过程优化是如今不断发展和不断适变的机加工厂要完成的基本“训练”。提高国际竞争力、缩短零件加工时间以及“恨不能今天订货昨天就生产好”的交货时间要求他们必须这样做。遗憾的是,优化凸轮轴凸角磨削过程从来没有起作用和达到预期目标。
其成功率在很大程度上依赖于操作员的经验及直觉。充分考虑已知机床动态约束及凸角轮廓以建议“大概”加工速度的计算机程序确实存在。然而,依然需要重复进行许多试验性磨削,通过被认为是技能熟练的操作员来完成磨削过程。在发生凸角烧伤现象时,某些制造厂家选择降低砂轮进给增量,其他一些厂家则降低加工速度。这种“单凭感觉”进行的变化通常会消除磨床烧伤现象,但是却不一定会产生经过优化的过程。
传统的凸轮轴磨床采用靠模成形法。由于靠模本身误差、机床传动误差及靠模法磨削成形原理等因素造成靠模仿形法加工出的凸轮型面曲线误差较大。另外,靠模易磨损,更换周期长、造价高,还可能降低机床的精度。国外一些工业发达国家从80年代开始,逐渐应用数控凸轮轴磨床来满足生产要求。但是,由于数控凸轮轴磨床技术含量高,目前仅有少数几个国家能够掌握这项技术,故机床售价昂贵,台价高达60~80万美元,国内企业一般无法承受。因此,我们有必要研制出我国自己的数控凸轮轴磨床,重点是凸轮轴磨床数控系统,以满足国民经济发展的需要。
1 设计思想
数控凸轮轴磨床的关键技术是数控成形。由于数控成形方式的不同,数控凸轮轴磨床有两种型式。一种是极坐标式:即工件转动、砂轮架进给以形成凸轮轮廓。这种方式控制算法比摇架式简单些,容易提高加工精度,但生产率较低。另一种是摇架式:即工件转动、摇架摆动以形成凸轮轮廓。因摇架惯量比砂轮惯量小,故该方式生产率较高,但技术比较复杂。考虑到传统的凸轮轴磨床都是摇架式,采用摇架式数控成形不仅生产率高,而且有利于传统凸轮轴磨床的数控改造,故本数控系统采用摇架式数控成形。为保证凸轮加工的精度,工件转动和摇架摆动之间采用强迫耦合技术;摇架的角位移用光栅检测反馈,再通过数字调节技术提高轮廓控制精度。为保证生产率,工件的转动和摇架的摆动采用交流或直流伺服电机。为降低成本,工作台的移动采用步进电机。