瞬時的刀具更換速度，極短的工作輔助時間和換裝作業，所有過程只需按動鍵鈕——現代化無心磨床通過采用非常具有競爭力的加工工藝，發掘出了可觀的生產效率潛力。依據不同的使用場合，生產效率的優勢可以達到100%。

在無心磨床上，改進工件加工周期的潛力往往不僅體現在磨削工藝上，同時也反映在工件的輸送上。帶有高速無心上料裝置（HSCL）的Kronos speed新型無心切入式磨床可用于加工直徑在8mm以內、長度在80mm以下的細長型工件，其工件的更換時間<1s（圖1）。由此，Studer Mikrosa公司傳統的3s工件更換時間可以縮短60%多。這也對無心磨床的整體加工循環時間產生影響：對于最終用戶來說，其生產效率可以得到極大的提高，單件加工費用可以大幅下降。

圖1  適用于直徑小于8mm、長度小于80mm的工件的Kronos speed
切入式無心磨床在1s內即可完成換裝作業

Studer Mikrosa公司和位于瑞士Winterthur的Wenger Automation & Engineering公司的工程師們開發出了HSCL新型上料系統，這種系統采用冷卻劑作為工件的輸送介質：冷卻劑把工件從工件座上抬起（已申請專利的液力升降原理）并在<1s的時間內對工件進行更換。操作簡便的上料裝置控制系統被集成到機床的控制系統里，工件的強制輸送導軌確保了安全的輸送。由于上料裝置采用氣動驅動，因此無需投入昂貴的輔助設備。

氣動元件內置在機床上

氣動元件同樣被集成到機床上。此外，采用壓縮空氣還可以確保冷卻潤滑劑幾乎不被帶走：采用傳統的裝載裝置時，在對工件進行吹刷時，工件會失去附在其表面的部分冷卻潤滑劑，因此只有較少量的冷卻潤滑劑與工件一起被輸送走。Mikorsa公司在Kronos speed設備上有意放棄了昂貴的NC軸，而是提供新型無心切入式磨床和快速、省空間和免維護的交鑰匙工程技術方案。上料裝置既可采用稀油，也可采用乳化油進行傳動，因此適用性很廣，如用于單、雙班生產和連續的兩班運行。

在企業內部投資核算時，不僅要顧及到購置費用，而且還要考慮將來一些相關的費用，如能源和相關部件的維修、保養等。只有這樣，方可在投資決策之前對所有的費用心中有數。通過這種方式，可找到一種購置成本較為合算的設備，而非采用昂貴的技術方案，因為像工藝流程時間、長久的質量保證和其他一些因素都無法明確地被納入到設備成本核算中。

理解TCO的最重要的基礎是直接費用和間接費用的差異。屬于間接費用的有所謂的“停工期”，即系統不是用于直接創造價值的工件磨削加工作業上。Mikrosa公司通過提高無心磨床的生產效益，來達到顯著縮短這個時間的目的。

柔性運用大批量生產工藝并把換裝時間降到最低是所有生產企業的目標。恰恰是在大批量工藝的無心磨削過程中，往往會耗費很多的調節時間和換裝時間，對此加工設計人員在設計工藝流程環節時，首先需要考慮無心磨削的這些因素。此外，這種對所謂的“加工工藝不可控的復雜性”的擔心往往會導致投資傾向于生產效率不高、但看似簡單的加工工藝。

投資決定TCO效用

由于人們無法從費用上對磨削工藝進行一對一的技術對比，因此無心磨削的投資還不能被廣泛認知，其巨大的費用節省潛力也可能不被加工行業所挖掘。與其他工藝相比，無心磨削擁有巨大的經濟潛力，在不同的運用場合中，其生產效率的優勢甚至可以達到100%。如同TCO所反映的那樣，在以較低的購置價格和較高的TCO對設備進行投資之前，應該對之進行費用審核。

無心磨削和設備的手動調節通常都需要比加工中兩個高峰時間更長的調節和換裝時間，但是通過采用這種生產效能潛力巨大的工藝，可以彌補上述的不足。為了極大降低加工過程中的輔助時間，Mikrosa公司在控制系統中集成了新型的、操作簡便的軟件模塊。在常規的無心磨床上，不管是B軸的校準，還是調節盤的回轉，都是通過機械方式完成的。而在Kronos S型設備上，這些調節功能均通過獨立的計算模型和設備的控制系統自動進行。

