摘要：本文介紹了中達電通最新推出的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用,。通過選擇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
Key Words：Camshaft Grinding CNC Security
1.引言
數(shù)控凸輪軸高速磨床是生產(chǎn)汽車和發(fā)動機凸輪軸（見圖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，對加工磨床的加工精度要求很高,。
本文中選用了中達PUTNC-H6系列通用數(shù)控系統(tǒng)的機床通過數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)控制砂輪架進給,、靠模換片、工作臺移動和砂輪修整等運動控制,?？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)采用最新的線速度模型,，可以根據(jù)砂輪直徑修正變化和線速度工藝要求自動補償，來實現(xiàn)恒線速磨削,，大幅度提高加工精度和效率,，避免凸輪軸磨削時易發(fā)生的表面燒傷。
機床主傳動系統(tǒng)采用交流伺服電機和滾珠絲桿結(jié)構(gòu),，進給精確,，動作可靠。同時機床具有多種自動保護功能,，有效提高了設備的安全性,。
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），是中達電通結(jié)合前期H4系列通用數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)機械上應用的成功經(jīng)驗而研發(fā)的通用型數(shù)控系統(tǒng),，具有以下特點：
圖2 PUTNC-H6通用數(shù)控系統(tǒng)
1) 分體式設計,，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)不同機床工藝要求任意修改接口,，可以為不同的產(chǎn)業(yè)機械打造客制化控制方案；
3) 數(shù)控系統(tǒng)可以自動識別電壓或者脈沖控制方式,，分辨率可設定至7 位數(shù),，任何軸向均可外接光柵尺，實現(xiàn)全死循環(huán)控制架構(gòu),，最大響應頻率2000kpps,，控制精度更高；
4) 當數(shù)控系統(tǒng)的命令控制方式為脈沖類型,、開環(huán)控制方式時,，也同樣具有編碼器脈沖回授功能，用以比對伺服軸是否到位,，有效防止撞機,；
5) 相對于以往中達電通數(shù)控系統(tǒng),，優(yōu)化的加減速曲線模型，0.5μs的處理響應,，能夠?qū)Φ毒呗肪€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,，可以自由組合擴充,，輸入點的開關(guān)類型支持NPN和PNP兩種類型自動識別。
3.凸輪軸工件的加工工藝
該磨床的數(shù)控系統(tǒng)控制3個伺服軸,，其中X軸驅(qū)動砂輪架縱向進給,，用以決定凸輪的磨削尺寸；Z軸驅(qū)動橫向位移工作臺位移,，用以更換凸輪位置,；Y軸驅(qū)動靠模伺服，用以更換相應的凸輪靠模,。整改凸輪的加工方法類似于仿行加工,。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.砂輪的修整補償功能實現(xiàn)
磨削加工不同于車削加工,，砂輪是由磨料顆粒和粘接劑壓制成的圓輪，用來磨削工件的表面,。在磨削加工過程中,，砂輪與工件是面與面的接觸，磨料的顆粒和粘合劑會脫落砂輪本體,，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,。當砂輪修整后,，砂輪的直徑就會發(fā)生相應的減小，因此需要砂輪的修整補償功能,。見圖3,。
中達PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)利用LCD開放的特點，可以將用戶所需的工藝參數(shù)歸集在同一個界面中,。中文注釋說明和對談式的數(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,，當調(diào)用磨削程序時,，數(shù)控系統(tǒng)可以利用豐富的宏程序運算指令,，實現(xiàn)砂輪補償?shù)臄?shù)學運算。
圖3 砂輪修整設定圖
5. 砂輪線速度設定
凸輪在修整后,，砂輪的直徑會發(fā)生減少,，早期的西門子802C數(shù)控系統(tǒng)，因為數(shù)控的底層變量并不開放給機械制造商,，所以設計人員只能夠設定主軸變頻器的來源為變頻器面板控制,，由外部端子來進行速度切換，主軸轉(zhuǎn)速需要根據(jù)一個EXCEL表格,，事先計算出變頻器頻率,，再到變頻器面板上進行相應的參數(shù)修改，十分繁瑣,。
