NUM系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)操作功能在數(shù)控磨齒機(jī)中的應(yīng)用

王紅旭 樊利軍 張國(guó)輝 張海波

（陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司研究院，陜西寶雞 721009）

隨著大規(guī)格成形砂輪磨齒機(jī)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)床的可靠性、穩(wěn)定性提出更高要求。機(jī)床用戶所處的工作環(huán)境各不相同，機(jī)床工作時(shí)電網(wǎng)意外斷電情況時(shí)有發(fā)生。機(jī)床工作時(shí)意外斷電輕則會(huì)造成用戶磨削工件報(bào)廢，嚴(yán)重的還會(huì)因伺服軸沖擊造成機(jī)床工作軸精度走失，給用戶造成很大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這一問題，我們利用NUM系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)操作功能開發(fā)了數(shù)控成形磨齒機(jī)斷電保護(hù)功能。

1 總體方案

機(jī)械結(jié)構(gòu)上，在Z軸（機(jī)床走刀軸）增加蓄能器，保證意外斷電時(shí)，不會(huì)因液壓系統(tǒng)掉電而使平衡油缸失去能量引起Z軸向下掉。電氣部分，確定的方案是在機(jī)床意外斷電情況下利用外接電容提供軸驅(qū)動(dòng)的能量（強(qiáng)電部分），外接UPS電源提供DC24V來保持信號(hào)部分的能量（弱電部分），利用電源監(jiān)視器的觸點(diǎn)觸發(fā)動(dòng)態(tài)操作使X軸快速向進(jìn)刀相反的方向回退的動(dòng)作，保護(hù)磨削工件不受損傷，保護(hù)機(jī)床安全。

1．1 軟硬件的動(dòng)作關(guān)系說明

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)處于自動(dòng)方式下的程序運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，讓UPS電源處于給數(shù)控系統(tǒng)提供DC24V電源的狀態(tài)，電容模塊在直流母線上處于給數(shù)控系統(tǒng)在電源斷電時(shí)的放電狀態(tài)。利用電源監(jiān)視器來監(jiān)控電源，當(dāng)電源斷電時(shí)監(jiān)視器的觸點(diǎn)會(huì)給PLC發(fā)出一個(gè)開關(guān)量的信號(hào)%I501．4，系統(tǒng)把該信號(hào)傳送給%M200．0，然后通過w_e42000（%M200．＆，0，1）指令把斷電信號(hào)傳送給 E42000，在動(dòng)態(tài)操作中通過 O1=6、E81003/E42000/－24把E42000傳遞給E81003，接著通過O2=9、E81003/E81000/5/3/5來決定是否觸發(fā)動(dòng)態(tài)操作;當(dāng)E81003=1時(shí)立即觸發(fā)動(dòng)態(tài)操作，這時(shí)X軸（進(jìn)刀軸）以一定的速度（E81002=1 320）回退到安全位置（E81001=－10 000），完成整個(gè)斷電回退的過程。

1．2 硬件組成（見表1）

表1

1．3 軟件組成

由兩部分組成，第一部分為動(dòng)態(tài)操作程序;第二部分為PLC程序（即機(jī)床的動(dòng)作程序），見圖1。

2 試驗(yàn)過程

方案確定后，在數(shù)控成形磨齒機(jī)上進(jìn)行了硬件搭建和軟件編寫。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)床突然斷電后X軸可以回退到要求位置。在實(shí)際磨削直齒輪時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)也沒有發(fā)現(xiàn)問題。但是在磨削斜齒試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)很大問題，機(jī)床突然斷電后X軸是可以回退到要求位置，但發(fā)現(xiàn)Z軸會(huì)往下掉，斷電瞬間齒面有啃刀現(xiàn)象，并且隨試驗(yàn)時(shí)機(jī)床工作速度加大出現(xiàn)嚴(yán)重啃刀現(xiàn)象，不能完全保護(hù)工件和機(jī)床安全。分析這種現(xiàn)象原因，發(fā)現(xiàn)意外斷電時(shí)Z軸平衡油缸油壓快速降低，Z軸負(fù)荷突然加大，Z軸電動(dòng)機(jī)掉電抱閘力不夠，引起Z軸向下掉，在磨削工件齒面上出現(xiàn)啃刀現(xiàn)象。

為了保證意外斷電時(shí)Z軸平衡油缸油壓不會(huì)降低，考慮在Z軸平衡油缸處增加蓄能器，在斷電時(shí)由蓄能器給平衡油缸供油保證平衡油缸壓力。經(jīng)過多次試驗(yàn)啃刀現(xiàn)象有所改觀，但還是不夠穩(wěn)定，沒有達(dá)到預(yù)期效果。接下來又從斷電時(shí)的響應(yīng)性方面進(jìn)行了分析，提出了從電氣的硬件和軟件兩方面入手。重新選型電源監(jiān)視器，提高了硬件的響應(yīng)性;軟件方面，通過梳理了斷電時(shí)的邏輯關(guān)系，提高了系統(tǒng)響應(yīng)性。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過在不同型號(hào)機(jī)床上的多次進(jìn)行退刀量試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2～4所示。

表2 某型號(hào)機(jī)床38#機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 某型號(hào)機(jī)床30#機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 某型號(hào)機(jī)床1#機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將配置的硬件和軟件安裝到機(jī)床上，在某型號(hào)機(jī)床30#機(jī)、某型號(hào)機(jī)床38#機(jī)、某型號(hào)機(jī)床1#機(jī)上分別磨削斜齒輪。機(jī)床磨削（半精磨和精磨）時(shí)Z軸走刀速度2 000 mm/min，進(jìn)刀量0.02 mm，機(jī)床磨削過程中，斷掉系統(tǒng)電源，機(jī)床可以正?；赝?。

通過檢查工件磨削表面，證明試驗(yàn)結(jié)果良好。NUM的動(dòng)態(tài)操作功能實(shí)現(xiàn)了保護(hù)工件和機(jī)床的作用，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 目前應(yīng)用情況

目前為保護(hù)機(jī)床工作精度和用戶磨削工件不受損傷，NUM的動(dòng)態(tài)操作功能已在成形磨齒機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中作為標(biāo)準(zhǔn)配置，以便實(shí)現(xiàn)機(jī)床的附加功能。

［1］NUM．Nc Of Installation and Commissioning Manual［Z］．2004．

［2］NUM．Drive Of Installation and Maintenance Manual［Z］．2004．

［3］NUM．Dynamic Operator Manual［Z］．2000．