李政
广东鼎泰机器人科技有限公司 广东东莞523000
摘 要：随着我国机械工程领域的不断发展，对于精密加工刀具产品设计质量的要求也在日渐攀升，为了更好地提升机械行业的产品质量，就需要对现有的刀具加工方式和加工设备等进行全面的优化创新。本文以金属加工刀具和PCB行业刀具生产中所采用的数控精密磨床为主要探讨对象，对其创新优化设计的重难点以及设计过程的控制要点等进行着重的分析，并提出相应的建议，以便为进一步推动我国刀具行业的更向前发展打下良好的基础。
关键词：数控；精密；磨床；设计分析
刀具行业不仅是我国工业的一个基础性行业，同时，也是一个鉴定机械产品质量的标准性行业。其中包括金属加工常用的铣刀，钻头，硬质合金微钻针等均属于刀具范畴。本文将对刀具加工方式和加工设备的创新优化设计进行深入地分析。
1.机床创新优化设计重难点分析
首先，要合理选择床身材料，因为床身是数控精密刀具磨床的主要支撑构件，可满足机床高速度、高生产率和高精度可靠性及自动性需求。因此，在选择床身材料时，尽量保证材料的精度、静刚度以及动刚度和热稳定性等。尤其是铸件的选用，应保证其成型方便，且具有较大的吸振性、耐磨性和工艺性等。其次，合理选择精密导轨，在这一过程中，可以将精密丝杠作为最佳选择对象，因为该精密导轨的运动性能比较平滑、可靠，且持久性和抗磨性较高，可以保证整机的装配精度，使刀具加工磨床整体的持久性和耐磨性得到最大化提升；第三，磨床床身的精密加工，组装过程应对精密导轨安装面的铲刮配装等技术的合理运用给予相应的重视。第四，磨床组装的手法与组装后的精度检测。在对数控精密磨床进行装配时，明确各组成部件的安装位置，还要在组装后对整个磨床进行相应的调试和检验，确保其整体应用性能和运行参数等能够完全符合刀具加工设计要求。另外，可采用几何精度测量法、位置精度测量法和工作精度测量法对磨床的整体设计质量进行全面的检查；第五，磨床主轴的选用。磨床主轴是指机床上带动工件或刀具旋转的轴。常用的有机械主轴和直驱电主轴两种，机械主轴通常由主轴轴心、轴套、轴承和传动件等所组成。主要用来安装切削砂轮完成刀具的加工。在选择机械主轴时，除了要保证主轴的本身旋转精度，轴向跳动，径向跳动外，主轴运转时的动平衡也必须做调校，安装砂轮后需做第二次动平衡的校正。选用电主轴时，要对电主轴的功率和转速进行合理的评估，主轴固定座必须增加散热装置，以保障运行中温升导致的精度变化；最后，切削砂轮的合理选择。切削钨钢材质时，粗切削通常采用金刚石金属砂轮，适合重力切削，具有极强的耐磨性，但其质地坚硬，不易修整；在精密抛光时可以采用金刚石树脂砂轮，颗粒细腻宜修整，适合轻型切削或抛光，缺点是耐磨性差，所以，在选择时，一定要结合实际情况合理进行选择。
2.机床功能结构设计要点分析
2.1人机界面功能设计
为了更好的满足金属加工刀具和PCB行业刀具生产要求，本文提出的PCB磨床数控系统主要是由高级语言VB开发的HMI软件来进行开发。在其人机界面功能设计中，菜单形式与控制可以直接利用上横左竖排布的按钮来得以实现。这样当操作人员按下相应的按钮后，就可直接切换出与菜单文字描述相对应的操作界面，并保证界面上的按钮或输入框与磨床的整体操作功能及参数等相对应。另外，还将整体人机界面功能模块划分成三大关键部门，即手动操作模块、自动运行模块以及工艺选择模块，并且为了减轻操作人员的工作强度，还采取了参数化的设计方式来确定加工刀具的轨迹曲线，这样操作者在使用阶段，只需对需要的工艺进行选择激活相应的输入该工艺的加工数据参数，就可在最短时间内选择出最优的刀具设计工艺。这种设计方式不仅可以大大提升磨床系统的人机交互性和整体操作便捷性，而且也降低了系统硬件设计成本，增强了系统操作设计的灵活性，提高刀具的生成加工效率。
