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      0 引言

      近幾年，我國汽車工業(yè)得到了飛速發(fā)展，對發(fā)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(zhì)量和生產(chǎn)效率也成為了各個汽車工業(yè)企業(yè)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(shù)控凸輪軸磨削加工精度若干因素的基礎上，研究數(shù)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(zhì)量具有重要意義。

      1 影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度的若干因素

      在數(shù)控凸輪軸磨削加工的過程中，能夠?qū)ζ渚犬a(chǎn)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(tǒng)和伺服系統(tǒng)參數(shù)。

      1）伺服系統(tǒng)參數(shù)對凸輪軸數(shù)控磨削的影響。

      伺服系統(tǒng)參數(shù)對凸輪軸數(shù)控磨削的影響主要是由伺服系統(tǒng)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(nèi)目前伺服系統(tǒng)的類型主要可以分為4 種，即開環(huán)位置伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)、全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)和混合閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)。根據(jù)目前的應用情況，半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)的應用是最為廣泛的。主要是因為該類型的伺服系統(tǒng)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(tǒng)相對于其他系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的性能之外，機械傳動系統(tǒng)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(tǒng)的控制范圍內(nèi)，機械傳動部分就會產(chǎn)生誤差，影響凸輪軸的加工精度。除此之外，機械傳動系統(tǒng)本身的質(zhì)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(zhì)量，工作人員必須根據(jù)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(yōu)化措施。

      2 提高凸輪軸磨削加工精度的措施

      根據(jù)上文對影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度若干因素的分析，工作人員根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)所導致的誤差，建立相應的數(shù)學模型與補償是不容忽視的。通常情況下，構(gòu)成機械傳動系統(tǒng)數(shù)學模型主要包括兩個部分，即砂輪架系統(tǒng)和工件旋轉(zhuǎn)軸。其中，砂輪架系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)加以等價簡化。砂輪架機械的具體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。 

      其次，對于機械傳動系統(tǒng)數(shù)學模型的構(gòu)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(xiàn)象。為了能夠?qū)⒃搯栴}有效解決，首先要對機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tài)特性進行實驗，然后觀察具體的實驗結(jié)果。從對實驗結(jié)果的分析，實驗人員發(fā)現(xiàn)，導致凸輪軸出現(xiàn)多棱邊現(xiàn)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(tǒng)的動態(tài)特性，此外還有一部分原因是由于伺服系統(tǒng)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(yōu)化，彌補當前系統(tǒng)某些特性的不足。

      2）對伺服系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化措施。對伺服系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化，首先要確保系統(tǒng)精度能夠滿足凸輪軸加工精度的需求，這就必須對系統(tǒng)進行必要的校正。應用于伺服系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)一個難點的PID 參數(shù)的精確調(diào)整，而且還能夠從根本上提高凸輪軸的磨削質(zhì)量。其次，還要根據(jù)實際需求對伺服系統(tǒng)進行分析、建模。在建模過程中，能夠?qū)ο到y(tǒng)特性產(chǎn)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?qū)⒖刂葡到y(tǒng)的實際動態(tài)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)的參數(shù)進行優(yōu)化，提高凸輪軸加工的精度。

      3 結(jié)語

      綜上所述，隨著我國現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，凸輪軸作為汽車發(fā)動機和其他內(nèi)燃機的重要零件，其加工質(zhì)量必然會得到越來越高的重視。為了確保其質(zhì)量能夠滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的需求，在未來的時間里，相關工作人員必須對影響數(shù)控凸輪軸磨削加工精度的若干因素進行全面系統(tǒng)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(yōu)化，以此來更好地提高零件加工的質(zhì)量。