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1. 引言
ZSTZ15磨齒機(jī)，系德國(guó) NILES公司80年代的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)以PC603及其I/O為核心，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的展成、分度、立柱、切向進(jìn)磨均采用直流驅(qū)動(dòng)器和直流伺服電機(jī)，滑枕沖程控制為電液伺服驅(qū)動(dòng)。因電氣及液壓系統(tǒng)老化、PLC系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)機(jī)，故障率逐年增高，液壓伺服系統(tǒng)因變量泵、伺服缸、溢流閥等元件磨損，系統(tǒng)的內(nèi)泄和外泄均很嚴(yán)重，常因壓力降低而不能工作，尤其是三九和三伏天系統(tǒng)常常出現(xiàn)故障，沖程速度因壓力的降低，只能達(dá)到40次/分鐘，僅是原來(lái)的2/3，機(jī)床效率大為下降、機(jī)床的加工精度也受到影響。加工的齒輪多數(shù)都在10級(jí)左右，已不能滿足公司生產(chǎn)發(fā)展的需要。
采用法國(guó)產(chǎn)NUM Axium Power 1050全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了改造，使這臺(tái)已經(jīng)工作了近20年的老設(shè)備重新煥發(fā)了青春。
2. 數(shù)控化改造思路
2.1 數(shù)控系統(tǒng)
用當(dāng)代最先進(jìn)的全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)之一，法國(guó)NUM公司生產(chǎn)的NUM Axium Power 1050G全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)及其全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造原來(lái)的PC603工控機(jī)及其PLC系統(tǒng)及其直流伺服驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)對(duì)于高性能的機(jī)床非常理想，NUM Axium Power 1050是一個(gè)多處理器的CNC，每2毫秒處理一次的路徑產(chǎn)生及跟隨，以及0.2毫秒的位置環(huán)刷新周期。具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，采用10.4寸彩色液晶顯示器。
2.2 取消機(jī)械掛輪
取消原機(jī)床的機(jī)械掛輪及左、右齒面進(jìn)給電機(jī)，展成運(yùn)動(dòng)和左、右齒面進(jìn)給改為由NUM數(shù)控系統(tǒng)及其全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制X軸和C軸聯(lián)動(dòng)，用NUM系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)操作功能，通過(guò)復(fù)雜運(yùn)算自動(dòng)生成電子掛輪，取消了低精度的機(jī)械掛輪，減少機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)以確保展成運(yùn)動(dòng)關(guān)系的精確。
2.3 開(kāi)發(fā)友好的人工界面
開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)界面、砂輪參數(shù)界面、修整磨和循環(huán)磨界面，通過(guò)人機(jī)界面可以方便的修改齒輪參數(shù)、工藝參數(shù)。自動(dòng)生成沖程長(zhǎng)度、沖程速度、展成長(zhǎng)度及展成速度等相關(guān)參數(shù)，簡(jiǎn)化了加工前各種不同規(guī)格齒輪的計(jì)算及調(diào)整時(shí)間，簡(jiǎn)化了操作，提高了加工效率。
2.4 改造沖程液壓伺服系統(tǒng)
利用德國(guó)博士伺服閥和力士樂(lè)變量泵更新改造沖程液壓伺服系統(tǒng)，采用英國(guó)NEWALL球柵尺作沖程位置反饋，使ZSTZ15磨齒機(jī)升級(jí)為全新的數(shù)控磨齒機(jī)。
2.5 將原立柱移動(dòng)（Y軸）、砂輪補(bǔ)償（W軸）改為NUM數(shù)控系統(tǒng)及其交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制。
3. 系統(tǒng)硬件配置
3.1 數(shù)控系統(tǒng)
MUM Auium POWER 1050 with coprocessor GS
10.4”LCDcolor screen(FS20)
