《磨齿机数控改造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磨齿机数控改造（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、NUM全数字数控系统在ZSTZ15磨齿机的数控化改造中的应用2008-6-6 11:48:00来源：中国自动化网1. 引言我公司于1989年从德国引进的ZSTZ15磨齿机，系德国NILES公司80年代的产品， 其控制系统以PC603及其I/O为核心，驱动系统的展成、分度、立柱、切向进磨均采 用直流驱动器和直流伺服电机，滑枕冲程控制为电液伺服驱动。因电气及液压系统老 化、PLC系统经常死机机，故障率逐年增高，液压伺服系统因变量泵、伺服缸、溢流 阀等元件磨损，系统的内泄和外泄均很严重，常因压力降低而不能工作，尤其是三九 和三伏天系统常常出现故障，冲程速度因压力的降低，只能达到40次/分钟，仅是原
2、来的2/3,机床效率大为下降、机床的加工精度也受到影响。加工的齿轮多数都在10 级左右，已不能满足我公司生产发展的需要。我们采用法国产NUM Axium Power 1050全数字数控系统对其进行了改造，使这台已 经工作了近20年的老设备重新焕发了青春。2. 数控化改造思路2.1数控系统用当代最先进的全数字数控系统之一，法国NUM公司生产的NUM Axium Power 1050G全数字数控系统及其全数字交流伺服驱动系统改造原来的PC603工控机及其 PLC系统及其直流伺服驱动，该系统对于高性能的机床非常理想，NUM Axium Power 1050是一个多处理器的CNC，每2毫秒处理一次的路
3、径产生及跟随，以及0.2毫秒 的位置环刷新周期。具有标准的RS232接口，采用10.4寸彩色液晶显示器。2.2取消机械挂轮取消原机床的机械挂轮及左、右齿面进给电机，展成运动和左、右齿面进给改为由NUM数控系统及其全数字交流伺服驱动系统控制X轴和C轴联动，用NUM系统的 动态操作功能，通过复杂运算自动生成电子挂轮，取消了低精度的机械挂轮，减少机 械传动环节以确保展成运动关系的精确。2.3开发友好的人工界面开发设计齿轮参数界面、砂轮参数界面、修整磨和循环磨界面，通过人机界面可以方 便的修改齿轮参数、工艺参数。自动生成冲程长度、冲程速度、展成长度及展成速度 等相关参数，简化了加工前各种不同规格齿轮的
4、计算及调整时间，简化了操作，提高 了加工效率。2.4改造冲程液压伺服系统利用德国博士伺服阀和力士乐变量泵更新改造冲程液压伺服系统，采用英国 NEWALL球栅尺作冲程位置反馈，使ZSTZ15磨齿机升级为全新的数控磨齿机。2.5将原立柱移动(Y轴)、砂轮补偿(W轴)改为NUM数控系统及其交流伺服驱 动系统控制。3. 系统硬件配置3.1数控系统MUM Auium POWER 1050 with coprocessor GS10.4”LCDcolor screen(FS20)Industry QWERTY CNC keyboard(KBD30)Machine panel(MP02)Optical fi
5、ber 15mOEM handwheel unit3.2数控系统原理框图如下：4. 软件设计4.1 NC程序设计利用NUM系统独有的动态操作功能，编制程序生成电子挂轮，确保X轴和C轴 的精确运动，满足圆柱渐开线齿轮的齿形需要。4.2 PLC程序设计多任务的PLC程序，提高了 PLC程序的编写和可读性，共设计了TSO循环任务模 块、%INI初始化任务模块和SP1、SP2、SP3、% SP4、SP5、%SP6六个子程 序模块。将机床的启动、使能、轴控制、辅助功能、报警信息等编制成不同的模块。 程序结构合理、层次清晰。4.3人机界面设计利用MMITOOL软件开发友好的人工界面，设计出主界面、齿轮参数
