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基于力士乐系统的偏心轴外圆磨床程序设计

2016-08-29   《金属加工(冷加工)》单位:秦川机床工具集团股份公司作者:肖

??1. 机床及数控系统介绍
??偏心轴外圆磨床为卧式结构布局,类似于砂轮架运动的高精度外圆磨床。主运动有砂轮架走刀Z轴、砂轮架进给X轴、头架回转C轴以及砂轮主轴S回转等。其磨削过程采用砂轮架进给X轴跟随头架回转C轴的随动磨削法来完成。
??数控系统选用力士乐MTX-L65数字伺服控制系统,比普通模拟量伺服系统精度更高、运算速度更快、抗干扰能力更强。机床操作系统(PC)可以实时与数控系统(NC)通信,PC机选用大容量硬盘,方便用户信息存储。系统软件IndraWorks是MTX数控系统软件总成,主要由IndraWorks Engineering软件、IndraLogic软件、WinStudio软件和Operation软件组成。
??2. 加工程序的设计
??偏心轴磨床加工程序的主要模块及过程如图1所示。

图1   加工程序模块图
??偏心轴磨床的加工程序流程图如图2所示。

图2   加工程序流程图
??3. 耦合关系的建立及实现
??轴耦合的实现是整个磨削程序最为关键的部分,因为X轴和C轴的联动直接影响着偏心轴的加工精度。本文采用系统轴耦合实现X轴和C轴的联动。
??(1)耦合关系的建立。图3所示为偏心轴磨削示意图,e为偏心量,R为工件半径和砂轮半径之和,f为C轴相对于起始耦合位置的转角,建立如下耦合关系

图3   耦合模型示意图
??(2)采用表耦合。耦合表用于坐标耦合及轴耦合,耦合表中包含两个位置之间的耦合关系。耦合功能在表中通过成对的插补点(pmi,fi)(i=1,…,n)来定义。使用表耦合可显示出主动轴和从动轴之间的非线性耦合关系,为主动轴C轴(Master[m])指定一个单独的耦合表(.fct),将此表写入“SysAxCoupleCmd[X%].Master[m].Tab”。
??耦合表具有以下结构:
??#1  <Type of interpolation of the interpolation points>;1线性;3三次样条
??#11 <Unit pmi values>;-3mm;-2cm;-1dm;0m;1英寸;2度;3rad
??#12 <Unit of the fi values>;-3mm;-2cm;-1dm;0m;1英寸;2度;3rad
??#20<Periodic>;0非周期性;1周期性
??#32<Leading axis velocity limitation>;1完全限制;0不完全限制
??#100<pm1><f1>;插补点对1
??#100<pm1><f1>;插补点对2
??…
??#100<pmn><fn>;插补点对n
??下面是实际工程中建立的部分耦合表(C轴耦合分度为0.5°,由于是从高点开始对刀耦合的,所以转到180°时X轴进给量为偏心量的2倍):
??#1 3
??#11 2
??#12 -3
??#20 1
??#100 0.0000 0.0000
??#100 0.5000 -0.0001
??#100 1.0000 -0.0003
??…
??#100 180.0000 -4.4000
??…
??#100 359.0000 -0.0003
??#100 359.5000 -0.0001
??#100 360.0000 0.0000
??由于砂轮半径是实时变化的,所以根据耦合公式计算得到的X轴进给量也是实时变化的,这就需要实时更新耦合表,这个在实际操作中很难保证。根据数据分析,实际中将砂轮半径按10mm分为一档,同一档内采用共同的耦合表进行耦合。考虑到表耦合的一些缺陷,最后又进行了公式耦合的试验。
??(3)采用公式耦合。使用数学公式描述的运动和几何补偿可直接指定系统轴耦合的公式,将公式写入系统数据“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”,公式的结果为从动轴参考值。使用系统数据“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”定义单个参考值,单个参考值包含主动轴位置的缩放、移动和偏移等。下面为程序中建立的公式,其中,“AC”为从动轴的插补值(轴坐标);“L1”为主动轴C轴的参考值:
??R1$=STR$(“##.##”,@_R!(1));(@_R!(1)为偏心量)RAD$=STR$(“###.####”@RAD!);  (@RAD!为砂轮半径与偏心外圆半径之和)
??FORMULA$=”AC+”+R1$+”*COS(L1)+”+RAD$+”
??*SQRT(1-SQR(“+R1$+” *SIN(L1)/”
??+RAD$+”))-”+RAD$+”-”+R1$
??SD.SysAxCoupleCmd[X%].Formula=FORMULA$
??(4)耦合程序流程如图4所示。

图4   耦合程序流程
??4. 结语
??经过长时间的试验、试磨以及批量加工,圆度稳定在1μm左右,尺寸公差带保证在0.004mm以内,偏心相位误差不大于2',表面粗糙度值Ra<0.2μm。
??高效高精度偏心轴外圆磨床的研制成功,必将改变我国工业机器人关节减速器中核心零件完全依赖进口、受制于人的局面,满足国家重大装备发展需求和市场需求,并可给企业和社会创造可观的经济价值。
??参考文献:
??[1] 曹彦飞. 全数控凸轮轴磨床磨削软件研究与设计[D]. 长沙:湖南大学电气与信息工程学院,2006.

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