【摘要】 本文通過(guò)對(duì)凸靶磨削加工的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)牙研究，設(shè)計(jì)了基于開放式數(shù)控的控制系統(tǒng)的硬件和軟件，分析了凸輪軸磨削加工中的各種控制算法。 【關(guān)鍵詞】開放式；數(shù)控；凸輪磨削 Abstract： This thesis studies the mathematical motion model for cam grinding Based on open architecture．the hardware and software of the control system are designed ．Some control algorithms are presented for canl grinding Key words：open architecture； NC；cam grinding 對(duì)于凸輪軸的磨削加工，傳統(tǒng)的加工方法是采用普通砂輪通過(guò)靠模的方法進(jìn)行加工，這種加工方法無(wú)論是在磨削工藝、控制方法還是在加工精度上都存在不足。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，特別是進(jìn)A 90年代以來(lái)，隨著開放式數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，凸輪軸磨削加工方法得以不斷更新。一種新型的加工方法是：采用超硬CBN砂輪作為磨具，對(duì)凸輪軸進(jìn)行全數(shù)控高速磨削。其原理是：通過(guò)建立凸輪輪廓線上磨削點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)角位移之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，采用計(jì)算機(jī)控制砂輪對(duì)相應(yīng)的曲線進(jìn)行跟蹤，同時(shí)保證一定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成對(duì)凸輪表面輪廓進(jìn)行磨削，所有工序一次加工完。 1 凸輪磨削加工兩軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 圖1中，將凸輪輪廓線中基圓的圓心作為原點(diǎn)0，凸輪工件繞0點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，砂輪則在水平方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以保證在工件旋轉(zhuǎn)的每一時(shí)刻，砂輪和工件都處于接觸磨削狀態(tài)。 假設(shè)工件轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，磨削點(diǎn)為M，則對(duì)應(yīng)的砂輪中心0。的坐標(biāo)（砂輪中心點(diǎn)到凸輪回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)0的距離）為： 其中：pμ、aμ 為對(duì)應(yīng)磨削點(diǎn)在凸輪廓線上的回轉(zhuǎn)半徑和偏轉(zhuǎn)角度，假定開始時(shí)定位角度為0。 2 基于開放式數(shù)控的凸輪軸磨削加工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 凸輪軸磨削加工CNC系統(tǒng)采用PC總線工業(yè)控制機(jī)（IPC）作為硬件平臺(tái)。隨著PC技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的發(fā)展．PC提供的強(qiáng)大的編程軟件資源縮短了數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)周期；PC硬件的快速數(shù)據(jù)處理能力，使得完成各種復(fù)雜運(yùn)算、軌跡處理能力、圖形處理和實(shí)時(shí)通訊能力大大提高，由于PC具有開放的總線，從而保證了基于PC的數(shù)控系統(tǒng)硬件具有開放式、模塊化和可嵌入的特點(diǎn)。 美國(guó)的Delta Tau公司開發(fā)了基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它提供的基于高速DSP的運(yùn)動(dòng)控制器PMAC，可以解決諸如插補(bǔ)運(yùn)算、伺服控制、PLC控制等實(shí)時(shí)控制功能，還可利用PC接口完成人機(jī)交互、狀態(tài)顯示等非實(shí)時(shí)功能。 PMAC運(yùn)動(dòng)控制器在硬件結(jié)構(gòu)上采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)和全開放結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同的應(yīng)用選取相應(yīng)的選件和附件。 