2.2 PLC各模块功能设计
2.2.1初始化模块设计
当该功能模块接收到HMI所发出的控制命令后，可实现对系统IO输出和中间变量的初始化。基于此，在设计该功能模块时，必须确保数控系统完全启动后，将其有关中间变量或寄存器设置常数或清零，确保机床CNC轴在回参后停到安全位置，这样才能使初始化模块功能得以顺利的实现。
2.2.2辅助机构IO控制功能模块设计
该功能模块在接收HMI所发出的控制命令及外围IO输入信息后，直接通过系统的控制逻辑，就可实现辅助机构IO的逻辑控制功能。
2.2.3错误处理模块
为了预防磨床系统程序在运行过程中，因所输入的数据信息与系统设计要求不相符而产生一定的软件错误。或者由于系统自身硬件破损以及通信断开等原因而诱发的硬件错误发生。就要为其设置专门的错误处理模块。这样一旦系统出现错误，就可直接通过错误处理模块来对具体错误原因和类型等进行准确分析和判断，并结合HMI模块界面中所显示的错误原因提示信息，进行外围硬件输出提示。从而按照时间、错误信息等要素对所有的错误信息进行完整的记录保存和备份，这样才能为系统的正常运行打下良好的基础。
2.3 CNC各模块功能设计
CNC子模块是整个数控精密磨床系统的核心模块，其设计质量能够直接影响到刀具加工和机械手自动上下料的直接执行效果。因此，在对其进行设计时，需掌握以下几方面设计要点：
2.3.1机械手控制模块
该功能模块主要通过ADS路由器来接收PLC模块所发出的控制命令及相关数据，进以实现对X1轴HE Y1轴的运动控制，并将具体控制情况及时反馈给PLC模块。
2.3.2铣刀加工模块
该功能模块主要通过对HMI工艺参数模块生成的铣刀加工代码和参数的读取，来实现铣刀的X、Z、B轴的插补加工功能。与此同时，还会通过与PLC模块的充分结合来实现完整铣刀加工控制。
2.3.3钻头加工模块
该功能模块主要通过对HMI钻头工艺参数模块生成的加工G代码和参数的读取，来实现钻头刀的X、Z、 B轴插补加工功能。与此同时，还会通过与PLC模块的充分结合来实现完整铣刀加工控制。
2.3.4亚克力刀加工模块
该功能模块主要通过对HMI亚克力专用刀工艺参数模块生成的加工G代码的读取，来实现亚克力刀的X、Z、B轴插补加工功能。与此同时，还会通过与PLC模块的充分结合来实现完整铣刀加工控制。
2.3.5外圆加工模块
该功能模块主要通过对HMI工艺参数模块生成的外圆加工代码和参数的读取，来实现棒材外圆磨的X,、Z轴插补加工功能。与此同时，还会通过与PLC模块的充分结合来实现完整铣刀加工控制。结论分析：
本文提出的数控精密磨床设计达到了预期效果，从整体结构到人机界面功能、PLC各模块功能以及CNC各模块功能设计，都符合相关的测试要求，具体测试结果如下：第一，数控精密磨床的专用化设计，可以大大提高卡尺的加工效率和加工精度；第二，数控精密磨床的现场适应性能够大大提升卡尺加工的稳定性，并使之超过企业对加工设备的最大预期；第三，数控精密磨床的人机交互性较以往通用机床设计有着很大程度的改善，并且受到了业界人士的一致好评。因此，在当前量具行业中也有着非常重要的推广意义和现实意义。
参考文献：
[1]洪昊. 四轴数控精密平面磨床结构设计及有限元分析[J].厦门大学, 2019.(08):59-60.
[2]张丽秀?吴玉厚高速数控磨床的设计及控制系统分析[J].机械工程师,2019.(12):133-134.