【摘要】 本文通過對凸靶磨削加工的運動數(shù)學(xué)模型進牙研究，設(shè)計了基于開放式數(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靠模的方法進行加工，這種加工方法無論是在磨削工藝、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A 90年代以來，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，對凸輪軸進行全數(shù)控高速磨削。其原理是：通過建立凸輪輪廓線上磨削點與工件旋轉(zhuǎn)角位移之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，采用計算機控制砂輪對相應(yīng)的曲線進行跟蹤，同時保證一定的進給運動，來完成對凸輪表面輪廓進行磨削，所有工序一次加工完。 1 凸輪磨削加工兩軸聯(lián)動的數(shù)學(xué)模型 圖1中，將凸輪輪廓線中基圓的圓心作為原點0，凸輪工件繞0點作旋轉(zhuǎn)運動，砂輪則在水平方向作進給運動，以保證在工件旋轉(zhuǎn)的每一時刻，砂輪和工件都處于接觸磨削狀態(tài)。 假設(shè)工件轉(zhuǎn)過一定角度后，磨削點為M，則對應(yīng)的砂輪中心0。的坐標(biāo)（砂輪中心點到凸輪回轉(zhuǎn)中心點0的距離）為： 其中：pμ、aμ 為對應(yīng)磨削點在凸輪廓線上的回轉(zhuǎn)半徑和偏轉(zhuǎn)角度，假定開始時定位角度為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 凸輪軸磨削加工CNC系統(tǒng)采用PC總線工業(yè)控制機（IPC）作為硬件平臺。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)雜運算、軌跡處理能力、圖形處理和實時通訊能力大大提高，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。 美國的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的運動控制器PMAC，可以解決諸如插補運算、伺服控制、PLC控制等實時控制功能，還可利用PC接口完成人機交互、狀態(tài)顯示等非實時功能。 PMAC運動控制器在硬件結(jié)構(gòu)上采用先進的模塊化設(shè)計和全開放結(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運動控制器運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軸運動控制器連接。其主要功能如下：①4個模擬輸出口，4路編碼器輸出；② 144位I/ O點；③ 完整的運動控制i④ 內(nèi)置PLC程序控制。 圖2中，計算機控制交流伺服電機實現(xiàn)砂輪架橫向進給的x軸移動與控制工件主軸轉(zhuǎn)動的c軸兩軸實現(xiàn)凸輪輪廓的無靠模加工，z軸電機控制磨削過程中的換擋，完成凸輪軸上各個凸輪的磨削。手搖脈沖發(fā)生器用于手動時對各個軸的手動調(diào)整。 144 I/O點用于PLC程序控制，完成各種狀態(tài)檢測和輔助動作。 3 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) 系統(tǒng)軟件按實時性可分為: （1）主控模塊，屬于非實時模塊，完成人機交互、狀態(tài)顯示，還可以對加工的輪廓線進行離線粗插補后送人PMAC運動控制器； （2）運動控制和PLC控制模塊．屬于實時模塊，完成磨削過程中工件旋轉(zhuǎn)與砂輪“跟蹤與進給聯(lián)動的實時控制， 以及磨削過程中相應(yīng)動作的完成，如防護門的開關(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、參數(shù)管理、通迅和加工運動數(shù)學(xué)模型的校核組成，主要完成用戶操作、’實時通迅以及被控制系統(tǒng)參數(shù)和機床參數(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，對升程表進行曲線擬合，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，運動數(shù)學(xué)模型的建立，誤差分析和靜態(tài)加工仿真等 系統(tǒng)運行時，主控模塊處于前臺，運動控制與PLC模塊處于后臺。 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行離線計算，算出工件每一轉(zhuǎn)角與砂輪進給的對應(yīng)關(guān)系，然后將轉(zhuǎn)角與砂輪進給量以增量的形式送人PMAC運動控制器的存儲器。 實時控制時只需從存儲器中讀取所需數(shù)據(jù)，無需計算，這樣采樣周期內(nèi)用于數(shù)據(jù)計算的時間可以保證最小，中斷時間可以相應(yīng)縮小，從而可以提高加工速度和降低型線加工誤差。 （2）進給控制 對于凸輪軸上的各個凸輪，每一個凸輪的加工余量稱為該凸輪的總進給量。在總進給量內(nèi)，晟多可以分為8個階段，根據(jù)被加工工件的精度來選定各個階段的進給量，各階段的進給量之和等于總進給量。 （3）轉(zhuǎn)速控制 在各個磨削階段，C軸的轉(zhuǎn)速是不同的。同時，由于在一個階段內(nèi)，整個凸輪輪廓是由砂輪架（x軸）和工件主軸（C軸）的同步動作而形成的。為使在對凸輪整個輪廓加工時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，使每一磨削點的線速度基本恒定。 [參考文獻] [1]龔時華，等．凸輪磨削加工CNC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)制造業(yè)自動化，2000，（4）：14—15 點擊此處下載原文