牛永才

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，哈爾濱齊齊哈爾161005）

0 引言

近幾年，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)得到了飛速發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的性能和技術(shù)水平也提出了較高的要求。從根本上提高零部件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率也成為了各個(gè)汽車(chē)工業(yè)企業(yè)所面臨的一項(xiàng)重大課題。由于凸輪軸本身具有形狀復(fù)雜、剛性差以及加工精度要求高等特點(diǎn)，在分析影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度若干因素的基礎(chǔ)上，研究數(shù)控凸輪軸磨削加工的新工藝和新方法對(duì)提高凸輪軸的整體質(zhì)量具有重要意義。

1 影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度的若干因素

在數(shù)控凸輪軸磨削加工的過(guò)程中，能夠?qū)ζ渚犬a(chǎn)生影響的因素有很多，本文主要對(duì)兩個(gè)最具有代表性的因素進(jìn)行分析，分別是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)參數(shù)。

1）伺服系統(tǒng)參數(shù)對(duì)凸輪軸數(shù)控磨削的影響。

伺服系統(tǒng)參數(shù)對(duì)凸輪軸數(shù)控磨削的影響主要是由伺服系統(tǒng)的性能決定的，主要包括最高移動(dòng)速度、跟蹤精度以及定位精度等。國(guó)內(nèi)目前伺服系統(tǒng)的類(lèi)型主要可以分為4種，即開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)、全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)和混合閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)。根據(jù)目前的應(yīng)用情況，半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)的應(yīng)用是最為廣泛的。主要是因?yàn)樵擃?lèi)型的伺服系統(tǒng)的機(jī)械與電氣自動(dòng)控制部分是相對(duì)獨(dú)立的，在使用的過(guò)程中，不會(huì)受到間隙、摩擦等非線(xiàn)性因素的影響。該系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅能夠滿(mǎn)足對(duì)凸輪軸加工精度的要求，而且成本較低。

2）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)磨削加工精度的影響。

在對(duì)凸輪軸進(jìn)行磨削加工的時(shí)候，確保其輪廓的精度是非常重要的。一般來(lái)說(shuō)，除了伺服系統(tǒng)的性能之外，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)也是非常重要的一項(xiàng)影響因素。如果機(jī)械傳動(dòng)部分不在伺服系統(tǒng)的控制范圍內(nèi)，機(jī)械傳動(dòng)部分就會(huì)產(chǎn)生誤差，影響凸輪軸的加工精度。除此之外，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度、間隙以及爬行等，也會(huì)在一定程度上影響到凸輪軸的加工精度，因此，為了能夠進(jìn)一步提高凸輪軸的加工質(zhì)量，工作人員必須根據(jù)其實(shí)際需求進(jìn)行建模、分析和仿真，以此來(lái)找出導(dǎo)致加工精度下降的根本原因，在此基礎(chǔ)上采取合理的優(yōu)化措施。

2 提高凸輪軸磨削加工精度的措施

根據(jù)上文對(duì)影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度若干因素的分析，工作人員根據(jù)凸輪軸加工精度的需求，可以采取以下措施來(lái)提高凸輪軸磨削的加工精度。

1）系統(tǒng)誤差預(yù)測(cè)建模與補(bǔ)償。為了進(jìn)一步提高凸輪軸的加工精度，減少由于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)所導(dǎo)致的誤差，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型與補(bǔ)償是不容忽視的。通常情況下，構(gòu)成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要包括兩個(gè)部分，即砂輪架系統(tǒng)和工件旋轉(zhuǎn)軸。其中，砂輪架系統(tǒng)根據(jù)需求不同可以設(shè)置為不同的形式，如齒輪齒條副、絲杠螺母副以及蝸輪蝸桿副等。在對(duì)該部分模型進(jìn)行建立的時(shí)候需要進(jìn)行必要的折算，將復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)加以等價(jià)簡(jiǎn)化。砂輪架機(jī)械的具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 砂輪架機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

其次，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建還需要考慮間隙、爬行等因素對(duì)凸輪軸磨削加工精度所造成的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、仿真和分析。在凸輪軸加工過(guò)程中，最常見(jiàn)的問(wèn)題就是凸輪軸的多棱邊現(xiàn)象。為了能夠?qū)⒃搯?wèn)題有效解決，首先要對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的間隙進(jìn)行測(cè)量，每次給伺服電機(jī)輸入兩個(gè)脈沖，觀測(cè)光柵尺的輸出；其次要對(duì)砂輪架的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后觀察具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致凸輪軸出現(xiàn)多棱邊現(xiàn)象的根本原因，并不是間隙和爬行因素造成的。根本原因在于砂輪架的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，此外還有一部分原因是由于伺服系統(tǒng)所造成的。工作人員在對(duì)凸輪軸進(jìn)行加工的時(shí)候，可以在提高傳動(dòng)元件制造及安裝精度的基礎(chǔ)上，采取間隙補(bǔ)償措施來(lái)減小該因素對(duì)磨削加工精度所造成的影響。同時(shí)對(duì)輸入曲線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，彌補(bǔ)當(dāng)前系統(tǒng)某些特性的不足。

2）對(duì)伺服系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化措施。對(duì)伺服系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，首先要確保系統(tǒng)精度能夠滿(mǎn)足凸輪軸加工精度的需求，這就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的校正。應(yīng)用于伺服系統(tǒng)校正的方法有很多，應(yīng)用最廣泛的就是PID校正，這種校正方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)難點(diǎn)的PID參數(shù)的精確調(diào)整，而且還能夠從根本上提高凸輪軸的磨削質(zhì)量。其次，還要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行分析、建模。在建模過(guò)程中，能夠?qū)ο到y(tǒng)特性產(chǎn)生影響的因素有很多，必須對(duì)其加以仔細(xì)考慮。一方面，要確保模型的建立能夠?qū)⒖刂葡到y(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)特性準(zhǔn)確反映出來(lái)；另一方面，為了進(jìn)一步方便對(duì)模型進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，在對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡可能將其簡(jiǎn)化，在確保準(zhǔn)確性的前提下，可以進(jìn)行一些必要的近似處理，允許忽略一些對(duì)系統(tǒng)影響較小的物理過(guò)程。只有這樣，才能夠從根本上對(duì)伺服系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高凸輪軸加工的精度。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，凸輪軸作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和其他內(nèi)燃機(jī)的重要零件，其加工質(zhì)量必然會(huì)得到越來(lái)越高的重視。為了確保其質(zhì)量能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的需求，在未來(lái)的時(shí)間里，相關(guān)工作人員必須對(duì)影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度的若干因素進(jìn)行全面系統(tǒng)的了解，并在此基礎(chǔ)上采取合理的措施對(duì)其加工方法進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)更好地提高零件加工的質(zhì)量。

［參考文獻(xiàn)］

［1］李勇.影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度若干因素的研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2004.

［2］韓秋實(shí)，許寶杰，王紅軍，等.磨削時(shí)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)變速規(guī)律的研究［J］.機(jī)械工藝師，2000（4）：14-15.

［3］曹德芳，鄧朝暉，劉偉，等.凸輪軸磨削加工速度優(yōu)化調(diào)節(jié)與自動(dòng)數(shù)控編程研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2012（18）：2149-2155.

［4］王本生，韓秋實(shí)，孫志永.數(shù)控凸輪軸磨床的研制及實(shí)際加工研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2005（增刊1）：31-33.