THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z LMA30R
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HIR无尘直线轴承
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HIR定制光轴
HIR非标光轴
HIR3D打印机光轴
HIR雕刻机光轴
VR4-80HX7Z VR4-120HX11Z VR4-160HX15Z VR4-200HX19Z VR4-240HX23Z
VR4-280HX27Z VR4-320HX31Z VR4-360HX35Z VR4-400HX39ZVR4-440HX43Z
VR4-480HX47Z
高组：方形LMA-R系列 =MSA-S
LMA15R  LMA20R  LMA20LR  
LMA25R  LMA25LR   LMA30R  LMA30LR   LMA35R  LMA35LR  

LMA45R  LMA45LR  LMA55R  LMA55LR  LMA65R   LMA65LR  

THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z數控機床在切削進程中常因爲編程參數及指令運用的錯誤

等原因形成切削過載。現有數控機床處理切

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動報，使主軸和進給電動機停止運轉。這兩種辦法雖能對數控機床起

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控的新辦法，即在切削進程中，經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。 1 在線監控的作業原理在切削進程中，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，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可用頻率可調的數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可經過直接測得電動機轉速得到。 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

置執行下列NC程序後退出切削過載區。 G01 G91 XDX YDY ZDZ F1500 M05 M02 若當時加工軌道爲圓

弧(G02/G03)，則CNC設備執行下列NC 程序退出(其間X、Y、Z依據插補平面選取兩項，Rs爲圓弧半徑

值)。 G03/G02 G91 XDX YDY ZDZ RRs F1500 M05 M02
切削過載的在線監控
圖1 在線監控體系硬件組成框圖
切削過載的在線監控
圖2 切削過載檢測軟件
切削過載的在線監控
圖3 CNC設備處理切削
THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z2 在線監控體系硬件組成在線監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單片機計數端。測得的電壓、電流值經A/D 轉化後送入8031單片機處理，求得切削

扭矩，再依據切削扭矩限定值決議切削過載否。 3 在線監控軟件切削過載監控軟件分爲兩部分: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。電動

機作業後，核算電動機及傳動體系損耗功率P1值。運轉測電流、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進程如圖3。 4 試驗驗證切

削過載的在線監控試驗在由南京工程學院和南京機床廠聯合研制的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，將二次側電壓整流濾波後送入A/D 轉化器。w測量電路由挨近開關LJ12A3-4-

Z/B1X來檢測，並送入8031單片機的計數端。在試驗進程中，將切削過載轉矩設定爲額外轉矩的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。

試驗證明，該切削過載的在線監控是可行的。 5 結束語本文提出的切削過載在線監控辦法爲數控機

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控原理、體系硬件及軟件

規劃辦法，將切削過載在線監控硬軟件集成到CNC設備中去，大大進步數控機床的功用。
THK微型导轨滑块天津HIR导轨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

範刀具，現代出産計劃與戰略已處理了這一問

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

供給用戶急需的刀具。”通常，非標刀具項目都是由這二個部分擔任的。

衆所周知，新資料的運用和工件幾許形狀越來越雜亂，運用規範刀具進行經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

用網絡化軟件計劃，只需幾分鍾時刻就能完結規劃、本錢估算、采購定貨及用戶文件處理。據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。”Walter 

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微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27ZCATexpress的出産線。Mai先生強調：“這條出産線的規

模很大，即便發生很大的需求波動，也不全

呈現出産瓶頸。正是這樣，咱們才敢保證，用戶在下單後的2周內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

優化整個體系。“對每一種非標刀具，雖然咱們並未發明什麽新東西，但咱們能夠改動整個做法。即

使是在非規範刀具方面，仍有許多地方能夠運用規範部件。”基于這一理念，Walter Titex的專家開

發了一套模塊化構件，以供CAD軟件選取所需的部件。

軟件生成非標刀具的悉數數據
THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z非標刀具數據的生成進程如下：用戶或Walter Titex的技

能人員經過互聯網或局域網將所要求的數據

輸入體系。這些數據包括運用規模、資料、結構(有或沒有內冷卻、塗層)。軟件運用這些信息生成包

含非標刀具所有參數的數據記錄。運用這些數據記錄，軟件主動規劃出完整刀具並生成相應的出産程

序。然後確認什麽時候進行加工。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據，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，以及何時能夠將此刀具歸入出産流程。”所有這一切都是在數分鍾時刻內完結的

