產(chǎn)品詳情
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z LMA30R
日本進口HIR海瑞代替THK高溫直線軸承
日本進口HIR海瑞代替THK滾動塊導軌
日本進口HIR海瑞代替THK交叉滾子導軌
HIR衛(wèi)生級軸承
HIR無塵直線軸承
HIR真空直線軸承
HIR定制光軸
HIR非標光軸
HIR3D打印機光軸
HIR雕刻機光軸
VR4-80HX7Z VR4-120HX11Z VR4-160HX15Z VR4-200HX19Z VR4-240HX23Z
VR4-280HX27Z VR4-320HX31Z VR4-360HX35Z VR4-400HX39ZVR4-440HX43Z
VR4-480HX47Z
高組：方形LMA-R系列 =MSA-S
LMA15R LMA20R LMA20LR
LMA25R LMA25LR LMA30R LMA30LR LMA35R LMA35LR
等原因形成切削過載?，F(xiàn)有數(shù)控機床處理切
削過載的檢測與操控辦法是:(1)運用主軸和進給電動機過流特性切斷強電源：(2)CNC設備收集到主軸
和進給電動機過流信號宣布驅(qū)動報，使主軸和進給電動機停止運轉(zhuǎn)。這兩種辦法雖能對數(shù)控機床起
到一些維護作用，但刀具往往卡在工件中，很容易損壞工件、刀具和主軸。爲處理上述問題，本文提
出了切削過載在線監(jiān)控的新辦法，即在切削進程中，經(jīng)過檢測主軸和進給電動機的功率及角速度，計
算出切削扭矩。再依據(jù)切削扭矩限定值，確認切削是否過載。當CNC設備接收到切削過載信號後，控
制刀具按一定路徑退出切削過載區(qū)。 1 在線監(jiān)控的作業(yè)原理在切削進程中，切削過載會引起切削扭
矩的改動，而切削扭矩的改動將引起電動機輸出功率的改動。因而檢測電動機功率就能判別切削過載
否，CNC設備接收到切削過載信號後操控主軸和進給電動機，宣布切削過載報，使刀具退出切削過
載區(qū)，然後保證工件的加工精度以及機床的安全。 機床切削加工時，主電動機和進給電動機的切削
輸出功率爲 P0=Pi-P1式中：P0——切削時的電動機輸出功率 Pi——電動機有功功率瞬時值 P1——
電動機自身及機床傳動體系所消耗的功率 依據(jù)切削理論可知，主軸或進給電動機的切削扭矩爲
M=P0/w式中：M——主軸或進給電動機切削扭矩 P0——切削時的主軸或進給電動機輸出功率 w——主
軸或進給電動機角速度 設Ms爲切削過載限定值，當M>Ms，則以爲切削過載。以上分析可知，判別切
削過載否，實踐上轉(zhuǎn)爲求Pi、P1和w 值。由電工學原理可知，三相電動機的瞬時功率爲 P=VACiA
+VBCiB式中：VAC——A、C 兩線間電壓 VBC——B、C 兩線間電壓 iA、iB——分別爲A、B火線上電流
又知P=Pi+Pw，Pw爲電動機無功功率。所以 Pi=VACiA+VBCiB-Pw 經(jīng)過測得電動機電壓、電流及無功功
率可求得Pi。無功功率Pw可用頻率可調(diào)的數(shù)字式帶阻濾波器消除。P1由固定損耗功率和可變損耗功率
組成。固定損耗功率是不隨外界因素改動的，可變損耗功率在電動機起動而沒有切削時測得。角速度
w可經(jīng)過直接測得電動機轉(zhuǎn)速得到。 設刀具當時方位爲(X0，Y0，Z0)，當時加工軌道起點爲(Xs，Ys
，Zs)。則刀具反方向位移量爲DX=Xs-X0，DY=Ys-Y0，DZ=Zs-Z0。 若當時加工軌道爲直線，則CNC裝
置執(zhí)行下列NC程序後退出切削過載區(qū)。 G01 G91 XDX YDY ZDZ F1500 M05 M02 若當時加工軌道爲圓
弧(G02/G03)，則CNC設備執(zhí)行下列NC 程序退出(其間X、Y、Z依據(jù)插補平面選取兩項，Rs爲圓弧半徑
值)。 G03/G02 G91 XDX YDY ZDZ RRs F1500 M05 M02
切削過載的在線監(jiān)控
圖1 在線監(jiān)控體系硬件組成框圖
切削過載的在線監(jiān)控
圖2 切削過載檢測軟件
切削過載的在線監(jiān)控
圖3 CNC設備處理切削
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z2 在線監(jiān)控體系硬件組成在線監(jiān)控體系的硬件組成框圖如
圖1 所示。 硬件電路由CNC和切削過載檢測
兩部分組成。切削過載信號經(jīng)過CNC設備的中止源輸入端輸入。檢測部分選用8031單片機，它受CNC裝
置核算機的操控。電流傳感器由霍爾元件及放大器構成，電壓傳感器由高比值的變壓器構成。低通濾
波器濾掉電壓信號中的高頻成分。w測量電路由挨近開關、電平轉(zhuǎn)化電路以及脈衝整形電路組成，其
脈衝輸出接入8031單片機計數(shù)端。測得的電壓、電流值經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)化後送入8031單片機處理，求得切削
扭矩，再依據(jù)切削扭矩限定值決議切削過載否。 3 在線監(jiān)控軟件切削過載監(jiān)控軟件分爲兩部分:一部
分是切削過載檢測軟件(圖2)：另一部分爲CNC設備處理切削過載中止服務程序(圖3)。檢測部分的工
作進程爲:當監(jiān)控體系上電後，檢測電路收集電動機電壓信號，若有電壓，說明電動機已作業(yè)。電動
