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一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统
申请号	CN201610457073.2	申请日	2016-06-22	公开(公告)号	CN107520752A	公开(公告)日	2017-12-29
申请人	许亚夫;			发明人	许亚夫;
摘要	一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，采用上、下位机的控制体系结构，它由开放体系结构运动控制卡和IPC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。对系统的运行状态进行实时监控，实时提取系统的错误信息和各种异常信息，便于系统的自我调整保证加工精度和系统安全。该控制系统具有安全、可靠、自动化程度高及检测范围广等优点。
权利要求	1.一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述控制系统采用上、下位机的控制体系结构，它由开放体系结构运动控制卡和IPC机共同构成，这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。 2.根据权利要求1所述的一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述控制系统选用美国Pro-Dex公司的PCIX-202卡,PCIX系列是基于 PCI总线的高性能运动控制卡，其中PCIX-202可控制两轴步进和两轴伺服电机。 3.根据权利要求1所述的一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述控制系统采用PAKER公司的大惯量直接驱动伺服，它可省略机械减速装置，减少由于减速装置造成的传动误差，也满足需要的反馈分辨率和控制精度。 4.根据权利要求1所述的一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述控制系统采用的是基于Windows平台的VC++ 6.0开发环境，在VC++6.0中开发基于MFC的应用程序，具有开放性和多任务性，程序代码相对较少，运行可靠，限于篇幅，在这里仅对系统的软件结构进行介绍。 5.根据权利要求1所述的一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述控制系统的软件结构主要分为上位机管理程序、上下位通信程序和运动控制程序3个大的部分，每个大的模块又分为几个子程序模块。 6.根据权利要求1所述的一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，其特征是：所述加工数据的生成与编辑包括参数设置的所有数据生成，分析加工后凸轮的轮廓精度，并将凸轮的理论轮廓与叠加了计算误差和插值误差的磨削加工后的实际凸轮轮廓进行比较，并给出分析结果，对结果可以直接打印或进行人工编辑。
说明书全文	一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统所属技术领域 [0001] 本发明涉及一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，适用于机械领域。背景技术 [0002] 随着全球汽车工业的高速发展，使得对凸轮轴的需求量越来越大。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。每个凸轮其形状为桃形，由基圆和许多二次曲线，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汽缸内燃料燃烧质量，进而影响发动机工作性能。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。凸轮轴磨床主要用于汽车、摩托车及内燃机行业中的关键零件凸轮轴的加工。它主要用来完成凸轮轴最后一个工序:粗磨、精磨凸轮轴上的每个凸轮。 [0003] 我国凸轮轴的加工大多还采用传统的机械靠模加工方式，加工质量受到靠模机构的影响，凸轮型线难以得到保证，在一定程度上制约了汽车工业的发展。但是，目前仅有少数几个国家能够掌握数控凸轮轴磨床技术，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，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。发明内容 [0004] 本发明提出了一种高精度数控凸轮轴磨床控制系统，对系统的运行状态进行实时监控，实时提取系统的错误信息和各种异常信息，便于系统的自我调整保证加工精度和系统安全。该控制系统具有安全、可靠、自动化程度高及检测范围广等优点。 [0005] 本发明所采用的技术方案是：所述控制系统采用上、下位机的控制体系结构，它由开放体系结构运动控制卡和IPC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在Windows平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDAS-MAGIC 64构造的MAZATROL 640 CNC等。由于是基于高速DSP和高精度晶振的控制系统，它可以满足高速、高精度磨床的高速运算和高精度伺服控制的需要。 [0006] 所述控制系统选用美国Pro-Dex公司的PCIX-202卡。PCIX系列是基于 PCI总线的高性能运动控制卡，其中PCIX-202可控制两轴步进和两轴伺服电机。