。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

接連運轉的。Mai 說：“95%以上的用戶定制産品都在二周內離開咱們出産線的。”這與刀具用何種

塗層或所需的幾許形狀、是不是多級刀具或能否用規範坯料出産無關。這完全是一個物流和出産規劃

問題。這說明，項意圖准備時刻長是爲了在施行前不斷優化。該公司在全體硬質合金的鑽削刀具方面

能夠供給CATexpress。但現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微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z用戶特別感興趣的是：該體系是否在世界規模內可用，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。”
本文介紹在一台銑削加工中心上針對中小批量加工的功用集成所發揮的潛力。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

具和高要求的钛合金或Cr-Co（鉻-钴）鋼質醫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的複合

加工工序。

以帶有移動作業台的銑床爲根底

THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z複合機床以移動作業台結構類型的銑削加工中心爲根底，

裝設有兩個旋轉作業台、一個6軸機械臂和

兩個激光加工單元（由一種接連作業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台節省空間的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，因而整個介質的運送有必要經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。軟管經過機床上方的旋轉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區域內的筆直走向，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過結構動態調理而到達最小。


圖1  機床前端有一個供機器人運用的維護作業區。操作人員的安全經過一個設有傳感器監督功用的

激光維護罩加以保證


推拉門設置在頂部更易于操作

THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z針對激光淬硬處理、焊接和切削技能，設備選用了高質量

的激光束——2.4kW纖維激光器。這些技能

的組合，雖然占據工藝流程上的優勢，但也隱藏著要挾操作人員的潛在風險。一種契合技能現狀、帶

有探頭監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區，

因而無需再有其他防護辦法。經過激光隔離罩頂棚的推拉活動門，能夠方便地進入作業區域，以完成

天車的裝載作業。經過選用高效纖維激光器，能夠在結合光束偏轉體系（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微型导轨滑块天津HIR导轨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

的光束偏轉體系能夠對挨近正射光束掃描區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模內變化的強度散布，以完

成不

同的加工工藝和加工規模。


圖2  複合加工中心選用一種2D掃描體系，這種體系能夠對激光導向和聚集進行操控，經過對激光束

的離散處理，能夠完成激光焊接和激光淬火處理等加工


發散激光器用于淬火處理

THK微型导轨滑块天津HIR导轨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。經過這種方法，能夠在毫秒的

規模內完成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區域內，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域相位轉化的淬硬處理，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微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z選用2D掃描體系，能夠在這兩種運用場合中完成可調的軌

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以內的可調寬度對焦點進行掃描，並經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，由此能夠部分調理外表應力，在一定規模內調整塗層軌道的寬度。

焦斑決議塗層寬度

THK微型导轨滑块天津HIR导轨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化需求激活或消

除絲導入功用，並開啓或封閉流程規模內外的絲導入嘴。經過絲導入嘴的相應反轉能量，能夠到達流

程主動轉化，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微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z除此之外，爲了在切削之後到達特定的規劃結構，複合加

工單元選用了一種結合3D高效光束偏轉體系

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的特定脈衝作業結構（pw模

型）。在20μm規模內的離散結構不能經過機器人來完成，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

的因素是規劃東西，它能夠在用戶擬定運用傳統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

行軌道規劃。這兒要對商業化的CAM體系進行擴展，參加相應的模塊，以顯現激光作業流程。激光工

藝的軌道規劃根底是5軸和6軸銑削規模的加工戰略。所生成的軌道具有流程參數，以對激光功率進行

操控。規劃作業是交叉進行的，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

器從所生成的數據中，既爲設備操控（NC），也爲機器人操控（RC）主動生成可運轉的程序。出于安

全方面的原因，在執行之前，各個分程序都要在設備上經過一個模擬模型進行校驗。這兒選用虛擬的

操控，准確模擬實踐操控時刻。結合選用一個動態模型，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，軌道規劃在CAM體系上進行




THK微型导轨滑块天津HIR导轨VR4-280HX27Z在開發此類雜亂的設備體系和選用費用較低的規範組件時

，面對著一個首要應戰是同步性和以工業標

准Profibus相互通信的各操控組件的聯動的問題（圖5）。


圖5  複合加工中心選用費用較低的規範型部件，它所面對一個重要的應戰便是操控元件的同步性問

題，對此該中心選用了工業規範型的Profibus

複合加工中心進步競賽力

THK微型导轨滑块天津HIR导轨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濟

性。複合加工中心集成了現代化的設備、激光體系和現代化的工藝流程及操控技能，這些都爲完成經

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，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。