1．前言

　　數控工具磨床沥阱，特別是多軸數控歉莫、多軸聯動的數控工具磨床是高效膝班、高質量磨削制造精密壶碴、復雜形狀刀具的高情召、精、尖關鍵設備撼予，也是各類數控機床中結構較復雜钥屈、自動化程度高、精度和可靠性要求高的機電一體化高技術產品坝辫，其研究開發(fā)具有相當的技術難度篷就。采用數控工具磨床對刀具進行磨削加工必須依靠刀具磨削加工技術和編程技術，而各種復雜形狀刀具的磨削加工技術和編程軟件近忙，目前在國外也屬于專利技術或保密技術竭业。正因為如此，目前世界上也只有少數廠商能夠生產高性能的數控工具磨床及舍。

　　為了提高我國的刀具制造工藝水平和質量未辆，國內一些刀具生產廠家和應用廠家從國外引進了數控工具磨床，這些數控機床經過相當長時間的使用后击纬，其主機性能基本完好鼎姐，仍可使用，而其數控系統(tǒng)則已經遠遠落后于現代數控系統(tǒng)技術更振，屬于已淘汰產品。國內也有一些廠家研制開發(fā)了數控工具磨床饭尝，但由于采用的是主機自行制造肯腕、數控系統(tǒng)靠引進，這種數控工具磨床產品不但成本很高坏表，而且由于通用的CNC系統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術和編程軟件缆月，難以實現刀具(特別是復雜刀具)的磨削加工。因此幢堕，對這些國產的數控工具磨床的數控系統(tǒng)也必須進行改造践涧。

　　上述數控系統(tǒng)改造通常采用國外數控工具磨床生產廠家最新的專用數控系統(tǒng)。這種改造方案雖有技術成熟，風險小岩视，可靠性有保證的優(yōu)點苇硫，也有價格昂貴，工藝編程針對性差等多方面缺陷颓蛀。 自動數控編程功能 該系統(tǒng)的最大特點就是在標準通用數控系統(tǒng)的基礎上境薪，集成了刀具磨削加工編程軟件，直接在CNC系統(tǒng)上以圖形菜單方式輸入被磨刀具的結構尺寸與加工工藝鹰坐，即可自動編程和加工好啸，實現了編程加工一體化。 刀具測量和自動對刀功能 在本系統(tǒng)將刀具測量功能集成在數控系統(tǒng)中迷啄。在刀具數控磨削加工中渊季，自動對刀解決了手工對刀繁瑣、精度差的問題罚渐。 系統(tǒng)硬件結構 經過改造后的數控系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示却汉，主要由計算機數控單元、伺服驅動單元(包括電機)和測量單元三個部分組成搅轿。

　　數控單元包括工業(yè)PC機病涨、位置控制模塊、輸入輸出模塊璧坟，是組成數控系統(tǒng)的最基本單元既穆。其中工業(yè)PC機可根據需要配置CPU、內存雀鹃、顯示卡幻工、顯示器、硬盤或電子盤黎茎、軟驅等囊颅；位置控制模塊有多個位置檢測接口，采集光電編碼器的脈沖信號傅瞻，作為機床各個坐標的位置反饋刺勇，并通過多路D/A輸出信號控制速度單元， 伺服單元及電機是系統(tǒng)可靠運行的最重要保證迟摹。交流伺服單元采用光電編碼器實現位置檢測反饋觅氢，2500個脈沖/r。系統(tǒng)最小分辨率為0.001mm/0.001°跋章。 測量單元是系統(tǒng)實現刀具測量和自動對刀功能的必需硬件組成虐恋。包括信號處理模塊和測量元件。前者主要指A/D轉換和數據濾波往姆，后者為刀具測量和對刀傳感器(測頭)馒符，可根據需要選擇接觸式或非接觸式測頭掰站。

　　系統(tǒng)軟件結構 總體結構 華中Ⅰ型通用數控系統(tǒng)基于DOS開發(fā)，采用分層模塊化結構淘砌。系統(tǒng)軟件分為四層：第一層為操作系統(tǒng)層涧谓，包括文件管理，進程管理监征，實時任務調度芽接，參數數據庫的 物理管理層。系統(tǒng)管理軟件是在DOS的基礎上擴充括眠，增加了實時任務調度彪标，CRT驅動程序，參數庫接口軟件掷豺。任務控制的入口是INT62捞烟，軟中斷，具有轉調 度当船、創(chuàng)建题画、掛起、撤消德频、阻塞苍息、喚醒、延遲和獲取任務狀態(tài)的控制原語壹置。第二層為機床輸入輸出層竞思，包括位置環(huán)控制軟件，MST代碼輸出钞护，調掛管理及開關量輸入 輸出盖喷。位置控制軟件通過內部通訊區(qū)接收控制及位置指令，并將位置控制指令傳遞給伺服單元揩臊。第三層為插補控制層嚎脖，為ISO代碼插補，包括插補落余、刀補和程序編 譯勤鼓。第四層為用戶操作層。這種層次模塊化結構便于改進和移植幔私。刀具數控磨削自動編程軟件和刀具測量與自動對刀軟件就是集成在用戶 操作層中听番。

