我國(guó)全自動(dòng)數(shù)控凸輪軸磨床加工的凸輪軸精度往往達(dá)不到要求良稽，故凸輪軸的加工主要依靠進(jìn)口設(shè)備辐烂，但進(jìn)口設(shè)備售價(jià)相當(dāng)昂貴淆衷。 為此亏掀，開(kāi)發(fā)了一套價(jià)格適中的高性能數(shù)控凸輪磨床控制系統(tǒng)忱反。 本文著重從系統(tǒng)的硬件組成和軟件建模方面來(lái)進(jìn)行分析，給出了高精度數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法滤愕。

隨著全球汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展温算，使得對(duì)凸輪軸的需求量越來(lái)越大。 凸輪軸對(duì)汽車(chē)而言是一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)部件间影，它安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)注竿，控制氣缸的進(jìn)氣和排氣，一個(gè)氣缸由一個(gè)進(jìn)氣和一個(gè)排氣凸輪控制魂贬，廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)巩割，如摩托車(chē)、汽車(chē)’火車(chē)付燥、卡車(chē)等宣谈。 每個(gè)凸輪軸是由若干個(gè)凸輪組成，如四缸發(fā)動(dòng)機(jī)段卵，一個(gè)凸輪軸由八個(gè)凸輪組成蜈率。 每個(gè)凸輪其形狀為桃形，由基圓和許多二次曲線杨趣，三次曲線及圓弧組成臭颈，其構(gòu)成的封閉曲線稱為生成曲線。 生成曲線的線型誤差將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃料燃燒質(zhì)量凡搪，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能伺狮。 每個(gè)凸輪軸都要經(jīng)過(guò)對(duì)毛坯的車(chē)、銑轨凡、鉆莱妥、粗磨、精磨等二十多個(gè)工序才能完成文紧。 凸輪軸磨床主要用于汽車(chē)叔三、摩托車(chē)及內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中的關(guān)鍵零件凸輪軸的加工缩铸。 它主要用來(lái)完成凸輪軸最后一個(gè)工序：粗磨、精磨凸輪軸上的每個(gè)凸輪硝拧。

我國(guó)凸輪軸的加工大多還采用傳統(tǒng)的機(jī)械靠模加工方式径筏，加工質(zhì)量受到靠模機(jī)構(gòu)的影響，凸輪型線難以得到保證障陶，在一定程度上制約了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展滋恬。但是，目前僅有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠掌握數(shù)控凸輪軸磨床技術(shù)抱究，故機(jī)床售價(jià)昂貴恢氯，臺(tái)價(jià)高達(dá)60~80萬(wàn)美元，國(guó)內(nèi)企業(yè)一般無(wú)法承受鼓寺。 因此勋拟，有必要研制出我國(guó)自己的數(shù)控凸輪軸磨床，重點(diǎn)是凸輪軸磨床數(shù)控系統(tǒng)妈候，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要敢靡。

1 凸輪軸磨床數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)整體分析

高精度數(shù)控磨床設(shè)計(jì)的技術(shù)難度大，其最大的優(yōu)點(diǎn)是磨削精度高州丹、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定醋安、產(chǎn)品更換靈活方便、生產(chǎn)效率高墓毒。 今天，由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展嘱峦，為高精度數(shù)控磨床的實(shí)現(xiàn)注入了新的活力笨墙。 使得在Windows平臺(tái)上開(kāi)發(fā)多任務(wù)型的控制程序變得十分的方便。 這樣侍除，數(shù)控系統(tǒng)在完成加工的同時(shí)又能夠?qū)崟r(shí)地完成其它的任務(wù)刷粒，如狀態(tài)跟蹤、數(shù)據(jù)的提取和處理晋蛾、故障診斷宵穆、系統(tǒng)檢測(cè)等。 另外艳院，這也給開(kāi)放型數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)糯侍，利于系統(tǒng)的維護(hù)、改造和升級(jí)換代颠恬。 所以洞逼，依靠今天的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)高精度數(shù)控凸輪磨床并保證其高精度憾汛、高穩(wěn)定性党饮、高可靠性和安全性變?yōu)榭赡堋?下面肝陪，就針對(duì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)來(lái)深入對(duì)高精度數(shù)控磨床的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行探討。