6、界面、修整磨 界面、砂轮界面、自动循环界面、报警界面。齿轮参数界面图1为齿轮参数界面，操作者只需按照齿轮加工图纸，在操作台的键盘上，输入有关 的数据（如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽等）后，就能自动生成展程长度、展程速度、冲程长度、冲程速度等加工参数，不需要再编制零件程序，即可进行齿轮加工, 操作简单可靠。跑貓诗潮厂AdC B13C . -ifaC F冲轻戎懒J13B . r PJf3C - “4BC.g、笛兀曲擁畫aXhe. i.齿酋ibe.ffi Vibe 医力酋ItK,.x(7 seis me ：-： 齿事ttas BBSB n的乾齿业讯 翊冃OBBO直图1参数界面根据操作者的经验可以对
7、自动生成的各参数进行适当调整，以满足加工的需要。 修整磨界面修整磨界面即半自动界面，在此界面可以对找正后的齿轮进行试磨削，也可以进行单 齿磨削和多齿磨削。图2修整磨界面自动循环界面图3为自动循环界面，在自动循环界面可以对磨削量进行设置和调整。显示加工循环 圈数、当前加工状态、齿轮参数、各轴的运动状态、当前的磨削量和总磨削量。可控制冲程液压伺服系统的油温。图3自动循环界面手动界面图4手动界面见图4,在手动界面可对机床的X轴、C轴、Y轴、W轴、Z轴进行单独控制，配备 的手轮方便了精确对刀。可以方便地修改冲程长度、展成速度、展成长度值。操作者 可根据经验直接输入左右齿面间隙，加快对刀进程。砂轮修整界
8、面图5砂轮修整界面在砂轮修整界面可以显示出砂轮的当前直径，输入每次的修整量和修整次数，还可以 较正砂轮的当前直径。报警界面y嗣S超遲3W? 41*断贾瘤醪皿对机床运行中出现的故障报警并显示在屏幕上，方便了维修。5. 冲程液压伺服系统 冲程液压伺服原理框图如下图：6.结束语NUM Axium Power 1050全数字数控系统在欧洲和美国以军工和航天工业的大量应用 而著称于世，是当代最先进的全数字数控系统之一。它在ZSTZ15磨齿机的数控化改 造中得以应用。不但提高了生产效率近一倍，同时提高了机床的加工精度，提高了操 作工人的收入，产生了重大的经济效益。开创了利用NUM系统，以取消机械挂轮的 模
9、式改造大型磨齿机的先河，在磨齿机改造方面取得了突破。大型磨齿机的数控化改造作者：来源：磨齿机是一种复杂的精密机床。在我国，大型磨齿机一直依赖进口，这些磨齿机大多采用 锥形砂轮，按照展成原理磨削。直到20世纪90年代后期，才逐渐有成形磨齿机进入我国。 由于当时技术条件限制，90年代以前进入我国的磨齿机，其电气系统和液压系统都存在很 多不可靠因素，严重影响了正常使用，不少厂家都提出了对这类机床进行改造的要求。文章介绍了采用NUM系统对ZSTZ25磨齿机改造的一种方法，同时介绍了这次改造的特点 和改造后的效果，阐述了磨齿机数控化改造的可行性和技术要点。磨齿机是一种复杂的精密机床。在我国，大型磨齿机一
10、直依赖进口，这些磨齿机大多采用锥 形砂轮，按照展成原理磨削。直到20世纪90年代后期，才逐渐有成形磨齿机进入我国。由 于当时技术条件限制，90年代以前进入我国的磨齿机，其电气系统和液压系统都存在很多 不可靠因素，严重影响了正常使用，不少厂家都提出了对这类机床进行改造的要求。1999年，中国第一重型机械集团公司，对一台ZSTZ25磨齿机提出改造，经过多次交 流和可行性论证，交由秦川发展技术研究院承担这项改造任务。该研究院具有雄厚的磨齿机 研发能力和机床调修经验。1 技术参数及故障现象中国一重的 ZSTZ25 磨齿机是 1990 年进口的，由当时德国 Nilse 公司生产。其规格为: 最大工件模数
