摘要：本文介紹了中達(dá)電通最新推出的PUTNC-H6系列通用數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控凸輪軸高速磨床上的應(yīng)用。通過(guò)選擇H6數(shù)控系統(tǒng),，在提高凸輪軸磨削質(zhì)量,、提高加工精度和效率、安全防護(hù)等方面均有了很大的提升,。
Abstract：This article describes the Delta PUTNC-H6 general CNC applications in high-speed CNC camshaft grinding machine. By selecting PUTNC-H6 CNC, grinding machine tools to improve the quality of the camshaft, higher precision and efficiency, security and so have a lot of progress.
關(guān)鍵詞：凸輪軸 磨削 CNC 安全防護(hù)
Key Words：Camshaft Grinding CNC Security
1.引言
數(shù)控凸輪軸高速磨床是生產(chǎn)汽車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸（見(jiàn)圖1）的主要加工工具,，主要用于凸輪軸的非圓輪廓高精度加工，對(duì)加工磨床的加工精度要求很高,。
本文中選用了中達(dá)PUTNC-H6系列通用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制砂輪架進(jìn)給,、靠模換片、工作臺(tái)移動(dòng)和砂輪修整等運(yùn)動(dòng)控制,?？筛鶕?jù)需要選擇最合理的砂輪修整次數(shù)和修整量來(lái)提高表面磨削質(zhì)量，降低砂輪消耗。砂輪主軸系統(tǒng)采用最新的線(xiàn)速度模型,，可以根據(jù)砂輪直徑修正變化和線(xiàn)速度工藝要求自動(dòng)補(bǔ)償,，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速磨削，大幅度提高加工精度和效率,，避免凸輪軸磨削時(shí)易發(fā)生的表面燒傷,。
機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)和滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，進(jìn)給精確,，動(dòng)作可靠,。同時(shí)機(jī)床具有多種自動(dòng)保護(hù)功能，有效提高了設(shè)備的安全性,。
圖1 凸輪軸
2.PUTNC-H6通用數(shù)控系統(tǒng)介紹
PUTNC-H6通用數(shù)控系統(tǒng)（圖2）,，是中達(dá)電通結(jié)合前期H4系列通用數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)而研發(fā)的通用型數(shù)控系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：
圖2 PUTNC-H6通用數(shù)控系統(tǒng)
1) 分體式設(shè)計(jì),，可選配第二輔助操作面板,，H6系列接口采用高清晰彩色8"英寸LCD液晶顯示，H6CL系列更采用10"LCD液晶顯示,，顯示的分辨率和色彩的明亮度都較早期H4系列產(chǎn)品有大幅提升,；
2) 最新PLC軟件和LCD接口編輯軟件，可以根據(jù)不同機(jī)床工藝要求任意修改接口,，可以為不同的產(chǎn)業(yè)機(jī)械打造客制化控制方案,；
3) 數(shù)控系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別電壓或者脈沖控制方式，分辨率可設(shè)定至7 位數(shù),，任何軸向均可外接光柵尺,，實(shí)現(xiàn)全死循環(huán)控制架構(gòu)，最大響應(yīng)頻率2000kpps,，控制精度更高,；
4) 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)的命令控制方式為脈沖類(lèi)型、開(kāi)環(huán)控制方式時(shí),，也同樣具有編碼器脈沖回授功能,，用以比對(duì)伺服軸是否到位，有效防止撞機(jī),；
5) 相對(duì)于以往中達(dá)電通數(shù)控系統(tǒng),，優(yōu)化的加減速曲線(xiàn)模型，0.5μs的處理響應(yīng),，能夠?qū)Φ毒呗肪€(xiàn)平滑處理,，有效降低加工零件的表面粗糙度；
6) 支持第二組軟件限位功能,，能夠通過(guò)PLC切換,；
7) PLC輸入和輸出采用最新的分體式通訊模塊,，可以自由組合擴(kuò)充，輸入點(diǎn)的開(kāi)關(guān)類(lèi)型支持NPN和PNP兩種類(lèi)型自動(dòng)識(shí)別,。
3.凸輪軸工件的加工工藝