按動按鈕即可降低輔助時間并實現換裝

圖2  成對噴嘴針磨削的質量結果（額定尺寸偏差±0.0005mm）

迄今為止，如果要確保無心加工流程的安全進行（圖2），則需要操作人員具有豐富的工作經驗。這種對加工流程的感知有時會使有潛力的用戶反而感到不自信。當然，對無心磨床進行合乎規范的調節，本身也是一項較復雜的工作。對無心磨削的圓度來說，決定性的因素是所選擇的工件與砂輪、工件與工件支座以及工件與調節砂輪之間接觸點的角度關系。在對“磨削間隙幾何外形”進行錯誤調節時，不會生成圓形的外觀，而工件會在μm范圍內形成相應的多邊形。為了可重復實現這種復雜的調節過程，并使很多不同設備操作者都可以很好地掌握調節過程，Mikrosa公司開發出了Heureka控制集成軟件。這種軟件可以幫助操作人員掌握復雜的流程（圖3），通過它可以針對各種不同的加工任務，測得最佳的工件支座高度和角度調節值，由此可以使磨削流程在磨削盤和調節盤的整個有效直徑范圍內穩定進行，也可確保所需的工件圓度。

圖3  采用Heureka軟件可以針對各種不同的加工任務，測得最佳的
工件支座高度和角度調節值，由此可以使磨削流程穩定進行

專家系統集成到控制系統中

以前，不僅是這種所謂的“幾何圓度效果”使很多設備操作人員頭痛，設備的動態性能也很難令人滿意。對此，Mikrosa公司在Kronos設備的控制系統中集成了一種專家系統，它可以使設備在轉速關系上與運動中的機械元件的機械頻率特征相匹配，由此可以避免因動態特性所限而導致的圓度差錯。

為了能夠充分利用這種磨削工藝，機床需要充分展示其合乎規范的靜態和動態剛性和良好的“熱穩定性”特征。近十年來，Mikrosa公司一直為設備采用礦物鑄鐵床身（Granitan）。這種材質具有極好的熱穩定性和阻尼特性。系統良好剛性的基本條件早在研發階段就已經通過了對設備各部件所做的大量的尺寸確定和FEM熱對稱優化設計而具備。當重要的表面在無心外圓磨床上不僅需要磨光，同時還要進行人工刮磨時，設備也表現得相當穩定。表面由專家進行手工精制（圖4）。由此，承載部分得到極大提高，而這種加工品質是加工設備無法實現的。刮磨的部位都是對設備加工質量來說非常重要的表面，如磨削軸和調節軸的承載孔，或心軸箱的承載表面和工件的托架等。客戶能夠以穩定的加工精度進行生產，達到長期的質量保證。每臺新設備在進行批量生產之前，均要接受分析和測評，并按照客戶的生產情況進行優化。

圖4  當重要的表面在無心外圓磨床上不僅需要磨光，同時還要進行人工刮磨時，
設備也表現得相當穩定

冷卻對磨削結果的影響

在磨削特別是高速磨削時，冷卻具有重要的作用。工件和磨削刀具的熱載荷必須盡可能的低，以免邊角區域受到熱損傷，并提高刀具的使用壽命。此外，針對不同的無心磨削任務，可以向磨削間隙里每分鐘灌注400 l的冷卻潤滑劑（KSS）。這也是一個不可忽視的費用因素，尤其是所需的KSS凈化處理費用。

Mikrosa公司因此給自己提出了如何節省冷卻劑而不影響工件質量的要求。問題的解決方案是，采用新型針形噴嘴實現對工件和刀具的定點冷卻。在新型的冷卻系統上，層狀的冷卻劑被加速到砂輪的圓周速度，針形噴嘴把冷卻劑直接帶入到切削位上。KSS很高的脈沖效應可以使得所產生的氣墊沖向砂輪。其結果是工件和刀具均獲得極好的冷卻，冷卻劑的耗量明顯降低。

針形噴嘴直接把冷卻劑送到切削部位上。結果是使刀具和工件達到極佳的冷卻效果，
冷卻劑的耗用量也得到下降

對設備的良好保養可以延長設備壽命。Mikrosa公司通過在線監視，引入狀態定向的維護和保養，這是一種集合了機械、系統理論、電子和信息化等技術的方案。在設備上所選定的關鍵點上的傳感器定期向設備控制系統提供數據。控制系統可以對數據信息進行實時分析，并可向操作人員發出極限值被超出的報警，同時提示操作人員需要進行更準確的專家診斷。通過對特征值和傳感數據的測定，在線監視功能可以揭示設備和所選定部件的運行狀態。

Mikrosa設備把所示的數據保存到數據庫里。數據庫可以識別技術流程時間和因維護而發生的停機時間，并測得所分析系統組件的利用率、效能和停機概率。狀態監視有助于費用的節省，這是因為重要的設備部件的壽命可以得到充分的利用，維護和保養措施與生產計劃可以達到高度的協調。此外，監測數據可以用于對薄弱環節的分析、對工藝流程安全性的加強和對部件磨損狀況的早期發現。