CN112327747B - 一种凸轮车床数控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮车床数控系统，包括凸轮车床和数控系统，凸轮车床设有机架，齿轮箱，操作台，X轴、Z轴伺服电机，头架变频电机和刀具；数控系统中设有上位机，PLC，同步X轴、Z轴电机伺服驱动器和头架电机变频器驱动器；采用工业平板电脑作为上位机，上位机带有凸轮车床加工软件，上位机通过RS232串口通讯控制PLC，PLC接受上位机输出运动参数及运动指令，PLC应用电子凸轮功能模块控制X轴与头架直联编码器随动，控制刀具完成车削加工凸轮。本数控系统中的凸轮车床可切换在自动和手动加工两种方式运行；使用本发明的数控系统软件界面友好，容易操作，凸轮车床投入小，刀具消耗少，加工精度好，效率高且换型容易。

Description

一种凸轮车床数控系统

技术领域

本发明涉及一种凸轮车床数控系统，具体地说是使用一种带有凸轮车床加工软件的工业平板电脑作为上位机，上位机控制具有电子凸轮功能模块的PLC，实现进给X轴与旋转头架联动的方式加工凸轮轮廓的凸轮车床数控系统。

背景技术

内燃机中重要的配件凸轮轴，其粗加工方式主要有两种，一种是运用数控铣床铣制，另外是运用带靠模的凸轮车床车制后再用凸轮磨床磨削到设定的尺寸。数控铣床加工精度高，但是设备投入大，铣刀消耗大；靠模凸轮车床设备投入小，车刀消耗小，效率高，但是加工精度差需要磨床加一步加工，另外换型麻烦费时费力。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的问题，而提供一种投入小、消耗低，效率高，加工精度较高，换型容易的数控凸轮车床。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种凸轮车床数控系统，包括凸轮车床和数控系统，所述的凸轮车床设有机架，齿轮箱，操作台，头架直联编码器，X轴伺服电机，Z轴伺服电机，车刀和头架变频电机；所述的数控系统中设有上位机、PLC、同步X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和头架变频电机驱动器；所述的上位机采用工业平板电脑，上位机与PLC连接，上位机通过RS232串口通讯控制PLC；

所述的凸轮车床的机架一侧设有齿轮箱，齿轮箱外侧安装有同步轮、同步带、头架直联编码器和Z轴伺服电机，齿轮箱下面安装有头架变频电机，头架变频电机通过同步轮、同步带和齿轮箱中的传动机构连接头架，齿轮箱前方安装有操作台；机架的另一侧安装有大拖板、X轴伺服电机和X轴传动丝杆，所述的大拖板上安装有中拖板，X轴伺服电机通过X轴传动丝杆带动中拖板作前后运动；所述的Z轴伺服电机的轴上设有Z轴传动丝杆，Z轴伺服电机通过Z轴传动丝杆带动大拖板沿车床导轨作轴向运动；所述的中拖板上方安装有车刀；所述的头架夹持固定待加工的工件，工件的尾部由尾座顶尖锁紧，中间用中心架支撑；车刀在X轴上的行程为X轴上限位与X轴下限位之间，在Z轴的行程为Z轴上限位与Z轴下限位之间；

所述的数控系统中PLC分别与X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、头架变频电机驱动器、头架直联编码器和三轴手摇脉冲发生器连接；PLC用于接受上位机输出运动参数及运动指令，PLC带有电子凸轮功能模块，PLC应用电子凸轮功能模块通过三轴驱动器控制X轴与头架直联编码器随动，头架按指定速度旋转，控制车刀车削加工出凸轮轮廓形状；同时PLC控制Z轴以工进速度运行到完成位，车刀完成整片凸轮的车削过程；以及PLC控制X轴与头架退到安全位置，Z轴快速移到下一个工位，并循环以上凸轮加工过程直至工件中的所有凸轮加工完成。

