基于Trio运动控制器的数控阀芯端面磨床控制方法

李红侠 蒙海军

摘 要：主要介绍了所设计的数控阀芯端面磨床控制方法。研究了阀芯端面磨削方法。研究了采用金刚笔修整砂轮和修整自动补偿方法。采用触摸屏人機对话，采用Trio运动控制器控制，实现了阀芯端面磨削的显示、控制和管理的数控化。

关键词：阀芯端面磨削；Trio运动控制器；砂轮修整及补偿；触摸屏

随着电液伺服阀的广泛应用。伺服阀芯制造工序中的“阀芯四端面与阀套配磨”磨削越来越受到人们的关注。阀芯四个端面磨削传统磨削设备采用机械传动式手动操作工具磨床加工。加工精度差，反复人工对刀，加工效率低，手动修整砂轮，劳动强度大。为了提高配磨阀芯四端面的加工精度及效率，设计了数控阀芯端面磨床及研究了阀芯端面磨削控制方法。

1主要数控轴介绍

（1）Z轴（轴4）：工作台纵向移动；（2）X轴（轴2）：砂轮座横向进给；

（3）轴3：工件主轴（装于Z轴上）；

2端面磨削控制方法研究

（1）精度要求：如图1，1#与3#端面的距离L1±0.005mm；2#与4#端面的距离L2±0.005mm。则Z轴定位精度要求：±0.005mm；端面要求与ΦA外圆垂直。

（2）阀芯端面配磨：磨削前各端面预留有0.1mm的配磨量。一般需经过三次配磨。第一次磨削量约0.05mm（精度要求不高，因人工对刀误差等有关，但要保证各端面充分磨削。）。第一次磨好后，阀芯与阀套装好经液压流量试验台检测各端面的继续磨削量。第二次，第三次为精度磨削直至合格。

（3） 避免Z轴双向磨削间隙对加工精度影响的方法：在Z轴设置一个加工初始位置（Z初坐标）。将Z初放在端面磨削工位及修整工位的一侧。所有机床加工都规定Z轴从Z初出发，每一工序完成都回到Z初，再进行下一工序。

（4）四端面磨削起点坐标的计算：根据砂轮头动态宽度W值（初始宽度W需计量）和1#端面Z轴对刀点坐标和阀芯加工前计量的初始几何尺寸，计算出1#端面～4#端面磨削起点Z轴绝对坐标。

（5）端面磨削X轴进深量：端面磨削高度H=0.6mm，必须外圆ΦA对刀。

（6）端面进刀速度：端面进刀速度与工件主轴转速成正比。单位：mm/每圈。

（7）磨削方式：阀芯与阀套配磨分两种情况：一种是需要四个端面都有一定磨削量；另一种是需要某一端面磨削一定的量。所以设计磨削方式为：连续磨削方式和单端磨削方式。单端磨削方式时需选择端面号，则只对选择的端面号进行磨削。

（8）正常磨削和返修磨削：首次磨削1 #～ 4#端面，磨削量为人机设置的进给量，为正常磨削。磨削完，控制器要记忆当前四端面已磨削了的量。当选择返修磨削时，记忆上次已磨削量位置再按照新计算好的磨削量磨削。避免了空刀磨削浪费时间。磨削下一件阀芯时，必须再设置为正常磨削。

（9）端面磨削流程：X轴回零、Z轴从Z初至某端面磨削起点再让刀0.05mm、X轴至磨削起点、X轴快进10 mm至ΦA外圆、X轴进深H=0.6mm、Z轴以进刀速度进给（0.05 mm +进刀量）。磨削完光刀3～5圈，Z轴退刀0.03mm、X轴退出回零、Z轴回Z初位置。

3砂轮形状修整研究

根据阀芯的工艺确定砂轮头形状。新砂轮外形为φ400×10。砂轮头修整为如图2，砂轮头局部长方形H1×W（例如7mm×4mm）。W

（1）金刚笔选取及安装：两只粉末φ6金刚笔（与Z轴运动方向平行安装）修整砂轮头左右两侧面，用粉末金刚笔的端面修整砂轮头端面，粉末金刚笔外圆修整砂轮头根部底面。另1只颗粒φ6金刚笔（与Z轴运动方向垂直安装）修整砂轮底面。三只金刚笔装在Z轴上。

（2）砂轮头高H1：满足H3=H1-φ6，且H3>H=0.6mm，其中H3表示φ6粉末金刚笔修出砂轮底面的高度，因为高度H3范围的端面与砂轮底面垂直性好。使用该段砂轮端面磨削阀芯端面。

（3）砂轮底面修整及砂轮恒线速控制：新砂轮装好，底面金刚笔对刀，接触砂轮底面确定X新坐标（输入人机）。以后在手动方式下修整砂轮底面，确定修整好的位置 X动态坐标（输入人机）。计算式：D动态直径=400-2*（ X动态- X新），控制器自动计算出当前砂轮的动态线速度。

（4）修整自动补偿：砂轮头两侧面修整一次，砂轮头宽度就变化，左右金刚

笔修整起点坐标就需要补偿。阀芯各端面磨削起点坐标也需要补偿。计算式，

P=P+S，其中P表示累计修整量，S表示每次修整量。通过P值对四端面磨削

起点坐标及修整起点坐标补偿。当砂轮头宽度越来越窄无法使用时，将砂轮

头打掉，重新修整砂轮头形状。

（5）砂轮修整流程：X轴回零、Z轴从Z初至右笔修整起点（让刀0.5mm）、Z轴进给修整量、X轴以修整速度进给（0.5+H1） mm、Z轴退出0.03 mm、X轴退出回零、Z轴回Z初位置。左侧修整同右侧。

4人机触摸屏界面端面侧入量动态显示功能

（1）如端面侧入量人机显示为0 mm，表示砂轮端面与阀芯端面刚好接触。此时听到磨削音，则可以判断磨削量精度好。（2）如显示0.002mm听到磨削音，则判断磨削量将少0.002mm。（3）如显示-0.002mm听到磨削音，则判断磨削量多磨0.002mm。可以监视端面磨削精度。

结论：阀芯端面磨削控制方法合理，实现了数控化。提高了加工精度及效率。人机界面图文并茂参数设置直观方便，端面侧入量动态显示方便监视加工精度。但人工对刀需要操作人员的熟练程度和技能。以后向自动对刀的智能化发展。