機作業(yè)後，核算電動機及傳動體系損耗功率P1值。運轉(zhuǎn)測電流、電壓子程序，核算電動機有功功率瞬
時值Pi和輸出功率P0。起動單片機定時器/計數(shù)器，求出w值，最後算出切削扭矩M。若M值沒有超越切
削過載限定值Ms，則檢測CNC設備供給的加工完結信號。若加工完結則結束切削過載檢測，若沒有加
工完結則繼續(xù)過載檢測。若M值超越Ms，則輸出切削過載信號，等待CNC設備呼應。CNC呼應完結後，
結束在線過載中止服務程序檢測。CNC設備呼應中止處理切削過載的作業(yè)進程如圖3。 4 試驗驗證切
削過載的在線監(jiān)控試驗在由南京工程學院和南京機床廠聯(lián)合研制的XH0825型小型立式加工中心的
X進給軸上進行。X進給軸選用松下伺服驅(qū)動單元MQMA082A。額外功率爲750W，額外電流爲2.2A。電壓
檢測選用變壓器方法，將二次側(cè)電壓整流濾波後送入A/D 轉(zhuǎn)化器。w測量電路由挨近開關LJ12A3-4-
Z/B1X來檢測，並送入8031單片機的計數(shù)端。在試驗進程中，將切削過載轉(zhuǎn)矩設定爲額外轉(zhuǎn)矩的1.15
倍，即當切削超載15%時，使CNC設備呼應，並使X軸向原切削方向的反方向運動，刀具退出過載區(qū)。
試驗證明，該切削過載的在線監(jiān)控是可行的。 5 結束語本文提出的切削過載在線監(jiān)控辦法爲數(shù)控機
床加工的可靠性供給了保證。CNC設備出産廠家能夠選用本文闡述的在線監(jiān)控原理、體系硬件及軟件
規(guī)劃辦法，將切削過載在線監(jiān)控硬軟件集成到CNC設備中去，大大進步數(shù)控機床的功用。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z如今，出産進程中需求的刀具有必要盡早拿到。若運用規(guī)
範刀具，現(xiàn)代出産計劃與戰(zhàn)略已處理了這一問
題。關于非標刀具，則完全是另一種狀況。非標刀具從規(guī)劃到出制品的周期通常需求六到八周時刻。
在運用Walter 公司的“CATexpress”體系的狀況下，Walter Titex展現(xiàn)了一種完全不同的方法。在
Walte公司的Walter Titex和Walter Prototyp擔任非標刀具的Michael Mai 先生說：“能夠在二周內(nèi)
供給用戶急需的刀具?！蓖ǔ?，非標刀具項目都是由這二個部分擔任的。
衆(zhòng)所周知，新資料的運用和工件幾許形狀越來越雜亂，運用規(guī)範刀具進行經(jīng)濟加工變得越來越困難。
其處理辦法是選用非標刀具加工，一次裝夾能夠完結若幹工步。但在絕大多數(shù)狀況下，非標刀具從計
劃、施行到交付運用的周期很長。這就促使Walter Titex研討處理這一日益嚴重問題的處理辦法。采
用網(wǎng)絡化軟件計劃，只需幾分鍾時刻就能完結規(guī)劃、本錢估算、采購定貨及用戶文件處理。據(jù)Mai先
生說，選用這種體系，“多級鑽頭這類刀具，下單後只需10分鍾時刻就能夠出産出來?！盬alter
Titex具有必要出産才能的基本條件。爲了滿意這類需求，刀具專家們建立了一條專門配合
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27ZCATexpress的出産線。Mai先生強調(diào)：“這條出産線的規(guī)
模很大，即便發(fā)生很大的需求波動，也不全
呈現(xiàn)出産瓶頸。正是這樣，咱們才敢保證，用戶在下單後的2周內(nèi)就能夠在機床上運用所需求的刀具
。”
Walter Titex的專家們並未將其注意力轉(zhuǎn)到達出産硬件方面，而是更一步研討其相關的物流問題，以
優(yōu)化整個體系。“對每一種非標刀具，雖然咱們並未發(fā)明什麼新東西，但咱們能夠改動整個做法。即
使是在非規(guī)範刀具方面，仍有許多地方能夠運用規(guī)範部件?！被谶@一理念，Walter Titex的專家開
發(fā)了一套模塊化構件，以供CAD軟件選取所需的部件。
軟件生成非標刀具的悉數(shù)數(shù)據(jù)
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z非標刀具數(shù)據(jù)的生成進程如下：用戶或Walter Titex的技
能人員經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)將所要求的數(shù)據(jù)
輸入體系。這些數(shù)據(jù)包括運用規(guī)模、資料、結構(有或沒有內(nèi)冷卻、塗層)。軟件運用這些信息生成包
含非標刀具所有參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄。運用這些數(shù)據(jù)記錄，軟件主動規(guī)劃出完整刀具並生成相應的出産程
序。然後確認什麼時候進行加工。與此一起，CATexpress出産線核算産品本錢。
隨後，盡早通知用戶産品價格和交貨日期。一起它還要生成所和必要文件，例如3D模型和dxf, pdf
或tdm格局的圖紙。一旦下了定單，下一步便是運用保存在報價方體系中的全套數(shù)據(jù)，安排出産。Mai
