改造外圆磨床为数控凸轮轴磨床

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1、粤港机电园地机电工程技术!""#年第$%卷第&期改造外圆磨床为数控凸轮轴磨床’孙志永!韩秋实!郑军"北京机械工业学院!北京(""")%#摘要’重点介绍外圆磨床&+($(#改造为数控凸轮轴磨床后的机械结构!数控系统的原理以及改造后机床可达到的精度要求)关键词’数控凸轮轴磨床*外圆磨床*改造中图分类号’,-%)(./(文献标识码’0文章编号’(""&1&2&!3!""#4"&1""#"1"$凸轮轴作为汽车+摩托车等行业发动机的核心部件!其磨削加工精度直接影响发动机的性能)目前国内凸轮轴磨床大多采用靠模式磨削方式!也有一些单位和科研院所正在研制

2、无靠模数控凸轮轴磨床!但是国内拥有自主知识产权的成熟的产品还没有)国外一些发达国家采用无靠模数控凸轮轴磨床来满足生产的要求)由于数控凸轮轴磨床的技术含量高!国外此类机床的价格昂贵)为了满足国内生产的不断需求!很有必要研制具有自主知识产权的无靠模数控凸轮轴磨床)本论文是在完成教育部,高等学校骨干教师资助计划-项目$智能制造设备加工过程的优化控制与监测%和北京市教委基金项目$数控凸轮轴磨床砂轮部件研制和磨削工艺研究%的基础上撰写的)被改造的外圆磨床是+($(&(年生产#!在改造好的数控凸轮轴磨床上加工出的凸轮的最大升程误差小于!"!5!

3、&*6的最大升程误差小于(%!5!机床的主要结构和系统简述如下)图(机械传动原理图(机械结构&(#机床的总体结构&$#8轴伺服进给系统图(为将+($(外圆磨床改造为数控凸轮轴磨床的机8轴结构图如图$所示)电机2通过同步带#和*经械传动原理图)头架(的壳体和主轴是原有的!工件的旋拨盘带动工件旋转!同时带动圆光栅(#实现全闭环)转是通过同步齿形带!来传动的)砂轮箱体部件经过重新!数控系统设计装配!用滚珠丝杠螺母副%传动!实现7轴的进给)凸轮廓形由已知的凸轮升程表决定!传统的磨削加工砂轮的旋转由电主轴2驱动)是利用靠模完成凸轮廓形的)用数控磨床

4、加工凸轮就需要&!#7轴伺服进给系统根据凸轮升程表建立7轴和8轴联动的数学公式)数控系将机床进给系统中驱动砂轮箱部件的原液压和手动装统的功能就是要实现这一两轴联动和其他辅助功能)数控置取消!改为用交流伺服电动机经联轴器+滚珠丝杠螺母系统有许多组成方法!它的选择应综合考虑功能+精度+副来驱动)结构如图!所示)价格及维修等因素)采用工控机&或98机#加运动控制’北京市教委基金项目$数控凸轮轴磨床砂轮部件研制和磨削工艺研究%&项目编号’"$"$"$)&$""$"$#收稿日期’!""#("%((*!"机电工程技术!""#年第$%卷第&期粤港机电园

5、地图!2轴伺服进给机械结构器组成的开放式数控系统是目前发展的一个方向!图’所轴转角信号反馈到./,0卡#形成0轴的全闭环控制!通示为此次外圆磨床改造为数控凸轮轴磨床用的数控系统硬过,003$’,,145扩展卡#实现整个数控凸轮轴磨床的控件原理框图!它由工控机"美国()*+,+,-公司生产的制的各种功能!./,0’轴运动控制器和其它装置组成!./,0卡插在工图’数控系统主要组成框图数控系统的软件由工控机和./,0运动控制卡共同完成!工控机完成人机界面等背景程序#./,0完成前台实时控制程序!./,0不是一个简单的控制器#它实质上是一台完整的

6、专用计算机#它有自己的操作系统#能自动对任务进行优先等级判别!它提供一种很简单的编程语言#编写按程序顺序执行的运动程序#形成所需的加工轨迹#还具有.*0功能!用./,0运动控制器组成的数控系统#结构简单#编程容易!图$0轴结构图$机床改造后可达到的精度$6%2轴定位精度控机的.01总线槽中#./,0卡为控制核心#安装在2轴利用多普勒激光干涉仪对2轴的定位精度进行测试#工作台上的直光栅采集运动位置信号反馈到./,0卡#形结果如图%所示!在工作行程范围内的定位误差小于成2轴的全闭环控制#安装在0轴转盘上的圆光栅采集0%!7!重复定位误差小于$

7、!7!!"粤港机电园地机电工程技术!""#年第$%卷第&期最大误差都小于"/"!"00#最小为"/""%00$北京吉普汽车有限公司在英%德两国的数控凸轮轴磨床上加工的最大全程升程误差为小于"/"!%00$光洁度!1为"/%2"/3!0$由于没有滚轮修整器修整砂轮#磨削时没有修整砂轮#相信经过修整砂轮#光洁度还会提高$图%)轴定位精度!!"伺服进给系统动态性能图’(轴单位阶跃响应曲线*+,(运动控制器具有*-.调节功能#输入不同的参数#可以获得伺服进给系统的不同动态性能#为提高数控4结论系统的性能带来很大方便$图#和图’就是调整)轴和(目前

8、#从国外引进一台数控凸轮轴磨床需要’"25""轴的*-.参数得到的两轴的动态性能图$图的左边是单位万美元#一旦出了故障#维修困难$设计制造数控凸轮轴磨床的关键是数控系统#当然#机械系统的刚性及