大型磨齒機(jī)的數(shù)控化改造
2010-05-07 10:19:24
文章介紹了采用NUM 系統(tǒng)對ZSTZ25磨齒機(jī)改造的一種方法，同時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，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。由于當(dāng)時技術(shù)條件限制，90年代以前進(jìn)入我國的磨齒機(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，不少廠家都提出了對這類機(jī)床進(jìn)行改造的要求。
1999年，中國第一重型機(jī)械集團(tuán)公司，對一臺ZSTZ25磨齒機(jī)提出改造，經(jīng)過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
中國一重的ZSTZ25磨齒機(jī)是1990年進(jìn)口的，由當(dāng)時德國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程控和簡單數(shù)控的功能。其主要故障表現(xiàn)在以下幾個方面:（1）砂輪磨削行程動作極不穩(wěn)定，常伴隨劇烈抖動，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）工作臺靜壓控制失效，工作臺浮起量不能自動調(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機(jī)和驅(qū)動器：
3、展成電動機(jī)，分度電動機(jī)，左、右切向進(jìn)給電動機(jī)和砂輪修整器電動機(jī)均換為交流伺服電動機(jī)：
4、砂輪磨削行程運(yùn)動也由數(shù)控系統(tǒng)控制，成為一根液壓伺服軸：
5、工作臺靜壓控制由NUM數(shù)控系統(tǒng)的模擬量輸入、輸出口控制。
這樣，這臺ZSTZ25磨齒機(jī)就變?yōu)橐慌_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)的動態(tài)操作功能:
a砂輪磨削行程運(yùn)動是一種與展成運(yùn)動無關(guān)的往復(fù)運(yùn)動，即在執(zhí)行G01插補(bǔ)運(yùn)動的同時，滑座（Z軸）獨(dú)自運(yùn)動，不受其它可執(zhí)行程序的影響。這里運(yùn)用了NUM系統(tǒng)提供的多種動態(tài)操作，把正弦運(yùn)動規(guī)律傳給外部變量，使Z軸運(yùn)動起來：
b砂輪磨削行程的速度也由動態(tài)操作完成，在程序中改變增量值就可方便地改變磨削行程的速度：
c為保持原機(jī)床的特色[即在展成磨削過程中，要隨時進(jìn)行手動（Jog）進(jìn)刀]，這里運(yùn)用了動態(tài)操作方法，使左、右齒面切向進(jìn)刀（U軸和V軸）能在任何時間進(jìn)行。
d在位移磨削程序中，運(yùn)用動態(tài)操作和插補(bǔ)指令，使Z軸在磨削行程運(yùn)動的同時，又使磨削行程中心與展成運(yùn)動（X軸）相關(guān)聯(lián)，在磨斜齒輪時可提高工作效率。
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設(shè)計(jì)完全與原機(jī)床一樣，雖然各種調(diào)整動作是由各個程序?qū)崿F(xiàn)的，但操作者感覺與原機(jī)床設(shè)計(jì)沒有什么不同。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。在自動磨削過程中，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)報警功能，建立了三級報警功能，報警號和故障點(diǎn)顯示在屏幕上，同時鳴笛，提醒操作者及時處理:
a警告性報警。機(jī)床暫不停機(jī)，提示操作者檢查有關(guān)故障點(diǎn)，如能得到及時維護(hù)，仍將正常運(yùn)行：
b二級故障。這類故障的出現(xiàn)表明機(jī)床已不能正常工作，這時機(jī)床顯示報警號，并鳴笛示警，同時按照相應(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報廢，保護(hù)機(jī)床不會受到破壞。
4 結(jié)束語
這臺機(jī)床是2000年8月改造完成的，經(jīng)過一年半多時間的生產(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<
