淺談立式內圓磨床自動刀庫的回零調整

韓菊萍

摘 要：立式內圓磨床用于我公司電機傳動端端蓋軸承室精磨生產的一臺高精尖、單一關鍵機床。有負荷大，使用頻率高，自動換刀裝置長時間使用易出現部件磨損或精度下降的情況。為確保產品連續加工的精度及穩定性，生產淡季需對機床定期維保、準確度修正。機床故障50%以上都與自動換刀裝置（ATC）有關[1]，以下將基于日本太陽工機立式內圓磨床（以下簡稱“內圓磨床”）返回參考點修正的機械調整過程及參數設置原理做主要分析。

關鍵詞：立式內圓磨床;自動換刀裝置;返回參考點;機械調整;參數設置

引言

科學技術的發展對產品提出了高精度、高復雜性、高迭代率的要求。這就要求加工設備的高精度、高效率、高通用性。數控機床就是針對這種要求而產生的一種新型自動化產物。

太陽工機立式內圓磨床由機床本體、Z軸工作臺、主軸（旋轉工作臺）、內圓磨削軸、冷卻液裝置、軸冷卻裝置和導軌潤滑裝置等結構組成。ATC是該數控機床的核心部件，由伺服電機驅動，可收納砂輪直徑75-250mm刀具6把，一次夾裝可多工序加工，縮短砂輪交換時間的縮短，實現復合加工。自動換刀裝置（ATC）直接影響到整個數控機床的工作質量，所以ATC定期維護修正至關重要。

1 立式內圓磨自動刀庫回零機械調整

太陽工機立式內圓磨床使用刀具與主軸直接換刀的自動換刀裝置，機械原點是基本機械坐標系的基準點[2]，機床多次使用影響回參準確性。回參修正分為機械修正與參數寫入兩部分，下面對機床的機械修正進行分析。

1.1 X軸位置修正

X軸位置修正原理：利用嵌套在套管軸錐形部的指示器進行誤差消除。

如圖1-1所示，在手動方式下，將指示器嵌套在ATC套管軸錐形部，在指示器觸頭繞刀具旋轉過程中可能會出現位移。以工作臺面為絕對零面，該位移誤差即為X軸實際機械位置與機械原點偏差。

如圖1-2所示，指示器旋轉過程中，可能會出現b方向（X軸方向）位移或a方向（旋轉方向）位移。移動對應的軸（b 方向用X軸修正，a方向用A軸修正），減小指示器位移。（由于彈簧的再現性，a、b方向各允許有0.15mm、0.01mm

誤差）調整X軸及A軸直至指示器旋轉一周后，指針跳動在誤差范圍內。此時X軸所在位置為標準機械原點位置，將此位置坐標設為參考點，實現機械原點與坐標原點重合。

1.2 Z軸位置修正

Z軸修正原理：利用墊片下指示器指針確定Z軸機械原點。

與X軸修正原理類似：在MDI方式下移動Z軸至砂輪軸端接觸套管軸，此時指示器指針為0，在實際使用中，刀具夾緊狀態與松開狀態Z軸變化幅值約為0.4-0.5mm，所以設定其推拉值為0.2-0.3mm。即指示器為0.2-0.3mm時，設定該點為機床Z軸機械原點。同理，將此時Z軸機械位置設為參考點，實現Z軸實際機械位置與機械原點重合。

設定X軸、Z軸機械原點位置并保存后，根據所示刀具更換表進行ATC試換刀[3]，以確認Z軸、X軸位置設定的準確度。該立式內圓磨床使用M6T00 參數進行刀具更換。

2? Fanuc數控系統返回參考點基本參數調試

數控機床通過參數設置將數控設備的系統（CNC）軟件記憶位置與數控設備的機械位置重合。根據各種設備的特點和應用場合等個性問題，Fanuc CNC 提供的常用返回參考點方法有三種：（1） 手動輸入法;（2）柵格法;（3）雙Mark法 。該機床電氣回參采用手動輸入法，故方法2、3不做詳細討論。

2.1 手動輸入法

手動輸入法主要用于半閉環系統絕對型編碼器。CNC將當前機械位置作為參考點處理，對進行機械調整后的X軸、Z軸位置分別手動設置參數，將軟件記憶位置與機械位置重合。

基本原理如下： 在MDI方式下，對X軸、Z軸位置進行機械修正，直至誤差在可接受范圍內，完成機械調零;手動設置參數P1815，完成電氣原點與機械原點重合。參數P1815用于改變機械位置與絕對位置檢測器之間的對應關系，一般用于絕對位置檢測（ABS脈沖編碼器）、或者帶有絕對位置原點的直線尺（串行）的旋轉軸B類型的軸 。內圓磨床P1815（4）參數為機械位置與絕對參考位置關系建立的APZx參數。在進行第一次調節或更換絕對位置檢測器時，將其設定為“0”，再次通電并通過執行手動返回參考點等操作進行絕對位置檢測器的原點設置后，該參數即被自動設定為“1”。

2.2 柵格法

柵格法適用既適用于半閉環系統，也適用于全閉環系統;既適用于增量型位置反饋元件，也適用于絕對型位置反饋元件。根據有有無回零減速開關，柵格法返回參考點方式分有回零減速開關和無回零減速開關兩種情況。

2.3 雙Mark法

雙Mark法適用全閉環系統。帶絕對參考標志的光柵尺有兩路參考標志，Mark 1 和Mark 2。在光柵尺的原始零點，二者重合。離開原始零點后，Mark1 和Mark 2 的差值隨著離初始原點（理論零點，物理上不存在）的距離增大而增大。由Mark 1 和Mark 2之間的差值計算出當前位置離開光柵尺原始零點的距離，再根據參考點與原始零點的位置計算出當前位置與參考點之間的距離。

3 結論與展望

在機床的使用過程中會有一些不可避免的故障，但是所有的故障都是有征兆的，通過細致比較與分析，優化檢查方式方法，并對發現的問題進行綜合分析，就能將設備故障扼殺在搖籃中，降低對生產的影響。故障處理固然重要，預防機制及機器改進也是不可或缺的。

參考文獻：

[1]陳義莊.數控機床自動換刀裝置的選擇及刀柄的配置[J].機床與液壓，2002（04）：228-148.

[2]李富生.實用數控機床技術手冊.北京出版社，1999.

[3]王俊彩，喬丹，胡長中，王福平.基于PLC控制的刀具庫自動選刀的設計[J].機械工程師，2010（11）：94-95.