將PMAC運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)用于凸輪軸磨削加工，其控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示，圖中MACRO工作站采用光纖與PMAC 4軸運(yùn)動(dòng)控制器連接。其主要功能如下：①4個(gè)模擬輸出口，4路編碼器輸出；② 144位I/ O點(diǎn)；③ 完整的運(yùn)動(dòng)控制i④ 內(nèi)置PLC程序控制。 圖2中，計(jì)算機(jī)控制交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)砂輪架橫向進(jìn)給的x軸移動(dòng)與控制工件主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的c軸兩軸實(shí)現(xiàn)凸輪輪廓的無(wú)靠模加工，z軸電機(jī)控制磨削過(guò)程中的換擋，完成凸輪軸上各個(gè)凸輪的磨削。手搖脈沖發(fā)生器用于手動(dòng)時(shí)對(duì)各個(gè)軸的手動(dòng)調(diào)整。 144 I/O點(diǎn)用于PLC程序控制，完成各種狀態(tài)檢測(cè)和輔助動(dòng)作。 3 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件按實(shí)時(shí)性可分為: （1）主控模塊，屬于非實(shí)時(shí)模塊，完成人機(jī)交互、狀態(tài)顯示，還可以對(duì)加工的輪廓線進(jìn)行離線粗插補(bǔ)后送人PMAC運(yùn)動(dòng)控制器； （2）運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制模塊．屬于實(shí)時(shí)模塊，完成磨削過(guò)程中工件旋轉(zhuǎn)與砂輪“跟蹤與進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制， 以及磨削過(guò)程中相應(yīng)動(dòng)作的完成，如防護(hù)門的開關(guān)、工件的上料、夾緊與定位、冷卻水的通斷等。 軟件組成如圖3所示。 主控模塊一方面包括用戶界面設(shè)計(jì)、參數(shù)管理、通迅和加工運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的校核組成，主要完成用戶操作、’實(shí)時(shí)通迅以及被控制系統(tǒng)參數(shù)和機(jī)床參數(shù)的管理及系統(tǒng)的故障診斷等。 主控模塊中另一方面還包括：凸輪升程表、相位、位置以及基圓半徑等幾何參數(shù)的輸入，對(duì)升程表進(jìn)行曲線擬合，凸輪表面輪廓線極坐標(biāo)方程的建立，表面輪廓線的離線粗插補(bǔ)，運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立，誤差分析和靜態(tài)加工仿真等 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，主控模塊處于前臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制與PLC模塊處于后臺(tái)。 4 控制算法 （1）跟蹤控制 根據(jù)工件恒轉(zhuǎn)速或恒線速，結(jié)合凸輪升程表和砂輪半徑進(jìn)行離線計(jì)算，算出工件每一轉(zhuǎn)角與砂輪進(jìn)給的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后將轉(zhuǎn)角與砂輪進(jìn)給量以增量的形式送人PMAC運(yùn)動(dòng)控制器的存儲(chǔ)器。 實(shí)時(shí)控制時(shí)只需從存儲(chǔ)器中讀取所需數(shù)據(jù)，無(wú)需計(jì)算，這樣采樣周期內(nèi)用于數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間可以保證最小，中斷時(shí)間可以相應(yīng)縮小，從而可以提高加工速度和降低型線加工誤差。 （2）進(jìn)給控制 對(duì)于凸輪軸上的各個(gè)凸輪，每一個(gè)凸輪的加工余量稱為該凸輪的總進(jìn)給量。在總進(jìn)給量?jī)?nèi)，晟多可以分為8個(gè)階段，根據(jù)被加工工件的精度來(lái)選定各個(gè)階段的進(jìn)給量，各階段的進(jìn)給量之和等于總進(jìn)給量。 （3）轉(zhuǎn)速控制 在各個(gè)磨削階段，C軸的轉(zhuǎn)速是不同的。同時(shí)，由于在一個(gè)階段內(nèi)，整個(gè)凸輪輪廓是由砂輪架（x軸）和工件主軸（C軸）的同步動(dòng)作而形成的。為使在對(duì)凸輪整個(gè)輪廓加工時(shí)的磨削量保持基本不變，并保證磨削光潔度，必須按凸輪輪廓控制工件的角速度，使每一磨削點(diǎn)的線速度基本恒定。 [參考文獻(xiàn)] [1]龔時(shí)華，等．凸輪磨削加工CNC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)制造業(yè)自動(dòng)化，2000，（4）：14—15 點(diǎn)擊此處下載原文