大型磨齿机的数控化改造

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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。
9 W( s( G' |& x# n　　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于满足磨齿机特殊功能要求：
" ]' I6 ]* N/ t6 O: B' m7 H3 [! c2、采用了交流伺服电动机和驱动器：
( s9 |" y6 C- z0 D/ v7 k" c; @5 i$ o7 i3、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：
$ N5 P+ U1 f2 l, k0 G# M* Z- B5、工作台静压控制由NUM数控系统的模拟量输入、输出口控制。
$ u# w& M% U9 ], m5 {6 m/ o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。
' a0 s+ K3 a; r3 改造的特点
# b; G. W+ g6 v2 P! M1.充分利用了NUM1060系统的动态操作功能:
" X4 ?* D6 x3 r( u+ b. U　　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：
% s1 }4 w; O3 M+ D2 q- y　　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。
- `$ i3 \! l8 ?" ~2 K- J9 _2 t0 z  |　　5工作台静压系统采用了NUM数控系统的PLC进行自适应控制，使工件重量在0～30t范围内变化，工作台的浮起量保持在一定数量之内。
5 _: A# R& M3 f2 ~" Z　　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:
- l3 h9 R6 d! O9 i' I( J! Y: P# x　　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：
+ [' w' ?" d& n" X　　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，一重ZSTZ25磨齿机数控化改造是成功的，这种方法同样可用于其它磨齿机、滚齿机和其它精密机床的改造。
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