DELTA PUTNC-H6 CNC applications in high-speed camshaft grinder
張廣偉 中達電通伺服數控產品開發處
摘要 ：本文介紹了中達電通最新推出的PUTNC-H6係列通用數控係統在數控凸輪軸高速磨床上的應用。通過選擇H6數控係統，在提高凸輪軸磨削質量、提高加工精度和效率、安全防護等方麵均有了很大的提升。
Abstract ：This article describes the Delta PUTNC-H6 general CNC applications in high-speed CNC camshaft grinding machine. By selecting PUTNC-H6 CNC, grinding machine tools to improve the quality of the camshaft, higher precision and efficiency, security and so have a lot of progress.
關鍵詞： 凸輪軸 磨削 CNC 安全防護
Key Words ：Camshaft Grinding CNC Security
1. 引言
數控凸輪軸高速磨床是生產汽車和發動機凸輪軸（見圖1）的主要加工工具，主要用於凸輪軸的非圓輪廓高精度加工，對加工磨床的加工精度要求很高。
本文中選用了中達PUTNC-H6係列通用數控係統的機床通過數控係統來實現控製砂輪架進給、靠模換片、工(gong)作(zuo)台(tai)移(yi)動(dong)和(he)砂(sha)輪(lun)修(xiu)整(zheng)等(deng)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)。可(ke)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)最(zui)合(he)理(li)的(de)砂(sha)輪(lun)修(xiu)整(zheng)次(ci)數(shu)和(he)修(xiu)整(zheng)量(liang)來(lai)提(ti)高(gao)表(biao)麵(mian)磨(mo)削(xue)質(zhi)量(liang)，降(jiang)低(di)砂(sha)輪(lun)消(xiao)耗(hao)。砂(sha)輪(lun)主(zhu)軸(zhou)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)最(zui)新(xin)的(de)線(xian)速(su)度(du)模(mo)型(xing)，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)砂(sha)輪(lun)直(zhi)徑(jing)修(xiu)正(zheng)變(bian)化(hua)和(he)線(xian)速(su)度(du)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)自(zi)動(dong)補(bu)償(chang)，來(lai)實(shi)現(xian)恒(heng)線(xian)速(su)磨(mo)削(xue)，大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)和(he)效(xiao)率(lv)，避(bi)免(mian)凸(tu)輪(lun)軸(zhou)磨(mo)削(xue)時(shi)易(yi)發(fa)生(sheng)的(de)表(biao)麵(mian)燒(shao)傷(shang)。
機(ji)床(chuang)主(zhu)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)和(he)滾(gun)珠(zhu)絲(si)杆(gan)結(jie)構(gou)，進(jin)給(gei)精(jing)確(que)，動(dong)作(zuo)可(ke)靠(kao)。同(tong)時(shi)機(ji)床(chuang)具(ju)有(you)多(duo)種(zhong)自(zi)動(dong)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，有(you)效(xiao)提(ti)高(gao)了(le)設(she)備(bei)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。
圖1 凸輪軸
2.PUTNC-H6 通用數控係統介紹
PUTNC-H6通用數控係統（圖2），是中達電通結合前期H4係列通用數控係統在產業機械上應用的成功經驗而研發的通用型數控係統，具有以下特點：
圖2 PUTNC-H6
1) 分體式設計，可選配第二輔助操作麵板，H6係列接口采用高清晰彩色8"英寸LCD液晶顯示，H6CL係列更采用10"LCD液晶顯示，顯示的分辨率和色彩的明亮度都較早期H4係列產品有大幅提升；
2) 最新PLC軟件和LCD接口編輯軟件，可以根據不同機床工藝要求任意修改接口，可以為不同的產業機械打造客製化控製方案；
3) 數控係統可以自動識別電壓或者脈衝控製方式，分辨率可設定至7 位數，任何軸向均可外接光柵尺，實現全死循環控製架構，最大響應頻率2000kpps，控製精度更高；
4) 當數控係統的命令控製方式為脈衝類型、開環控製方式時，也同樣具有編碼器脈衝回授功能，用以比對伺服軸是否到位，有效防止撞機；
5) 相對於以往中達電通數控係統，優化的加減速曲線模型，0.5μs的處理響應，能夠對刀具路線平滑處理，有效降低加工零件的表麵粗糙度；
6) 支持第二組軟件限位功能，能夠通過PLC切換；
