1．引言
我公司于1989年從德國引進的zstz08磨齒機，系德國niles公司80年代的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)以cnc646及其i/o為核心，驅(qū)動系統(tǒng)的展成、分度、立柱、均采用直流驅(qū)動器和直流伺服電機，滑枕沖程控制為直流伺服驅(qū)動。因電氣元件老化，cnc646系統(tǒng)經(jīng)常失控和死機，故障率逐年增高，機床效率大為下降、機床的加工精度也受到影響。加工的齒輪多數(shù)都在8級左右，已不能滿足我公司生產(chǎn)發(fā)展的需要。
我們采用法國產(chǎn)num power 1050全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)對其進行了改造，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)控改造思路
2.1 數(shù)控系統(tǒng)
用當代的全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)之一，法國num公司生產(chǎn)的num power 1050g全數(shù)字數(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cnc646系統(tǒng)、plc系統(tǒng)及其直流伺服驅(qū)動。num power 1050數(shù)控系統(tǒng)是當代zui的cnc，得益于當今的數(shù)字信號處理技術(shù)，得益于num在數(shù)控及驅(qū)動領(lǐng)域里多年積累的經(jīng)驗和技術(shù)， num power 1050數(shù)控系統(tǒng)配有摩托羅拉公司64位中央處理器，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、260hz的速度環(huán)帶寬保證了杰出的速度和精度特性，對于高性能的磨削機床非常理想。與32位數(shù)控系統(tǒng)比具有：
☆1.5倍的zui高速度
☆0.5倍的插補時間
☆20倍的位置環(huán)刷新周期
☆3倍的速度環(huán)帶寬
☆4倍的速度環(huán)刷新周期
num power 1050數(shù)控系統(tǒng)是當代zui開放、zui、zui可靠、市場競爭力的新一代數(shù)控系統(tǒng)。
2.2 取消機械傳動齒輪
取消原機床的機械齒輪傳動方式，采用交流伺服電機與滾珠絲杠直接聯(lián)結(jié)的傳動方式，消除了傳動間隙對加工精度的影響。展成運動和左、右齒面進給由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，減少機械傳動環(huán)節(jié)，從而確保了展成運動關(guān)系的。
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 改砂輪主軸恒轉(zhuǎn)速為恒線速度控制
增加施耐德altivar 31（5.5kw）型交流變頻控制器，實現(xiàn)砂輪主軸的恒線速度控制。
2.5 將原立柱移動（y軸）、改為num數(shù)控系統(tǒng)及其交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制。
2.6 將沖程電機改為交流變頻電機，原直流調(diào)速器改為施耐德altivar 31（15kw）型交流變頻控制器，實現(xiàn)沖程速度的無極變速。
3．數(shù)控系統(tǒng)原理框圖
4．軟件設(shè)計
4.1 nc程序設(shè)計
利用num系統(tǒng)*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程序編程結(jié)構(gòu)，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%sp001、%sp002、%sp003、%sp004、%sp005、%sp006、%sp007七個子程序模塊。將機床的啟動、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)進行適當調(diào)整，以滿足加工的需要。
4.3.2 修整磨界面
見圖2，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行試磨削，也可以進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行設(shè)置和調(diào)整。顯示加工循環(huán)圈數(shù)、當前加工狀態(tài)、齒輪參數(shù)、各軸的運動狀態(tài)、當前的磨削量和總磨削量。
圖3 自動循環(huán)界面
4.3.4 手動界面
見圖4，在手動界面可對機床的x軸、c軸、y軸進行單獨控制，配備的手輪方便了對刀?？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，加快對刀進程。
圖4 手動界面
4.3.5 砂輪修整界面
在砂輪修整界面可以顯示出砂輪的當前直徑，輸入每次的修整量和修整次數(shù)，還可以較正砂輪的當前直徑，改變砂輪的線速度。
圖5 砂輪修整界面
4.3.6 報警界面
對機床運行中出現(xiàn)的故障報警并顯示在屏幕上，方便了維修。
圖6 報警界面
5．結(jié)束語
num power 1050全數(shù)字數(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，是當代的全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)之一。它在zstz08磨齒機的數(shù)控升級改造中得以應(yīng)用。不但提高了生產(chǎn)效率，同時提高了機床的加工精度，提高了操作工人的收入，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟效益。同時開創(chuàng)了利用num系統(tǒng)，以取消機械掛輪的模式改造大型磨齒機的先河，在磨齒機數(shù)控改造方面處于國內(nèi)地位。