摘要：本文介紹了用NUM1040數(shù)控系統(tǒng)對(duì)NILES ZSTZ315/630 C3磨齒機(jī)進(jìn)行數(shù)控化改造的方案和相應(yīng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。
1. 引言
從原東德進(jìn)口的幾臺(tái)ZSTZ315/630 C3磨齒機(jī)，加工精度好，效率高。但由于是七十年代設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，電氣控制采用繼電器邏輯，不僅體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難，特別是經(jīng)過近二十年的使用，備件耗盡，繼電器觸點(diǎn)損壞嚴(yán)重，近幾年故障率高。由于潤滑充分，該機(jī)床的導(dǎo)軌，絲杠，絲母，滑臺(tái)及工作臺(tái)的蝸輪蝸桿等磨損不大，機(jī)床機(jī)械精度保持較好。最近我們用NUM1040數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)對(duì)分度工作臺(tái)1、X軸進(jìn)行了數(shù)控化改造，機(jī)械上取掉了所有掛輪，不僅操作簡單，還提高了傳動(dòng)精度。電氣控制全部用PLC代替原來的繼電器邏輯，簡化了電路結(jié)構(gòu)。經(jīng)檢測(cè)加工出的齒輪累積誤差達(dá)到0.0052mm，齒距偏差0.0038mm，6齒距差 0.0046mm，徑跳0.009mm，加工工件精度一致性好，改造取得完全成功。
2. 數(shù)控改造方案
ZSTZ315/630 C3磨齒機(jī)的主要參數(shù)如下：
工作臺(tái)直徑：315mm/630mm 工作臺(tái)承載：200kg/400kg
X軸行程：360mm 砂輪磨削角：14~26度
滑座沖程長度：20~225mm 沖程次數(shù)：75~315/Min
原機(jī)床的運(yùn)動(dòng)通過各類機(jī)械傳動(dòng)來完成，分度工作臺(tái)（B軸）和X軸根據(jù)加工齒輪的大小，模數(shù)和齒數(shù)使用三級(jí)掛輪實(shí)現(xiàn)展成磨削運(yùn)動(dòng)。改造后X和B軸伺服電機(jī)軸分別通過連軸器直接與各自絲杠連接，取消掛輪減小傳動(dòng)誤差。為了降低改造成本，縮短改造周期，經(jīng)過研究論證，確定數(shù)控化改造方案如下：
（1）用NUM1040數(shù)控系統(tǒng)對(duì)磨削加工的展成運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，用交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)模塊MDLA和BPH伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)X和B軸，利用電機(jī)內(nèi)置3072線編碼器組成半閉環(huán)控制。運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)X和B二軸聯(lián)動(dòng)和插補(bǔ)運(yùn)算完成各種齒輪型面的加工。
（2）利用NUM1040系統(tǒng)內(nèi)置的PLC功能模塊對(duì)機(jī)床操作、液壓、冷卻、潤滑、砂輪起/停和滑臺(tái)沖程等實(shí)現(xiàn)控制，取代了原機(jī)床的繼電器邏輯線路，提高了機(jī)床穩(wěn)定性和可靠性。
（3）保留原機(jī)床砂輪修整器的機(jī)械部分，將原來砂輪修整用的直流電機(jī)改為3 x 380V，1200R/Min，30W 的交流微型電機(jī)，增加一個(gè)小型換相接觸器即可實(shí)現(xiàn)修整1和修整2的功能。
（4）保留砂輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滑臺(tái)沖程電機(jī)，液壓，潤滑和冷卻部分不變。
3. 數(shù)控系統(tǒng)的配置
（1）CNC硬件模塊的組成
NUM1040 是集CNC、PLC于一體的全功能數(shù)控系統(tǒng)，能控制1-6個(gè)軸（4軸插補(bǔ)），基本配置的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是64I/48O（可擴(kuò)展為256I/O），1-3 個(gè)手輪，8.4寸液晶彩顯。能實(shí)現(xiàn)從刀具軌跡控制到外部設(shè)備的監(jiān)控。 CNC系統(tǒng)硬件采用了CMOS電路，光纖通訊技術(shù)及模塊化設(shè)計(jì)思想，減少了系統(tǒng)和外界的連線，提高了整個(gè)機(jī)床電氣系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)主要由電源、CNC、驅(qū)動(dòng)模塊組成。系統(tǒng)軟件具有開放性和友好界面，可提供幫助性編程方式和強(qiáng)大的通信功能，完善的絲杠螺距誤差補(bǔ)償和多種插補(bǔ)方式，用戶可以方便地根據(jù)加工特性需要編寫自己的固定循環(huán)。系統(tǒng)的硬件配置如下：
（2）PLC程序的模塊化設(shè)計(jì)
NUM 數(shù)控系統(tǒng)為內(nèi)置式PLC結(jié)構(gòu)，本機(jī)床外加二塊32輸入/24輸出（輸出帶繼電器，每只繼電器有動(dòng)合/動(dòng)開觸點(diǎn)各2對(duì)）I/O擴(kuò)展板。采用梯形圖編程語言，模塊化程序設(shè)計(jì)，根據(jù)控制功能PLC程序編寫成多個(gè)模塊，每一個(gè)模塊完成指定功能，各功能模塊統(tǒng)一由主任務(wù)模塊循環(huán)調(diào)用。這樣設(shè)計(jì)的程序可讀性強(qiáng)，邏輯控制可靠性高。主要模塊有：
%INI—系統(tǒng)初始化模塊：完成控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置與優(yōu)化檢查。I/O端口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器預(yù)置。堆棧、數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)、數(shù)據(jù)交換區(qū)的起始地址及容量的確定等。
%TS—主任務(wù)模塊：完成對(duì)各功能模塊% FP的循環(huán)調(diào)用。
%TP1~n—功能模塊：處理與CNC的數(shù)據(jù)交換；伺服軸進(jìn)給控制；功能代碼處理，砂輪修整控制；滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制；操作面板處理，報(bào)警文本處理等。
%TH—中斷處理模塊：實(shí)時(shí)處理隨機(jī)事件。
PLC控制程序流程圖如下：
4. 結(jié)束語
該磨齒機(jī)床主要用于磨削漸開線圓柱型齒輪。采用展成 — 分度原理磨削漸開線齒形，用錐形砂輪按齒條和齒輪嚙合原理生成漸開線齒廓。X和B兩個(gè)數(shù)控軸合成實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)，在展成運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的砂輪連同滑臺(tái)一起沿齒向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一次展成循環(huán)過程，生成一個(gè)漸開線齒面。
工作臺(tái)是數(shù)控回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)展成到分度位置時(shí)，砂輪自動(dòng)退回脫離與工件的接觸，工件分度到下一個(gè)齒槽，分度的大小和精度由控制系統(tǒng)確定。對(duì)不同大小、模數(shù)和齒數(shù)的齒輪，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，控制展成和分度運(yùn)動(dòng)。
該機(jī)床改造以來，因?yàn)樘岣吡藱C(jī)械傳動(dòng)精度，加之合理使用間隙和螺距誤差補(bǔ)償能力，工件加工精度和工作效率有所提高。機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)行以來未發(fā)生重大故障，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，故障率較改造前降低80%以上。