7) PLC輸入和輸出采用最新的分體式通訊模塊，可以自由組合擴充，輸入點的開關類型支持NPN和PNP兩種類型自動識別。
3. 凸輪軸工件的加工工藝
該磨床的數控係統控製3個伺服軸，其中X軸驅動砂輪架縱向進給，用以決定凸輪的磨削尺寸；Z軸驅動橫向位移工作台位移，用以更換凸輪位置；Y軸驅動靠模伺服，用以更換相應的凸輪靠模。整改凸輪的加工方法類似於仿行加工。凸輪加工的精度要求在最大升程誤差≤0.05mm，凸輪表麵粗糙度低於0.4μ。
4. 砂輪的修整補償功能實現
磨mo削xue加jia工gong不bu同tong於yu車che削xue加jia工gong，砂sha輪lun是shi由you磨mo料liao顆ke粒li和he粘zhan接jie劑ji壓ya製zhi成cheng的de圓yuan輪lun，用yong來lai磨mo削xue工gong件jian的de表biao麵mian。在zai磨mo削xue加jia工gong過guo程cheng中zhong，砂sha輪lun與yu工gong件jian是shi麵mian與yu麵mian的de接jie觸chu，磨mo料liao的de顆ke粒li和he粘zhan合he劑ji會hui脫tuo落luo砂sha輪lun本ben體ti，從cong而er使shi砂sha輪lun表biao麵mian凹ao凸tu不bu平ping，修xiu整zheng就jiu是shi利li用yong金jin剛gang石shi刀dao具ju去qu除chu砂sha輪lun表biao麵mian的de不bu平ping，使shi砂sha輪lun變bian銳rui。當dang砂sha輪lun修xiu整zheng後hou，砂sha輪lun的de直zhi徑jing就jiu會hui發fa生sheng相xiang應ying的de減jian小xiao，因yin此ci需xu要yao砂sha輪lun的de修xiu整zheng補bu償chang功gong能neng。見jian圖tu3。
中達PUTNC-H6數控係統利用LCDkaifangdetedian，keyijiangyonghusuoxudegongyicanshuguijizaitongyigejiemianzhong。zhongwenzhushishuomingheduitanshideshujushurujiekou，shicaozuozhekeyifeichangfangbiandishurugongyicanshu。
同時，當調用磨削程序時，數控係統可以利用豐富的宏程序運算指令，實現砂輪補償的數學運算。
圖3 砂輪修整設定圖
5. 砂輪線速度設定
凸輪在修整後，砂輪的直徑會發生減少，早期的西門子802C數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)，因(yin)為(wei)數(shu)控(kong)的(de)底(di)層(ceng)變(bian)量(liang)並(bing)不(bu)開(kai)放(fang)給(gei)機(ji)械(xie)製(zhi)造(zao)商(shang)，所(suo)以(yi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)隻(zhi)能(neng)夠(gou)設(she)定(ding)主(zhu)軸(zhou)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)來(lai)源(yuan)為(wei)變(bian)頻(pin)器(qi)麵(mian)板(ban)控(kong)製(zhi)，由(you)外(wai)部(bu)端(duan)子(zi)來(lai)進(jin)行(xing)速(su)度(du)切(qie)換(huan)，主(zhu)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)一(yi)個(ge)EXCEL表格，事先計算出變頻器頻率，再到變頻器麵板上進行相應的參數修改，十分繁瑣。
使用中達電通H6數控係統的解決方案，主要應用了該型號數控係統底層變量開放和PLC開kai放fang運yun算suan的de特te點dian。根gen據ju砂sha輪lun主zhu軸zhou係xi統tong線xian速su度du模mo型xing公gong式shi，用yong戶hu隻zhi需xu在zai更geng換huan新xin砂sha輪lun時shi，輸shu入ru相xiang對dui應ying的de砂sha輪lun直zhi徑jing和he砂sha輪lun的de線xian速su度du，數shu控kong係xi統tong就jiu可ke以yi自zi動dong根gen據ju砂sha輪lun直zhi徑jing修xiu整zheng變bian化hua值zhi和he線xian速su度du工gong藝yi要yao求qiu自zi動dong進jin行xing補bu償chang修xiu整zheng，從cong而er實shi現xian砂sha輪lun的de恒heng線xian速su磨mo削xue。砂sha輪lun相xiang關guan參can數shu，直zhi接jie在zai數shu控kong係xi統tong上shang設she定ding計ji算suan，由you模mo擬ni量liang電dian壓ya控kong製zhi變bian頻pin器qi運yun行xing，從cong而er無wu需xu修xiu改gai變bian頻pin器qi參can數shu，大da幅fu度du提ti高gao加jia工gong精jing度du和he效xiao率lv，避bi免mian了le凸tu輪lun軸zhou磨mo削xue時shi易yi發fa生sheng的de表biao麵mian燒shao傷shang。見jian圖tu4。
