定制 CNC 升级方案简化了轨道车轮轴的磨削加工

以任务为导向的新型 HMI 简化了切入式磨削操作的控制

2015 年 8 月 11 日 — 经典的高功率无心磨床的全面升级，正助力于领先的轨道车轮轴制造商大大简化轴锻件的精密磨削操作。该项目由 APeC Integration Services, Inc 实施管理，其中一个关键因素是对基于 NUM 强大的 Flexium 平台的定制 CNC 控制系统进行改造。

APeC 总部设于宾夕法尼亚州沃茨堡，是一家电气系统集成商，专事于使用现代化 PLC 和 CNC 控制系统来升级机床。该公司成立于 1989 年，因帮助客户在机床投资方面实现使用寿命和性能的最大化而享有盛誉。主要的改造服务包括升级伺服和主轴电机及驱动器、PLC 集成和定制机床控制及 CNC 完整更换。

该特定项目中使用的机床为高容量 Landis 无心磨床，其采用可修整的砂轮及切入式磨削循环，在轨道车轴颈上打造精密轮廓。磨削过程中，轴工件和砂轮同向旋转，这意味着两个表面在接触点向相反方向移动，实现更平滑的运行。一旦机床达到最高速度，砂轮将进给或“切入”工件，并沿其长度单点连续接触。切入操作由以多个进给速率进行磨削的伺服驱动轴进行控制，并采用进程内测量仪表来监控过渡点。采用带镶金刚石刀具的内置自动化双轴修整系统，在必要时修整砂轮。

此为 APeC 第二次使用基于 NUM CNC 内核的控制系统来改善磨床的性能。原有机床为液压驱动，并配备追踪型砂轮修整系统。在 20 世纪 90 年代，APeC 对每台机床进行了全面的机械和电气升级，包括加装现代化的 CNC 系统和进程内测量仪表。当时，公司基于 NUM 的 Power 1060 进行升级，该系统被视为市场上最灵活、最易操作的 CNC 系统。

在忙碌的生产环境中提供 20 年的全时服务后，机床需要进行新一轮的机械和电气升级。APeC 为机床升级提供了支持，在此期间与运营商密切协作，同时还萌生出很多创意，以简化机床的操作及提高生产率。升级计划为将这些创意付诸实践提供了绝佳的机会。

为了加速机床升级，最大限度地降低对客户生产进度的影响，APeC 构建了三方发展合作伙伴关系。项目所有的重大机械再设计、液压、润滑和几何重建方面均由 EURO Machinery Specialists, Inc. 进行处理—— 一家在高价值金属切削机床改装和现代化领域拥有约 45 年经验的公司。在控制方面，APeC 与 NUM USA 携手开发一款独特、直观的人机界面 (HMI)。这使得操作人员能够了解如何便捷快速地使用机床 —— 即使他们并不熟悉这类磨床。所带来的客户益处包括提高了员工满意度，减少了培训需求及提高了机床生产率。

据 APeC 的 Dave DeCoursey 透露：“项目的一个关键目标是尽可能地简化机床操作。NUM 的开放式 Flexium CNC 平台为我们提供了控制灵活性和 HMI 定制设施，这正是开发个性化、以任务为导向的屏幕之所需。因此，现在的用户界面更符合人体工程学。大部分操作，如偏置计算、校准、修整和自动磨削循环启动现可通过单个虚拟按钮执行，并且这些按钮仅在适当的时候显示。”

每个机床升级方案均使用多个 NUM 产品，包括 CNC 内核、触摸屏操作面板、伺服驱动器和电机。Flexium CNC 系统采用 EtherCat I/O 通信，便于 APeC 实现先进的切入深度控制架构。之前用于机床操作的进程内测量仪表被线性编码器取代，利于实施快速精确的深度控制，并在整个磨削周期为操作人员提供实时反馈。主控制屏幕设有两个大型模拟刻度盘，支持数字显示，从沿轴颈长度分布的独立测量探针获取输入数据，便于操作人员监控锥度公差。

APeC 为磨床升级而开发的针对特定客户和应用的 HMI 软件以任务为导向。其采用根据特定应用而定制的个性化屏幕，设有明确的上下文功能，帮助防止产生人为错误。通过 Flexium CNC 控制器的扩展型 NCK 访问 (ENA) 工具，每个定制 PLC 驱动可视化得以直接控制和监控 CNC 功能。此类控制方法特别适用于自动化示教功能，如指导操作人员完成机床启动及自动循环准备。

例如，启动屏幕最初仅显示 CNC 系统的状态及一个“关闭”按钮。一旦 CNC 系统显示准备就绪，启动屏幕将出现两个附加按钮：“主屏幕”和“手动操作”。当操作人员触摸所显示的按钮，导致屏幕发生改变时，软件相应地自动改变 CNC 模式并选择适用的零件程序。该软件将操作人员的可用选项限制在当时的适用范围内，助力确保机床使用的一致性和高效性。

带扩展型 NCK 访问的此类控制方法的另一大优势是，可用于帮助操作人员计算刀具偏置并调整为零件程序尺寸。更换砂轮或修整刀具时，操作人员可将刀具手动定位在所需的轮面上，访问密码保护屏幕，然后简单地按下一个按钮。偏置通过 ENA 工具自动计算并输入修整程序。通过该工具，操作人员还可轻松修改修整尺寸和清磨设定点，只需将数值上调或下调 —— 然后将其输入相应的零件程序。

伊利诺伊州纳坡维尔市 NUM 公司总经理 Steven Schilling 表示：“Flexium CNC 系统的开放式架构和高级功能，使得工程公司能够以创新的机床控制解决方案来改造或开发新的机床项目。在此情况下，APeC 和 Euro Machinery Specialists 在 NUM 的支持下，打造出 CNC 改造方案，为客户现有的生产设施注入更多价值。”

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