解說說：“軟件制作出所用資料清單，確認所需的各種部件上否都有。然後再確認何時，哪種機床加
工才能可用于加工，以及何時能夠?qū)⒋说毒邭w入出産流程?！彼羞@一切都是在數(shù)分鍾時刻內(nèi)完結的
。理論上，只需十分鍾便可出産出制品刀具。事實上，每一項歸入出産流程的新定單都是在出産線內(nèi)
接連運轉(zhuǎn)的。Mai 說：“95%以上的用戶定制産品都在二周內(nèi)離開咱們出産線的?！边@與刀具用何種
塗層或所需的幾許形狀、是不是多級刀具或能否用規(guī)範坯料出産無關。這完全是一個物流和出産規(guī)劃
問題。這說明，項意圖準備時刻長是爲了在施行前不斷優(yōu)化。該公司在全體硬質(zhì)合金的鑽削刀具方面
能夠供給CATexpress。但現(xiàn)在已開端著手擴展這一體系，使之包括整個Walter Titex和Walter
Prototyp刀具系列。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z用戶特別感興趣的是：該體系是否在世界規(guī)模內(nèi)可用，在
我國、巴西或世界上的其它國家運用，也是
從下單開端在二周之內(nèi)完結制品刀具出産。Michael Mai以爲這是毫無疑問的：“CATexpress能夠使
咱們嚴密跟蹤方針，進一步加強了公司在世界市場上的位置?！?br /> 本文介紹在一臺銑削加工中心上針對中小批量加工的功用集成所發(fā)揮的潛力。這種加工中心能夠擴展
激光焊接技能、硬化處理和切削加工或改動結構等功用。這種工藝的運用能夠使單獨的東西鋼澆鑄工
具和高要求的鈦合金或Cr-Co（鉻-鈷）鋼質(zhì)醫(yī)學植入零件的小批量加工。激光技能工藝和工件的部分
處理經(jīng)過集成在機床上的機器人來完成。由此能夠憑借機械設備，在一次裝夾進程中完成悉數(shù)的複合
加工工序。
以帶有移動作業(yè)臺的銑床爲根底
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z複合機床以移動作業(yè)臺結構類型的銑削加工中心爲根底，
裝設有兩個旋轉(zhuǎn)作業(yè)臺、一個6軸機械臂和
兩個激光加工單元（由一種接連作業(yè)的高效焊接和硬化處理的激光光源及一種脈衝激光光源供能）。
因爲焊接和淬硬處理無需機床的高精度，因而能夠在設備上集成一臺節(jié)省空間的6軸機械臂，這樣可
以進步全體設備的運用功率。
加工單元和能源鏈之間的接口不行拆分，因而整個介質(zhì)的運送有必要經(jīng)過恒定設在加工單元上的軟管
進
行。軟管一起也用于對光纖的卸載。除了光導纖維之外，歸于介質(zhì)運送體系的還有兩個導線引入體系
、冷卻水供水體系、工藝用氣管路和信號電纜。軟管經(jīng)過機床上方的旋轉(zhuǎn)臂與加工單元進行筆直銜接
和導入。導入臂一方面擔任保證軟管在作業(yè)區(qū)域內(nèi)的筆直走向，另一方面保證光纖和電線傳送體系的
特定走向。導入臂、設備構架和機器人之間的機械相互作用可經(jīng)過結構動態(tài)調(diào)理而到達最小。
圖1 機床前端有一個供機器人運用的維護作業(yè)區(qū)。操作人員的安全經(jīng)過一個設有傳感器監(jiān)督功用的
激光維護罩加以保證
推拉門設置在頂部更易于操作
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z針對激光淬硬處理、焊接和切削技能，設備選用了高質(zhì)量
的激光束——2.4kW纖維激光器。這些技能
的組合，雖然占據(jù)工藝流程上的優(yōu)勢，但也隱藏著要挾操作人員的潛在風險。一種契合技能現(xiàn)狀、帶
有探頭監(jiān)督功用的激光維護罩保證了操作人員的安全（圖1）。設備的前端爲機器人的維護作業(yè)區(qū)，
因而無需再有其他防護辦法。經(jīng)過激光隔離罩頂棚的推拉活動門，能夠方便地進入作業(yè)區(qū)域，以完成
天車的裝載作業(yè)。經(jīng)過選用高效纖維激光器，能夠在結合光束偏轉(zhuǎn)體系（激光掃描儀）的根底上，首
次把多種激光加工工藝集成到模塊化的、可更換的加工單元裏。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z複合計劃以光束引導和光束聚集爲根底，運用一種2D掃描
體系（圖2）。選用帶有聚闌平角光學儀器
的光束偏轉(zhuǎn)體系能夠?qū)Πそ涔馐鴴呙鑵^(qū)域的被加工工件的外表完成柔性加工。在待加工的工件表
面上到達近似正交的光束傾角。對此，可有意圖有利地勢用在光束傳達規(guī)模內(nèi)變化的強度散布，以完
成不
同的加工工藝和加工規(guī)模。
圖2 複合加工中心選用一種2D掃描體系，這種體系能夠?qū)す鈱蚝途奂M行操控，經(jīng)過對激光束
的離散處理，能夠完成激光焊接和激光淬火處理等加工
發(fā)散激光器用于淬火處理
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z大于1MW/mm2的焦點強度位于資料切削軸的上方，並被用
于部分蒸發(fā)。經(jīng)過這種方法，能夠在毫秒的
規(guī)模內(nèi)完成100μm以下的單脈衝鑽孔。在向前傳達的方向上，強度峰值逐步降低，加工面上的激光束
