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大型磨齒機的數(shù)控化改造

文章介紹了采用NUM 系統(tǒng)對ZSTZ25磨齒機改造的一種方法，同時介紹了這次改造的特點和改造后的效果，闡述了磨齒機數(shù)控化改造的可行性和技術(shù)要點。
磨齒機是一種復(fù)雜的精密機床。在我國，大型磨齒機一直依賴進(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(jì)90年代后期，才逐漸有成形磨齒機進(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，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(diào)修經(jīng)驗。
1 技術(shù)參數(shù)及故障現(xiàn)象
中國一重的ZSTZ25磨齒機是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)，這是因為該系統(tǒng)有利于滿足磨齒機特殊功能要求：
2、采用了交流伺服電動機和驅(qū)動器：
3、展成電動機，分度電動機，左、右切向進(jìn)給電動機和砂輪修整器電動機均換為交流伺服電動機：
4、砂輪磨削行程運動也由數(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磨齒機就變?yōu)橐慌_具有6根數(shù)控軸的新型機床。
3 改造的特點
1.充分利用了NUM1060系統(tǒng)的動態(tài)操作功能:
a砂輪磨削行程運動是一種與展成運動無關(guān)的往復(fù)運動，即在執(zhí)行G01插補運動的同時，滑座（Z軸）獨自運動，不受其它可執(zhí)行程序的影響。這里運用了NUM系統(tǒng)提供的多種動態(tài)操作，把正弦運動規(guī)律傳給外部變量，使Z軸運動起來：
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，運用動態(tài)操作和插補指令，使Z軸在磨削行程運動的同時，又使磨削行程中心與展成運動（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床操作習(xí)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(shè)計完全與原機床一樣，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床設(shè)計沒有什么不同。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)置也基本與原機床相一致：
c設(shè)置了計數(shù)復(fù)位功能。在自動磨削過程中，可象外接計數(shù)器一樣將計數(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。機床暫不停機，提示操作者檢查有關(guān)故障點，如能得到及時維護(hù)，仍將正常運行：
b二級故障。這類故障的出現(xiàn)表明機床已不能正常工作，這時機床顯示報警號，并鳴笛示警，同時按照相應(yīng)的退出程序結(jié)束運行：
c當(dāng)緊急故障發(fā)生后，機床將立即停機。
可靠的安全保護(hù)程序:改造后的機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報廢，保護(hù)機床不會受到破壞。
4 結(jié)束語
這臺機床是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磨齒機數(shù)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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