(shí)軟件自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償?shù)毒甙虢?jīng)變化帶來(lái)的軌跡位置變化。該功能避免了換不同半徑的刀具時(shí)要重新生成加工程序。
4）多通道功能
該系統(tǒng)包含有多通道多軸控制系統(tǒng)，可以控制特殊復(fù)合機(jī)床，實(shí)現(xiàn)一次裝夾多工序全自動(dòng)加工。它能使特種復(fù)合加工中心及生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)高精密加工。  

                              
2.3 不同應(yīng)用
 2.3.1雙通道5軸機(jī)床
一套系統(tǒng)同時(shí)控制兩套機(jī)床工作，分為Ⅰ機(jī)床與Ⅱ機(jī)床。兩套機(jī)床分屬不同工序，配合作業(yè)以提高加工效率。右圖顯示為去毛刺打磨的工作臺(tái)及零件。

Ⅰ套機(jī)床
1）自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)自轉(zhuǎn)180°,將A工件轉(zhuǎn)至定工作位置停下來(lái)。大約費(fèi)時(shí)：2秒
2）采用一臺(tái)3D機(jī)床對(duì)A面四周進(jìn)行倒角，20秒以內(nèi)。平均運(yùn)行速度：大約50mm/s。
3）該機(jī)床給A面上面的一些規(guī)則和非規(guī)則封閉區(qū)倒角去毛刺，大約費(fèi)時(shí)：30秒，倒角運(yùn)行速度：50mm/s，快速運(yùn)行速度500mm/s。
總計(jì)耗時(shí)：zui多52秒完成整個(gè)A面的倒角工作。

Ⅱ套機(jī)床
1）自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)自轉(zhuǎn)180°,將A工件轉(zhuǎn)至定工作位置停下來(lái)。大約費(fèi)時(shí)：2秒
2）給3個(gè)側(cè)面孔倒角去毛刺，采用精密轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)具以及纖維刷配套的方式進(jìn)行，保證倒角刀具的壽命。估計(jì)費(fèi)時(shí)：20秒以內(nèi)。
總計(jì)耗時(shí)：zui多40秒

                                                                Ⅰ套機(jī)床加工界面

                                                       Ⅱ套機(jī)床加工界面
2.3.2單通道6軸機(jī)器人
六自由度混合機(jī)器人由基于直角坐標(biāo)機(jī)器人的三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸和關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成。三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸分別定義為X軸，Y軸和Z軸。在Z軸下端的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸是從上向下以此是旋轉(zhuǎn)軸A軸, 擺動(dòng)軸B軸和B軸末端再帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸C軸。通常C軸的末端裝機(jī)床手爪。三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以選擇兩種結(jié)構(gòu)形式。如下圖所示：

                                                              加工零件如下圖所示

   
3 結(jié)束語(yǔ)
機(jī)床的工作空間可以按用戶要求定制，來(lái)滿足一次卡一個(gè)零件，或多個(gè)零件的要求?？梢陨a(chǎn)五軸或更多軸的機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床不僅可以提高工作效率和質(zhì)量，避免了操作者的受傷，還可以完成很多手工無(wú)法完成的打磨和拋光工作。特別是對(duì)各種規(guī)格，各種復(fù)雜形狀的鋼類(lèi)鑄件進(jìn)行打磨。采用我們的機(jī)床可以對(duì)飛機(jī)玻璃，大型異型零件，各種金屬類(lèi)居家生活用品（銀、金器具，炊具，燈具，工藝品），飛機(jī)、摩托車(chē)及汽車(chē)零部件進(jìn)行拋光。