祝水琴

摘 要：本文以加工閥芯套零件內(nèi)孔磨床的電控系統(tǒng)為研究對(duì)象，專用高精度內(nèi)孔磨床對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行高精度磨削的加工技術(shù)是近些年快速發(fā)展的一類現(xiàn)代化制造技術(shù).數(shù)控機(jī)床是高精度內(nèi)孔磨床的大腦，也是發(fā)揮其最大作用的保障.本文以閥芯套零件加工工藝特點(diǎn)及機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合當(dāng)前開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行硬件和軟件方面的研究，根據(jù)模擬工況條件對(duì)專用高精度內(nèi)孔磨床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)后的電控系統(tǒng)應(yīng)用于閥芯套內(nèi)孔磨床中，取得良好的經(jīng)濟(jì)效率。

關(guān)鍵詞：閥芯套;高精度內(nèi)孔磨床;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH6? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的推動(dòng)下，汽車的保有量在不斷地呈現(xiàn)上升趨勢，閥芯套零件作為汽車的關(guān)鍵零件，為了推進(jìn)汽車工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，對(duì)汽車關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)的加工設(shè)備提出了更高的要求。本文以閥芯套零件的加工精度要為依據(jù)，把閥芯套專用高精度內(nèi)孔磨床電控系統(tǒng)作為研究對(duì)象。在工況條件下，采用近似磨床模型的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與方法進(jìn)行多方面的設(shè)計(jì)與研究[1]。高速磨床電控系統(tǒng)對(duì)零件加工的表面質(zhì)量、零件同軸度和精度要求以及整個(gè)磨床性能有很大的影響，如何提高閥芯套專用高精度磨床電控系統(tǒng)的可靠性和主軸的回轉(zhuǎn)精度、提高磨床剛度以及降低生產(chǎn)制造成本，這些都是在磨床電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要研究的問題。

1閥芯套零件的加工特性

項(xiàng)目擬研制的高精度內(nèi)孔磨床應(yīng)用到氫能源汽車閥芯套的內(nèi)孔加工，用于氫能源汽車的工業(yè)生產(chǎn)。閥芯套制造同軸度要求極高，制造工藝十分復(fù)雜、難度極大。其超精密加工孔徑約為Φ4mm，公差要求為0.001mm，內(nèi)孔的研磨精度要求極高。

2高精度內(nèi)孔磨床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)前面分析閥芯套零件的加工工藝特點(diǎn)，所需設(shè)備需要有較高的轉(zhuǎn)速和同軸度要求。主軸刀架系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的核心部件，其主要作用是進(jìn)行數(shù)控機(jī)床各部件的直接控制，利用軟件來分析和應(yīng)用程序。工控機(jī)在讀取輸入信息的過程中，向運(yùn)動(dòng)控制器傳輸準(zhǔn)確的信息，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)這些信息來控制電動(dòng)機(jī)模塊，從而控制整個(gè)高精度內(nèi)孔磨床的工作區(qū)。電機(jī)模塊主要負(fù)責(zé)將通過的電流轉(zhuǎn)變成與電動(dòng)機(jī)使用要求相符合的交流電[2]。電氣控制模塊是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部位。其中，運(yùn)動(dòng)控制器是電氣控制系統(tǒng)的核心，其主要負(fù)責(zé)控制主體工作系統(tǒng)的運(yùn)行和技術(shù)，來確保電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，操作者通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)中相關(guān)程序的設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)閥芯套零件的生產(chǎn)與加工。

高精度內(nèi)孔磨床的數(shù)控操作系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行多坐標(biāo)軸的控制，還可以實(shí)現(xiàn)主軸多程序的同步運(yùn)行，提高閥芯套零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。同時(shí)對(duì)高精度內(nèi)孔磨床操作系統(tǒng)做到智能化的碰撞判斷，提升了設(shè)備的安全性。高精度內(nèi)孔磨床的控制系統(tǒng)主要由PMAC II運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成了控制系統(tǒng)。

閥芯套高精度磨床的數(shù)控系統(tǒng)采用開放式控制系統(tǒng)，其原理是結(jié)合閥芯套零件加工的實(shí)際需求，由工業(yè)機(jī)傳輸特定的控制指令。在獲取指令后，把它與反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，獲取所得的差值在經(jīng)過反饋處理以后，輸出相應(yīng)的控制指令。進(jìn)而控制磨床主軸開始運(yùn)動(dòng)，加工出滿足加工技術(shù)要求的閥芯套。