PCIX-202卡的特点：光学隔离的输入/输出，正负限位开关和原点信号输入，以及微分编码器反馈信号输入；每轴独立或同时运动;每轴持续的线插补；圆弧插补，反斜线补偿，自定义，抛物线，S曲线和直线轨迹轮廓；和I068-M外围板兼容；电子传动装置配有WIN95/98/ NT/2000/XP下的动态链接库，方便客户编写自己的应用软件提供调试示范软件，可演示此卡功能，方便客户测试控制卡以及电机驱动系统。 [0007] 为了保证工件主轴的动态特性，C轴必须采用高转矩/惯量比的伺服电机。考虑到机械结构和工件的转速范围要求，采用PAKER公司的大惯量直接驱动伺服。它可省略机械减速装置，减少由于减速装置造成的传动误差，也满足需要的反馈分辨率和控制精度。 [0008] 所述控制系统采用的是基于Windows平台的VC++ 6.0开发环境，在VC++6.0中开发基于MFC的应用程序，具有开放性和多任务性，程序代码相对较少，运行可靠。 [0009] 所述控制系统的软件结构主要分为上位机管理程序、上下位通信程序和运动控制程序3个大的部分，每个大的模块又分为几个子程序模块。 [0010] 所述加工曲线的插补计算和工艺设置：采用特殊的插补算法求出两轴的运动规律，才能通过伺服控制完成相应的动作，保证恒线速的实现。同时要进行一些参数的设置，包括凸轮轴型号、凸轮轴上凸轮个数、凸轮的升程表、X轴速度、Z轴速度、C轴转速、砂轮线速度等的设置。 [0011] 所述加工数据的生成与编辑包括参数设置的所有数据生成，分析加工后凸轮的轮廓精度，并将凸轮的理论轮廓与叠加了计算误差和插值误差的磨削加工后的实际凸轮轮廓进行比较，并给出分析结果，对结果可以直接打印或进行人工编辑。 [0012] 本发明的有益效果是：该控制系统对系统的运行状态进行实时监控，实时提取系统的错误信息和各种异常信息，便于系统的自我调整保证加工精度和系统安全。该控制系统具有安全、可靠、自动化程度高及检测范围广等优点。附图说明 [0013] 图1是本发明的气动液体增压动力系统结构图。 [0014] 图2是本发明的系统软件结构图。具体实施方式 [0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0016] 如图1，控制系统采用上、下位机的控制体系结构，它由开放体系结构运动控制卡和IPC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在Windows平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDAS-MAGIC 64构造的MAZATROL 640 CNC等。由于是基于高速DSP和高精度晶振的控制系统，它可以满足高速、高精度磨床的高速运算和高精度伺服控制的需要。 [0017] 控制系统选用美国Pro-Dex公司的PCIx -202卡。PCIX系列是基于PCI总线的高性能运动控制卡，其中PCIX-202可控制两轴步进和两轴伺服电机。PCIX-202卡的特点：光学隔离的输入/输出，正负限位开关和原点信号输入，以及微分编码器反馈信号输入；每轴独立或同时运动;每轴持续的线插补；圆弧插补，反斜线补偿，自定义，抛物线，s曲线和直线轨迹轮廓；和I068-M外围板兼容；电子传动装置配有WIN95/98/ NT/2000/XP下的动态链接库，方便客户编写自己的应用软件提供调试示范软件，可演示此卡功能，方便客户测试控制卡以及电机驱动系统。 [0018] 为了保证工件主轴的动态特性，C轴必须采用高转矩/惯量比的伺服电机。考虑到机械结构和工件的转速范围要求，采用PAKER公司的大惯量直接驱动伺服。它可省略机械减速装置，减少由于减速装置造成的传动误差，也满足需要的反馈分辨率和控制精度。 [0019] 如图2，控制系统采用的是基于Windows平台的VC++ 6.0开发环境，在VC++6.0中开发基于MFC的应用程序，具有开放性和多任务性，程序代码相对较少，运行可靠。限于篇幅，在这里仅对系统的软件结构进行介绍。主要分为上位机管理程序、上下位通信程序和运动控制程序3个大的部分。从软件结构图上可以看出，每个大的模块又分为几个子程序模块。 [0020] 加工曲线的插补计算和工艺设置:采用特殊的插补算法求出两轴的运动规律，才能通过伺服控制完成相应的动作，保证恒线速的实现。同时要进行一些参数的设置，包括凸轮轴型号、凸轮轴上凸轮个数、凸轮的升程表、X轴速度、Z轴速度、C轴转速、砂轮线速度等的设置。 [0021] 加工数据的生成与编辑:包括参数设置的所有数据生成，分析加工后凸轮的轮廓精度，并将凸轮的理论轮廓与叠加了计算误差和插值误差的磨削加工后的实际凸轮轮廓进行比较，并给出分析结果。对结果可以直接打印或进行人工编辑。 [0022] 文档管理：对系统程序代码、加工数据等进行引入和管理，让系统按程序正常运行(引入NC程序或编辑，程序显示，修改，文件保存，编译)。 [0023] 加工数据的生成与编辑：包括参数设置的所有数据生成，分析加工后凸轮的轮廓精度，并将凸轮的理论轮廓与叠加了计算误差和插值误差的磨削加工后的实际凸轮轮廓进行比较，并给出分析结果。对结果可以直接打印或进行人工编辑。 [0024] 辅助设备管理：完成油泵电机、冷却电机、吸尘电机的启动和判断各电机是否正常运行，若没有正常运行则做相应的处理。 [0025] 系统调试：主要用于系统的现场连接调试、性能测试等。 [0026] 系统故障和安全管理：完成各种报警信号的清除，包括:变频器报警，伺服驱动器报警及各进给轴行程超出等情况处理，同时要对系统的紧急异常情况做出实时的处理，保证系统和人的安全。 [0027] 凸轮加工：前后顶尖将凸轮轴夹紧，工作台沿Z轴移动对刀，凸轮轴旋转对刀，砂轮快进，凸轮轮廓加工开始。当一个凸轮加工完成后，砂轮快退，工作台沿Z轴移动开始下一个加工循环，并给出一个加工循环所用的时间。

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