所述的头架变频电机用于带动齿轮箱中的传动机构、头架和工件旋转，工件的角度信息通过头架直联编码器反馈给PLC。

所述的数控系统中PLC的CH1输出端口与X轴伺服驱动器连接，用于控制X轴的脉冲和方向端子，X轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接X轴电机；PLC的CH0输出端口与Z轴伺服驱动器连接，用于控制Z轴的脉冲和方向端子，Z轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接Z轴电机；头架变频电机驱动器装有PG卡，PLC的CH2输出端口还与PG卡相连接，用于控制头架变频电机驱动器的脉冲、方向；头架变频电机增量编码器与PG卡相连接用于反馈电机位置信息；PLC与头架变频电机驱动器的“运行”和“脉冲位置使能”端子相连接，用于头架变频电机的位置控制模式的使能；PLC还与X轴限位开关连接，用于接收X轴上下限位信号；PLC输入端口与Z轴限位开关连接，用于接收Z轴上下限位信号；PLC输入端口与头架直联编码器输出端连接，用于接收头架直联编码器输出的A、B、Z三相信号；PLC输入端口与三轴手摇脉冲发生器连接，用于接收手脉A、B相、手脉轴、倍率选择信号；PLC输入端口还与Z轴编码器Z相回授信号和三轴的报警信号相连。

所述的上位机的加工软件采用VB编写，加工软件包括两个界面，一个为传送界面用于传送凸轮轮廓曲线及加工参数、机床参数，所有的参数包含在一个位于电脑D盘根目录下的数据.xlsx的文件中；另一个界面为加工界面，包括手动控制三轴运行、三轴定位、凸轮曲线调用及分离、手自动切换和自动加工程序文件的调用运行，自动加工程序文件位于电脑D盘根目录下的加工.xlsx的文件中。

所述的PLC采用模块化编程，每个功能模块用一个子程序编写；每个子程序由专用的“M继电器置位”后进行启动，子程序运行完成后将对应的启动“M继电器复位”；上位机通过通信口将相应的启动“M继电器置位”来启动对应的功能模块，将监视其启动M继电器是否复位来判断功能模块是否执行完成。

所述的数据.xlsx中与工件相关的参数均来自于产品图，包括每片凸轮加工的Z轴启始位、Z轴结束位、凸轮顶点X轴坐标值、凸轮顶点角度值、凸轮类型，所述的凸轮类型有进气凸轮、排气凸轮和泵油凸轮三种，不同类型凸轮对应PLC电子凸轮表格中不同的表格地址，并分类按加工片位顺序传送至PLC中指定的内存单元中，以方便PLC编程时实现按加工片位数进行相对寻址编程。

本发明的凸轮车床数控系统中所述的PLC板上包含有ARM单片机和专用的FPGA芯片，共有四个实轴驱动输出另外包括编码器输入通道及虚拟轴通道共10个通道，对于轴的控制采用模式控制编程，共有20个模式号，其内建有8000点容量的电子凸轮表格，可同时存贮多个凸轮表格。其专用FPGA并行实时处理器，高速处理电子凸轮功能而不占用PLC的扫描时间。

其中，20个模式号及功能为：模式0：立即停止，退出设置；模式1：减速停止；模式2：立即运行模式；模式3：预置运行模式；模式4：10,11-14追标参数设置，用于追标和电子凸轮循环复位值参数设置；模式5：修改轴计数器(清零等)，脉冲输出方式，限位方式；模式6：设置最高速度，最低速度，加减速时间；模式7,8,9：高速计数器模式；模式10：高速追标功能的禁止追标区域，目标位置(绝对值)；模式11,12,13,14：高速追标信号模式；模式15：修改中间计数器(清零等)，来源轴(主轴)；模式16：比例可变电子齿轮设置；模式17：电子凸轮：凸轮最大值，表格起点，表格完成点；模式18：非周期式凸轮：启动电子凸轮功能，凸轮偏移，当前值显示；模式19：周期式凸轮：启动凸轮，追标起点，带追标的飞剪滚切；模式20：电子凸轮：凸轮主轴值，从动轴值数据传输。

本发明的凸轮车床数控系统与现有技术相比具有的有益效果是：

⑴、使用本发明的凸轮车床数控系统可以实现一次完成凸轮的加工，不会出现靠模凸轮车床系统因为靠模空间限制而被迫进行分次加工的情况。

⑵、本发明的数控凸轮车床较靠模凸轮车床系统加工效率相仿，但加工精度大大提高。

⑶、本发明的数控凸轮车床较靠模凸轮车床系统产品换型更方便快捷，只需要在数控系统的凸轮车床软件中更换相应的数据.xlsx及加工.xlsx两文件即可。

⑷、本发明的凸轮车床数控系统中头架变频电机没有采用与X轴、Z轴伺服电机同样的电机，而选用了设备成本较低的头架变频电机，配套头架变频器电机驱动器加装有PG卡的设计，可有效降低设备的投入成本，同样可实现数控凸轮车床的加工精度。

