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大型磨齒機的數控化改造

文章介紹了采用NUM 系統對ZSTZ25磨齒機改造的一種方法，同時(shí)介紹了這次改造的特點(diǎn)和改造后的效果，闡述了磨齒機數控化改造的可行性和技術(shù)要點(diǎn)。
磨齒機是一種復雜的精密機床。在我國，大型磨齒機一直依賴(lài)進(jìn)口，這些磨齒機大多采用錐形砂輪，按照展成原理磨削。直到20世紀90年代后期，才逐漸有成形磨齒機進(jìn)入我國。由于當時(shí)技術(shù)條件限制，90年代以前進(jìn)入我國的磨齒機，其電氣系統和液壓系統都存在很多不可靠因素，嚴重影響了正常使用，不少廠(chǎng)家都提出了對這類(lèi)機床進(jìn)行改造的要求。
1999年，中國第一重型機械集團公司，對一臺ZSTZ25磨齒機提出改造，經(jīng)過(guò)多次交流和可行性論證，交由秦川發(fā)展技術(shù)研究院承擔這項改造任務(wù)。該研究院具有雄厚的磨齒機研發(fā)能力和機床調修經(jīng)驗。
1 技術(shù)參數及故障現象
中國一重的ZSTZ25磨齒機是1990年進(jìn)口的，由當時(shí)德國Nilse公司生產(chǎn)。其規格為:最大工件模數m=34mm：最大工件直徑?2500mm：最大磨削行程長(cháng)度1250mm：最大切向進(jìn)給量（單面）20mm。
該機床已經(jīng)具備了PLC程控和簡(jiǎn)單數控的功能。其主要故障表現在以下幾個(gè)方面:（1）砂輪磨削行程動(dòng)作極不穩定，常伴隨劇烈抖動(dòng)，不能正常工作，并造成小滑座導軌嚴重拉傷，調整絲桿拉斷：（2）電氣控制系統故障率極高，缺乏備件，出現故障后難以修復：（3）工作臺靜壓控制失效，工作臺浮起量不能自動(dòng)調節。
2 改造方案
根據上述故障現象，機床電氣部分和液壓電控部分必須全部更新，因此采用了數控化改造方案:
1、數控系統采用法國NUM公司的1060系統，這是因為該系統有利于滿(mǎn)足磨齒機特殊功能要求：
2、采用了交流伺服電動(dòng)機和驅動(dòng)器：
3、展成電動(dòng)機，分度電動(dòng)機，左、右切向進(jìn)給電動(dòng)機和砂輪修整器電動(dòng)機均換為交流伺服電動(dòng)機：
4、砂輪磨削行程運動(dòng)也由數控系統控制，成為一根液壓伺服軸：
5、工作臺靜壓控制由NUM數控系統的模擬量輸入、輸出口控制。
這樣，這臺ZSTZ25磨齒機就變?yōu)橐慌_具有6根數控軸的新型機床。
3 改造的特點(diǎn)
1.充分利用了NUM1060系統的動(dòng)態(tài)操作功能:
a砂輪磨削行程運動(dòng)是一種與展成運動(dòng)無(wú)關(guān)的往復運動(dòng)，即在執行G01插補運動(dòng)的同時(shí)，滑座（Z軸）獨自運動(dòng)，不受其它可執行程序的影響。這里運用了NUM系統提供的多種動(dòng)態(tài)操作，把正弦運動(dòng)規律傳給外部變量，使Z軸運動(dòng)起來(lái)：
b砂輪磨削行程的速度也由動(dòng)態(tài)操作完成，在程序中改變增量值就可方便地改變磨削行程的速度：
c為保持原機床的特色[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，運用動(dòng)態(tài)操作和插補指令，使Z軸在磨削行程運動(dòng)的同時(shí)，又使磨削行程中心與展成運動(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床操作習慣，使原操作工人能很方便地掌握改造后的機床:
a小操作盒的界面和符號設計完全與原機床一樣，雖然各種調整動(dòng)作是由各個(gè)程序實(shí)現的，但操作者感覺(jué)與原機床設計沒(méi)有什么不同。這里大量應用了PLC調用CNC程序的方法：
b大操作面板上的動(dòng)作按鈕的設置也基本與原機床相一致：
c設置了計數復位功能。在自動(dòng)磨削過(guò)程中，可象外接計數器一樣將計數復位。
3磨削工件的參數和工作循環(huán)參數均在系統屏幕上設置。工件參數包括齒數、模數、壓力角、螺旋角和齒寬等。工作參數包括磨削行程長(cháng)度、行程速度、磨削圈數、每圈進(jìn)給量和砂輪修整參數等。使工人操作極為方便。
4由CNC系統控制的液壓伺服，使磨削行程運動(dòng)十分平穩。改造后，根據其主泵的功率、流量和壓力關(guān)系，向用戶(hù)提供了行程速度和行程長(cháng)度的關(guān)系圖表，充分利用了系統能力，大大提高了生產(chǎn)效率。
5工作臺靜壓系統采用了NUM數控系統的PLC進(jìn)行自適應控制，使工件重量在0～30t范圍內變化，工作臺的浮起量保持在一定數量之內。
6改造后的機床具有完善的系統報警功能，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(shí)鳴笛，提醒操作者及時(shí)處理:
a警告性報警。機床暫不停機，提示操作者檢查有關(guān)故障點(diǎn)，如能得到及時(shí)維護，仍將正常運行：
b二級故障。這類(lèi)故障的出現表明機床已不能正常工作，這時(shí)機床顯示報警號，并鳴笛示警，同時(shí)按照相應的退出程序結束運行：
c當緊急故障發(fā)生后，機床將立即停機。
可靠的安全保護程序:改造后的機床具有兩種安全性保護程序，當故障出現后可按程序中斷方式或緊急回退方式使機床部件處于安全位置和狀態(tài)后再行停機，這樣可有效地保證工件不會(huì )報廢，保護機床不會(huì )受到破壞。
4 結束語(yǔ)
這臺機床是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，數控系統、伺服單元、靜壓系統和液壓伺服系統一直處于穩定狀態(tài)。
總之，一重ZSTZ25磨齒機數控化改造是成功的，這種方法同樣可用于其它磨齒機、滾齒機和其它精密機床的改造。

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