11、m=34mm：最大工件直径?2500mm：最大磨削行程长度1250mm：最大切向进 给量（单面）20mm。该机床已经具备了 PLC 程控和简单数控的功能。其主要故障表现在以下几个方面:（ 1） 砂轮磨削行程动作极不稳定，常伴随剧烈抖动，不能正常工作，并造成小滑座导轨严重拉伤， 调整丝杆拉断：（ 2）电气控制系统故障率极高，缺乏备件，出现故障后难以修复：（ 3）工作 台静压控制失效，工作台浮起量不能自动调节。2 改造方案 根据上述故障现象，机床电气部分和液压电控部分必须全部更新，因此采用了数控化改、Ap , 丿 J 造方案:1、数控系统采用法国 NUM 公司的 1060 系统，这是因为该系统有利
12、于满足磨齿机特殊功能 要求：2、采用了交流伺服电动机和驱动器：3、展成电动机，分度电动机，左、右切向进给电动机和砂轮修整器电动机均换为交流伺服 电动机：4、砂轮磨削行程运动也由数控系统控制，成为一根液压伺服轴：5、工作台静压控制由 NUM 数控系统的模拟量输入、输出口控制。 这样，这台 ZSTZ25 磨齿机就变为一台具有 6 根数控轴的新型机床。3 改造的特点1.充分利用了 NUM1060 系统的动态操作功能:a砂轮磨削行程运动是一种与展成运动无关的往复运动，即在执行G01插补运动的同时， 滑座（Z轴）独自运动，不受其它可执行程序的影响。这里运用了NUM系统提供的多种动 态操作，把正弦运动规律
13、传给外部变量，使 Z 轴运动起来：b 砂轮磨削行程的速度也由动态操作完成，在程序中改变增量值就可方便地改变磨削行 程的速度：c为保持原机床的特色即在展成磨削过程中，要随时进行手动Jog）进刀,这里运用 了动态操作方法，使左、右齿面切向进刀（U轴和V轴）能在任何时间进行。d在位移磨削程序中，运用动态操作和插补指令，使Z轴在磨削行程运动的同时，又使 磨削行程中心与展成运动（X轴）相关联，在磨斜齿轮时可提高工作效率。2 各种操作尽量保留了原机床操作习惯，使原操作工人能很方便地掌握改造后的机床:a 小操作盒的界面和符号设计完全与原机床一样，虽然各种调整动作是由各个程序实现 的，但操作者感觉与原机床设计
14、没有什么不同。这里大量应用了 PLC 调用 CNC 程序的方法：b 大操作面板上的动作按钮的设置也基本与原机床相一致：c 设置了计数复位功能。在自动磨削过程中，可象外接计数器一样将计数复位。3 磨削工件的参数和工作循环参数均在系统屏幕上设置。工件参数包括齿数、模数、压 力角、螺旋角和齿宽等。工作参数包括磨削行程长度、行程速度、磨削圈数、每圈进给量和 砂轮修整参数等。使工人操作极为方便。4 由 CNC 系统控制的液压伺服，使磨削行程运动十分平稳。改造后，根据其主泵的功 率、流量和压力关系，向用户提供了行程速度和行程长度的关系图表，充分利用了系统能力， 大大提高了生产效率。5工作台静压系统采用了
15、NUM数控系统的PLC进行自适应控制，使工件重量在030t 范围内变化，工作台的浮起量保持在一定数量之内。6 改造后的机床具有完善的系统报警功能，建立了三级报警功能，报警号和故障点显示在屏幕上，同时鸣笛，提醒操作者及时处理:a 警告性报警。机床暂不停机，提示操作者检查有关故障点，如能得到及时维护，仍将 正常运行：b 二级故障。这类故障的出现表明机床已不能正常工作，这时机床显示报警号，并鸣笛 示警，同时按照相应的退出程序结束运行：c 当紧急故障发生后，机床将立即停机。 可靠的安全保护程序:改造后的机床具有两种安全性保护程序，当故障出现后可按程序中断 方式或紧急回退方式使机床部件处于安全位置和状态后再行停机，这样可有效地保证工件不 会报废，保护机床不会受到破坏。4 结束语这台机床是2000年 8月改造完成的，经过一年半多时间的生产考核，工作十分正常， 数控系统、伺服单元、静压系统和液压伺服系统一直处于稳定状态。总之，一