⑸、本发明的凸轮车床数控系统中凸轮车床整体结构科学合理，数控系统软件界面友好，容易操作，企业使用本发明的设备投入小，刀具消耗少，可提高企业经济效益。

附图说明

图1为本发明的凸轮车床数控系统中凸轮车床的正面结构示意图。

图2为图1凸轮车床的背面结构示意图。

图3为本发明的凸轮车床数控系统中控制系统方框图。

图4为本发明的上位机中加工软件结构方框图。

图5为本发明中的PLC输入输出结构示意图。

图6为本发明中系统的数据.xlsx示例示意图。

图7为本发明中系统的加工.xlsx示例示意图。

图8为本发明的加工软件的数据传送界面示意图。

图9为本发明的加工软件的加工操作界面示意图。

上述图中：1—操作台，2—同步轮，3—同步带，4—齿轮箱，5—Z轴上限位，6—X轴上限位，7—X轴下限位，8—大拖板，9—头架直联编码器，10—Z轴伺服电机(简称Z轴电机)，11—头架，12—车刀，13—工件，14—中拖板，15—Z轴下限位，16—Z轴传动丝杆，17—车床导轨，18—X轴传动丝杆，19—X轴伺服电机(简称X轴电机)，20—尾座顶尖，21—中心架，22—头架变频电机(简称头架电机)，23—机架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的凸轮车床数控系统作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

实施例1：本发明提供一种凸轮车床数控系统，包括凸轮车床和数控系统。

凸轮车床的结构如图1、2所示。凸轮车床设有机架23，齿轮箱4，操作台1，头架直联编码器9，X轴伺服电机19、Z轴伺服电机10，车刀12和头架变频电机22；在机架23一侧设有齿轮箱4，齿轮箱外侧安装有同步轮2、同步带3、头架直联编码器9和Z轴伺服电机10，齿轮箱下面安装有头架变频电机22，头架变频电机通过同步轮2、同步带3、齿轮箱中的传动机构连接头架11，齿轮箱前方安装有操作台1；机架的另一侧安装有大拖板8、X轴伺服电机19和X轴传动丝杆18，所述的大拖板上安装有中拖板14，X轴伺服电机通过X轴传动丝杆18带动中拖板作前后运动；所述的Z轴伺服电机10的轴上设有Z轴传动丝杆16，Z轴伺服电机通过Z轴传动丝杆带动大拖板8沿车床导轨17作轴向运动；所述的中拖板上方安装有车刀12；所述的头架11夹持固定待加工的工件13，工件的尾部由尾座顶尖20锁紧，中间用中心架21支撑；车刀在X轴上的行程为X轴上限位6与X轴下限位7之间，在Z轴的行程为Z轴上限位5与Z轴下限位15之间。

参见图3，所述的数控系统中的上位机连接PLC，上位机通过RS232串口通讯控制PLC，PLC分别与X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、头架变频电机驱动器、头架直联编码器9和三轴手摇脉冲发生器连接；PLC用于接受上位机输出运动参数及运动指令，PLC带有电子凸轮功能模块，PLC应用电子凸轮功能模块控制X轴与头架直联编码器随动，然后头架11按指定速度旋转，控制车刀12车削加工出凸轮轮廓形状；同时PLC控制Z轴以工进速度运行到完成位，车刀完成整片凸轮的车削过程；以及PLC控制X轴与头架退到安全位置，Z轴快速移到下一个工位，并循环以上凸轮加工过程直至工件中的所有凸轮加工完成。