發(fā)生離散，由此工件外表的焦點會變得更大。在此光束離散的作業(yè)區(qū)域內(nèi)，能夠完成激光焊接和激光
淬硬加工。在接連激光加工（cw模式）和功率密度<1kW/mm2時，大部分的熱量進入到工件中，這些熱
量能夠用于針對邊緣區(qū)域相位轉(zhuǎn)化的淬硬處理，在這種狀況下，工件外表的硬化程度可部分升高（馬
氏體硬化）。在激光焊接時，能夠運用這種熱量對導向焦點的輔佐線材進行熔化，經(jīng)過熔池形成與母
材金相相連的金屬層。在載荷程度大的零件上，此金屬層成爲耐磨維護層，或在操控金屬生成（CMB
）的狀況下用于部件結構更新。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z選用2D掃描體系，能夠在這兩種運用場合中完成可調(diào)的軌
道寬度和靈敏的加工軌道。在淬硬處理時，
選用幾百赫茲激光和20mm以內(nèi)的可調(diào)寬度對焦點進行掃描，並經(jīng)過機器人一起對零件進行聚集，由此
能夠生成加工軌道。在機器人與工件的相對運動進程中，可經(jīng)過設定掃描振幅來與軌道寬度相匹配，
由此能夠生成靈敏的淬硬概括。除了能夠完成靈敏的加工軌道之外，經(jīng)過對工件上焦點的掃描，能夠
保證均勻的溫度散布，這關于工藝流程的結果具有關鍵性的影響。在進行焊接時，激光焦點掃描可用
來影響熔池外表的特定溫度散布，由此能夠部分調(diào)理外表應力，在一定規(guī)模內(nèi)調(diào)整塗層軌道的寬度。
焦斑決議塗層寬度
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z針對體系技能的施行，在複合式模塊化的激光機器人單元
中集成了帶有2D掃描體系的筆直分配（散射
方向）送絲體系（圖3），能源鏈呈筆直銜接。焊接和硬化處理或切削流程之間的轉(zhuǎn)化需求激活或消
除絲導入功用，並開啓或封閉流程規(guī)模內(nèi)外的絲導入嘴。經(jīng)過絲導入嘴的相應反轉(zhuǎn)能量，能夠到達流
程主動轉(zhuǎn)化，削減激光硬化處理和激光切削時的不良軌道概括。
圖3 機器人抓取激光加工單元並引導該單元，熱絲運送體系和2D掃描體系與該激光加工單元相銜接
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z除此之外，爲了在切削之後到達特定的規(guī)劃結構，複合加
工單元選用了一種結合3D高效光束偏轉(zhuǎn)體系
的中小功率的短脈衝激光設備。由此能夠生成脈衝峰值功率小于1GW/mm2的特定脈衝作業(yè)結構（pw模
型）。在20μm規(guī)模內(nèi)的離散結構不能經(jīng)過機器人來完成，一起也要求機床到達一定的精度。因而，
結構更換體系經(jīng)過主軸刀座的接口，以模塊化的方法被更換到機床上。成功運用複合設備的一個重要
的因素是規(guī)劃東西，它能夠在用戶擬定運用傳統(tǒng)設備完結更爲雜亂的工藝鏈時，供給的支持（圖
4）。在複合加工中心上進行加工規(guī)劃時，無論是針對銑削加工，仍是CAM體系上的激光加工，都要進
行軌道規(guī)劃。這兒要對商業(yè)化的CAM體系進行擴展，參加相應的模塊，以顯現(xiàn)激光作業(yè)流程。激光工
藝的軌道規(guī)劃根底是5軸和6軸銑削規(guī)模的加工戰(zhàn)略。所生成的軌道具有流程參數(shù)，以對激光功率進行
操控。規(guī)劃作業(yè)是交叉進行的，體系在所獲得的流程認知的根底上，爲用戶生成各種主張。地址存儲
器從所生成的數(shù)據(jù)中，既爲設備操控（NC），也爲機器人操控（RC）主動生成可運轉(zhuǎn)的程序。出于安
全方面的原因，在執(zhí)行之前，各個分程序都要在設備上經(jīng)過一個模擬模型進行校驗。這兒選用虛擬的
操控，準確模擬實踐操控時刻。結合選用一個動態(tài)模型，則能夠事前識別出各種幹與狀況。
圖4 針對激光加工和銑削加工的集成式規(guī)劃鏈，關于複合型技能計劃的成功而言是絕對必要的，針
對銑削加工和激光加工，軌道規(guī)劃在CAM體系上進行
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z在開發(fā)此類雜亂的設備體系和選用費用較低的規(guī)範組件時
，面對著一個首要應戰(zhàn)是同步性和以工業(yè)標
準Profibus相互通信的各操控組件的聯(lián)動的問題（圖5）。
圖5 複合加工中心選用費用較低的規(guī)範型部件，它所面對一個重要的應戰(zhàn)便是操控元件的同步性問
題，對此該中心選用了工業(yè)規(guī)範型的Profibus
複合加工中心進步競賽力
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z高薪國家要想維持其在全球競賽的才能，一個重要的條件
便是要完成中小批量零件加工的良好的經(jīng)濟
性。複合加工中心集成了現(xiàn)代化的設備、激光體系和現(xiàn)代化的工藝流程及操控技能，這些都爲完成經(jīng)
濟性和靈敏性的加工供給了關鍵性的條件。由德國研討會（DFG）資助的“高薪國家集成式出産
技能”重點課題的框架內(nèi)，人們對上述各個方面進行了研討，提出了對中小批量加工雜亂産品的設備
體系的首要要求；一起也以上述的設備體系爲例，對體系中的相互關系和德國這個高薪國家所選用新
