control-mind系统在打磨机床上的应用

0 引言
当前国内很多铸件都要人工打磨毛刺，不仅效率低下，效果不好，而且操作工人还常常受伤。打磨毛刺工作现场的空气染污和噪声会损害工人的身心健康。各种材质和形状物体的打磨、抛光等工作在欧美早已由机床来完成。下面结合control-mind开放式数控系统和MOTEC机器人对全自动打磨机床的解决方案进行论述，以提高国内打磨机床的自动化程度。

1 系统结构
打磨机床有几个部分组成：三维直线运动机构，手爪机构，工作平台，磨具结构，数控系统。

图1

三维直线运动机构：
三个直线运动轴分别定义为X轴，Y轴和Z轴，可以是图1中悬臂式三轴直角坐标机床，也可以是图2龙门式三轴直角坐标机床。

                                                                     图2

 
手抓结构：
打磨机床机械部分特点主要在手爪上，可以有多种旋转轴方式。再配合三维运动机构构成四轴、五轴、六轴联动机构。各旋转轴依次定义为A、B、C。根据现场打磨、去毛刺工序，将定制气动磨具机构安装到Z轴手爪上，机构设计强度都大于最大磨削受力强度，以满足不同工件的打磨、抛光工作。

     
工作平台：
毛坯件从上料处由人工将毛坯固定在工装处，固定后启动控制开关，工作台将毛坯件，旋转运动至工作区，我们采用分隔器设计机构，将工件进行180度旋转，这样即保证了加工强度、运动精度又提高了运动节拍保证系统运行的稳定性。

 磨具机构：
我们采用定制电主轴与手爪系统连接，根据复合型机床机构，所以其自由度完全适合各类工件打磨、去毛刺工作，电主轴采用国产或进口（德国、日本）设备。

数控系统：
可用于打磨机床或其它数控机床控制control-mind数控系统具有多种规格供选择，以满足不同的客户需要。

2  control-mind控制
2.1 主要功能：
1）在Windows下实时运行的控制软件，适用于铣、镗、雕铣、加工中心、关节机床、工业多种自动化设备。                     
2）识别国际标准DIN66025 G代码,不仅包含了常见的数控系统代码，还有样条曲线，螺旋线和渐开线插补等功能。
3）本数控系统引入了智能化的控制机理，不但具有示教编程、前馈控制、预处理控制、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，并具有故障诊断系统。伺服系统调整部分，能自动优化调整参数。
4）本系统可实现复合型机床控制，进行加工实现车铣复合或者复合车铣镗钻磨等控制。可实现最多4通道，各通道八轴联动控制，机械手六自由度控制。
        

2.2 应用的功能：
1）测量功能
　　4轴以上机床含有摆动/旋转轴，每个轴的转动中心点坐标及与三个直线轴间的夹角必须精确获取。通过测量自动计算出这些数据。
2）刀具中心点控制功能（RCTP）
　　五或六轴机床所用的程序由CAD/CAM软件产生，大多数系统的程序是基于刀具中心点编写的程序。但当换刀时中心点位置变了，就要重新生成程序，非常不方便。而基于刀尖中心点编程，即物体表面3D位置（X,Y,Z）和该点的刀尖方向（A,B）的编程就仅与被加工的物体几何尺寸有关，而与刀具长度和机床结构没有关系。RCTP功能就是把基于物体表面3D位置（X,Y,Z）和该点的刀尖方向（A,B）的程序自动分解成各个轴的运动。 

        
3）3D刀具补偿功能
保证在加工过程中换刀时软件自动计算补偿刀具半经变化带来的轨迹位置变化。该功能避免了换不同半径的刀具时要重新生成加工程序。
4）多通道功能
该系统包含有多通道多轴控制系统，可以控制特殊复合机床，实现一次装夹多工序全自动加工。它能使特种复合加工中心及生产线实现高效高精密加工。  

                              
2.3 不同应用
 2.3.1双通道5轴机床
一套系统同时控制两套机床工作，分为Ⅰ机床与Ⅱ机床。两套机床分属不同工序，配合作业以提高加工效率。右图显示为去毛刺打磨的工作台及零件。

Ⅰ套机床
1）自动转台自转180°,将A工件转至指定定工作位置停下来。大约费时：2秒
2）采用一台3D机床对A面四周进行倒角，20秒以内。平均运行速度：大约50mm/s。
3）该机床给A面上面的一些规则和非规则封闭区倒角去毛刺，大约费时：30秒，倒角运行速度：50mm/s，快速运行速度500mm/s。
总计耗时：最多52秒完成整个A面的倒角工作。

Ⅱ套机床
1）自动转台自转180°,将A工件转至指定定工作位置停下来。大约费时：2秒
2）给3个侧面孔倒角去毛刺，采用精密转台和精密转具以及纤维刷配套的方式进行，保证倒角刀具的寿命。估计费时：20秒以内。
总计耗时：最多40秒

 
                                                                Ⅰ套机床加工界面

                                                       Ⅱ套机床加工界面
2.3.2单通道6轴机器人
六自由度混合机器人由基于直角坐标机器人的三个直线运动轴和关节机器人的末端三个转动轴组成。三个直线运动轴分别定义为X轴，Y轴和Z轴。在Z轴下端的三个转动轴是从上向下以此是旋转轴A轴, 摆动轴B轴和B轴末端再带动一个旋转轴C轴。通常C轴的末端装机床手爪。三个转动轴可以选择两种结构形式。如下图所示：

 
                                                              加工零件如下图所示

   
3 结束语
机床的工作空间可以按用户要求定制，来满足一次卡一个零件，或多个零件的要求。可以生产五轴或更多轴的机床。这类机床不仅可以提高工作效率和质量，避免了操作者的受伤，还可以完成很多手工无法完成的打磨和抛光工作。特别是对各种规格，各种复杂形状的钢类铸件进行打磨。采用我们的机床可以对飞机玻璃，大型异型零件，各种金属类居家生活用品（银、金器具，炊具，灯具，工艺品），飞机、摩托车及汽车零部件进行抛光。