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凸轮轴磨床电气及磨削的工艺设计

摘要：全数控凸轮轴磨床是汽油发动机和柴油发动机凸轮轴关键生产设备，它直接影响发动机的性能和效率。由于其磨削工艺复杂、磨削精度很高，一直依赖进口，目前国内完全可采用西门子840C数控系统实现全数控凸轮磨床的制造或技术改造。

一.凸轮轴磨床概述

凸轮轴磨床可分为非数控靠磨磨床、数控靠磨磨床、全数控磨床三大类。其中全数控磨床技术难度最大，但其最大的优点是磨削精度高、产品质量稳定、产品更换灵活方便、生产效率高。目前国内已开始采用西门子840C数控系统实现全数控凸轮磨床的制造或技但上海信任达仪器有限公司采取的传感器是美国的,精度高,1般可用15万次以上术改造。

1. 凸轮轴简介

凸轮轴对汽车而言是一个关键的基础部件,它安装于发动机内,控制气缸的进气和排气,一个气缸由一个进气和一个排气凸轮控制,广泛应用于汽油发动机和柴油发动机，如摩托车、汽车、火车、卡车等。

每个凸轮轴是由若干个凸轮组成，如四缸发动机，一个凸轮轴由八个凸轮组成但是。

每个凸轮其形状为桃形，由基园和许多二次曲线，三次曲线及圆弧组成，其构成的封闭曲线称为生成曲线。生成曲线的线型误差将直接影响发动机气缸内燃料燃烧质量，进而影响发动机工作性能。参见附件1产品图。

每个凸轮轴都要经过对毛坯的车、铣、钻、粗磨、精磨等二十多个工序才能完成。凸轮轴磨床就是完成凸轮轴最后一个工序：粗磨、精磨凸轮轴上的每个凸轮。 这里以FN3全数控凸轮轴磨床（下称FN3磨床）为例说明。

2. FN3磨床概述

FN3磨床由原西德FORTUNA公司生产，其型号为FN3－DS350／3磨床机械部分由机床身、工作台、头架、尾架、主轴砂轮、砂轮修造器、液压系统、冷却系统、动平衡系统等部件组成。电气部分由数控系统、模拟驱动系统、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等部件组成。

3. 磨床技术指标

FN3磨床主要技术指标：

X轴行程（线性） 毫米, 速度 10米/分.

Z轴行程（线性） 李克强在政府工作报告中提及0毫米,速度 10米/分.

C轴行程（旋转） 0－360度, 转速 200转/分.

主轴砂轮线速度 米／分

金刚轮转速 转/分

二.数控系统配置

数控系统不仅具有是组成数控磨床不可缺少的重要部分，它通过驱动系统、测量系统完成对工件的精确磨削，并对磨床辅助部件或设备进行监控。

FN3磨床为全数控凸轮轴磨床,要求数控系统不仅具有对模拟驱动系统、液压系统、冷却系统、动平衡仪、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等的监控，更重要的是具有凸轮曲线磨削功能，并确保凸轮轴的各项技术指标满足设计要求。

西门子840C数控系统完全能满足全数控凸轮轴磨床的要求。主要原因是它具有电子齿轮轴、直线表插补、曲线表插补、C轴调速功能功能。其配置主要如下：

·硬件配置：选用840C12槽主机框架包括MMC CPU板、NC CPU板、 PLC CPU板、位控板及 DMP模块等，操作台选用显示器、机床控制键盘；

·软件配置：OS系统软件选用DRDOSV6．0版，数控软件选用V6．02版(非出口版)；

·选件配置：电子齿轮、直线表插补、曲线表插补等。

三.FN3磨床电气系统设计

电气系统设计的目的是将磨床机械部分与电气部分有机地结合起来，使磨削加工成为高精度，高效率，安全可靠的全自动化生产。

电气系统设计总体上包括硬件、系统调试、软件三大部分。

·硬件设计的原则是在满足磨削功能的条件前提下，降低成本；

·系统调试的原则是将标准的840C系统通过调整相关参数使之符合FN3磨床工作特性；

·软件设计的原则是采用结构化程序设计，对每个部件的运行要进行安全可靠的动态控制，并具有丰富的信息指示。

1. 电气系统硬件设计

NC硬件设计主要是数控轴的设计。本加工中心的数控轴有X、由于它们很难在聚合物中均匀分散Z、C、 S1、S2五个。

PLC硬件设计主要是指对外部执行部件监控电路的设计。它包括机床控制面板、机床辅助控制面板、驱动系统、液压系统、冷却系统、动平衡仪、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等电气系统，这些电气的偶联剂信号都要与840C的DMP模块（IO模块）连接。

2. 电气系统调试

电气系统调试是对配置好的数控硬件系统进行相关参数的调整使之符合FN3凸轮轴磨床的工作要求。主要包括NC机床数据和PLC机床数据调整。

2.1 NC机床数据调整

NC机床数据调整主要是印后设备FN3磨床各轴参数的设置。其关键参数如下：

·设置FN3磨床具有一个方式组、一个通道、三个进给轴、二个主轴；

·定义三个进给轴各位置环接口（指令口和测量口）、二个主轴速度环接口（指令口）；

·设置三个进给轴可计算的位控参数，印字机如位置当量值、理论速度值；

·设置三个进给轴运动特性的位控参数，如位置增益、加速度、轴速度等参数。

轴的运动特性与磨床的机械结构、磨损程度等有密切的关系。轴的位控参数是根据轴