的競賽力更強的出産鏈進行了探究。
日本進口HIR海瑞代替THK高溫直線軸承
日本進口HIR海瑞代替THK滾動塊導軌
日本進口HIR海瑞代替THK交叉滾子導軌
HIR衛(wèi)生級軸承
HIR無塵直線軸承
HIR真空直線軸承
HIR定制光軸
HIR非標光軸
HIR3D打印機光軸
HIR雕刻機光軸
VR4-80HX7Z VR4-120HX11Z VR4-160HX15Z VR4-200HX19Z VR4-240HX23Z
VR4-280HX27Z VR4-320HX31Z VR4-360HX35Z VR4-400HX39ZVR4-440HX43Z
VR4-480HX47Z
高組：方形LMA-R系列 =MSA-S
LMA15R LMA20R LMA20LR
LMA25R LMA25LR LMA30R LMA30LR LMA35R LMA35LR
LMA45R LMA45LR LMA55R LMA55LR LMA65R LMA65LR
等原因形成切削過載?，F(xiàn)有數(shù)控機床處理切
削過載的檢測與操控辦法是:(1)運用主軸和進給電動機過流特性切斷強電源：(2)CNC設備收集到主軸
和進給電動機過流信號宣布驅(qū)動報，使主軸和進給電動機停止運轉(zhuǎn)。這兩種辦法雖能對數(shù)控機床起
到一些維護作用，但刀具往往卡在工件中，很容易損壞工件、刀具和主軸。爲處理上述問題，本文提
出了切削過載在線監(jiān)控的新辦法，即在切削進程中，經(jīng)過檢測主軸和進給電動機的功率及角速度，計
算出切削扭矩。再依據(jù)切削扭矩限定值，確認切削是否過載。當CNC設備接收到切削過載信號後，控
制刀具按一定路徑退出切削過載區(qū)。 1 在線監(jiān)控的作業(yè)原理在切削進程中，切削過載會引起切削扭
矩的改動，而切削扭矩的改動將引起電動機輸出功率的改動。因而檢測電動機功率就能判別切削過載
否，CNC設備接收到切削過載信號後操控主軸和進給電動機，宣布切削過載報，使刀具退出切削過
載區(qū)，然後保證工件的加工精度以及機床的安全。 機床切削加工時，主電動機和進給電動機的切削
輸出功率爲 P0=Pi-P1式中：P0——切削時的電動機輸出功率 Pi——電動機有功功率瞬時值 P1——
電動機自身及機床傳動體系所消耗的功率 依據(jù)切削理論可知，主軸或進給電動機的切削扭矩爲
M=P0/w式中：M——主軸或進給電動機切削扭矩 P0——切削時的主軸或進給電動機輸出功率 w——主
軸或進給電動機角速度 設Ms爲切削過載限定值，當M>Ms，則以爲切削過載。以上分析可知，判別切
削過載否，實踐上轉(zhuǎn)爲求Pi、P1和w 值。由電工學原理可知，三相電動機的瞬時功率爲 P=VACiA
+VBCiB式中：VAC——A、C 兩線間電壓 VBC——B、C 兩線間電壓 iA、iB——分別爲A、B火線上電流
又知P=Pi+Pw，Pw爲電動機無功功率。所以 Pi=VACiA+VBCiB-Pw 經(jīng)過測得電動機電壓、電流及無功功
率可求得Pi。無功功率Pw可用頻率可調(diào)的數(shù)字式帶阻濾波器消除。P1由固定損耗功率和可變損耗功率
組成。固定損耗功率是不隨外界因素改動的，可變損耗功率在電動機起動而沒有切削時測得。角速度
w可經(jīng)過直接測得電動機轉(zhuǎn)速得到。 設刀具當時方位爲(X0，Y0，Z0)，當時加工軌道起點爲(Xs，Ys
，Zs)。則刀具反方向位移量爲DX=Xs-X0，DY=Ys-Y0，DZ=Zs-Z0。 若當時加工軌道爲直線，則CNC裝
置執(zhí)行下列NC程序後退出切削過載區(qū)。 G01 G91 XDX YDY ZDZ F1500 M05 M02 若當時加工軌道爲圓
弧(G02/G03)，則CNC設備執(zhí)行下列NC 程序退出(其間X、Y、Z依據(jù)插補平面選取兩項，Rs爲圓弧半徑
值)。 G03/G02 G91 XDX YDY ZDZ RRs F1500 M05 M02
切削過載的在線監(jiān)控
圖1 在線監(jiān)控體系硬件組成框圖
切削過載的在線監(jiān)控
圖2 切削過載檢測軟件
切削過載的在線監(jiān)控
圖3 CNC設備處理切削
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z2 在線監(jiān)控體系硬件組成在線監(jiān)控體系的硬件組成框圖如
圖1 所示。 硬件電路由CNC和切削過載檢測
兩部分組成。切削過載信號經(jīng)過CNC設備的中止源輸入端輸入。檢測部分選用8031單片機，它受CNC裝
置核算機的操控。電流傳感器由霍爾元件及放大器構成，電壓傳感器由高比值的變壓器構成。低通濾
波器濾掉電壓信號中的高頻成分。w測量電路由挨近開關、電平轉(zhuǎn)化電路以及脈衝整形電路組成，其
脈衝輸出接入8031單片機計數(shù)端。測得的電壓、電流值經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)化後送入8031單片機處理，求得切削
扭矩，再依據(jù)切削扭矩限定值決議切削過載否。 3 在線監(jiān)控軟件切削過載監(jiān)控軟件分爲兩部分:一部
分是切削過載檢測軟件(圖2)：另一部分爲CNC設備處理切削過載中止服務程序(圖3)。檢測部分的工
作進程爲:當監(jiān)控體系上電後，檢測電路收集電動機電壓信號，若有電壓，說明電動機已作業(yè)。電動
