浅谈凸轮轴靠模磨削机床的数控技术

1 凸轮轴数控磨翻的数控技术

　　数控机床控制的尤靠模凸轮轴磨床，采用计算机自动编程的方式，在输入模块中采用人机对话的形式，输入凸轮轴种类、凸轮几何参数、加工工艺参数等相关数据。系统自动完成凸轮廓形曲线方程的样条拟合及升程列表点的插值密化工作。通过数控装置和伺服控制系统，完成磨削加工。系统内可存储几十种凸轮加工数据以供随时调用。目前采用的数控机床控制的凸轮轮廓形成运动形式，主要有三种：

　　(1)采用与传统凸轮轴靠模磨削机床相似的摇摆运动方式，产生凸轮廓形。

　　工件安装在摇架机构上，摇架机构的摇摆运动，由伺服电机通过滚珠丝杠带动产生，凸轮廓形山摆动和工件主轴旋转，两轴联动产生。

　　(2)工件旋转与砂轮往复进给，坐标联动的运动方式。

　　(3)工件主轴旋转与砂轮水平移动，上下移动，：三坐标联动的切点跟踪法。此法加工精度高，且可加工凹形凸轮，但结构比较复杂。

　　数控机床控制的凸轮轴磨床除了具有数字控制磨床的工件变转速、砂轮高速磨削及金刚右滚轮连续修整工艺等特性外，还有以下性能：

　　(1)数控机床程序控制仿形加工，不再需要设计和制造靠模，因而机床具有较好的柔性，可满足产品改进、换型以及多品种生产的需要。

　　(2)砂轮采用自动平衡装置，当砂轮磨损后，自动进行加工程序的修正，减小凸轮升程误差。

　　(3)机床操作者可根据所加工凸轮轴的检测结果，修改机床加工程序以保证升程误差存允差范隔内。

2 目前数控凸轮磨削技术存在的问替

　　(1)对凸轮升程表进行拟含处理。现在已经有人采用4些数学方法进行处理，但是拟合精度不够，或是拟合精度得不到保证。因此，须选择一种精度可靠的拟合方法。

　　(2)磨削凸轮时需要确定砂轮的刀具补偿。目前的数控系统只有B或C刀补，这些方法存在‘些缺陷。在磨削凸轮曲率变化较人的地方存在补偿不到位，导致砂轮移动速度小连续，甚至产生震动，影响加工质量。而型线精度要求很高，这些补偿方法已经不能满足加j二精度要求。有必要寻求一种更好的刀具补偿方法。

　　(3)等速高精度插补算法。加工凸轮时，要求能够实现等线速度磨削。因此，插补算法必须能够实现等步长插补。目前国内很多研究机构大多采用国外的通用数控系统，‘方面受到技术限制，另一方面通用的数控系统并不能对整个凸轮实现等步长插补。来传远研究了等步长的插补算法，但存在一些问题：其一，算法比较复杂，计算量比较大：其次，步长的选择仪考虑了插补精度，没有考虑到编程速度的问题。从加工效率角度上讲，插补速度越高越好。然而，在插补器中插补步长和插补精度是相互制约的。必须在它们两者之间寻求合适的解决方法，在保i正插补精度的条件下，保持较高的插补速度。此外，插补算法还要考虑算法本身的计算筮，否则将影响算法的运行速度，磨削速度得不到保证。

　　(4)砂轮的磨削控制。砂轮的运动轨迹控制(即砂轮和凸轮的联动关系)将直接影响凸轮的加工质量。

3 凸轮轴靠模瘩射数控机床的硬件系统设计

　　凸轮轴数控髓床的控制系统与机械部分相且配合，由控制系统按照加工程序中所设定的指令顺序动作，完成机床电气设计中的机床逻辑控制，同时，按照数控插补运算形成的数据文件分配指令脉冲。驱动伺服系统执行相应的运动，控制主轴、摆杆的联动。

　　按照功能的不同，凸轮轴数控磨床的控制系统分为机床电气部分和数控系统两部分。机床电气部分包括强电电路的设计、电源、保护和输出的执行等。
　　数控系统主要由硬件、软件两部分组成。
　　硬件系统主要包括以下部分：
　　(1)控制核心——工业PC机

　　用以实现系统的软件开发、伺服驱动控制、按钮面板信号状态读入、
机床侧开关鼍信号的输入/输出等功能。

　　(2)伺服系统

　　伺服系统接受上位PC发出的指令脉冲信号，然后将编码器反馈的实际位置与指令位置进行偏差比较，经过放大后的偏差输出驱动电机旋转。

　　(3)脉冲发生器

　　脉冲发生器按照插补运算的结果，在中断周期内产生相应频率的脉冲并对脉冲个数准确计数，发送到伺服系统。脉冲发也器是集成了可编程计数器/定时器8254的号用芯片，通过上位PC机设置拧制字、分频数和脉冲个数。它的优点是计数利用外部器件，不占用CPU的时间。提高了CPU的利用率。

4 凸轮轴靠模套削数控机床的软件系统设计

　　目前流仃的数控软件按其组织结构主要分为中断式数控系统和前台后台式数控系统两种。

　　(1)中断式数控系统

　　中断式数控系统中，所有的功能子程序均被安排成级别不等的中断程序。
整个软件就是一个人的中断系统，其管理功能主要通过各级中断程序间的相互通讯来实现。通常伺服系统的位置控制被安排成很商级别的中断，中断源由硬件时钟产生。

　　(2)前后台式数控系统

　　前后台式数控系统中，整个软件分为两部分：一是与机床控制动作直接相关的实时控制部分，构成了前台程序。前台程序又称为实时中断服务程序，它是以一定周期定时发生的，中断周期一般小于10ms。二是循环运行的主程序，称为后台程序或背景程序。数控系统一经启动，经过锻系统初始化程序后，进入后台程序循环，同时开放定时中断。每个中断周期到来如8ms，发饮中断，执行。次中断服务程序，此时后台程序停止运行，中断服务程序执行完毕以后又返回后台程序。此后8ms定时中断发生，后台程序义停止执行。如此循环反复，共同完成数控系统的全部功能。

结语

　　有必要从我国目前的经济实力出发，立足于我国现有的制造生产水平，针对现有广泛使用的靠模凸轮轴磨床进行数控化改造，通过对国外先进数控凸轮轴磨削设备加以研究，吸收其先进的设计经验，研制出我国自己的数控凸轮轴磨床，重点是凸轮轴磨床数控系统，咀满足国民经济发展的需要。