1.主軸電機 2.伺服電機 3.工件主軸 4.光柵 5.搖架 6.工作臺 7.床身 8.步進電機
圖1 數控凸輪軸磨床傳動系統圖


圖2 數控系統硬件原理圖

1. 頭架主軸的轉動由原來的兩級變速改為由交流變頻器控制的無級調速，以實現對凸輪軸的不等角速度控制。
2. 拆掉原靠模機構，通過直流伺服電機、滾珠絲杠、杠桿機構來帶動搖架擺動，以實現數控成形。
3. 工作臺的移動原為手輪操作，現改為步進電機驅動，以實現自動更換凸輪桃子。

2 數控系統的硬件結構

3 軟件功能及技術特點

1. 凸輪輪廓數控成形 去掉靠模，采用數控方式形成凸輪輪廓，可明顯提高機床加工的柔性。產品變更時，只需改變數控軟件即可，不再需要制造和更換靠模。用戶可將現有產品的輪廓曲線輸入數控系統，并加以編號，加工時只要輸入該產品編號即可。
2. 強迫耦合技術 在工件主軸轉動和搖架擺動之間采用了強迫耦合技術，提高了凸輪輪廓的成形精度。
3. 頭架主軸不等角速度轉動 當頭架主軸帶動工件作勻速轉動時，在凸輪曲線陡峭的地方，工作進給量急劇增加，磨削熱和磨削壓力都隨之增加，嚴重時會導致燒傷和裂痕。據某工廠統計，在凸輪軸磨削加工時，工件轉速為15r/min，燒傷和裂痕導致的廢品率為2%～5%；工件轉速為30r/min，燒傷和裂痕導致的廢品率在30%左右。因此，為了避免燒傷和裂痕，不得不降低工件轉速，降低了生產率。
   本系統通過變頻器驅動三相異步電機，使頭架主軸實現不等角速度轉動：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，工件轉速加快。這樣，既避免了燒傷和裂痕，又提高了生產率。
4. 凸輪成形隨砂輪直徑變化的自動校正 在凸輪輪廓加工中，當砂輪直徑變化時，砂輪與凸輪輪廓線的接觸點將產生移動，引起成形誤差。靠模法加工時，一定的靠模對應于一定的砂輪直徑，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。
   本系統在加工時能隨砂輪直徑的變化自動校正輪廓曲線，提高了加工精度，延長了砂輪的使用壽命。
5. 機床數字調節技術 采用機床數字調節技術可以增加系統的穩定性，提高系統的快速性和精確性。對于一臺給定的機床，可以找到適合于它的最優調節器類型和最優調節器參數。本系統在8088CPU，4.9MHz時鐘的硬件條件下，由于采用了數字調節技術，保證了在工件轉速為50r/min時，型線輪廓加工精度控制在±0.03mm之內。如果采用更高檔次的工業控制微機，可以進一步提高工件的轉速和加工精度。

4 應用情況及結論

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