機作業(yè)後，核算電動機及傳動體系損耗功率P1值。運轉(zhuǎn)測電流、電壓子程序，核算電動機有功功率瞬
時值Pi和輸出功率P0。起動單片機定時器/計數(shù)器，求出w值，最後算出切削扭矩M。若M值沒有超越切
削過載限定值Ms，則檢測CNC設備供給的加工完結信號。若加工完結則結束切削過載檢測，若沒有加
工完結則繼續(xù)過載檢測。若M值超越Ms，則輸出切削過載信號，等待CNC設備呼應。CNC呼應完結後，
結束在線過載中止服務程序檢測。CNC設備呼應中止處理切削過載的作業(yè)進程如圖3。 4 試驗驗證切
削過載的在線監(jiān)控試驗在由南京工程學院和南京機床廠聯(lián)合研制的XH0825型小型立式加工中心的
X進給軸上進行。X進給軸選用松下伺服驅(qū)動單元MQMA082A。額外功率爲750W，額外電流爲2.2A。電壓
檢測選用變壓器方法，將二次側(cè)電壓整流濾波後送入A/D 轉(zhuǎn)化器。w測量電路由挨近開關LJ12A3-4-
Z/B1X來檢測，並送入8031單片機的計數(shù)端。在試驗進程中，將切削過載轉(zhuǎn)矩設定爲額外轉(zhuǎn)矩的1.15
倍，即當切削超載15%時，使CNC設備呼應，並使X軸向原切削方向的反方向運動，刀具退出過載區(qū)。
試驗證明，該切削過載的在線監(jiān)控是可行的。 5 結束語本文提出的切削過載在線監(jiān)控辦法爲數(shù)控機
床加工的可靠性供給了保證。CNC設備出産廠家能夠選用本文闡述的在線監(jiān)控原理、體系硬件及軟件
規(guī)劃辦法，將切削過載在線監(jiān)控硬軟件集成到CNC設備中去，大大進步數(shù)控機床的功用。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z如今，出産進程中需求的刀具有必要盡早拿到。若運用規(guī)
範刀具，現(xiàn)代出産計劃與戰(zhàn)略已處理了這一問
題。關于非標刀具，則完全是另一種狀況。非標刀具從規(guī)劃到出制品的周期通常需求六到八周時刻。
在運用Walter 公司的“CATexpress”體系的狀況下，Walter Titex展現(xiàn)了一種完全不同的方法。在
Walte公司的Walter Titex和Walter Prototyp擔任非標刀具的Michael Mai 先生說：“能夠在二周內(nèi)
供給用戶急需的刀具?！蓖ǔ?，非標刀具項目都是由這二個部分擔任的。
衆(zhòng)所周知，新資料的運用和工件幾許形狀越來越雜亂，運用規(guī)範刀具進行經(jīng)濟加工變得越來越困難。
其處理辦法是選用非標刀具加工，一次裝夾能夠完結若幹工步。但在絕大多數(shù)狀況下，非標刀具從計
劃、施行到交付運用的周期很長。這就促使Walter Titex研討處理這一日益嚴重問題的處理辦法。采
用網(wǎng)絡化軟件計劃，只需幾分鍾時刻就能完結規(guī)劃、本錢估算、采購定貨及用戶文件處理。據(jù)Mai先
生說，選用這種體系，“多級鑽頭這類刀具，下單後只需10分鍾時刻就能夠出産出來?！盬alter
Titex具有必要出産才能的基本條件。爲了滿意這類需求，刀具專家們建立了一條專門配合
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27ZCATexpress的出産線。Mai先生強調(diào)：“這條出産線的規(guī)
模很大，即便發(fā)生很大的需求波動，也不全
呈現(xiàn)出産瓶頸。正是這樣，咱們才敢保證，用戶在下單後的2周內(nèi)就能夠在機床上運用所需求的刀具
。”
Walter Titex的專家們並未將其注意力轉(zhuǎn)到達出産硬件方面，而是更一步研討其相關的物流問題，以
優(yōu)化整個體系。“對每一種非標刀具，雖然咱們並未發(fā)明什麼新東西，但咱們能夠改動整個做法。即
使是在非規(guī)範刀具方面，仍有許多地方能夠運用規(guī)範部件?！被谶@一理念，Walter Titex的專家開
發(fā)了一套模塊化構件，以供CAD軟件選取所需的部件。
軟件生成非標刀具的悉數(shù)數(shù)據(jù)
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z非標刀具數(shù)據(jù)的生成進程如下：用戶或Walter Titex的技
能人員經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)將所要求的數(shù)據(jù)
輸入體系。這些數(shù)據(jù)包括運用規(guī)模、資料、結構(有或沒有內(nèi)冷卻、塗層)。軟件運用這些信息生成包
含非標刀具所有參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄。運用這些數(shù)據(jù)記錄，軟件主動規(guī)劃出完整刀具並生成相應的出産程
序。然後確認什麼時候進行加工。與此一起，CATexpress出産線核算産品本錢。
隨後，盡早通知用戶産品價格和交貨日期。一起它還要生成所和必要文件，例如3D模型和dxf, pdf
或tdm格局的圖紙。一旦下了定單，下一步便是運用保存在報價方體系中的全套數(shù)據(jù)，安排出産。Mai