所述的头架变频电机22用于带动齿轮箱4中的传动机构、头架11和工件13旋转，工件的角度信息通过头架直联编码器9反馈给PLC。

PLC通道分配如下：X轴——CH1、Z轴——CH0、头架轴——CH2、头架轴编码器——CH6、手脉轴——CH7。

所述的数控系统中PLC的CH1输出端口与X轴伺服驱动器连接，用于控制X轴的脉冲和方向端子，X轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接X轴电机；PLC的CH0输出端口与Z轴伺服驱动器连接，用于控制Z轴的脉冲和方向端子，Z轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接Z轴电机；头架变频电机驱动器装有PG卡，PLC的CH2输出端口还与PG卡相连接，用于控制头架变频电机驱动器的脉冲、方向；头架变频电机增量编码器与PG卡相连接用于反馈电机位置信息；PLC与头架变频电机驱动器的“运行”和“脉冲位置使能”端子连接，用于头架变频电机的位置控制模式的使能；PLC还与X轴限位开关连接，用于接收X轴上下限位信号；PLC输入端口与Z轴限位开关连接，用于接收Z轴上下限位信号；PLC输入端口与头架直联编码器输出端连接，用于接收头架直联编码器输出的A、B、Z三相信号；PLC输入端口与三轴手摇脉冲发生器连接，用于接收手脉A、B相、手脉轴、倍率选择信号；PLC输入端口还与Z轴编码器Z相回授信号和三轴的报警信号相连。PLC的输入端口中设有三轴的报警及X轴与Z轴行程的上下限位开关(驱动轴的上下限位开关的接入应根据使用PLC的通道号有相应固定的接入端子)，用于控制定位运行的超程、异常停止，保障设备安全。

参见图4，本数控系统的上位机的加工软件采用VB编写，加工软件包括两个界面，一个为传送界面用于传送凸轮轮廓曲线及一些加工参数、机床参数，所有的参数包含在一个位于电脑D盘根目录下的数据.xlsx的文件中、另一个界面为加工界面，包括手动控制三轴运行、三轴定位、凸轮曲线调用及分离、手自动切换和自动加工程序文件的调用运行，自动加工程序文件位于电脑D盘根目录下的加工.xlsx的文件中。

本实施例中数控系统的上位机选用森克10寸电容屏工业平板电脑，PLC选用中研ZYKD4-56MT型的PLC，X轴、Z轴伺服电机驱动选用台达B3系列2.0KW伺服电机驱动套装，头架变频电机22选用福田7.5KW三相异步变频电机，带2500线增量编码器，头架变频电机驱动器为台达变频器C2000带PG卡，增量编码器与PG卡相连，控制模式采用感应电机磁场导向向量控制+编码器。由PLC发脉冲信号作为位置控制，此时速度控制的精度能达到1000：1，头架变频电机速度的稳定有利时于X轴随动的稳定。

参见图5，本实施例中数控系统所用的上位机通过串口与PLC的COM1口相联，工业平板电脑与PLC的通讯协议为MODBUS ASCII，115200波特率，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。本数控系统中所述的PLC板上包含有ARM单片机和专用的FPGA芯片，共有四轴实轴驱动输出，即CH0～CH3，另外包括编码器输入通道CH6(X0、X1)和CH7(X2、X3)及虚拟轴通道共10个通道，对于轴的控制采用模式控制编程(共有20个模式号)，其内建有8000点容量的电子凸轮表格，可同时存贮多个凸轮表格。其专用FPGA并行实时处理器，能高速处理电子凸轮功能而不占用PLC的扫描时间。

本数控系统中PLC采用模块化编程，每个功能模块用一个子程序编写；每个子程序由专用的“M继电器置位”后进行启动，子程序运行完成后将对应的启动“M继电器复位”；上位机通过通讯口将相应的启动“M继电器置位”来启动对应的功能模块，将监视其启动M继电器是否复位来判断功能模块是否执行完成。

参见图6，为本发明的数控系统的数据.xlsx示例。所述的数据.xls中与工件相关的参数均来自于产品图，包括凸轮类型、凸轮角度图纸值、每片凸轮加工的凸轮X轴进刀位、Z轴启始位、Z轴完成位和片位，所述的凸轮类型有进气凸轮、排气凸轮和油泵凸轮三种，不同类型凸轮对应PLC电子凸轮表格中不同的表格地址，并分类按加工片位顺序传送至PLC中指定的内存单元中，以方便PLC编程时实现按加工片位数进行相对寻址编程。

参见图7，为本系统的加工.xlsx示例。加工.xlsx为普通的电子表格文件，文件的头三行是说明内容，从第4行开始用于执行的指令，有效的程序由标号列、关键字列、参数列、空列及说明列组成。第A列为标号列，如表中的N101～N113等，关键字列(B列)如表中的DW等；参数列(C列)可选，可由1个或2个或3个或无参数列，第F列固定为空列，第G列固定为说明列。标号列固定由字符“N”和3个数字组成，标号可以不按大小顺序排列，但不可重复，以免程序跳转时出错，说明列在程序执行时不起作用，标号、关键字和参数的填写，字母不分大小写，可以有空格，运行程序在读取加工程序文件时，会去除单元格的空格，并将字母转换成大写。关键字有“DW”——片位、“G01”——轴运行、“DY”——电子凸轮调用、“TY”——电子凸轮停用、“M03”——头架旋转、“IF”——完成判断、“GOTO”——跳转到指定标号。“AQ”——X轴安全位置、“JD”——X轴进刀位(即凸轮顶尖坐标)、“QD”——Z轴启动位、“WC”——Z轴完成位，使用这些关键字配合数据.xlsx文件可以实现参数化编程(以加工片位为指针)，自动加工程序文件的编写会显得很简洁易懂。

