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1、基于开放式数控的凸轮轴磨削加工zhangting导语：本文通过对凸靶磨削加工的运动数学模型进牙研究，设计了基于开放式数控的控制系统的硬件和软件，分析了凸轮轴磨削加工中的各种控制算法。【摘要】本文通过对凸靶磨削加工的运动数学模型进牙研究，设计了基于开放式数控的控制系统的硬件和软件，分析了凸轮轴磨削加工中的各种控制算法。【关键词】开放式；数控；凸轮磨削Abstract：ThisthesisstudiesthemathematicalmotionmodelforcamgrindingBasedonopenarchitecturethehardwareandsoftwareofthecontrolsy
2、stemaredesignedSomecontrolalgorithmsarepresentedforcanlgrindingKeywords：openarchitecture；NC；camgrinding对于凸轮轴的磨削加工，传统的加工方法是采用普通砂轮通过靠模的方法进展加工，这种加工方法无论是在磨削工艺、控制方法还是在加工精度上都存在缺乏。随着数控技术的开展，十分是进A90年代以来，随着开放式数控技术的开展，凸轮轴磨削加工方法得以不断更新。一种新型的加工方法是：采用超硬CBN砂轮作为磨具，对凸轮轴进展全数控高速磨削。其原理是：通过建立凸轮轮廓线上磨削点与工件旋转角位移之间的数学关系模型，采
3、用计算机控制砂轮对相应的曲线进展跟踪，同时保证一定的进给运动，来完成对凸轮外表轮廓进展磨削，所有工序一次加工完。1凸轮磨削加工两轴联动的数学模型图1中，将凸轮轮廓线中基圆的圆心作为原点0，凸轮工件绕0点作旋转运动，砂轮那么在程度方向作进给运动，以保证在工件旋转的每一时刻，砂轮和工件都处于接触磨削状态。假设工件转过一定角度后，磨削点为M，那么对应的砂轮中心0。的坐标砂轮中心点到凸轮回转中心点0的间隔为：其中：p、a为对应磨削点在凸轮廓线上的回转半径和偏转角度，假定开场时定位角度为0。2基于开放式数控的凸轮轴磨削加工控制系统设计凸轮轴磨削加工CNC系统采用PC总线工业控制机IPC作为硬件平台。随着
4、PC技术包括软件技术和硬件技术的开展PC提供的强大的编程软件资源缩短了数控系统开发周期；PC硬件的快速数据处理才能，使得完成各种复杂运算、轨迹处理才能、图形处理和实时通讯才能大大进步，由于PC具有开放的总线，进而保证了基于PC的数控系统硬件具有开放式、模块化和可嵌入的特点。美国的DeltaTau公司开发了基于PC的开放式数控系统。它提供的基于高速DSP的运动控制器PMAC，可以解决诸如插补运算、伺服控制、PLC控制等实时控制功能，还可利用PC接口完成人机交互、状态显示等非实时功能。PMAC运动控制器在硬件构造上采用先进的模块化设计和全开放构造，可以根据不同的应用选取相应的选件和附件。将PMAC
5、运动控制器运用于凸轮轴磨削加工，其控制系统构成如图2所示，图中MACRO工作站采用光纤与PMAC4轴运动控制器连接。其主要功能如下：4个模拟输出口，4路编码器输出；144位I/O点；完好的运动控制i内置PLC程序控制。图2中，计算机控制沟通伺服电机实现砂轮架横向进给的x轴挪动与控制工件主轴转动的c轴两轴实现凸轮轮廓的无靠模加工，z轴电机控制磨削经过中的换挡，完成凸轮轴上各个凸轮的磨削。手摇脉冲发生器用于手动时对各个轴的手动调整。144I/O点用于PLC程序控制，完成各种状态检测和辅助动作。3系统软件的实现系统软件按实时性可分为:1主控模块，属于非实时模块，完成人机交互、状态显示，还可以对加工的
6、轮廓线进展离线粗插补后送人PMAC运动控制器；2运动控制和PLC控制模块属于实时模块，完成磨削经过中工件旋转与砂轮“跟踪与进给联动的实时控制，以及磨削经过中相应动作的完成，如防护门的开关、工件的上料、夹紧与定位、冷却水的通断等。软件组成如图3所示。主控模块一方面包括用户界面设计、参数治理、通迅和加工运动数学模型的校核组成，主要完成用户操纵、实时通迅以及被控制系统参数和机床参数的治理及系统的故障诊断等。主控模块中另一方面还包括：凸轮升程表、相位、位置以及基圆半径等几何参数的输入，对升程表进展曲线拟合，凸轮外表轮廓线极坐标方程的建立，外表轮廓线的离线粗插补，运动数学模型的建立，误差分析和静态加工仿
7、真等系统运行时，主控模块处于前台，运动控制与PLC模块处于后台。4控制算法1跟踪控制根据工件恒转速或者恒线速，结合凸轮升程表和砂轮半径进展离线计算，算出工件每一转角与砂轮进给的对应关系，然后将转角与砂轮进给量以增量的形式送人PMAC运动控制器的存储器。实时控制时只需从存储器中读取所需数据，无需计算，这样采样周期内用于数据计算的时间可以保证最小，中断时间可以相应缩小，进而可以进步加工速度和降低型线加工误差。2进给控制对于凸轮轴上的各个凸轮，每一个凸轮的加工余量称为该凸轮的总进给量。在总进给量内，晟多可以分为8个阶段，根据被加工工件的精度来选定各个阶段的进给量，各阶段的进给量之和即是总进给量。3转速控制在各个磨削阶段，C轴的转速是不同的。同时，由于在一个阶段内，整个凸轮轮廓是由砂轮架x轴和工件主轴C轴的同步动作而形成的。为使在对凸轮整个轮廓加工时的磨削量保持根本不变，并保证磨削光洁度，必须按凸轮轮廓控制工件的角速度，使每一磨削点的线速度根本恒定。参考文献1龚时华，等凸轮磨削加工CNC系统的关键技术制造业自动化，2000，4：14150