圖4
6. 安全防護上的改進
早期的西門子802C方案，因為數控接口沒有開發，操作者使用時需要在手動模式先示教修整砂輪後，用筆記錄下當前坐標，在折返R參can數shu接jie口kou填tian寫xie相xiang應ying的de數shu據ju，且qie輸shu入ru數shu據ju無wu中zhong文wen注zhu釋shi，有you時shi會hui出chu現xian數shu據ju輸shu入ru出chu錯cuo，引yin發fa撞zhuang車che，而er碎sui掉diao砂sha輪lun。有you時shi則ze因yin為wei操cao作zuo人ren員yuan未wei注zhu意yi工gong件jian和he金jin剛gang筆bi的de高gao度du落luo差cha，位wei移yiX軸，直接撞擊高速砂輪麵造成高速運行的砂輪破裂飛出，從而引發安全危險。
中達數控係統的方案從3個方麵入手解決了這個問題。
1) 數據示教方法設定，不需繁瑣的接口操作。以圖3中砂輪修整接口為例，操作者隻需要移動到圖示金剛筆的起點的相應位置，點擊按鍵“R34/R46”，數控係統就會自動將當前的X、Z軸的機械坐標，直接賦值到對應的關鍵工藝變量，不給操作者設定的機會，從而將設定錯誤的風險降低為0。對於其他次要的相關工藝參數，在集中在同一個中文參數接口中，采用圖標設定接口，大大降低了設定錯誤的幾率。
利用係統自身的兩組軟限位，實現金剛筆修整位置和工件磨削位置動態軟限位功能。因為CNC對於NC程序的處理，是采用預讀的機製來處理CNC運動的軌跡，當CNC預讀的軌跡數據大於CNC設定的軟限位時，數控係統便會先期發出報警，並禁止軸向運行，從而起到安全保護的作用。根據這一點，我們結合H6數控係統具有兩組軟限位的功能，及利用PLC的邏輯功能，判斷Z軸工作台的位置，從而確定開啟相應區域X軸的安全軟限位。這樣金剛筆修正和工件磨削時，都有軟件保護，從而徹底避免高速撞擊。同時，我們還利用H6數控係統的數學運算功能，在軟限位設定值初次設定後，根據砂輪修正後直徑變化，自動修正"X軸"係統軟限位值，做到全程的安全保護。如圖5所示。
圖5
1) MPG手搖輪測試。MPG手搖輪測試也是H6數控係統的一大特點，利用這一個特點，操作者在首次設定參數後，在程序測試模式下運行NC程序，數控係統會以NC規gui劃hua的de路lu徑jing方fang向xiang運yun行xing。但dan是shi進jin給gei速su率lv完wan全quan由you操cao作zuo者zhe轉zhuan動dong手shou輪lun運yun行xing的de快kuai慢man確que定ding，當dang發fa生sheng機ji械xie幹gan涉she時shi，操cao作zuo者zhe隻zhi要yao停ting止zhi旋xuan轉zhuan手shou輪lun，數shu控kong係xi統tong就jiu會hui停ting止zhi進jin給gei，從cong而er完wan全quan避bi免mian參can數shu設she定ding錯cuo誤wu，引yin起qi的de撞zhuang機ji。
7. 中達數控 H6 和西門子數控 802C 方案比較
首次表1中清楚明了地表現力使用中達PUTNC-H6數控係統和使用西門子802C數控係統兩者之間的不同。
表1 使用西門子802C與中達PUTNC-H6數控係統的方案對比
8. 結束語
本文從機理上概述了H6係(xi)統(tong)在(zai)凸(tu)輪(lun)軸(zhou)磨(mo)床(chuang)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)特(te)點(dian)。對(dui)於(yu)機(ji)床(chuang)製(zhi)造(zao)商(shang)而(er)言(yan)，中(zhong)達(da)電(dian)通(tong)為(wei)其(qi)運(yun)用(yong)量(liang)身(shen)定(ding)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，完(wan)全(quan)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)原(yuan)有(you)方(fang)案(an)的(de)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)，同(tong)時(shi)又(you)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)機(ji)床(chuang)最(zui)終(zhong)使(shi)用(yong)者(zhe)遇(yu)到(dao)的(de)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)，站(zhan)在(zai)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)的(de)角(jiao)度(du)去(qu)思(si)考(kao)問(wen)題(ti)，提(ti)出(chu)獨(du)樹(shu)一(yi)幟(zhi)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，這(zhe)就(jiu)是(shi)中(zhong)達(da)電(dian)通(tong)H6數控係統的核心競爭力。
作者簡介：
張廣偉，1976年9月出生，畢業於洛陽拖拉機學院 數控技術專業。現任中達電通股份有限公司伺服數控產品開發處高級應用工程師，從事伺服數控產品的應用支持和產品營銷工作，14年電氣相關職業生涯。