参见图8，本发明的数控系统的加工软件的数据传送界面。数据传送界面设有升程数据半表和车床参数设定两部分，升程数据半表有12列15行表格，共有2页升程数据半表，用于显示、传送三个类型(“排气”、“进气”和“油泵”凸轮)的电子凸轮表格数据；车床参数设定设有“凸轮补偿”、“角度零偏”、“Z轴工进”、“Z轴快速”、“X轴快速”、“角度最大值”、“Z轴零偏”，“X轴补偿”、“X轴零位坐标值”、“Z轴零位坐标值”，用于相关参数的显示与修改。

参见图9，为本发明的数控系统的加工软件的加工界面。本加工界面设有机床信息、手动控制和加工程序部分。

本发明的凸轮车床数控系统中自动加工凸轮的操作步骤为：

⑴、确定初始加工片位为第一片；

⑵、X轴回退至安全位置；

⑶、Z轴快速运行到加工启始位，且头架旋转至凸轮桃尖位置；

⑷、X轴进到进刀位，即X轴进到桃尖位置，并将X轴位置保存，将其计数器清零为启动电子凸轮功能作准备；

⑸、调用当前片位凸轮曲线，启动电子凸轮功能；

⑹、头架11按指定的S02速度旋转带动工件13旋转；X轴按已被调用的凸轮表格的数据与头架直联编码器9随动运行，车刀12车削出凸轮轮廓形状；

⑺、Z轴以工进速度运行到完成位，刀具完成单个凸轮的加工；

⑻、头架变频电机22停止旋转，停止PLC电子凸轮功能，重新计算X轴坐标值，并且将X轴快速移到安全位置；

⑼、判断是否加工到最后片位，若结束，则头架旋转至准停位置，Z轴运行至准备位，所述的准停位和准备位是便于上下工件的位置；

⑽、若未加工到最后片位，则加工片位指向待加工片数；

⑾、重复步骤⑶～⑽，循环执行直到工件上所有凸轮片位加工完成为止。

实施例2：使用本发明实施例1的凸轮车床数控系统加工凸轮，具体操作过程为：

一、首先完成数据.xlsx及加工.xlsx文件的编写：

本发明中凸轮车床数控系统针对每一种凸轮产品都会用到两个文件，一个数据.xlsx，另一个为加工.xlsx；即图6和图7表。

⑴、根据待加工的凸轮，分辨出待加工的凸轮类型，由产品图提取与工件相关的参数；

⑵、打开上位机中的数据.xlsx电子表格(图6的表)文件：

a:将产品图中三种凸轮的升程数据转换成电子凸轮数据并分别填写到图6的表中的A至C列1至360行，排气凸轮填写在A列、进气凸轮填写在B列、油泵凸轮填写在C列，如无相关凸轮类型可以填写“0”；

b:设定最大加工凸轮片数为24片，在图6表中E列23行填写产品凸轮片数；按照加工顺序，将产品图每片凸轮的轴向启止位置数据分别填写到图6表中I至J列4至27行中，(如实际产品片数不足24片的，余下单元格不填写，以下同)；计算每片凸轮的X轴进刀位并填写到表中H列4至27行(计算方法：根据加工凸轮类型，X轴进刀位等于基圆直径加2倍的最大升程值)；根据每片凸轮类型填写表格首地址到表中G列4至27行；将产品图中每片凸轮桃尖的角度值填写到表中F列4至27行中；

