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大型磨齒機(jī)的數(shù)控化改造

文章介紹了采用NUM 系統(tǒng)對(duì)ZSTZ25磨齒機(jī)改造的一種方法，同時(shí)介紹了這次改造的特點(diǎn)和改造后的效果，闡述了磨齒機(jī)數(shù)控化改造的可行性和技術(shù)要點(diǎn)。
磨齒機(jī)是一種復(fù)雜的精密機(jī)床。在我國(guó)，大型磨齒機(jī)一直依賴進(jìn)口，這些磨齒機(jī)大多采用錐形砂輪，按照展成原理磨削。直到20世紀(jì)90年代后期，才逐漸有成形磨齒機(jī)進(jìn)入我國(guó)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，90年代以前進(jìn)入我國(guó)的磨齒機(jī)，其電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)都存在很多不可靠因素，嚴(yán)重影響了正常使用，不少?gòu)S家都提出了對(duì)這類機(jī)床進(jìn)行改造的要求。
1999年，中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司，對(duì)一臺(tái)ZSTZ25磨齒機(jī)提出改造，經(jīng)過(guò)多次交流和可行性論證，交由秦川發(fā)展技術(shù)研究院承擔(dān)這項(xiàng)改造任務(wù)。該研究院具有雄厚的磨齒機(jī)研發(fā)能力和機(jī)床調(diào)修經(jīng)驗(yàn)。
1 技術(shù)參數(shù)及故障現(xiàn)象
中國(guó)一重的ZSTZ25磨齒機(jī)是1990年進(jìn)口的，由當(dāng)時(shí)德國(guó)Nilse公司生產(chǎn)。其規(guī)格為:最大工件模數(shù)m=34mm：最大工件直徑?2500mm：最大磨削行程長(zhǎng)度1250mm：最大切向進(jìn)給量（單面）20mm。
該機(jī)床已經(jīng)具備了PLC程控和簡(jiǎn)單數(shù)控的功能。其主要故障表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）砂輪磨削行程動(dòng)作極不穩(wěn)定，常伴隨劇烈抖動(dòng)，不能正常工作，并造成小滑座導(dǎo)軌嚴(yán)重拉傷，調(diào)整絲桿拉斷：（2）電氣控制系統(tǒng)故障率極高，缺乏備件，出現(xiàn)故障后難以修復(fù)：（3）工作臺(tái)靜壓控制失效，工作臺(tái)浮起量不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。
2 改造方案
根據(jù)上述故障現(xiàn)象，機(jī)床電氣部分和液壓電控部分必須全部更新，因此采用了數(shù)控化改造方案:
1、數(shù)控系統(tǒng)采用法國(guó)NUM公司的1060系統(tǒng)，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)有利于滿足磨齒機(jī)特殊功能要求：
2、采用了交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器：
3、展成電動(dòng)機(jī)，分度電動(dòng)機(jī)，左、右切向進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和砂輪修整器電動(dòng)機(jī)均換為交流伺服電動(dòng)機(jī)：
4、砂輪磨削行程運(yùn)動(dòng)也由數(shù)控系統(tǒng)控制，成為一根液壓伺服軸：
5、工作臺(tái)靜壓控制由NUM數(shù)控系統(tǒng)的模擬量輸入、輸出口控制。
這樣，這臺(tái)ZSTZ25磨齒機(jī)就變?yōu)橐慌_(tái)具有6根數(shù)控軸的新型機(jī)床。
3 改造的特點(diǎn)
1.充分利用了NUM1060系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)操作功能:
a砂輪磨削行程運(yùn)動(dòng)是一種與展成運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即在執(zhí)行G01插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，滑座（Z軸）獨(dú)自運(yùn)動(dòng)，不受其它可執(zhí)行程序的影響。這里運(yùn)用了NUM系統(tǒng)提供的多種動(dòng)態(tài)操作，把正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律傳給外部變量，使Z軸運(yùn)動(dòng)起來(lái)：
