基金项目：腧遵滕骨笕师腧计市教育委I*展计划项目http://ww.cnki.net凸轮轴作为汽车核心部件一发动机的关键元件，它的加工质量和加工的效率直接影响到汽车的生产及其在行业中的市场竞争力。但是，传统的加工方法是在通用磨床采用靠模的形式来加工的，这种方法在加工精度和效率方面都不能满足要求。

　　NC技术的发展促进了凸轮轴磨削方法的研究。

　　轮完成凸轮轴轮廓的磨削和磨削量的进给。CBN砂轮架采用电主轴和预紧滚子导轨，工件主轴由交流伺服电机通过同步齿形带传递动力，工作台采用V型和矩形组合贴塑导轨。这种新的磨削方法综合了现在世界上先进的磨削技术、磨削机理、超硬磨料和CNC技术的成果。本文主要研究该CNC系统的关键理论和技术：（1）凸轮轴磨削的数学运动模型；（2）基于PMAC的CNC系统的硬件设计和软件开发。

　　1凸轮轴磨削的数学模型在凸轮轴的加工过程中，CNC系统控制3个主轴（XCZ）的运动：C轴控制工件的旋转运动；X轴控制砂轮完成凸轮轮廓的磨削运动；Z轴与工件平行，控制凸轮轴从个凸轮轮廓移动到另凸轮轮廓磨削模型一个凸轮轮廓。如所示。坐标系xOy固定于凸轮中心上，砂轮磨削凸轮时，总是在凸轮轮廓的法向上接触，中0为凸轮中心，为一固定基准点，0，点为砂轮中心，沿X方向来回移动，相对坐标轴xbY通过凸轮轮廓升程的起始点。

　　将凸轮实际轮廓上任意一点Ai（xy）转化为对应的极坐标点Ai（P9）：实现恒磨除率磨削，砂轮中心到凸轮中心的距离Sx和凸轮转角C为：尺。=尺。0-2*.，尺。0―新换砂轮的初始半径（mm）2dR，*经过i次砂轮修整后砂轮在半径方向的减少量（mm）dR*.*砂轮每次修整量（事先确定的固定）；2―凸轮磨削总余量（mm）n*磨削总圈数；2%*磨削i圈后磨掉的凸轮轮廓厚度2基于开放式PMAC的凸轮磨削的控制系统的硬件设计当前，开发设计具有柔性、模块化、高性能的基于PC的智能化开放式数控系统已经成为研究热点。

　　（ProgiammahfeMukipfe-AxisController）是美国DeltaTai公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴运动控制器，不仅能实现插补操作、伺服控制和PLC控制，还能实现其它的功能，例如人机交互和运动状态的显示。以PMAC为运动控制核心，利用其硬件结构、软件结构的开放性，开发了基于PMAC的数控凸轮轴磨床智能化开放式数控系统。该数控系统用PC机处理非实时部分，而实时控制由插入PC的多轴运动控制器PMAC来承担，是开放式数控系统结构如所示，本数控凸轮轴磨床装置包括机床床体、主轴、驱动电机、丝杠等关键设备，工业计算机PC、PMAC运动控制卡、同步齿形带、光栅等控制、传动和检测设备。

　　工控机IPC运行速度快、存储量大、应用灵活，可以设计为上位机，作为系统和用户之间的联系桥梁。而PMAC具有实时性强、稳定性好、效率高等优点，可以设计为下位机，用来跟下层执行机构进行数据通讯。在实际应用中，用户通过上位机IPC进行系统相关的数据输入、参数设定、加工准备等工作，然后跟PMAC通讯，再由PMAC根据上位机的要求发送指令给伺服驱动器，伺服驱动器再驱动伺服电机等执行机构执行相关指令，推动砂轮架和工件到指定的位置。与此同时，光栅作为反馈元件将采集到的数据源源不断地送到PMAC中，供PMAC执行全闭环之用。

　　PMAC-Lite型4轴卡与IPC的连接通过总线的方式实现的。PMAC通过该连接将从上位机获得的指令发送到伺服驱动部分，该部分连接主要完成PMAC到伺服系统的指令发送（DAC输出）、伺服系统中光电编码器到PMAC的反馈、以及伺服系统自身的部分连接。PMAC通过IO扩展口ACC-34AA实现与控制面板的通讯。ACC-34AA在相应的PLC程序的支持下，不停地检测控制面板上各个开关的状态，并根据开关状态的改变发出相应的指令以及输出信号。所示的是本系统X轴驱动器与PMAC的接线图，C个系统中用作速度环，属于半闭环反馈。光栅作为反馈装置，在整个系统中用作位置环，属于全闭环反馈。根据实际系统需求、负载情况、硬件性能指标、价格指标等多种因素，数控系统的硬件选型如下：4轴卡；大惯量交流伺服电机和伺服器；同步齿型带：青岛齿型带厂生产的1Q4Q-光栅作为反馈装置，在整个系统中用作位置环，属于全闭环反馈。PMAC在实际工作中，不断地读取光栅反馈回来的位置数据，并用该数据来形成位置轴驱动器与C的连接与此类似。光电编码j|在整blish反馈X轴的实际位置圆光栅与tPAC的连接与此环。主要包括反馈差分信号的连接、限位信号的连接等。是PMAC与直线光栅的连接图，该光栅用来类似。