解說說：“軟件制作出所用資料清單，確認所需的各種部件上否都有。然後再確認何時，哪種機床加
工才能可用于加工，以及何時能夠?qū)⒋说毒邭w入出産流程?！彼羞@一切都是在數(shù)分鍾時刻內(nèi)完結的
。理論上，只需十分鍾便可出産出制品刀具。事實上，每一項歸入出産流程的新定單都是在出産線內(nèi)
接連運轉(zhuǎn)的。Mai 說：“95%以上的用戶定制産品都在二周內(nèi)離開咱們出産線的?！边@與刀具用何種
塗層或所需的幾許形狀、是不是多級刀具或能否用規(guī)範坯料出産無關。這完全是一個物流和出産規(guī)劃
問題。這說明，項意圖準備時刻長是爲了在施行前不斷優(yōu)化。該公司在全體硬質(zhì)合金的鑽削刀具方面
能夠供給CATexpress。但現(xiàn)在已開端著手擴展這一體系，使之包括整個Walter Titex和Walter
Prototyp刀具系列。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z用戶特別感興趣的是：該體系是否在世界規(guī)模內(nèi)可用，在
我國、巴西或世界上的其它國家運用，也是
從下單開端在二周之內(nèi)完結制品刀具出産。Michael Mai以爲這是毫無疑問的：“CATexpress能夠使
咱們嚴密跟蹤方針，進一步加強了公司在世界市場上的位置?！?br /> 本文介紹在一臺銑削加工中心上針對中小批量加工的功用集成所發(fā)揮的潛力。這種加工中心能夠擴展
激光焊接技能、硬化處理和切削加工或改動結構等功用。這種工藝的運用能夠使單獨的東西鋼澆鑄工
具和高要求的鈦合金或Cr-Co（鉻-鈷）鋼質(zhì)醫(yī)學植入零件的小批量加工。激光技能工藝和工件的部分
處理經(jīng)過集成在機床上的機器人來完成。由此能夠憑借機械設備，在一次裝夾進程中完成悉數(shù)的複合
加工工序。
以帶有移動作業(yè)臺的銑床爲根底
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z複合機床以移動作業(yè)臺結構類型的銑削加工中心爲根底，
裝設有兩個旋轉(zhuǎn)作業(yè)臺、一個6軸機械臂和
兩個激光加工單元（由一種接連作業(yè)的高效焊接和硬化處理的激光光源及一種脈衝激光光源供能）。
因爲焊接和淬硬處理無需機床的高精度，因而能夠在設備上集成一臺節(jié)省空間的6軸機械臂，這樣可
以進步全體設備的運用功率。
加工單元和能源鏈之間的接口不行拆分，因而整個介質(zhì)的運送有必要經(jīng)過恒定設在加工單元上的軟管
進
行。軟管一起也用于對光纖的卸載。除了光導纖維之外，歸于介質(zhì)運送體系的還有兩個導線引入體系
、冷卻水供水體系、工藝用氣管路和信號電纜。軟管經(jīng)過機床上方的旋轉(zhuǎn)臂與加工單元進行筆直銜接
和導入。導入臂一方面擔任保證軟管在作業(yè)區(qū)域內(nèi)的筆直走向，另一方面保證光纖和電線傳送體系的
特定走向。導入臂、設備構架和機器人之間的機械相互作用可經(jīng)過結構動態(tài)調(diào)理而到達最小。
圖1 機床前端有一個供機器人運用的維護作業(yè)區(qū)。操作人員的安全經(jīng)過一個設有傳感器監(jiān)督功用的
激光維護罩加以保證
推拉門設置在頂部更易于操作
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z針對激光淬硬處理、焊接和切削技能，設備選用了高質(zhì)量
的激光束——2.4kW纖維激光器。這些技能
的組合，雖然占據(jù)工藝流程上的優(yōu)勢，但也隱藏著要挾操作人員的潛在風險。一種契合技能現(xiàn)狀、帶
有探頭監(jiān)督功用的激光維護罩保證了操作人員的安全（圖1）。設備的前端爲機器人的維護作業(yè)區(qū)，
因而無需再有其他防護辦法。經(jīng)過激光隔離罩頂棚的推拉活動門，能夠方便地進入作業(yè)區(qū)域，以完成
天車的裝載作業(yè)。經(jīng)過選用高效纖維激光器，能夠在結合光束偏轉(zhuǎn)體系（激光掃描儀）的根底上，首
次把多種激光加工工藝集成到模塊化的、可更換的加工單元裏。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z複合計劃以光束引導和光束聚集爲根底，運用一種2D掃描
體系（圖2）。選用帶有聚闌平角光學儀器
的光束偏轉(zhuǎn)體系能夠?qū)Πそ涔馐鴴呙鑵^(qū)域的被加工工件的外表完成柔性加工。在待加工的工件表
面上到達近似正交的光束傾角。對此，可有意圖有利地勢用在光束傳達規(guī)模內(nèi)變化的強度散布，以完
成不
同的加工工藝和加工規(guī)模。
圖2 複合加工中心選用一種2D掃描體系，這種體系能夠?qū)す鈱蚝途奂M行操控，經(jīng)過對激光束
的離散處理，能夠完成激光焊接和激光淬火處理等加工
發(fā)散激光器用于淬火處理
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z大于1MW/mm2的焦點強度位于資料切削軸的上方，並被用
于部分蒸發(fā)。經(jīng)過這種方法，能夠在毫秒的
規(guī)模內(nèi)完成100μm以下的單脈衝鑽孔。在向前傳達的方向上，強度峰值逐步降低，加工面上的激光束
