數控磨床自動化[簡介]

數控磨床製造商和使用者每天都會遇到以下挑戰。

• 手動將砂輪安裝到工件上，並觀察火花/聆聽聲音以確認加工起始位置，這可能很耗時。
• 老員工和新員工無法統一砂輪應用過程中的品質差異。
• 雖然使用了聲發射感測器，但精度不穩定。

在工具機領域，CNC磨床需要高精度加工來決定工件的尺寸。
因此，即使採用數控技術，自動化也存在著很大的困難，許多用戶面臨現場人力短缺的挑戰。

本文深入探討了 METROL 業界首創的利用間隙空氣實現數控磨床完全自動化的措施。

【問題】數控磨床的「砂輪應用流程」是什麼？

通常情況下，在CNC磨床上加工工件時，以下兩個設定操作是必不可少的。

• 確定砂輪加工的起始位置
• 工件起始位置

一般來說，確定砂輪加工起始位置（即砂輪直徑）的過程稱為「砂輪應用過程」。

這種「砂輪應用工藝」是一項困難且具有挑戰性的任務。

實施“砂輪應用程式”

通常的做法是先手動將旋轉的砂輪緩慢地移到工件表面，使其與工件接觸。
可以透過砂輪接觸工件時產生的火花和聲音來確定「加工起始位置」。

由於砂輪的熱位移和磨損導致砂輪的加工點發生位移，因此需要定期進行「砂輪應用」操作，以修正加工的起始位置。

接下來，我們將解釋與這種「砂輪應用程式」相關的風險。

數控磨床「砂輪應用程式」有哪些風險？

上一節所述的「砂輪應用程式」存在以下問題和風險。

• 每項應用都需要人工操作，無法完全自動化。
• 新舊工人之間的加工精度和工時並不一致。
• 砂輪與工件直接接觸會導致工件在修整後立即損壞。
• 砂輪撞擊工件造成事故的風險。

人為錯誤和技能習得等問題很難在一夜之間解決。
為了建立可持續和安全的生產體系，需要透過技能的標準化和自動化來尋求解決方案。

什麼是數控磨床「砂輪應用程式」的自動化？

在METROL，我們長期以來一直在研究「砂輪應用程式」的自動化，這項程式以前是人工操作的，我們透過氣隙感測器的方法實現了這一目標。

什麼是「氣隙感測器」？解釋該感測器的測量原理。

什麼是用於自動化數控磨床的「氣隙感測器」？

簡而言之，氣隙感測器是一種「高精度定位感測器，它利用空氣（氣嘴）來檢測與物體的距離，判斷其是否有效」。
預先在感測器中註冊一個“距離閾值”，作為有效/無效標準，感測器可以準確地確定物體與氣嘴之間的距離是更近還是更遠。

【說明】氣隙感測器應用案例研究

以「檢查工件是否存在」為例來解釋氣隙感測器的用途。

範例：當感測器閾值設定為 10 μm 時的步驟。

• 步驟 1 ：預先向感測器註冊「10μm 距離閾值」。
• 步驟 2 ：將工件移近噴嘴，以偵測其是否存在（請參閱圖 2）。

當工件與噴嘴之間的距離大於閾值（=10µm）時→無效訊號輸出。 [左圖]
當工件與噴嘴之間的距離小於等於 10 μm 時 → 切換至有效訊號。 [右圖]

利用感測器實現數控磨床自動化的解釋

以下圖示和照片顯示如何使用氣隙感測器實現砂輪應用程式的自動化。在數控磨床上，偵測目標不是工件，而是「旋轉砂輪的起始位置」。

[圖示] 使用氣隙感測器偵測加工起始位置的步驟。

• 在數控磨床上安裝氣嘴。
• 旋轉的砂輪接近氣嘴。
• 感測器訊號切換位置 → 加工起始位置（見圖 3）

[間隙空氣偵測加工起始位置的步驟。

圖中放大顯示了實際的氣嘴和砂輪，以說明檢測過程。

步驟 1：旋轉的砂輪接近氣嘴。
噴嘴與砂輪之間的距離大於閾值，感測器處於無效訊號狀態。 （參見圖4）
砂輪向噴嘴移動，直到到達閾值位置，此時訊號變為有效。

步驟 2：訊號切換的位置即為加工起始位置。
當砂輪與噴嘴之間的距離達到閾值時，感測器切換到有效訊號。
透過讀取感測器切換到有效訊號時的座標，可以確定「砂輪加工起始位置」。