1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成是保證系統(tǒng)精度刑顺、可靠性和實(shí)時(shí)性的重要因素氯窍。 在本系統(tǒng)中，采用上蹲堂、下位機(jī)的控制體系結(jié)構(gòu)狼讨，即“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和IPC機(jī)共同構(gòu)成贯城。 這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU熊楼，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。 它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)能犯，可以單獨(dú)使用鲫骗。 它開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在Windows平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)構(gòu)造所應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。 如美國(guó)DeltaTau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)踩晶、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的执泰。MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC等。 由于是基于高速DSP和高精度晶振的控制系統(tǒng)子桩，它可以滿足高速杖烘、高精度磨床的高速運(yùn)算和高精度伺服控制的需要。

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)控制軸數(shù)奄刊，初步選用美國(guó)Pro-Dex公司的PCIx-202卡于抬。 PCIx系列是基于 PCI總線的高性能運(yùn)動(dòng)控制卡，其中PCIx-202可控制兩軸步進(jìn)和兩軸伺服電機(jī)饱粟。 PCIx-202卡的特點(diǎn)：光學(xué)隔離的輸入]輸出元邻，正負(fù)限位開(kāi)關(guān)和原點(diǎn)信號(hào)輸入，以及微分編碼器反饋信號(hào)輸入;每軸獨(dú)立或同時(shí)運(yùn)動(dòng);每軸持續(xù)的線,性插補(bǔ);圓弧插補(bǔ);反斜線補(bǔ)償;自定義掖阶，拋物線!S曲線和直線軌跡輪廓;和IO68-M外圍板兼容;電子傳動(dòng)裝置;配有WIN95/NT/98/200/XP下的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)咒付，方便客戶編寫(xiě)自己的應(yīng)用軟件;提供調(diào)試示范軟件，可演示此卡功能炮疲，方便客戶測(cè)試控制卡以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)枷斩。

為了保證工件主軸的動(dòng)態(tài)特性，C軸必須采用高轉(zhuǎn)矩/慣量比的伺服電機(jī)虎叔。 考慮到機(jī)械結(jié)構(gòu)和工件的轉(zhuǎn)速范圍要求味测，采用PAKER公司的大慣量直接驅(qū)動(dòng)伺服。 它可省略機(jī)械減速裝置抡草，減少由于減速裝置造成的傳動(dòng)誤差饰及，也滿足需要的反饋分辨率和控制精度。

通過(guò)插補(bǔ)運(yùn)算看出，X軸的運(yùn)動(dòng)(凸輪部分)為近似的時(shí)間正弦函數(shù)燎含，其運(yùn)動(dòng)控制精度直接影響了磨削精度宾濒，幅值精度影響尺寸誤差，相位精度影響凸輪軸的形狀誤差屏箍。 跟蹤精度由伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性決定绘梦，由于機(jī)械傳動(dòng)部分的慣量很小，所以選用小慣量伺服電機(jī)可以得到較好的控制效果赴魁。

1.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心卸奉，是關(guān)系到系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性’可靠性和實(shí)時(shí)性的最重要的因素之一颖御。 因此榄棵，在設(shè)計(jì)中必須采用合理的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和優(yōu)化的算法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以達(dá)到減少設(shè)計(jì)工作量潘拱、提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的目的疹鳄，使系統(tǒng)具有開(kāi)放性、多任務(wù)的特點(diǎn)唠芋，同時(shí)要有利于系統(tǒng)的升級(jí)換代摹钳。在本設(shè)計(jì)中，所采用的是基于Windows平臺(tái)的VC++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境拧淘，在VC++6.0中開(kāi)發(fā)基于疲席。Y#的應(yīng)用程序，具有開(kāi)放性和多任務(wù)性族焰，程序代碼相對(duì)較少台古，運(yùn)行可靠。 限于篇幅蚊凫，在這里僅對(duì)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹云钻，如圖2所示。 主要分為上位機(jī)管理程序扣筛、上下位通信程序和運(yùn)動(dòng)控制程序3個(gè)大的部分。 從軟件結(jié)構(gòu)圖上可以看出颤与，每個(gè)大的模塊又分為幾個(gè)子程序模塊水导，其功能如圖2示。

 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

加工曲線的插補(bǔ)計(jì)算和工藝設(shè)置：采用特殊的插補(bǔ)算法求出兩軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律继找，才能通過(guò)伺服控制完成相應(yīng)的動(dòng)作遂跟，保證恒線速的實(shí)現(xiàn)。 同時(shí)要進(jìn)行一些參數(shù)的設(shè)置婴渡，包括凸輪軸型號(hào)幻锁、凸輪軸上凸輪個(gè)數(shù)、凸輪的升程表边臼、X軸速度哄尔、Z軸速度假消、C軸轉(zhuǎn)速、砂輪線速度等的設(shè)置岭接。