Industry QWERTY CNC keyboard(KBD30)
Machine panel(MP02)
Optical fiber 15m
OEM handwheel unit
3.2 數(shù)控系統(tǒng)原理框圖如下：
4. 軟件設(shè)計(jì)
4.1 NC 程序設(shè)計(jì)
利用 NUM 系統(tǒng)獨(dú)有的動(dòng)態(tài)操作功能，編制程序生成電子掛輪，確保 X 軸和 C 軸的精確運(yùn)動(dòng)，滿足圓柱漸開(kāi)線齒輪的齒形需要。
4.2 PLC 程序設(shè)計(jì)
多任務(wù)的PLC程序，提高了PLC程序的編寫和可讀性，共設(shè)計(jì)了%TS0循環(huán)任務(wù)模塊、%INI初始化任務(wù)模塊和%SP1、%SP2、%SP3、%SP4、%SP5、%SP6六個(gè)子程序模塊。將機(jī)床的啟動(dòng)、使能、軸控制、輔助功能、報(bào)警信息等編制成不同的模塊。程序結(jié)構(gòu)合理、層次清晰。
4.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)
利用MMITOOL軟件開(kāi)發(fā)友好的人工界面，設(shè)計(jì)出主界面、齒輪參數(shù)界面、修整磨界面、砂輪界面、自動(dòng)循環(huán)界面、報(bào)警界面。
4.3.1 齒輪參數(shù)界面
圖1為齒輪參數(shù)界面，操作者只需按照齒輪加工圖紙，在操作臺(tái)的鍵盤上，輸入有關(guān)的數(shù)據(jù)（如齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、齒寬等）后，就能自動(dòng)生成展程長(zhǎng)度、展程速度、沖程長(zhǎng)度、沖程速度等加工參數(shù)，不需要再編制零件程序，即可進(jìn)行齒輪加工，操作簡(jiǎn)單可靠。
圖1 參數(shù)界面
根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)可以對(duì)自動(dòng)生成的各參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足加工的需要。
4.3.2 修整磨界面
修整磨界面即半自動(dòng)界面，在此界面可以對(duì)找正后的齒輪進(jìn)行試磨削，也可以進(jìn)行單齒磨削和多齒磨削。
圖2 修整磨界面
4.3.3自動(dòng)循環(huán)界面
圖3為自動(dòng)循環(huán)界面，在自動(dòng)循環(huán)界面可以對(duì)磨削量進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。顯示加工循環(huán)圈數(shù)、當(dāng)前加工狀態(tài)、齒輪參數(shù)、各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、當(dāng)前的磨削量和總磨削量�？煽刂茮_程液壓伺服系統(tǒng)的油溫。
圖3 自動(dòng)循環(huán)界面
4.3.4 手動(dòng)界面
圖4 手動(dòng)界面
見(jiàn)圖4，在手動(dòng)界面可對(duì)機(jī)床的X軸、C軸、Y軸、W軸、Z軸進(jìn)行單獨(dú)控制，配備的手輪方便了精確對(duì)刀�？梢苑奖愕匦薷臎_程長(zhǎng)度、展成速度、展成長(zhǎng)度值。操作者可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接輸入左右齒面間隙，加快對(duì)刀進(jìn)程。
4.3.5 砂輪修整界面
圖5 砂輪修整界面
在砂輪修整界面可以顯示出砂輪的當(dāng)前直徑，輸入每次的修整量和修整次數(shù)，還可以較正砂輪的當(dāng)前直徑。
4.3.6 報(bào)警界面
對(duì)機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的故障報(bào)警并顯示在屏幕上，方便了維修。
5. 沖程液壓伺服系統(tǒng)
沖程液壓伺服原理框圖如下圖：
6. 結(jié)束語(yǔ)
NUM Axium Power 1050全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)在歐洲和美國(guó)以軍工和航天工業(yè)的大量應(yīng)用而著稱于世，是當(dāng)代最先進(jìn)的全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)之一。它在ZSTZ15磨齒機(jī)的數(shù)控化改造中得以應(yīng)用。不但提高了生產(chǎn)效率近一倍，同時(shí)提高了機(jī)床的加工精度，提高了操作工人的收入，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)效益。開(kāi)創(chuàng)了利用NUM系統(tǒng)，以取消機(jī)械掛輪的模式改造大型磨齒機(jī)的先河，在磨齒機(jī)改造方面取得了突破。 |
