數控工具磨床開發的三大重點--自動化、高精度和應用軟件

機床制造商不斷地推進新產品，來幫助工具制造商和修磨工廠提高工作效率和降低成本。為了提高機床的利用率和降低勞動成本，自動化日益受到重視。同時通過開發軟件使機床拓寬操作的功能，并能在生產批量小和交貨周期短的情況下，經濟地安排生產進度。此外，加大機床功率，使之能適應多樣化的需求和拓寬磨制刀具的規格范圍。

為了掌握工具磨床發展趨勢的第一手材料，部分機床制造商對其產品的最新開發動向進行了一次討論。

自動化的目的

工具制造廠生產新刀具時，由于批量大，所以效率高。但刀具修磨廠就沒有這種條件，只有通過自動化來解決效率問題。

Schuette公司的副總裁Brigham指出，刀具修磨商并不要求機床實現無人操作，但希望一名操作者能夠看管多臺機床以控制成本。該公司的WU305萬能生產型工具磨床就能實現這一要求。該機床的特點是：（1）其軟件和裝載系統允許在一次安裝下對不同型式、不同柄部尺寸的刀具實現自動重磨，包括圓柱形和錐形立銑刀、倒圓角和球頭立銑刀、階梯鉆，以及其它不同外徑、形狀和幾何參數的階梯形刀具；（2）采用該公司整合的SIGS磨削軟件，操作者首先輸入被磨削刀具的數量、尺寸和型式；其次，選取要執行的操作工序；然后，對裝在托盤上的刀具啟動自動磨削程序。工件的自動裝卸系統帶有內置式裝夾器，不占用工作場地；CNC控制的氣動驅動器實現對裝夾器運動的操縱；可換式夾持爪和套筒的尺寸適配不同直徑的刀具，從而實現很寬范圍工件尺寸的裝卸。

精確度控制

許多制造商把減少操作時間作為首要目標，但另外一些廠商卻把零件質量放在最重要的位置（如高精度刀具和醫用零部件制造商）。

Rollomatic公司的應用和服務工程師McKahan指出，隨著磨床生產技術的改進，新近開發的機床能夠保證非常嚴格的公差和超常的光潔度。其六軸GrindSmart 620XS型磨床，適用于中小尺寸(直徑φ15.875～φ0.10mm)的旋轉式刀具。該公司稱：620XS加工直徑為1mm的球頭立銑刀，同軸度能保證在1～2μm范圍內。McKahan說，機床較高的剛性和先進的軟件實現了對機床運動的精確控制，從而達到高精度。機床的X、Y和Z軸都裝有長光柵，而磨頭A軸則裝有圓光柵。光柵的分辯率達到100nm。光柵的使用消除了滾珠絲杠、線性導軌及其它傳動元件的溫度效應。聯接在滾珠絲杠上的直驅交流電機提高了其動態特性，旋轉軸上裝有消除間隙的驅動系統。另外，該機床帶有一個液壓式可移動并且可編程的穩定支架，支架獨特的微調功能可以更好地支承工件、使撓曲減少從而提高質量。該機床的這種獨特的工件定心和夾持功能使它能磨削特別長的刀具，長徑比可達100∶1。

柔性加工時代

Saacke公司的首席營運官Hallman指出，現在工廠希望磨削加工的自動化程度越高越好，不管生產批量大小，問題的關鍵是實現柔性化。他近年的工作致力于建立一套刀具和砂輪的自動裝卸系統，以實現磨削過程無人看管或盡量減少看管。

Saccke公司最近推出的UWID數控磨削中心就是圍繞幾個關鍵的自動化單元設計的。該機床的標準配置包含一個四工位的砂輪更換裝置。當砂輪更換時，冷卻液噴咀也同時自動更換。

Saacke公司認為UWID機床的高度自動化主要在于有一個集成化的刀具自動更換系統，其裝卸器能容納30至168把刀（隨刀具尺寸而定）。該機床的選購附件包括：隨刀具需要更換彈簧套筒的裝置，以及附加的刀具托盤。該托盤系統可擴展到每次安裝增加1000把刀的能力。機床采用NUM公司的Numroto軟件，控制全部自動化系統。軟件的“虛擬加工”功能允許機外編程，從而極大地減少了調整時間。

適應用戶需求

ANCA公司的副總裁Riddiford指出，現在主要的磨床制造商都能生產出好的機床。而區分出頂級水平和一般水平的主要標志是重要性與日俱增的兩大特性——機床的軟件功能和多樣性。

軟件的重要性日益增加的原因是：有能力手工操作磨制復雜刀具的高水平工人數量在減少。另外，手工制作的刀具也難于滿足現代機床對切削速度和精度的要求。與CNC磨削相比，手工磨削會降低切削刃的質量和一致性。因為手工磨削時，刀具要靠在支承片上，砂輪磨削方向指向切削刃，這就會產生刃口毛刺。而CNC磨削則相反，工作時不用支承片，磨削方向背離切削刃，就不會產生刃口毛刺。