使用中達電通H6數(shù)控系統(tǒng)的解決方案,，主要應用了該型號數(shù)控系統(tǒng)底層變量開放和PLC開放運算的特點。根據(jù)砂輪主軸系統(tǒng)線速度模型公式,，用戶只需在更換新砂輪時,，輸入相對應的砂輪直徑和砂輪的線速度，數(shù)控系統(tǒng)就可以自動根據(jù)砂輪直徑修整變化值和線速度工藝要求自動進行補償修整,，從而實現(xiàn)砂輪的恒線速磨削,。砂輪相關(guān)參數(shù)，直接在數(shù)控系統(tǒng)上設定計算,，由模擬量電壓控制變頻器運行,，從而無需修改變頻器參數(shù)，大幅度提高加工精度和效率,，避免了凸輪軸磨削時易發(fā)生的表面燒傷,。見圖4。
圖4 砂輪線速度設定圖
6.安全防護上的改進
早期的西門子802C方案,，因為數(shù)控接口沒有開發(fā),，操作者使用時需要在手動模式先示教修整砂輪后，用筆記錄下當前坐標,，在折返R參數(shù)接口填寫相應的數(shù)據(jù),，且輸入數(shù)據(jù)無中文注釋，有時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入出錯,，引發(fā)撞車,，而碎掉砂輪。有時則因為操作人員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行的砂輪破裂飛出，從而引發(fā)安全危險。
中達數(shù)控系統(tǒng)的方案從3個方面入手解決了這個問題,。
1) 數(shù)據(jù)示教方法設定,，不需繁瑣的接口操作。以圖3中砂輪修整接口為例,，操作者只需要移動到圖示金剛筆的起點的相應位置,，點擊按鍵“R34/R46”，數(shù)控系統(tǒng)就會自動將當前的X,、Z軸的機械坐標,，直接賦值到對應的關(guān)鍵工藝變量，不給操作者設定的機會,，從而將設定錯誤的風險降低為0,。對于其他次要的相關(guān)工藝參數(shù)，在集中在同一個中文參數(shù)接口中,，采用圖標設定接口，大大降低了設定錯誤的幾率,。
2) 利用系統(tǒng)自身的兩組軟限位,，實現(xiàn)金剛筆修整位置和工件磨削位置動態(tài)軟限位功能。因為CNC對于NC程序的處理,，是采用預讀的機制來處理CNC運動的軌跡,，當CNC預讀的軌跡數(shù)據(jù)大于CNC設定的軟限位時，數(shù)控系統(tǒng)便會先期發(fā)出報警,，并禁止軸向運行,，從而起到安全保護的作用。根據(jù)這一點,，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軸工作臺的位置,，從而確定開啟相應區(qū)域X軸的安全軟限位,。這樣金剛筆修正和工件磨削時，都有軟件保護,，從而徹底避免高速撞擊,。同時，我們還利用H6數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)學運算功能,，在軟限位設定值初次設定后,，根據(jù)砂輪修正后直徑變化，自動修正"X軸"系統(tǒng)軟限位值,，做到全程的安全保護,。如圖5所示。
圖5 軟限位保護設定圖
3) MPG手搖輪測試,。MPG手搖輪測試也是H6數(shù)控系統(tǒng)的一大特點,，利用這一個特點,，操作者在首次設定參數(shù)后，在程序測試模式下運行NC程序,，數(shù)控系統(tǒng)會以NC規(guī)劃的路徑方向運行,。但是進給速率完全由操作者轉(zhuǎn)動手輪運行的快慢確定，當發(fā)生機械干涉時,，操作者只要停止旋轉(zhuǎn)手輪,，數(shù)控系統(tǒng)就會停止進給，從而完全避免參數(shù)設定錯誤,，引起的撞機,。
7. 中達數(shù)控H6和西門子數(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PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)和使用西門子802C數(shù)控系統(tǒng)兩者之間的不同。
表1 使用西門子802C與中達PUTNC-H6數(shù)控系統(tǒng)的方案對比
8.結(jié)束語
本文從機理上概述了H6系統(tǒng)在凸輪軸磨床上的應用特點,。對于機床制造商而言,，中達電通為其運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,，同時又可以根據(jù)機床最終使用者遇到的實際情況,，站在最終用戶的角度去思考問題，提出獨樹一幟的解決方案,，這就是中達電通H6數(shù)控系統(tǒng)的核心競爭力,。
作者簡介：
張廣偉，1976年9月出生,，畢業(yè)于洛陽拖拉機學院 數(shù)控技術(shù)專業(yè)?，F(xiàn)任中達電通股份有限公司伺服數(shù)控產(chǎn)品開發(fā)處高級應用工程師，從事伺服數(shù)控產(chǎn)品的應用支持和產(chǎn)品營銷工作,，14年電氣相關(guān)職業(yè)生涯,。