凸轮轴磨床电气及磨削工艺设计

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----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术改造。

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。

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。

FN3磨床概述
FN3磨床由原西德FORTUNA公司生产，其型号为FN3－DS350／1000.FN3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。

磨床技术指标
FN3磨床主要技术指标：
X轴行程（线性）0-300毫米,速度10米/分.
Z轴行程（线性）0-1000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35-60米／分
金刚轮转速500-2000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MMCCPU板、NCCPU板、PLCCPU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。
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、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，这些电气的信号都要与840C的DMP模块（IO模块）连接