1. 引言

我公司從原東德進口的幾臺ZSTZ315/630 C3磨齒機,加工精度好,效率高。但由于是七十年代設計的產品,電氣控制采用繼電器邏輯,不僅體積大,結構復雜,維修困難,特別是經過近二十年的使用,備件耗盡,繼電器觸點損壞嚴重,近幾年故障率高。由于潤滑充分,該機床的導軌,絲杠,絲母,滑臺及工作臺的蝸輪蝸桿等磨損不大,機床機械精度保持較好。最近我們用NUM1040數控系統和相應的驅動及伺服電機對分度工作臺1、X軸進行了數控化改造,機械上取掉了所有掛輪,不僅操作簡單,還提高了傳動精度。電氣控制全部用PLC代替原來的繼電器邏輯,簡化了電路結構。經檢測加工出的
齒輪累積誤差達到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. 數控改造方案

ZSTZ315/630 C3磨齒機的主要參數如下:

工作臺直徑:315mm/630mm工作臺承載: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:75~315/Min

原機床的運動通過各類機械傳動來完成,分度工作臺(B軸)和X軸根據加工齒輪的大小,模數和齒數使用三級掛輪實現展成磨削運動。改造后X和B軸伺服電機軸分別通過連軸器直接與各自絲杠連接,取消掛輪減小傳動誤差。為了降低改造成本,縮短改造周期,經過研究論證,確定數控化改造方案如下:

(1)用NUM1040數控系統對磨削加工的展成運動進行控制,用交流數字驅動模塊MDLA和BPH伺服電機驅動X和B軸,利用電機內置3072線編碼器組成半閉環控制。運用數控系統對X和B二軸聯動和插補運算完成各種齒輪型面的加工。

(2)利用NUM1040系統內置的PLC功能模塊對機床操作、液壓、冷卻、潤滑、砂輪起/停和滑臺沖程等實現控制,取代了原機床的繼電器邏輯線路,提高了機床穩定性和可靠性。

(3)保留原機床砂輪修整器的機械部分,將原來砂輪修整用的直流電機改為3 x 380V,1200R/Min,30W 的交流微型電機,增加一個小型換相接觸器即可實現修整1和修整2的功能。

(4)保留砂輪驅動電機和滑臺沖程電機,液壓,潤滑和冷卻部分不變。

3. 數控系統的配置

(1)CNC硬件模塊的組成

NUM1040是集CNC、PLC于一體的全功能數控系統,能控制1-6個軸(4軸插補),基本配置的輸入/輸出點數是64I/48O(可擴展為256I/O),1-3個手輪,8.4寸液晶彩顯。能實現從
刀具軌跡控制到外部設備的監控。 CNC系統硬件采用了CMOS電路,光纖通訊技術及模塊化設計思想,減少了系統和外界的連線,提高了整個機床電氣系統的可靠性。系統主要由電源、CNC、驅動模塊組成。系統軟件具有開放性和友好界面,可提供幫助性編程方式和強大的通信功能,完善的絲杠螺距誤差補償和多種插補方式,用戶可以方便地根據加工特性需要編寫自己的固定循環。系統的硬件配置如下:

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(2)PLC程序的模塊化設計

NUM數控系統為內置式PLC結構,本機床外加二塊32輸入/24輸出(輸出帶繼電器,每只繼電器有動合/動開觸點各2對)I/O擴展板。采用梯形圖編程語言,模塊化程序設計,根據控制功能PLC程序編寫成多個模塊,每一個模塊完成指定功能,各功能模塊統一由主任務模塊循環調用。這樣設計的程序可讀性強,邏輯控制可靠性高。主要模塊有:

%INI—系統初始化模塊:完成控制系統參數的設置與優化檢查。I/O端口、定時器、計數器預置。堆棧、數據保護區、數據交換區的起始地址及容量的確定等。
%TS—主任務模塊:完成對各功能模塊% FP的循環調用。
%TP1~n—功能模塊:處理與CNC的數據交換;伺服軸進給控制;功能代碼處理,砂輪修整控制;滑臺運動控制;操作面板處理,報警文本處理等。
%TH—中斷處理模塊:實時處理隨機事件。

PLC控制程序流程圖如下:

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4. 結束語

該磨齒機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兩個數控軸合成實現展成運動,在展成運動的同時,旋轉的砂輪連同滑臺一起沿齒向往復運動,一次展成循環過程,生成一個漸開線齒面。

工作臺是數控回轉運動,當展成到分度位置時,砂輪自動退回脫離與工件的接觸,<
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