ANCA公司最近推出一種應用軟件iGrind，它即具備足夠精確性，又兼顧高水平操作者和初入門操作者的需要。這種基于Windows平臺的軟件系統可以做到既適應操作者熟練程度又滿足使用需求。系統即能讓操作者進入預先設定的刀具幾何參數數據庫，也能讓操作者建立自己的數據庫，同時，在三維模型上還可即時實現任意參數的改變。通過簡單地拖放鼠標編輯命令，就能依次改變各種操作指令并執行。為避免混淆，系統對任何參數改變的記錄都保持其色標。專門設定的循環可以命名、儲存或變換。

獲得更多訂單的措施

Schneeberger公司總經理Herrmann指出，工具磨正在向多樣性和多能化(生產盡量多的刀具品種的能力)方向發展，80%的用戶要求加工很大范圍的刀具品種。做到這一點就要求機床更重，剛性更高，功率更大。

這種趨勢正在從大型機床向小型機床發展。Schneeberger公司的Norma CFG機床是為工具車間設計的，盡管底座尺寸較小(1625.6mm×1981.2mm)，但重量達5443.2kg，HSK-50主軸的功率達10馬力，并備有六種砂輪。可加工的圓形刀具直徑至19.05mm，也可用于成型磨削和加工刀片。

Schneeberger公司的一種最大型機床，稱為Corvus系列，重量超過20噸，直接驅動的主軸電機功率達13、20或34馬力。選配的X軸行程可達2997.2mm，可用于磨削超長尺寸的零件。用戶也可要求增加第六根軸，這樣，機床就可在一個夾頭上完成拉刀磨削的所有工序。

精明的主意

磨削時，修整砂輪的工時損失是一項較大的費用。Agathon機床公司提供了一種砂輪在線磨銳法，用以降低這項費用。該公司的機械銷售經理Merk介紹：該公司開發的電化學磨銳法稱為EcoDress，主要用于磨削硬材料，如硬質合金等。在Ecodress磨銳中，電流通過金屬結合劑的砂輪傳送，并在磨削液作用下啟動電化學反應，從而溶化砂輪的結合劑，使新的磨粒不斷暴露出來。

常規的方法是用碳化硅砂輪修整，能使磨粒的伸出量達到其直徑的15%～25%。用在線電腐蝕或電解法修整，能使磨粒伸出量達到其直徑的45%～60%。而EcoDress法可使近乎100%的磨粒暴露出來。這就使磨粒間形成較大的空隙，強化了冷卻液的穿透作用，結果使砂輪在較冷的狀態下運行，并獲得較大的金屬切除率。

Agathon公司稱，EcoDress法可以減少磨削循環時間66%，提高砂輪壽命30%。這種方法還能使各種硬工具材料(從硬質合金到聚晶金剛石)采用同一砂輪磨削。

EcoDress法目前僅用于Agathon公司的350 COMBI數控刀片周邊磨床。但該公司正在考慮將這項技術應用在其它磨削中并申請專利許可。

適應性控制特性

在加工復雜刀具形狀、優化磨削參數時，通常要作一些折衷的選擇。例如，重切削時進給量要受到限制，其進給量和切削速度要比輕切削小一些。砂輪在磨削工件過程中，有一段“磨削空氣”的時間，情況就更不一樣了。

為了更大限度地提高機床利用率和砂輪壽命，Walter磨床公司在其Helitronic Power數控工具磨床上使用了適應控制的功能。該系統讀取砂輪的載荷大小，并據此調節進給量，使整個磨削過程都保持在最大載荷狀態。由于砂輪承受恒定的載荷并且沒有超出允許的最大值，所以，延長了砂輪壽命，擴大了無人看管的范圍。采用這套系統還可使刀具上的過渡痕跡大大減小。因為在磨削進行過程中工序的轉換是在進給量逐漸變化中實現的。

Walter公司稱，在加工直徑為φ25.4mm的立銑刀時，采用適應控制可使加工時間從11分鐘減至9分鐘。Walter公司的Helitronic Power + Diamond是一種按被磨削材料進行適應控制的機床，它既可磨削硬質合金和高速鋼刀具，也可用電火花磨削法加工聚晶金剛石刀具。機床配備雙主軸，用戶可以迅速地從磨削硬質合金和高速鋼刀具轉換到用電火花磨削聚晶金剛石刀具。或者，兩種工序在一次安裝下進行。此時，先用電火花加工刀具聚晶金剛石部分的第一后角，然后磨削硬質合金刀體的第二后角。配備該機床可以無需購置專用機床而進入聚晶金剛石刀具的市場領域。