德國LORENZ插齒機(jī)的數(shù)控化改造

于新潮

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

內(nèi)蒙古一機(jī)集團(tuán)20世紀(jì)80年代初從原西德LORENZ公司引進(jìn)一批不同規(guī)格的由PLC控制的插齒機(jī)，經(jīng)過20多年的使用，電氣系統(tǒng)嚴(yán)重老化，接插件腐蝕，經(jīng)常接觸不良，電路板絕緣程度降低，機(jī)床故障率高，維修困難。由于生產(chǎn)廠家產(chǎn)品已經(jīng)更新?lián)Q代，備件問題無法解決，但該機(jī)床機(jī)械性能較好，絲杠和導(dǎo)軌磨損很小，液壓、潤滑系統(tǒng)正常，機(jī)床可利用價值較高。通過數(shù)控化改造不僅能解決上述問題，還可提高設(shè)備的控制精度和自動化水平，減輕工人操作的復(fù)雜程度，使其成為數(shù)控插齒機(jī)床。

一、改造方案

LORENZ插齒機(jī)主要有沖程、深度（X軸）和旋轉(zhuǎn)工作臺（C軸）三個軸（個別機(jī)床帶工作臺傾斜軸）。由于沖程電機(jī)功率大，從經(jīng)濟(jì)上考慮仍保留原直流電機(jī)，使用歐陸A590P直流主軸驅(qū)動器驅(qū)動該電機(jī)，利用外接編碼器進(jìn)行沖程位置控制。X軸和C軸分別為數(shù)控直線軸和旋轉(zhuǎn)軸，X軸采用測量尺全閉環(huán)位置控制，C軸利用伺服電機(jī)內(nèi)部3072線編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)位置控制。

工作臺旋轉(zhuǎn)與插齒刀旋轉(zhuǎn)的同步是由機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。數(shù)控系統(tǒng)檢測沖頭提升到最高位置時才允許深度（X軸）進(jìn)給，進(jìn)給到位后沖頭才能上下往復(fù)運(yùn)動，避免了在深度進(jìn)給時插齒刀碰到障礙物而損壞刀具或工件。

利用NUM1040數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的PLC功能模塊對機(jī)床操作、液壓、冷卻、潤滑和沖頭等實現(xiàn)控制，取代了原機(jī)床大量的繼電器邏輯控制線路，提高了機(jī)床的穩(wěn)定性和可靠性。

取消原機(jī)床面板上所有的進(jìn)刀設(shè)置電位器和選擇開關(guān)，全部由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝式PLC或加工程序指令完成。

二、數(shù)控系統(tǒng)配置（見圖1）

圖1

NUM1040HG是集CNC、PLC于一體的全功能數(shù)控系統(tǒng)，能控制1～6個軸（其中4軸插補(bǔ)）?；九渲玫妮斎?輸出點(diǎn)數(shù)是64/48（可擴(kuò)展到256/128）；可配置1～3個手輪，9英寸液晶彩色顯示器，能夠?qū)崿F(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CMOS電路、光纖通信技術(shù)及模塊化設(shè)計思想，減少了系統(tǒng)和外部的連線，提高了整個機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)主要由電源、CNC、驅(qū)動模塊組成。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，用戶可方便地根據(jù)加工特性需要編寫固定循環(huán)。

三、PLC程序的模塊化設(shè)計

NUM內(nèi)置PLC采用梯形圖編程語言、模塊化程序設(shè)計，根據(jù)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(tǒng)一由主任務(wù)模塊循環(huán)調(diào)用。這樣設(shè)計的程序可讀性強(qiáng)，邏輯控制可靠性高，主要模塊如下。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、定時器、計數(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。主任務(wù)模塊：完成對各功能模塊的循環(huán)調(diào)用。功能模塊：處理PLC與CNC之間的數(shù)據(jù)交換；啟/?？刂疲还ぷ鞣绞竭x擇；各伺服軸進(jìn)給控制；功能代碼處理；內(nèi)齒/外齒控制；沖頭運(yùn)動控制（插刀最高/最低位置檢測控制）；回參考點(diǎn)操作，控制面板處理，報警文本處理等。中斷處理模塊：實時處理隨機(jī)事件。

根據(jù)工藝要求，普通工件采用三個加工循環(huán)，每一個循環(huán)的進(jìn)給量由工件材料、加工粗糙度要求在加工程序中給定，自動完成加工過程。PLC控制程序流程圖見圖2。

四、結(jié)束語

該系列插齒機(jī)床主要用于加工各種內(nèi)/外直齒（或斜齒）。該機(jī)床改造以來，因為提高了機(jī)械傳動精度（電機(jī)直連），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，據(jù)初步統(tǒng)計，故障率較改造前降低80%以上，經(jīng)濟(jì)效益提高50%以上。