　　軟件主要由以下幾部分組成： 工藝數據庫 編程軟件收集了所要編程加工刀具的有關工藝數據，采用合適的數據結構進行組織和管理图兑，形成工藝數據庫。這些工藝數據包括數控系統(tǒng)信息躯法、機床結構信息蔫卦、刀具 幾何參數券豺、砂輪外形參數、加工工序信息以及加工工藝參數桨座。工藝數據庫是整個編程軟件的支撐读黑。數控系統(tǒng)信息是描述所采用的數控系統(tǒng)的數控代碼格式的信息，是 后置處理中格式轉換所必需的信息破讨；機床結構信息用來描述數控工具磨床結構模型和結構參數丛晦，包括機床機構模型代碼、機床運動鏈各坐標系之間的初始位置關系和 機床各運動軸方向提陶；刀具幾何參數指被加工刀具的結構參數和切削參數烫沙，以刀具結構要素為基本對象進行描述；砂輪外形參數是用來描述磨削用砂輪的形狀和尺寸的 參數隙笆；加工工序信息用來描述所編程加工刀具的加工工藝锌蓄，系統(tǒng)以刀具結構要素為基本單元將各種刀具的磨削加工工藝進行分類、組織和管理撑柔，形成加工工序庫瘸爽；加 工工藝參數主要指刀具各加工工序中的進給速度、主切削速度铅忿、進給量剪决、加工余量、冷卻液開關等信息檀训。

　　參數化輸入模塊 參數化輸入模塊是編程軟件實現人機信息交互的接口柑潦。該模塊通過輸入加工信息，從工藝數據庫中調出相關的工藝參數丛滋，然后根據具體加工對象央匀、加工條件和加工要 求，對工藝信息進行必要的修改技窝，生成供后續(xù)刀位計算與刀位驗證模塊和后置處理模塊使用的數據文件试著。具體有：數控系統(tǒng)設置，機床設置叙冕，刀具設置橱柒，工序設置， 砂輪設置鹉某，工藝設置主靡。 編程程序庫和刀位計算與刀位驗證模塊 編程程序庫是編程軟件所有編程刀具的刀位計算程序、刀位驗證程序的程序包继躁。刀位計算與刀位驗證模塊的功能就是從加工工藝文件中順序讀出刀具每個加工工序的 加工要素信息否艺、砂輪切削表面信息和工藝信息，根據這些信息從編程程序庫中調用相應的刀位計算程序和刀位驗證虎炸，生成刀位數據文件和CC點數據文件盒苛。刀位計算 與刀位驗證是自動編程的關鍵怜俐，編程程序庫是整個編程軟件的核心。 后置處理 后置處理就是將刀位計算后生成的刀位文件轉換成數控工具磨床能夠執(zhí)行的數控代碼的過程邓尤。包括機床運動求解拍鲤、非線性加工誤差校核與處理、進給速度的校核與修 正和文件格式轉換等汞扎。刀具測量與自動對刀軟件 該軟件包括刀具測量和自動對刀兩個相對獨立的軟件模塊季稳，兩者基于共同的硬件結構。其中對刀軟件的功能就是確定編程坐標系和機床坐標系之間的相對位置關系澈魄， 只要硬件可靠景鼠，軟件實現起來較為簡單。 對于刀具的重磨加工一忱，由于有關刀具形狀和切削參數的理論數據并不已知莲蜘，數控編程和加工的唯一依據是刀具實物模型。刀具測量系統(tǒng)的功能就是通過對刀具實物模 型進行采樣帘营，將刀具實物模型的幾何模擬量轉換成自動編程軟件能夠接收的幾何數字量票渠，以實現刀具編程和加工。刀具測量軟件主要由測頭運動控制模塊芬迄、數據采集 模塊和數據處理模塊組成裙闪，其中測頭運動控制模塊是整個軟件的關鍵，對于不同的刀具種類及加工要求瘤贷、不同的測頭類型俯够，具有不同的運動控制策略。

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