步驟 3：透過算術運算計算砂輪直徑。
當感測器訊號輸出時，可以根據砂輪參考位置的座標計算砂輪的外徑。

【500 µs（代表值）】砂輪應用流程自動化。

如上所述，透過步驟 1 至 3，「砂輪應用程式」以前是手動執行的，現在已完全自動化。
*也需要使用接觸式探針或類似設備來偵測「工件高度」。

【影片解說】CNC磨床自動化

上一章中描述的砂輪測量程序在影片中進行了介紹，該影片展示了實際的數控磨床的運作情況。

【使用範例】數控磨床自動化案例研究

岡本機床株式會社（一家主要的磨床製造商）在其數控磨床上採用了「旋轉砂輪應用程式自動化」作為可選的「能夠測量砂輪直徑的非接觸式感測器」。

【常見問題】關於CNC磨床自動化

以下是測量砂輪加工起始位置的常見問題的解答。

我可以在冷卻液還留在砂輪上的時候進行測量嗎？

測量時必須停止冷卻液。
冷卻液停止流動後，應將砂輪旋轉幾秒鐘以去除水分，然後再進行測量，以獲得更準確的結果。含有冷卻液（水分）的砂輪因膨脹，可能無法準確測量。

可以產生多少個感測器訊號？

最多可記錄 3 個訊號。透過根據目標設定閾值，可以實現高效的控制。
例如，「測量訊號」用於查看砂輪的位置，「減速訊號」用於控制砂輪的接近速度，「超行程訊號」用於防止碰撞。

砂輪最大可使用多大粒度的砂粒？

精密砂輪上的磨料越細，重複性越高，測量精度也越高。
精度砂輪，例如鑽石砂輪和 CBN 砂輪，其測量重複性可達 1 μm。
詳情請諮詢我們的團隊。

任何形狀的砂輪都可以測量嗎？

• 普通砂輪
• R型砂輪
• 薄刃砂輪（刀片）
• 用於V形槽加工的錐形砂輪

每種砂輪形狀都需要不同的檢測方法。接觸我們以取得支援。

砂輪轉速應該以多少轉/分來測量？

作為參考，建議測量時使用與加工過程相同的轉速。如有特定轉速要求，請聯絡我們以取得支援。

氣隙感測器安裝在哪裡？

由於氣嘴和感測器之間的氣管長度越短，響應越好，因此建議將感測器安裝在靠近氣門的位置。
氣隙感測器防護等級為IP67 ，耐切削油，因此可安裝在機器內部。

能否在普通機床上安裝，而不是在CNC磨床上安裝？

不建議在普通機器上安裝，因為噴嘴很難與砂輪對齊。

引入數控磨床自動化需要哪些條件？

目前，我們在岡本機床株式會社生產的數控磨床上擁有豐富的安裝經驗，並有良好的業績記錄。歡迎聯絡。
我們也歡迎您的諮詢，即使是關於其他製造商的CNC磨床的諮詢。

它與AE感測器有什麼區別？

聲發射 (AE) 感測器是接觸式感測器，用於檢測砂輪直接作用於工件時產生的波形。

• 由於工件加工位置即為加工起始位置，因此加工後存在尺寸偏差的風險。
• 當條件改變時，難以穩定偵測精度。

氣隙感測器是一種非接觸式檢測系統，它利用空氣進行穩定檢測，而不會刮傷工件或砂輪。

【影片解說】CNC磨床自動化

到目前為止所描述的數控磨床自動化技術，將透過一個易於理解的 3D 影片進行解釋。

結論

包括業內最大的磨床製造商在內的多家磨床製造商都採用了利用空氣感測器進行砂輪位置控制的間隙。

未來勞動力短缺問題將持續加劇，人工流程的自動化將是最重要的問題之一。
建立一套符合公司需求的自動化操作方法，將成為製造商未來的優勢。
請考慮將「磨床自動化」作為實現這一目標的方法之一。

本文中介紹的產品的更多信息

關於引入數控磨床自動化所需條件的諮詢。

我們的工程師將解答您關於數控磨床自動化的問題。
如需協助，接觸我們。