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1. 引言
ZSTZ15磨齒機(jī)，系德國 NILES公司80年代的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)以PC603及其I/O為核心，驅(qū)動系統(tǒng)的展成、分度、立柱、切向進(jìn)磨均采用直流驅(qū)動器和直流伺服電機(jī)，滑枕沖程控制為電液伺服驅(qū)動。因電氣及液壓系統(tǒng)老化、PLC系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)機(jī)，故障率逐年增高，液壓伺服系統(tǒng)因變量泵、伺服缸、溢流閥等元件磨損，系統(tǒng)的內(nèi)泄和外泄均很嚴(yán)重，常因壓力降低而不能工作，尤其是三九和三伏天系統(tǒng)常常出現(xiàn)故障，沖程速度因壓力的降低，只能達(dá)到40次/分鐘，僅是原來的2/3，機(jī)床效率大為下降、機(jī)床的加工精度也受到影響。加工的齒輪多數(shù)都在10級左右，已不能滿足公司生產(chǎn)發(fā)展的需要。
采用法國產(chǎn)NUM Axium Power 1050全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)對其進(jìn)行了改造，使這臺已經(jīng)工作了近20年的老設(shè)備重新煥發(fā)了青春。
2. 數(shù)控化改造思路
2.1 數(shù)控系統(tǒng)
用當(dāng)代最先進(jìn)的全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)之一，法國NUM公司生產(chǎn)的NUM Axium Power 1050G全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)及其全數(shù)字交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)改造原來的PC603工控機(jī)及其PLC系統(tǒng)及其直流伺服驅(qū)動，該系統(tǒng)對于高性能的機(jī)床非常理想，NUM Axium Power 1050是一個多處理器的CNC，每2毫秒處理一次的路徑產(chǎn)生及跟隨，以及0.2毫秒的位置環(huán)刷新周期。具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，采用10.4寸彩色液晶顯示器。
2.2 取消機(jī)械掛輪
取消原機(jī)床的機(jī)械掛輪及左、右齒面進(jìn)給電機(jī)，展成運動和左、右齒面進(jìn)給改為由NUM數(shù)控系統(tǒng)及其全數(shù)字交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制X軸和C軸聯(lián)動，用NUM系統(tǒng)的動態(tài)操作功能，通過復(fù)雜運算自動生成電子掛輪，取消了低精度的機(jī)械掛輪，減少機(jī)械傳動環(huán)節(jié)以確保展成運動關(guān)系的精確。
2.3 開發(fā)友好的人工界面
開發(fā)設(shè)計齒輪參數(shù)界面、砂輪參數(shù)界面、修整磨和循環(huán)磨界面，通過人機(jī)界面可以方便的修改齒輪參數(shù)、工藝參數(shù)。自動生成沖程長度、沖程速度、展成長度及展成速度等相關(guān)參數(shù)，簡化了加工前各種不同規(guī)格齒輪的計算及調(diào)整時間，簡化了操作，提高了加工效率。
2.4 改造沖程液壓伺服系統(tǒng)
利用德國博士伺服閥和力士樂變量泵更新改造沖程液壓伺服系統(tǒng)，采用英國NEWALL球柵尺作沖程位置反饋，使ZSTZ15磨齒機(jī)升級為全新的數(shù)控磨齒機(jī)。
2.5 將原立柱移動（Y軸）、砂輪補(bǔ)償（W軸）改為NUM數(shù)控系統(tǒng)及其交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制。
3. 系統(tǒng)硬件配置
3.1 數(shù)控系統(tǒng)
MUM Auium POWER 1050 with coprocessor GS
10.4”LCDcolor screen(FS20)
Industry QWERTY CNC keyboard(KBD30)
Machine panel(MP02)
Optical fiber 15m
OEM handwheel unit
3.2 數(shù)控系統(tǒng)原理框圖如下：
4. 軟件設(shè)計
4.1 NC 程序設(shè)計
利用 NUM 系統(tǒng)獨有的動態(tài)操作功能，編制程序生成電子掛輪，確保 X 軸和 C 軸的精確運動，滿足圓柱漸開線齒輪的齒形需要。
4.2 PLC 程序設(shè)計
多任務(wù)的PLC程序，提高了PLC程序的編寫和可讀性，共設(shè)計了%TS0循環(huán)任務(wù)模塊、%INI初始化任務(wù)模塊和%SP1、%SP2、%SP3、%SP4、%SP5、%SP6六個子程序模塊。將機(jī)床的啟動、使能、軸控制、輔助功能、報警信息等編制成不同的模塊。程序結(jié)構(gòu)合理、層次清晰。
4.3 人機(jī)界面設(shè)計
利用MMITOOL軟件開發(fā)友好的人工界面，設(shè)計出主界面、齒輪參數(shù)界面、修整磨界面、砂輪界面、自動循環(huán)界面、報警界面。
4.3.1 齒輪參數(shù)界面
圖1為齒輪參數(shù)界面，操作者只需按照齒輪加工圖紙，在操作臺的鍵盤上，輸入有關(guān)的數(shù)據(jù)（如齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、齒寬等）后，就能自動生成展程長度、展程速度、沖程長度、沖程速度等加工參數(shù)，不需要再編制零件程序，即可進(jìn)行齒輪加工，操作簡單可靠。
圖1 參數(shù)界面
根據(jù)操作者的經(jīng)驗可以對自動生成的各參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足加工的需要。
4.3.2 修整磨界面
修整磨界面即半自動界面，在此界面可以對找正后的齒輪進(jìn)行試磨削，也可以進(jìn)行單齒磨削和多齒磨削。
圖2 修整磨界面
4.3.3自動循環(huán)界面
圖3為自動循環(huán)界面，在自動循環(huán)界面可以對磨削量進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。顯示加工循環(huán)圈數(shù)、當(dāng)前加工狀態(tài)、齒輪參數(shù)、各軸的運動狀態(tài)、當(dāng)前的磨削量和總磨削量�？煽刂茮_程液壓伺服系統(tǒng)的油溫。
圖3 自動循環(huán)界面
4.3.4 手動界面
圖4 手動界面
見圖4，在手動界面可對機(jī)床的X軸、C軸、Y軸、W軸、Z軸進(jìn)行單獨控制，配備的手輪方便了精確對刀�？梢苑奖愕匦薷臎_程長度、展成速度、展成長度值。操作者可根據(jù)經(jīng)驗直接輸入左右齒面間隙，加快對刀進(jìn)程。
4.3.5 砂輪修整界面
圖5 砂輪修整界面
在砂輪修整界面可以顯示出砂輪的當(dāng)前直徑，輸入每次的修整量和修整次數(shù)，還可以較正砂輪的當(dāng)前直徑。
4.3.6 報警界面
對機(jī)床運行中出現(xiàn)的故障報警并顯示在屏幕上，方便了維修。
5. 沖程液壓伺服系統(tǒng)
沖程液壓伺服原理框圖如下圖：
6. 結(jié)束語
NUM Axium Power 1050全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)在歐洲和美國以軍工和航天工業(yè)的大量應(yīng)用而著稱于世，是當(dāng)代最先進(jìn)的全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)之一。它在ZSTZ15磨齒機(jī)的數(shù)控化改造中得以應(yīng)用。不但提高了生產(chǎn)效率近一倍，同時提高了機(jī)床的加工精度，提高了操作工人的收入，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)效益。開創(chuàng)了利用NUM系統(tǒng)，以取消機(jī)械掛輪的模式改造大型磨齒機(jī)的先河，在磨齒機(jī)改造方面取得了突破。 |