c:将凸轮补偿、角度零偏、Z轴工进速度、Z轴快进速度、X快进速度、角度最大值、Z轴位置补偿、X零位坐标值、Z零位坐标值、X安全位置及X轴补偿值填写到表中E列4至14行中；其中所述的凸轮补偿与单片加工锥度相关；增大角度零偏的值，从尾座向头架方向观察，所有的凸轮桃尖角度会顺时针偏转相应的角度；Z轴和X轴相关的速度设定和机床、工件材料情况相关；角度最大值为头架直联编码器9一周脉冲数的4倍频；Z轴位置补偿值是针对每片Z轴启止位置调整的(向外扩张的值)，Z轴位置补偿值越大，相应加工尺寸会变宽；X零位坐标值根据实际对刀位来选择；Z轴零位坐标值根据Z轴下限位块的位置来调整；X轴补偿值是对凸轮基圆直径作调整用的，X轴补偿值越大，相应的凸轮基圆直径会变大，可以根据试车结果来调整X轴补偿值。

⑶、加工.xlsx(图7的表)的填写：

a:图7的加工.xlsx文件为普通的电子表格文件，(以图7的表为蓝本进行改写；)

b:更改第4行C列的值，可以改变初始加工片位；

c:更改第12行C列的值，可以改变完成片位的设定值；

d:更改第13行C列的值，设值为“+1”时实现依次顺序加工，设值为“+2”时则可实现跳片加工。

⑷、填写数据.xlsx和加工.xlsx后，将填写好的表拷贝到操作台1上的工业平板电脑D盘根目录下。

二、运行上位机凸轮加工软件，在图8传送界面右下角按“返回加工”或在图9加工界面右下角按“转到调整”按钮，可实现传送界面与加工界面的跳转。

①、进入上位机图8传送界面，上位机凸轮加工软件会将操作台工业平板电脑D:\数据.xlsx中数据读入，并将相应数据存入PLC中指定的寄存器中，在图8的“车床参数设定”框中填写修改值，按下“车床参数修改”命令按钮，可以修改相应的参数值，上位机凸轮加工软件会将数据.xlsx中的数据同步进行修改；按下“传送启动”按钮，将“排气”、“进气”、“油泵”三种凸轮表格数据传送到PLC电子凸轮表格中指定的位置。

②、进入上位机图9加工界面后，上位机凸轮加工软件会将D:\加工.xlsx中的第4行及其后的内容读入并存入“加工程序”框中，上位机输出运动参数及运动指令给PLC，PLC带有电子凸轮功能模块，在自动加工工件时，PLC依次执行加工界面中的“加工程序”框中指令；“机床信息”框中显示机床相关的信息；在“手动控制”框中的按钮及输入框在机床手动状态下有效，机床坐标定位要在手动状态下完成，“手脉开”及“手脉关”可以启停手脉功能，按下“手脉开”，移动车刀与工件对刀位表面轻触，按下“手脉关”，然后按下“X轴对刀”，完成X轴定位；然后按“X轴到安全位”，再按“Z轴寻零”，完成Z轴定位；按下“头架正转”和“头架速度1”，让头架旋转一周，即可完成头架定位；三轴定位后，按下“转动自动”按钮，将机床状态转换成自动，按下操作台上的“循环启动”按钮，启动数控凸轮机床进入自动加工状态，依次对存入“加工程序”框中命令进行执行——通过电子凸轮功能模块控制X轴与头架直联编码器随动，头架按指定速度旋转，控制车刀车削加工出凸轮轮廓形状；完成凸轮加工操作；最后X轴回退至安全位置，重复以上过程直到所有凸轮加工完成后，头架旋转至准停位置，Z轴运行至准备位，准停位和准备位是便于上下工件的位置。

③、凸轮加工过程中可按操作台上的“暂停”按钮来退出“自动状态”；如遇紧急情况可按操作台上“急停”按钮来停止三轴运行；如遇系统功能紊乱时可按“系统复位”按钮，会使PLC重启，这时需要重新导入加工数据。

Claims (4)

1.一种凸轮车床数控系统，包括凸轮车床和数控系统，所述的凸轮车床设有机架，齿轮箱，操作台，头架直联编码器，X轴伺服电机，Z轴伺服电机，车刀和头架变频电机；所述的数控系统中设有上位机、PLC、同步X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和头架变频电机驱动器；所述的上位机采用工业平板电脑，上位机与PLC连接，上位机通过RS232串口通讯控制PLC；其特征在于：