該磨床的數(shù)控系統(tǒng)控制3個(gè)伺服軸,，其中X軸驅(qū)動(dòng)砂輪架縱向進(jìn)給，用以決定凸輪的磨削尺寸,；Z軸驅(qū)動(dòng)橫向位移工作臺(tái)位移,，用以更換凸輪位置；Y軸驅(qū)動(dòng)靠模伺服,，用以更換相應(yīng)的凸輪靠模,。整改凸輪的加工方法類(lèi)似于仿行加工。凸輪加工的精度要求在最大升程誤差≤0.05mm,，凸輪表面粗糙度低于0.4μ,。
4.砂輪的修整補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)
磨削加工不同于車(chē)削加工，砂輪是由磨料顆粒和粘接劑壓制成的圓輪,，用來(lái)磨削工件的表面,。在磨削加工過(guò)程中，砂輪與工件是面與面的接觸,，磨料的顆粒和粘合劑會(huì)脫落砂輪本體，從而使砂輪表面凹凸不平,，修整就是利用金剛石刀具去除砂輪表面的不平,，使砂輪變銳。當(dāng)砂輪修整后,，砂輪的直徑就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的減小,，因此需要砂輪的修整補(bǔ)償功能。見(jiàn)圖3,。
中達(dá)PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)利用LCD開(kāi)放的特點(diǎn),，可以將用戶(hù)所需的工藝參數(shù)歸集在同一個(gè)界面中。中文注釋說(shuō)明和對(duì)談式的數(shù)據(jù)輸入接口,，使操作者可以非常方便地輸入工藝參數(shù),。
同時(shí)，當(dāng)調(diào)用磨削程序時(shí),，數(shù)控系統(tǒng)可以利用豐富的宏程序運(yùn)算指令,，實(shí)現(xiàn)砂輪補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)運(yùn)算。
圖3 砂輪修整設(shè)定圖
5. 砂輪線(xiàn)速度設(shè)定
凸輪在修整后,，砂輪的直徑會(huì)發(fā)生減少,，早期的西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)控的底層變量并不開(kāi)放給機(jī)械制造商,，所以設(shè)計(jì)人員只能夠設(shè)定主軸變頻器的來(lái)源為變頻器面板控制,，由外部端子來(lái)進(jìn)行速度切換,，主軸轉(zhuǎn)速需要根據(jù)一個(gè)EXCEL表格，事先計(jì)算出變頻器頻率,，再到變頻器面板上進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)修改,，十分繁瑣。
使用中達(dá)電通H6數(shù)控系統(tǒng)的解決方案,，主要應(yīng)用了該型號(hào)數(shù)控系統(tǒng)底層變量開(kāi)放和PLC開(kāi)放運(yùn)算的特點(diǎn),。根據(jù)砂輪主軸系統(tǒng)線(xiàn)速度模型公式，用戶(hù)只需在更換新砂輪時(shí),，輸入相對(duì)應(yīng)的砂輪直徑和砂輪的線(xiàn)速度,，數(shù)控系統(tǒng)就可以自動(dòng)根據(jù)砂輪直徑修整變化值和線(xiàn)速度工藝要求自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償修整，從而實(shí)現(xiàn)砂輪的恒線(xiàn)速磨削,。砂輪相關(guān)參數(shù),，直接在數(shù)控系統(tǒng)上設(shè)定計(jì)算，由模擬量電壓控制變頻器運(yùn)行,，從而無(wú)需修改變頻器參數(shù),，大幅度提高加工精度和效率，避免了凸輪軸磨削時(shí)易發(fā)生的表面燒傷,。見(jiàn)圖4,。
圖4 砂輪線(xiàn)速度設(shè)定圖
6.安全防護(hù)上的改進(jìn)
早期的西門(mén)子802C方案，因?yàn)閿?shù)控接口沒(méi)有開(kāi)發(fā),，操作者使用時(shí)需要在手動(dòng)模式先示教修整砂輪后,，用筆記錄下當(dāng)前坐標(biāo)，在折返R參數(shù)接口填寫(xiě)相應(yīng)的數(shù)據(jù),，且輸入數(shù)據(jù)無(wú)中文注釋?zhuān)袝r(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入出錯(cuò),，引發(fā)撞車(chē)，而碎掉砂輪,。有時(shí)則因?yàn)椴僮魅藛T未注意工件和金剛筆的高度落差,，位移X軸，直接撞擊高速砂輪面造成高速運(yùn)行的砂輪破裂飛出,，從而引發(fā)安全危險(xiǎn),。
中達(dá)數(shù)控系統(tǒng)的方案從3個(gè)方面入手解決了這個(gè)問(wèn)題。