文檔管理：對(duì)系統(tǒng)程序代碼富拗、加工數(shù)據(jù)等進(jìn)行引入和管理，讓系統(tǒng)按程序正常運(yùn)行(引入NC程序或編輯鸣戴，程序顯示啃沪，修改，文件保存窄锅，編譯)创千。

加工數(shù)據(jù)的生成與編輯：包括參數(shù)設(shè)置的所有數(shù)據(jù)生成，分析加工后凸輪的輪廓精度割对，并將凸輪的理論輪廓與疊加了計(jì)算誤差和插值誤差的磨削加工后的實(shí)際凸輪輪廓進(jìn)行比較揖姆，并給出分析結(jié)果。 對(duì)結(jié)果可以直接打印或進(jìn)行人工編輯诸跳。

輔助設(shè)備管理：完成油泵電機(jī)承叫、冷卻電機(jī)、吸塵電機(jī)的啟動(dòng)和判斷各電機(jī)是否正常運(yùn)行彼使，若沒(méi)有正常運(yùn)行則做相應(yīng)的處理织鳖。

系統(tǒng)調(diào)試：主要用于系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)連接調(diào)試、性能測(cè)試等接馏。

系統(tǒng)故障和安全管理：完成各種報(bào)警信號(hào)的清除卷哟，包括：變頻器報(bào)警，伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警及各進(jìn)給軸行程超出等情況處理扇蚯，同時(shí)要對(duì)系統(tǒng)的緊急異常情況做出實(shí)時(shí)的處理役躬，保證系統(tǒng)和人的安全。

凸輪加工：前后頂尖將凸輪軸夾緊柿糖，工作臺(tái)沿Z軸移動(dòng)對(duì)刀纸兔，凸輪軸旋轉(zhuǎn)對(duì)刀，砂輪快進(jìn)否副，凸輪輪廓加工開(kāi)始汉矿。 當(dāng)一個(gè)凸輪加工完成后，砂輪快退备禀，工作臺(tái)沿Z軸移動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)加工循環(huán)洲拇，并給出一個(gè)加工循環(huán)所用的時(shí)間。

砂輪修整：完成砂輪修整電機(jī)的啟動(dòng)和判斷砂輪修整電機(jī)是否正常運(yùn)行曲尸，若沒(méi)有正常運(yùn)行則做相應(yīng)的處理赋续。 數(shù)控凸輪軸的砂輪修整包括5個(gè)過(guò)程。 (1)砂輪后退;(2)工作臺(tái)沿3軸移動(dòng);(3)對(duì)刀、砂輪快進(jìn)纽乱、工進(jìn)蛾绎，按修整量修整;(4)修整時(shí)工作臺(tái)沿Z軸往復(fù)移動(dòng);(5)修整完畢，恢復(fù)原位迫淹。

故障與系統(tǒng)監(jiān)控：對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控秘通，實(shí)時(shí)提取系統(tǒng)的錯(cuò)誤信息和各種異常信息，便于系統(tǒng)的自我調(diào)整升筛，保證加工精度和系統(tǒng)安全振沾。

自動(dòng)/手動(dòng)控制：主要完成自動(dòng)控制和手動(dòng)控制的一些設(shè)置，并可進(jìn)行兩者之間的切換柳竟。點(diǎn)動(dòng)控制：主要用于完成高精度位置控制功能莽恩。

2 總結(jié)

著重論述了具有高性價(jià)比的高精度凸輪數(shù)控磨床的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，給出在硬件和軟件上的設(shè)計(jì)模型慰乾。 經(jīng)過(guò)連機(jī)調(diào)試妨试，該系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，符合市場(chǎng)的要求殊童。 在信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天词俏，運(yùn)用虛擬軟件儀器代替硬件已經(jīng)變?yōu)榭赡埽虼撕１茫谝院蟮脑O(shè)計(jì)中标腮，可以考慮用軟件代替硬件的辦法以求得更高精度、可靠性和實(shí)時(shí)性围婴，具有更高性價(jià)比的數(shù)控系統(tǒng)祈很。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享钠四，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)盗扒，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布缀去、編輯整理上傳侣灶，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)缕碎。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻炫隶、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題阎曹，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容煞檩，以保證您的權(quán)益处嫌！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。