3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閥芯套高精度磨床砂輪主軸具有高剛性、高精度、低震動(dòng)及低摩擦的特性，自動(dòng)調(diào)心功能。所以主軸與刀架系統(tǒng)對(duì)于磨床的運(yùn)動(dòng)速度、穩(wěn)定性及剛度有較高的要求。對(duì)于閥芯套高精度磨床的冷卻系統(tǒng)及過濾機(jī)構(gòu)，由于其要滿足清除殘余切屑、降低切削溫度并進(jìn)行工件與刀具之間的潤滑等要求。在進(jìn)行精密磨削時(shí)，可啟用紙質(zhì)過濾器，冷卻介質(zhì)精度可達(dá)到18um，能減少閥芯套內(nèi)孔表面劃傷，充分滿足閥芯套內(nèi)孔表面的質(zhì)量和同軸度要求。在切削加工過程中，對(duì)內(nèi)孔磨削冷卻作業(yè)時(shí)，由工作臺(tái)的回水孔及機(jī)架內(nèi)回流通道將磨削的切削液進(jìn)行回流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磨削液的循環(huán)作用。閥芯套高精度內(nèi)孔磨床采用高壓液冷及氣冷相結(jié)合的冷卻形式，在磨床主體中有多條冷卻管的構(gòu)架，其多角度的構(gòu)建方式滿足了閥芯套零件在實(shí)際加工環(huán)節(jié)中對(duì)于冷卻的需求。

磨床的主軸與刀架系統(tǒng)是閥芯套高精度磨床的主體，為了提高機(jī)床剛性床身采用鑄件。組成閥芯套高精度內(nèi)孔磨床數(shù)控系統(tǒng)的硬件框架，主要包括工業(yè)PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服系統(tǒng)。本數(shù)控系統(tǒng)硬件主要采用可控制的運(yùn)動(dòng)控制器，另外的硬件都選擇常規(guī)硬件，可構(gòu)成結(jié)構(gòu)科學(xué)而合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。

3.1工業(yè)PC機(jī)

工業(yè)PC機(jī)總線作為基礎(chǔ)，可以在多種不良環(huán)境中穩(wěn)定地工作。它能夠與PMAC運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行高效的通訊，并能夠進(jìn)行多元化的操作，其中比較主要的功能包括調(diào)度管理、程序編輯等。工業(yè)PC機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負(fù)著閥芯套高精度磨床運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算（粗插補(bǔ)）以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)管理的任務(wù)。

3.2 PMAC運(yùn)動(dòng)控制器

對(duì)數(shù)控系統(tǒng)而言，最為關(guān)鍵的是對(duì)主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，通過接收的指令對(duì)主軸電機(jī)展開調(diào)節(jié)，進(jìn)而進(jìn)行高效加工。

運(yùn)動(dòng)控制器主要包括譯碼電路、振蕩電路、I/O端口電路、光電隔離輸入輸出電路等。閥芯套高精度磨床采用開放性的運(yùn)動(dòng)控制器，它是開放式數(shù)控系統(tǒng)非常重要的部分。本研究根據(jù)實(shí)際需要選擇工業(yè)PC機(jī)平臺(tái)上的開放式可編程主軸運(yùn)動(dòng)控制器。其中譯碼電路為運(yùn)動(dòng)控制器提供一個(gè)接口地址段，通過撥碼開關(guān)可以更改該地址段的范圍;振蕩電路為運(yùn)動(dòng)控制器上的脈沖控制電路提供一個(gè)固定頻率的脈沖源;I/O端口電路由兩片并行口芯片組成，其主要作用是輸出氣源控制信號(hào)及輸入機(jī)床按鈕信號(hào);光電隔離輸出輸入電路將工業(yè)PC機(jī)電源和外界電源隔離，減少外界電源對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾。

PMAC控制器是現(xiàn)階段功能最為全面、性能最優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制器。它具有DSP技術(shù)的各項(xiàng)功能，靈活性能好，系統(tǒng)開發(fā)者可非常便捷地添加硬件和軟件，結(jié)合客觀需求對(duì)功能進(jìn)行拓展，進(jìn)而滿足自動(dòng)控制領(lǐng)域中各類應(yīng)用的需求。