1. 機床及數控系統介紹

偏心軸外圓磨床為卧式結構布局，類似于砂輪架運動的高精度外圓磨床。主運動有砂輪架走刀Z軸、砂輪架進給X軸、頭架回轉C軸以及砂輪主軸S回轉等。其磨削過程采用砂輪架進給X軸跟随頭架回轉C軸的随動磨削法來完成。

數控系統選用力士樂MTX-L65數字伺服控制系統，比普通模拟量伺服系統精度更高、運算速度更快、抗幹擾能力更強。機床操作系統（PC）可以實時與數控系統（NC）通信，PC機選用大容量硬盤，方便用戶信息存儲。系統軟件IndraWorks是MTX數控系統軟件總成，主要由IndraWorks Engineering軟件、IndraLogic軟件、WinStudio軟件和Operation軟件組成。

2. 加工程序的設計

偏心軸磨床加工程序的主要模塊及過程如圖1所示。

圖1 加工程序模塊圖

偏心軸磨床的加工程序流程圖如圖2所示。

圖2 加工程序流程圖

3. 耦合關系的建立及實現

軸耦合的實現是整個磨削程序最為關鍵的部分，因為X軸和C軸的聯動直接影響着偏心軸的加工精度。本文采用系統軸耦合實現X軸和C軸的聯動。

（1）耦合關系的建立。圖3所示為偏心軸磨削示意圖，e為偏心量，R為工件半徑和砂輪半徑之和，f為C軸相對于起始耦合位置的轉角，建立如下耦合關系

圖3 耦合模型示意圖

（2）采用表耦合。耦合表用于坐标耦合及軸耦合，耦合表中包含兩個位置之間的耦合關系。耦合功能在表中通過成對的插補點（pmi，fi）（i=1,…,n）來定義。使用表耦合可顯示出主動軸和從動軸之間的非線性耦合關系，為主動軸C軸(Master[m])指定一個單獨的耦合表（.fct），将此表寫入“SysAxCoupleCmd[X%].Master[m].Tab”。

耦合表具有以下結構：

#1 <Type of interpolation of the interpolation points>；1線性；3三次樣條

#11 <Unit pmi values>；-3mm；-2cm；-1dm；0m；1英寸；2度；3RAD

#12 <Unit of the fi values>；-3mm；-2cm；-1dm；0m；1英寸；2度；3rad

#20<Periodic>；0非周期性；1周期性

#32<Leading axis velocity limitation>；1完全限制；0不完全限制

#100<pm1><f1>；插補點對1

#100<pm1><f1>；插補點對2

…

#100<pmn><fn>；插補點對n

下面是實際工程中建立的部分耦合表（C軸耦合分度為0.5°，由于是從高點開始對刀耦合的，所以轉到180°時X軸進給量為偏心量的2倍）：

#1 3

#11 2

#12 -3

#20 1

#100 0.0000 0.0000

#100 0.5000 -0.0001

#100 1.0000 -0.0003

…

#100 180.0000 -4.4000

…

#100 359.0000 -0.0003

#100 359.5000 -0.0001

#100 360.0000 0.0000

由于砂輪半徑是實時變化的，所以根據耦合公式計算得到的X軸進給量也是實時變化的，這就需要實時更新耦合表，這個在實際操作中很難保證。根據數據分析，實際中将砂輪半徑按10mm分為一檔，同一檔内采用共同的耦合表進行耦合。考慮到表耦合的一些缺陷，最後又進行了公式耦合的試驗。

（3）采用公式耦合。使用數學公式描述的運動和幾何補償可直接指定系統軸耦合的公式，将公式寫入系統數據“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”，公式的結果為從動軸參考值。使用系統數據“SD.SysAxCoupleCmd[axis].Formula”定義單個參考值，單個參考值包含主動軸位置的縮放、移動和偏移等。下面為程序中建立的公式，其中，“AC”為從動軸的插補值（軸坐标）；“L1”為主動軸C軸的參考值：

R1$=STR$(“##.##”,@_R!(1))；（@_R!(1)為偏心量）RAD$=STR$(“###.####”@RAD!)； （@RAD!為砂輪半徑與偏心外圓半徑之和）

FORMULA$=”AC ” R1$ ”*COS(L1) ” RAD$ ”

*SQRT(1-SQR(“ R1$ ” *SIN(L1)/”

RAD$ ”))-” RAD$ ”-” R1$

SD.SysAxCoupleCmd[X%].Formula=FORMULA$

（4）耦合程序流程如圖4所示。

圖4 耦合程序流程

4. 結語

經過長時間的試驗、試磨以及批量加工，圓度穩定在1μm左右，尺寸公差帶保證在0.004mm以内，偏心相位誤差不大于2'，表面粗糙度值Ra＜0.2μm。

高效高精度偏心軸外圓磨床的研制成功，必将改變我國工業機器人關節減速器中核心零件完全依賴進口、受制于人的局面，滿足國家重大裝備發展需求和市場需求，并可給企業和社會創造可觀的經濟價值。

參考文獻：

[1] 曹彥飛. 全數控凸輪軸磨床磨削軟件研究與設計[D]. 長沙：湖南大學電氣與信息工程學院，2006.

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