1.主軸電機(jī) 2.伺服電機(jī) 3.工件主軸 4.光柵 5.搖架 6.工作臺(tái) 7.床身 8.步進(jìn)電機(jī)
圖1 數(shù)控凸輪軸磨床傳動(dòng)系統(tǒng)圖


圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件原理圖

1. 頭架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由原來(lái)的兩級(jí)變速改為由交流變頻器控制的無(wú)級(jí)調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪軸的不等角速度控制。
2. 拆掉原靠模機(jī)構(gòu)，通過(guò)直流伺服電機(jī)、滾珠絲杠、杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)搖架擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控成形。
3. 工作臺(tái)的移動(dòng)原為手輪操作，現(xiàn)改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換凸輪桃子。

2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

3 軟件功能及技術(shù)特點(diǎn)

1. 凸輪輪廓數(shù)控成形 去掉靠模，采用數(shù)控方式形成凸輪輪廓，可明顯提高機(jī)床加工的柔性。產(chǎn)品變更時(shí)，只需改變數(shù)控軟件即可，不再需要制造和更換靠模。用戶可將現(xiàn)有產(chǎn)品的輪廓曲線輸入數(shù)控系統(tǒng)，并加以編號(hào)，加工時(shí)只要輸入該產(chǎn)品編號(hào)即可。
2. 強(qiáng)迫耦合技術(shù) 在工件主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和搖架擺動(dòng)之間采用了強(qiáng)迫耦合技術(shù)，提高了凸輪輪廓的成形精度。
3. 頭架主軸不等角速度轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)頭架主軸帶動(dòng)工件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在凸輪曲線陡峭的地方，工作進(jìn)給量急劇增加，磨削熱和磨削壓力都隨之增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒傷和裂痕。據(jù)某工廠統(tǒng)計(jì)，在凸輪軸磨削加工時(shí)，工件轉(zhuǎn)速為15r/min，燒傷和裂痕導(dǎo)致的廢品率為2%～5%；工件轉(zhuǎn)速為30r/min，燒傷和裂痕導(dǎo)致的廢品率在30%左右。因此，為了避免燒傷和裂痕，不得不降低工件轉(zhuǎn)速，降低了生產(chǎn)率。
   本系統(tǒng)通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)，使頭架主軸實(shí)現(xiàn)不等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)：在凸輪曲線陡峭的地方，工件速度放慢；在凸輪曲線平緩的地方，工件轉(zhuǎn)速加快。這樣，既避免了燒傷和裂痕，又提高了生產(chǎn)率。
4. 凸輪成形隨砂輪直徑變化的自動(dòng)校正 在凸輪輪廓加工中，當(dāng)砂輪直徑變化時(shí)，砂輪與凸輪輪廓線的接觸點(diǎn)將產(chǎn)生移動(dòng)，引起成形誤差。靠模法加工時(shí)，一定的靠模對(duì)應(yīng)于一定的砂輪直徑，加工才精確。砂輪磨損后，直徑減小，誤差就增加。因此，靠模成形原理決定了被加工凸輪精度不高，且砂輪可利用直徑范圍不大。
   本系統(tǒng)在加工時(shí)能隨砂輪直徑的變化自動(dòng)校正輪廓曲線，提高了加工精度，延長(zhǎng)了砂輪的使用壽命。
5. 機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù) 采用機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的快速性和精確性。對(duì)于一臺(tái)給定的機(jī)床，可以找到適合于它的最優(yōu)調(diào)節(jié)器類型和最優(yōu)調(diào)節(jié)器參數(shù)。本系統(tǒng)在8088CPU，4.9MHz時(shí)鐘的硬件條件下，由于采用了數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)，保證了在工件轉(zhuǎn)速為50r/min時(shí)，型線輪廓加工精度控制在±0.03mm之內(nèi)。如果采用更高檔次的工業(yè)控制微機(jī)，可以進(jìn)一步提高工件的轉(zhuǎn)速和加工精度。

4 應(yīng)用情況及結(jié)論

1. 去掉靠模，采用數(shù)控方式形成凸輪輪廓，可明顯提高機(jī)床加工的柔性。產(chǎn)品變更時(shí)，只需改變數(shù)控軟件即可，不再需要制造和更換靠模。試驗(yàn)和實(shí)踐證明，這種搖架擺動(dòng)式數(shù)控成形的方法是可行的，并具有生產(chǎn)率高和便于傳統(tǒng)凸輪軸磨床改造的優(yōu)點(diǎn)。
2. 采用變頻器驅(qū)動(dòng)原機(jī)床的三相異步電機(jī)，花錢不多實(shí)現(xiàn)了頭架主軸的不等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，既避免了燒傷和裂痕，又提高了生產(chǎn)率。
3. 加工時(shí)系統(tǒng)能隨砂輪直徑的變化自動(dòng)校正輪廓曲線。這樣，既提高了加工精度，又延長(zhǎng)了砂輪的使用壽命。
4. 系統(tǒng)在8088CPU，4.9MHz時(shí)鐘的硬件條件下，由于采用了數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)，保證了在工件轉(zhuǎn)速為50r/min時(shí)，型線輪廓加工精度控制在±0.03mm之內(nèi)。
5. 由于該工控機(jī)運(yùn)行速度偏低，不能滿足更高生產(chǎn)率和更高精度的要求，采用高檔次的微機(jī)可以改善這一情況。