1) 數(shù)據(jù)示教方法設(shè)定,，不需繁瑣的接口操作,。以圖3中砂輪修整接口為例，操作者只需要移動(dòng)到圖示金剛筆的起點(diǎn)的相應(yīng)位置,，點(diǎn)擊按鍵“R34/R46”,，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前的X、Z軸的機(jī)械坐標(biāo),，直接賦值到對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵工藝變量,，不給操作者設(shè)定的機(jī)會(huì),，從而將設(shè)定錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)降低為0。對(duì)于其他次要的相關(guān)工藝參數(shù),，在集中在同一個(gè)中文參數(shù)接口中,，采用圖標(biāo)設(shè)定接口，大大降低了設(shè)定錯(cuò)誤的幾率,。
2) 利用系統(tǒng)自身的兩組軟限位,，實(shí)現(xiàn)金剛筆修整位置和工件磨削位置動(dòng)態(tài)軟限位功能。因?yàn)镃NC對(duì)于NC程序的處理,，是采用預(yù)讀的機(jī)制來(lái)處理CNC運(yùn)動(dòng)的軌跡,，當(dāng)CNC預(yù)讀的軌跡數(shù)據(jù)大于CNC設(shè)定的軟限位時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)便會(huì)先期發(fā)出報(bào)警,，并禁止軸向運(yùn)行,，從而起到安全保護(hù)的作用。根據(jù)這一點(diǎn),，我們結(jié)合H6數(shù)控系統(tǒng)具有兩組軟限位的功能,，及利用PLC的邏輯功能，判斷Z軸工作臺(tái)的位置,，從而確定開(kāi)啟相應(yīng)區(qū)域X軸的安全軟限位,。這樣金剛筆修正和工件磨削時(shí)，都有軟件保護(hù),，從而徹底避免高速撞擊,。同時(shí)，我們還利用H6數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能,，在軟限位設(shè)定值初次設(shè)定后，根據(jù)砂輪修正后直徑變化,，自動(dòng)修正"X軸"系統(tǒng)軟限位值,，做到全程的安全保護(hù)。如圖5所示,。
圖5 軟限位保護(hù)設(shè)定圖
3) MPG手搖輪測(cè)試,。MPG手搖輪測(cè)試也是H6數(shù)控系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，利用這一個(gè)特點(diǎn),，操作者在首次設(shè)定參數(shù)后,，在程序測(cè)試模式下運(yùn)行NC程序，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)以NC規(guī)劃的路徑方向運(yùn)行,。但是進(jìn)給速率完全由操作者轉(zhuǎn)動(dòng)手輪運(yùn)行的快慢確定,，當(dāng)發(fā)生機(jī)械干涉時(shí)，操作者只要停止旋轉(zhuǎn)手輪,，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)停止進(jìn)給,，從而完全避免參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤,，引起的撞機(jī)。
7. 中達(dá)數(shù)控H6和西門(mén)子數(shù)控802C 方案比較
首次表1中清楚明了地表現(xiàn)力使用中達(dá)PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)和使用西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)兩者之間的不同,。
表1 使用西門(mén)子802C與中達(dá)PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)的方案對(duì)比
8.結(jié)束語(yǔ)
本文從機(jī)理上概述了H6系統(tǒng)在凸輪軸磨床上的應(yīng)用特點(diǎn),。對(duì)于機(jī)床制造商而言，中達(dá)電通為其運(yùn)用量身定度的控制解決方案,，完全能夠?qū)崿F(xiàn)原有方案的控制要求,，同時(shí)又可以根據(jù)機(jī)床最終使用者遇到的實(shí)際情況，站在最終用戶(hù)的角度去思考問(wèn)題,，提出獨(dú)樹(shù)一幟的解決方案,，這就是中達(dá)電通H6數(shù)控系統(tǒng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
作者簡(jiǎn)介：
張廣偉,，1976年9月出生,，畢業(yè)于洛陽(yáng)拖拉機(jī)學(xué)院 數(shù)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司伺服數(shù)控產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處高級(jí)應(yīng)用工程師,，從事伺服數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用支持和產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)工作,，14年電氣相關(guān)職業(yè)生涯。