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(shù)控凸輪軸磨床傳動系統(tǒng)圖


圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件原理圖

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

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

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，可明顯提高機床加工的柔性。產(chǎn)品變更時，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，加工時只要輸入該產(chǎn)品編號即可。
2. 強迫耦合技術(shù) 在工件主軸轉(zhuǎn)動和搖架擺動之間采用了強迫耦合技術(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 當(dāng)頭架主軸帶動工件作勻速轉(zhuǎn)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(yán)重時會導(dǎo)致燒傷和裂痕。據(jù)某工廠統(tǒng)計，在凸輪軸磨削加工時，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)通過變頻器驅(qū)動三相異步電機，使頭架主軸實現(xiàn)不等角速度轉(zhuǎn)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(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校正 在凸輪輪廓加工中，當(dāng)砂輪直徑變化時，砂輪與凸輪輪廓線的接觸點將產(chǎn)生移動，引起成形誤差。靠模法加工時，一定的靠模對應(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(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù) 采用機床數(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。對于一臺給定的機床，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，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，可以進一步提高工件的轉(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，可明顯提高機床加工的柔性。產(chǎn)品變更時，只需改變數(shù)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(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。
2. 采用變頻器驅(qū)動原機床的三相異步電機，花錢不多實現(xiàn)了頭架主軸的不等角速度轉(zhuǎn)動。這樣，既避免了燒傷和裂痕，又提高了生產(chǎn)率。
3. 加工時系統(tǒng)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(tǒng)在8088CPU，4.9MHz時鐘的硬件條件下，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，型線輪廓加工精度控制在±0.03mm之內(nèi)。
5. 由于該工控機運行速度偏低，不能滿足更高生產(chǎn)率和更高精度的要求，采用高檔次的微機可以改善這一情況。