影響數控凸輪軸磨削加工精度的因素研究

牛永才

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，哈爾濱齊齊哈爾161005）

0 引言

近幾年，我國汽車工業得到了飛速發展，對發動機及其零部件的性能和技術水平也提出了較高的要求。從根本上提高零部件的質量和生產效率也成為了各個汽車工業企業所面臨的一項重大課題。由于凸輪軸本身具有形狀復雜、剛性差以及加工精度要求高等特點，在分析影響數控凸輪軸磨削加工精度若干因素的基礎上，研究數控凸輪軸磨削加工的新工藝和新方法對提高凸輪軸的整體質量具有重要意義。

1 影響數控凸輪軸磨削加工精度的若干因素

在數控凸輪軸磨削加工的過程中，能夠對其精度產生影響的因素有很多，本文主要對兩個最具有代表性的因素進行分析，分別是機械傳動系統和伺服系統參數。

1）伺服系統參數對凸輪軸數控磨削的影響。

伺服系統參數對凸輪軸數控磨削的影響主要是由伺服系統的性能決定的，主要包括最高移動速度、跟蹤精度以及定位精度等。國內目前伺服系統的類型主要可以分為4種，即開環位置伺服系統、半閉環位置伺服系統、全閉環位置伺服系統和混合閉環位置伺服系統。根據目前的應用情況，半閉環位置伺服系統的應用是最為廣泛的。主要是因為該類型的伺服系統的機械與電氣自動控制部分是相對獨立的，在使用的過程中，不會受到間隙、摩擦等非線性因素的影響。該系統相對于其他系統來說，不僅能夠滿足對凸輪軸加工精度的要求，而且成本較低。

2）機械傳動系統對磨削加工精度的影響。

在對凸輪軸進行磨削加工的時候，確保其輪廓的精度是非常重要的。一般來說，除了伺服系統的性能之外，機械傳動系統也是非常重要的一項影響因素。如果機械傳動部分不在伺服系統的控制范圍內，機械傳動部分就會產生誤差，影響凸輪軸的加工精度。除此之外，機械傳動系統本身的質量、剛度、間隙以及爬行等，也會在一定程度上影響到凸輪軸的加工精度，因此，為了能夠進一步提高凸輪軸的加工質量，工作人員必須根據其實際需求進行建模、分析和仿真，以此來找出導致加工精度下降的根本原因，在此基礎上采取合理的優化措施。

2 提高凸輪軸磨削加工精度的措施

根據上文對影響數控凸輪軸磨削加工精度若干因素的分析，工作人員根據凸輪軸加工精度的需求，可以采取以下措施來提高凸輪軸磨削的加工精度。

1）系統誤差預測建模與補償。為了進一步提高凸輪軸的加工精度，減少由于機械傳動系統所導致的誤差，建立相應的數學模型與補償是不容忽視的。通常情況下，構成機械傳動系統數學模型主要包括兩個部分，即砂輪架系統和工件旋轉軸。其中，砂輪架系統根據需求不同可以設置為不同的形式，如齒輪齒條副、絲杠螺母副以及蝸輪蝸桿副等。在對該部分模型進行建立的時候需要進行必要的折算，將復雜的傳動系統加以等價簡化。砂輪架機械的具體結構圖如圖1所示。

圖1 砂輪架機械結構圖

其次，對于機械傳動系統數學模型的構建還需要考慮間隙、爬行等因素對凸輪軸磨削加工精度所造成的影響，并在此基礎上進行實驗、仿真和分析。在凸輪軸加工過程中，最常見的問題就是凸輪軸的多棱邊現象。為了能夠將該問題有效解決，首先要對機械傳動系統結構的間隙進行測量，每次給伺服電機輸入兩個脈沖，觀測光柵尺的輸出；其次要對砂輪架的動態特性進行實驗，然后觀察具體的實驗結果。從對實驗結果的分析，實驗人員發現，導致凸輪軸出現多棱邊現象的根本原因，并不是間隙和爬行因素造成的。根本原因在于砂輪架的機械傳動系統的動態特性，此外還有一部分原因是由于伺服系統所造成的。工作人員在對凸輪軸進行加工的時候，可以在提高傳動元件制造及安裝精度的基礎上，采取間隙補償措施來減小該因素對磨削加工精度所造成的影響。同時對輸入曲線進行優化，彌補當前系統某些特性的不足。

2）對伺服系統參數的優化措施。對伺服系統參數進行優化，首先要確保系統精度能夠滿足凸輪軸加工精度的需求，這就必須對系統進行必要的校正。應用于伺服系統校正的方法有很多，應用最廣泛的就是PID校正，這種校正方法不僅能夠實現一個難點的PID參數的精確調整，而且還能夠從根本上提高凸輪軸的磨削質量。其次，還要根據實際需求對伺服系統進行分析、建模。在建模過程中，能夠對系統特性產生影響的因素有很多，必須對其加以仔細考慮。一方面，要確保模型的建立能夠將控制系統的實際動態特性準確反映出來；另一方面，為了進一步方便對模型進行控制設計，在對數學模型進行設計的時候，要盡可能將其簡化，在確保準確性的前提下，可以進行一些必要的近似處理，允許忽略一些對系統影響較小的物理過程。只有這樣，才能夠從根本上對伺服系統的參數進行優化，提高凸輪軸加工的精度。

3 結語

綜上所述，隨著我國現代汽車工業的飛速發展，凸輪軸作為汽車發動機和其他內燃機的重要零件，其加工質量必然會得到越來越高的重視。為了確保其質量能夠滿足現代汽車工業發展的需求，在未來的時間里，相關工作人員必須對影響數控凸輪軸磨削加工精度的若干因素進行全面系統的了解，并在此基礎上采取合理的措施對其加工方法進行優化，以此來更好地提高零件加工的質量。

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