所述的凸轮车床的机架一侧设有齿轮箱，齿轮箱外侧安装有同步轮、同步带、头架直联编码器和Z轴伺服电机，齿轮箱下面安装有头架变频电机，头架变频电机通过同步轮、同步带和齿轮箱中的传动机构连接头架，齿轮箱前方安装有操作台；机架的另一侧安装有大拖板、X轴伺服电机和X轴传动丝杆，所述的大拖板上安装有中拖板，X轴伺服电机通过X轴传动丝杆带动中拖板作前后运动；所述的Z轴伺服电机的轴上设有Z轴传动丝杆，Z轴伺服电机通过Z轴传动丝杆带动大拖板沿车床导轨作轴向运动；所述的中拖板上方安装有车刀；所述的头架夹持固定待加工的工件，工件的尾部由尾座顶尖锁紧，中间用中心架支撑；车刀在X轴上的行程为X轴上限位与X轴下限位之间，在Z轴的行程为Z轴上限位与Z轴下限位之间；

所述的数控系统中PLC分别与X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、头架变频电机驱动器、头架直联编码器和三轴手摇脉冲发生器连接；PLC用于接受上位机输出运动参数及运动指令，PLC带有电子凸轮功能模块，PLC应用电子凸轮功能模块通过三轴驱动器控制X轴与头架直联编码器随动，头架按指定速度旋转，控制车刀车削加工出凸轮轮廓形状；同时PLC控制Z轴以工进速度运行到完成位，车刀完成整片凸轮的车削过程；以及PLC控制X轴与头架退到安全位置，Z轴快速移到下一个工位，并循环以上凸轮加工过程直至工件中的所有凸轮加工完成；

所述的数控系统中PLC的CH1输出端口与X轴伺服驱动器连接，用于控制X轴的脉冲和方向端子，X轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接X轴电机；PLC的CH0输出端口与Z轴伺服驱动器连接，用于控制Z轴的脉冲和方向端子，Z轴伺服驱动器通过三相电力电缆和编码器线连接Z轴电机；头架变频电机驱动器装有PG卡，PLC的CH2输出端口还与PG卡相连接，用于控制头架变频电机驱动器的脉冲、方向；头架变频电机增量编码器与PG卡相连接用于反馈电机位置信息；PLC与头架变频电机驱动器的“运行”和“脉冲位置使能”端子相连接，用于头架变频电机的位置控制模式的使能；PLC还与X轴限位开关连接，用于接收X轴上下限位信号；PLC输入端口与Z轴限位开关连接，用于接收Z轴上下限位信号；PLC输入端口与头架直联编码器输出端连接，用于接收头架直联编码器输出的A、B、Z三相信号；PLC输入端口与三轴手摇脉冲发生器连接，用于接收手脉A、B相、手脉轴、倍率选择信号；PLC输入端口还与Z轴编码器Z相回授信号和三轴的报警信号相连；

所述的上位机的加工软件采用VB编写，加工软件包括两个界面，一个为传送界面用于传送凸轮轮廓曲线及加工参数、机床参数，所有的参数包含在一个位于电脑D盘根目录下的数据.xlsx的文件中；另一个界面为加工界面，包括手动控制三轴运行、三轴定位、凸轮曲线调用及分离、手自动切换和自动加工程序文件的调用运行，自动加工程序文件位于电脑D盘根目录下的加工.xlsx的文件中。

2.根据权利要求1所述的凸轮车床数控系统，其特征在于：所述的头架变频电机用于带动齿轮箱中的传动机构、头架和工件旋转，工件的角度信息通过头架直联编码器反馈给PLC。

3.根据权利要求1所述的凸轮车床数控系统，其特征在于：所述的PLC采用模块化编程，每个功能模块用一个子程序编写；每个子程序由专用的“M继电器置位”后进行启动，子程序运行完成后将对应的启动“M继电器复位”；上位机通过通信口将相应的启动“M继电器置位”来启动对应的功能模块，将监视其启动M继电器是否复位来判断功能模块是否执行完成。

4.根据权利要求1所述的凸轮车床数控系统，其特征在于：所述的数据.xlsx中与工件相关的参数均来自于产品图，包括每片凸轮加工的Z轴启始位、Z轴结束位、凸轮顶点X轴坐标值、凸轮顶点角度值、凸轮类型，所述的凸轮类型有进气凸轮、排气凸轮和泵油凸轮三种，不同类型凸轮对应PLC电子凸轮表格中不同的表格地址，并分类按加工片位顺序传送至PLC中指定的内存单元中，以方便PLC编程时实现按加工片位数进行相对寻址编程。

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