　　3数控磨削的软件系统设计CNC系统作为用户与机床之间连接的桥梁，肩负着将用户的加工意图转换为机床的实际运动的重任。对于一般的CNC系统而言，要求在高速度、高精度加工控制、图形显示等方面具有很强的功能。采用面向对象的编程思想，结合MAC的通讯驱动原理，利用VisualC++6.0开发了基于Windcws应用平台的数控凸轮轴磨床智能化控制系统应用软件。系统软件建立在Windows操作系统之上，调处理的能力。

　　体系结构如所示。

　　作为上层软件的可执行32位Windows应用程序通过PMAC自带的通讯模块PCCMM32与PMAC的内核程序进行通讯，再由PMAC内核程序驱动PLC程序或软件的系统体系结构者数控代码程序进行加工。

　　中，采用了面向对象的软件开发方法对数控软件进行分析，利用面向对象的程序设计语言实现其功能并进行封装从而形成对应的类，各种类可以集成在数控软件的通用类库中。在构建整个系统的时候，从类软件系统建模过程库中选取所需的类并派生出对象，按照系统的层次结构，建立具体的应用系统，系统的建模过程如所示。系统中上位机应用软件的主要任务是作为整个系统的后台管理，调度程序完成系统实时性不强的任务，而对于插补计算、位置计算、伺服环更新等要求较强实时性的任务则均由下位机完成。

　　按照上述建模方法开发完成的凸轮轴磨床的数控系统软件结构如所示。其组成模块有以下几种。

　　数据的输入模块：实现凸轮轮廓的升程表输入，通过升程表数据输入对话框，可以完成升程表数据的加载、新建、检测等工作，并且将其以特定的文件形式（*.ft）保存起来。凸轮轴的参数，加工数据的设定，包括加工余量、进给速度等。

　　回来的X轴和C轴的实际位置。

　　加工模块：在IPC上实现凸轮轨迹生成和X-C联动坐标计算、以及系统的误差补偿、错误诊断和预插补，设定进给速度和位置，然后加载到PMAC控制卡。

　　系统参数模块：完成PMAC的设置，使PMAC的PLC实现系统的逻辑控制，使其运动控制模块实现XC、Z三轴的运动控制。

　　系统仿真模块：系统具有强大的图形处理功能，主要包括凸轮理论轮廓绘制、反转法以及轮廓比较等功能。并且能够利用PMAC采集回来的数据，利用砂轮反转法绘制凸轮实际轮廓。可以根据凸轮理论数据、直接加工时采集到的数据以及自适应FNNC加工时采集数据，用来对理论轮廓、直接加工轮廓以及自适应FNNC加工轮廓进行比较。

　　系统的流程图术*能实时动态显示NCa伺服启动以后1从采集blishtogHouse.Allrights当上位机软件正常启动以后，单击手动控制区的*NCON*按钮，系统与PMAC建立通讯，下载PMAC变量定义和PLC程序到PMAC中，并且完成系统的初始化工作，包括系统回零、PLC程序启动、数据采集与位置实时显示等。在加工完成以后退出系统程序运算结果可求出曲线设计中给定的三个点M，（00）M2（2. 51.7）M3（3.53.2）的多项式，求出下一曲线段M，M5的边界条件参见）MPM2、M3三点落在这个多项式的曲线上。重复以上程序运行过程，M3、M4、M，从对话框中输入，可求出曲线段M3M5的多项式及k；以此可继续求出后续每三点为一段的多个多项式。在CAD软件中，应用绘制高阶公式曲线的方法，设置起始自变量值，在公式框中填上的**段插值多项式的公式，软件可自动生成M1M3曲线图形，重复此过程，即可把多个多项式生成的曲线段连成整段曲线，再由软件转化为NC代码，实现非圆光滑曲线加工。

　　程序计算出的加密点的坐标（参见）是为单板机控制系统服务的，加密点的数目由用户根据需要制定，用户可根据程序计算出的加密点坐标，以直线编程的方式编程。

　　4结束语以上程序应用于非圆光滑曲线设计与加工中，方便了数控编程，使复杂的曲线设计变得简单，具有实际应用价值。运用该程序，能计算出以每三个插值点为一段的插值多项式，反复利用该程序算出后续诸段多项式，直到曲线的封闭位置。在单板机控制系统中，利用该程序能计算出加密点的坐标，以直线编程方式，用折线取代曲线，实现非圆光滑曲线加工。但要注意，用户在输入加密点数目时，要综合考虑加密点个数与曲线的光滑性。加密点个数越多，曲线越光滑，但数控编程工作量越大，否则，反之。