發(fā)生離散，由此工件外表的焦點會變得更大。在此光束離散的作業(yè)區(qū)域內(nèi)，能夠完成激光焊接和激光
淬硬加工。在接連激光加工（cw模式）和功率密度<1kW/mm2時，大部分的熱量進入到工件中，這些熱
量能夠用于針對邊緣區(qū)域相位轉(zhuǎn)化的淬硬處理，在這種狀況下，工件外表的硬化程度可部分升高（馬
氏體硬化）。在激光焊接時，能夠運用這種熱量對導向焦點的輔佐線材進行熔化，經(jīng)過熔池形成與母
材金相相連的金屬層。在載荷程度大的零件上，此金屬層成爲耐磨維護層，或在操控金屬生成（CMB
）的狀況下用于部件結構更新。
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z選用2D掃描體系，能夠在這兩種運用場合中完成可調(diào)的軌
道寬度和靈敏的加工軌道。在淬硬處理時，
選用幾百赫茲激光和20mm以內(nèi)的可調(diào)寬度對焦點進行掃描，並經(jīng)過機器人一起對零件進行聚集，由此
能夠生成加工軌道。在機器人與工件的相對運動進程中，可經(jīng)過設定掃描振幅來與軌道寬度相匹配，
由此能夠生成靈敏的淬硬概括。除了能夠完成靈敏的加工軌道之外，經(jīng)過對工件上焦點的掃描，能夠
保證均勻的溫度散布，這關于工藝流程的結果具有關鍵性的影響。在進行焊接時，激光焦點掃描可用
來影響熔池外表的特定溫度散布，由此能夠部分調(diào)理外表應力，在一定規(guī)模內(nèi)調(diào)整塗層軌道的寬度。
焦斑決議塗層寬度
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z針對體系技能的施行，在複合式模塊化的激光機器人單元
中集成了帶有2D掃描體系的筆直分配（散射
方向）送絲體系（圖3），能源鏈呈筆直銜接。焊接和硬化處理或切削流程之間的轉(zhuǎn)化需求激活或消
除絲導入功用，並開啓或封閉流程規(guī)模內(nèi)外的絲導入嘴。經(jīng)過絲導入嘴的相應反轉(zhuǎn)能量，能夠到達流
程主動轉(zhuǎn)化，削減激光硬化處理和激光切削時的不良軌道概括。
圖3 機器人抓取激光加工單元並引導該單元，熱絲運送體系和2D掃描體系與該激光加工單元相銜接
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z除此之外，爲了在切削之後到達特定的規(guī)劃結構，複合加
工單元選用了一種結合3D高效光束偏轉(zhuǎn)體系
的中小功率的短脈衝激光設備。由此能夠生成脈衝峰值功率小于1GW/mm2的特定脈衝作業(yè)結構（pw模
型）。在20μm規(guī)模內(nèi)的離散結構不能經(jīng)過機器人來完成，一起也要求機床到達一定的精度。因而，
結構更換體系經(jīng)過主軸刀座的接口，以模塊化的方法被更換到機床上。成功運用複合設備的一個重要
的因素是規(guī)劃東西，它能夠在用戶擬定運用傳統(tǒng)設備完結更爲雜亂的工藝鏈時，供給的支持（圖
4）。在複合加工中心上進行加工規(guī)劃時，無論是針對銑削加工，仍是CAM體系上的激光加工，都要進
行軌道規(guī)劃。這兒要對商業(yè)化的CAM體系進行擴展，參加相應的模塊，以顯現(xiàn)激光作業(yè)流程。激光工
藝的軌道規(guī)劃根底是5軸和6軸銑削規(guī)模的加工戰(zhàn)略。所生成的軌道具有流程參數(shù)，以對激光功率進行
操控。規(guī)劃作業(yè)是交叉進行的，體系在所獲得的流程認知的根底上，爲用戶生成各種主張。地址存儲
器從所生成的數(shù)據(jù)中，既爲設備操控（NC），也爲機器人操控（RC）主動生成可運轉(zhuǎn)的程序。出于安
全方面的原因，在執(zhí)行之前，各個分程序都要在設備上經(jīng)過一個模擬模型進行校驗。這兒選用虛擬的
操控，準確模擬實踐操控時刻。結合選用一個動態(tài)模型，則能夠事前識別出各種幹與狀況。
圖4 針對激光加工和銑削加工的集成式規(guī)劃鏈，關于複合型技能計劃的成功而言是絕對必要的，針
對銑削加工和激光加工，軌道規(guī)劃在CAM體系上進行
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z在開發(fā)此類雜亂的設備體系和選用費用較低的規(guī)範組件時
，面對著一個首要應戰(zhàn)是同步性和以工業(yè)標
準Profibus相互通信的各操控組件的聯(lián)動的問題（圖5）。
圖5 複合加工中心選用費用較低的規(guī)範型部件，它所面對一個重要的應戰(zhàn)便是操控元件的同步性問
題，對此該中心選用了工業(yè)規(guī)範型的Profibus
複合加工中心進步競賽力
THK微型導軌滑塊天津HIR導軌VR4-280HX27Z高薪國家要想維持其在全球競賽的才能，一個重要的條件
便是要完成中小批量零件加工的良好的經(jīng)濟
性。複合加工中心集成了現(xiàn)代化的設備、激光體系和現(xiàn)代化的工藝流程及操控技能，這些都爲完成經(jīng)
濟性和靈敏性的加工供給了關鍵性的條件。由德國研討會（DFG）資助的“高薪國家集成式出産
技能”重點課題的框架內(nèi)，人們對上述各個方面進行了研討，提出了對中小批量加工雜亂産品的設備
體系的首要要求；一起也以上述的設備體系爲例，對體系中的相互關系和德國這個高薪國家所選用新
的競賽力更強的出産鏈進行了探究。
