閥芯套專用高精度內孔磨床電控系統的設計與研究

祝水琴

摘 要：本文以加工閥芯套零件內孔磨床的電控系統為研究對象，專用高精度內孔磨床對內孔進行高精度磨削的加工技術是近些年快速發展的一類現代化制造技術.數控機床是高精度內孔磨床的大腦，也是發揮其最大作用的保障.本文以閥芯套零件加工工藝特點及機床的數控系統為研究對象，結合當前開放式數控系統的發展趨勢，針對數控系統的總體方案進行硬件和軟件方面的研究，根據模擬工況條件對專用高精度內孔磨床的數控系統進行可靠性設計，將設計后的電控系統應用于閥芯套內孔磨床中，取得良好的經濟效率。

關鍵詞：閥芯套;高精度內孔磨床;系統設計

中圖分類號：TH6? ? ? ? ? 文獻標志碼：B

在當今世界經濟高速發展的推動下，汽車的保有量在不斷地呈現上升趨勢，閥芯套零件作為汽車的關鍵零件，為了推進汽車工業技術進步，對汽車關鍵零部件的生產的加工設備提出了更高的要求。本文以閥芯套零件的加工精度要為依據，把閥芯套專用高精度內孔磨床電控系統作為研究對象。在工況條件下，采用近似磨床模型的電控系統設計與方法進行多方面的設計與研究[1]。高速磨床電控系統對零件加工的表面質量、零件同軸度和精度要求以及整個磨床性能有很大的影響，如何提高閥芯套專用高精度磨床電控系統的可靠性和主軸的回轉精度、提高磨床剛度以及降低生產制造成本，這些都是在磨床電控系統設計中所需要研究的問題。

1閥芯套零件的加工特性

項目擬研制的高精度內孔磨床應用到氫能源汽車閥芯套的內孔加工，用于氫能源汽車的工業生產。閥芯套制造同軸度要求極高，制造工藝十分復雜、難度極大。其超精密加工孔徑約為Φ4mm，公差要求為0.001mm，內孔的研磨精度要求極高。

2高精度內孔磨床控制系統的設計

根據前面分析閥芯套零件的加工工藝特點，所需設備需要有較高的轉速和同軸度要求。主軸刀架系統是數控機床系統的核心部件，其主要作用是進行數控機床各部件的直接控制，利用軟件來分析和應用程序。工控機在讀取輸入信息的過程中，向運動控制器傳輸準確的信息，運動控制器根據這些信息來控制電動機模塊，從而控制整個高精度內孔磨床的工作區。電機模塊主要負責將通過的電流轉變成與電動機使用要求相符合的交流電[2]。電氣控制模塊是數控機床的關鍵部位。其中，運動控制器是電氣控制系統的核心，其主要負責控制主體工作系統的運行和技術，來確保電氣控制系統的正常運行，操作者通過對數控系統中相關程序的設定，從而實現閥芯套零件的生產與加工。

高精度內孔磨床的數控操作系統不僅可以進行多坐標軸的控制，還可以實現主軸多程序的同步運行，提高閥芯套零件的加工質量與生產效率。同時對高精度內孔磨床操作系統做到智能化的碰撞判斷，提升了設備的安全性。高精度內孔磨床的控制系統主要由PMAC II運動控制器構成了控制系統。

閥芯套高精度磨床的數控系統采用開放式控制系統，其原理是結合閥芯套零件加工的實際需求，由工業機傳輸特定的控制指令。在獲取指令后，把它與反饋信號進行對比，獲取所得的差值在經過反饋處理以后，輸出相應的控制指令。進而控制磨床主軸開始運動，加工出滿足加工技術要求的閥芯套。

3硬件系統設計

閥芯套高精度磨床砂輪主軸具有高剛性、高精度、低震動及低摩擦的特性，自動調心功能。所以主軸與刀架系統對于磨床的運動速度、穩定性及剛度有較高的要求。對于閥芯套高精度磨床的冷卻系統及過濾機構，由于其要滿足清除殘余切屑、降低切削溫度并進行工件與刀具之間的潤滑等要求。在進行精密磨削時，可啟用紙質過濾器，冷卻介質精度可達到18um，能減少閥芯套內孔表面劃傷，充分滿足閥芯套內孔表面的質量和同軸度要求。在切削加工過程中，對內孔磨削冷卻作業時，由工作臺的回水孔及機架內回流通道將磨削的切削液進行回流，進而實現磨削液的循環作用。閥芯套高精度內孔磨床采用高壓液冷及氣冷相結合的冷卻形式，在磨床主體中有多條冷卻管的構架，其多角度的構建方式滿足了閥芯套零件在實際加工環節中對于冷卻的需求。

磨床的主軸與刀架系統是閥芯套高精度磨床的主體，為了提高機床剛性床身采用鑄件。組成閥芯套高精度內孔磨床數控系統的硬件框架，主要包括工業PC機、運動控制卡和伺服系統。本數控系統硬件主要采用可控制的運動控制器，另外的硬件都選擇常規硬件，可構成結構科學而合理的開放式數控系統。

3.1工業PC機

工業PC機總線作為基礎，可以在多種不良環境中穩定地工作。它能夠與PMAC運動控制器進行高效的通訊，并能夠進行多元化的操作，其中比較主要的功能包括調度管理、程序編輯等。工業PC機作為數控系統的核心，它擔負著閥芯套高精度磨床運動軌跡的計算（粗插補）以及對整個系統管理的任務。

3.2 PMAC運動控制器

對數控系統而言，最為關鍵的是對主軸電機的運動進行調控，通過接收的指令對主軸電機展開調節，進而進行高效加工。

運動控制器主要包括譯碼電路、振蕩電路、I/O端口電路、光電隔離輸入輸出電路等。閥芯套高精度磨床采用開放性的運動控制器，它是開放式數控系統非常重要的部分。本研究根據實際需要選擇工業PC機平臺上的開放式可編程主軸運動控制器。其中譯碼電路為運動控制器提供一個接口地址段，通過撥碼開關可以更改該地址段的范圍;振蕩電路為運動控制器上的脈沖控制電路提供一個固定頻率的脈沖源;I/O端口電路由兩片并行口芯片組成，其主要作用是輸出氣源控制信號及輸入機床按鈕信號;光電隔離輸出輸入電路將工業PC機電源和外界電源隔離，減少外界電源對計算機的干擾。

PMAC控制器是現階段功能最為全面、性能最優良的運動控制器。它具有DSP技術的各項功能，靈活性能好，系統開發者可非常便捷地添加硬件和軟件，結合客觀需求對功能進行拓展，進而滿足自動控制領域中各類應用的需求。