b砂輪磨削行程的速度也由動(dòng)態(tài)操作完成，在程序中改變?cè)隽恐稻涂煞奖愕馗淖兡ハ餍谐痰乃俣龋?/span>
c為保持原機(jī)床的特色[即在展成磨削過(guò)程中，要隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)（Jog）進(jìn)刀]，這里運(yùn)用了動(dòng)態(tài)操作方法，使左、右齒面切向進(jìn)刀（U軸和V軸）能在任何時(shí)間進(jìn)行。
d在位移磨削程序中，運(yùn)用動(dòng)態(tài)操作和插補(bǔ)指令，使Z軸在磨削行程運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又使磨削行程中心與展成運(yùn)動(dòng)（X軸）相關(guān)聯(lián)，在磨斜齒輪時(shí)可提高工作效率。
2各種操作盡量保留了原機(jī)床操作習(xí)慣，使原操作工人能很方便地掌握改造后的機(jī)床:
a小操作盒的界面和符號(hào)設(shè)計(jì)完全與原機(jī)床一樣，雖然各種調(diào)整動(dòng)作是由各個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)的，但操作者感覺(jué)與原機(jī)床設(shè)計(jì)沒(méi)有什么不同。這里大量應(yīng)用了PLC調(diào)用CNC程序的方法：
b大操作面板上的動(dòng)作按鈕的設(shè)置也基本與原機(jī)床相一致：
c設(shè)置了計(jì)數(shù)復(fù)位功能。在自動(dòng)磨削過(guò)程中，可象外接計(jì)數(shù)器一樣將計(jì)數(shù)復(fù)位。
3磨削工件的參數(shù)和工作循環(huán)參數(shù)均在系統(tǒng)屏幕上設(shè)置。工件參數(shù)包括齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角和齒寬等。工作參數(shù)包括磨削行程長(zhǎng)度、行程速度、磨削圈數(shù)、每圈進(jìn)給量和砂輪修整參數(shù)等。使工人操作極為方便。
4由CNC系統(tǒng)控制的液壓伺服，使磨削行程運(yùn)動(dòng)十分平穩(wěn)。改造后，根據(jù)其主泵的功率、流量和壓力關(guān)系，向用戶提供了行程速度和行程長(zhǎng)度的關(guān)系圖表，充分利用了系統(tǒng)能力，大大提高了生產(chǎn)效率。
5工作臺(tái)靜壓系統(tǒng)采用了NUM數(shù)控系統(tǒng)的PLC進(jìn)行自適應(yīng)控制，使工件重量在0～30t范圍內(nèi)變化，工作臺(tái)的浮起量保持在一定數(shù)量之內(nèi)。
6改造后的機(jī)床具有完善的系統(tǒng)報(bào)警功能，建立了三級(jí)報(bào)警功能，報(bào)警號(hào)和故障點(diǎn)顯示在屏幕上，同時(shí)鳴笛，提醒操作者及時(shí)處理:
a警告性報(bào)警。機(jī)床暫不停機(jī)，提示操作者檢查有關(guān)故障點(diǎn)，如能得到及時(shí)維護(hù)，仍將正常運(yùn)行：
b二級(jí)故障。這類故障的出現(xiàn)表明機(jī)床已不能正常工作，這時(shí)機(jī)床顯示報(bào)警號(hào)，并鳴笛示警，同時(shí)按照相應(yīng)的退出程序結(jié)束運(yùn)行：
c當(dāng)緊急故障發(fā)生后，機(jī)床將立即停機(jī)。
可靠的安全保護(hù)程序:改造后的機(jī)床具有兩種安全性保護(hù)程序，當(dāng)故障出現(xiàn)后可按程序中斷方式或緊急回退方式使機(jī)床部件處于安全位置和狀態(tài)后再行停機(jī)，這樣可有效地保證工件不會(huì)報(bào)廢，保護(hù)機(jī)床不會(huì)受到破壞。
4 結(jié)束語(yǔ)
這臺(tái)機(jī)床是2000年8月改造完成的，經(jīng)過(guò)一年半多時(shí)間的生產(chǎn)考核，工作十分正常，數(shù)控系統(tǒng)、伺服單元、靜壓系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。
總之，一重ZSTZ25磨齒機(jī)數(shù)控化改造是成功的，這種方法同樣可用于其它磨齒機(jī)、滾齒機(jī)和其它精密機(jī)床的改造。

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