一種數控成型磨齒機數控化改造的方法

范浩 劉志成 房慶君 汪遠平 宮德波

摘? ?要：本文以秦川數控成型磨齒機YK7332B數控化改造為例，論證了將小眾且開放性低 的NUM系統(tǒng)機床改成市面上比較普及的840D數控系統(tǒng)的一種可行方案，數控化替代方案主要重點機床放在機床的電氣控制改造方面，需要更新數控系統(tǒng)、伺服電動機、驅動器及外圍電氣線路;這種方法的優(yōu)勢是840D數控系統(tǒng)自帶成形砂輪加工、磨削誤差分析及誤差調整等一整套比較成熟的軟件包。用戶可以根據需要自行選擇齒輪磨削工藝，磨削方法、砂輪修整方法，軟件包會對部分計算參數進行優(yōu)化處理。而對于機械部分，我們只對影響機床加工精度的重點部件進行有針對性的修理。改造完成后按照出廠標準進行精度檢驗。通過此次改造，為以后的機床改造提供了一種思路和方法，為長期使用后系統(tǒng)老舊，機械磨損的機床提出了一種徹底修復使用的方案。同時，機床再制造產業(yè)也是當下的一種趨勢，國家現(xiàn)在正在加大提倡和支持。

關鍵詞：數控成型磨? 數控化改造? 加工軟件

中圖分類號：TE34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0061-02

1? 數控化改造整體方案

由于機床的電氣線路分布在多個部位，而電氣元件已使用近10年，并且車間環(huán)境多油，存在線路老化現(xiàn)象，故障率高，機床的穩(wěn)定性低，可使用時間不長。我們打算把原機床中的控制電路及外圍電氣控制線路全部拆掉，更換成數控系統(tǒng)內置的邏輯控制電路，實現(xiàn)PLC總線控制，這樣可以節(jié)省大量的控制電路電纜及外圍的線路。同時我們需要將NUM系統(tǒng)更新為894D系統(tǒng)，所有進給軸的伺服電動機、驅動器也全部更換。重新設計的外圍控制電路，包括主軸旋轉、油冷卻、各伺服軸電機驅動等功能可實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制。拆除原有的機床控制柜，在原部位安裝新的控制柜;改造后的所有元件都按標準重新布置。數控系統(tǒng)選用西門子840DSL數字伺服控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢是比普通模擬量伺服系統(tǒng)精度更高、運算速度更快、抗干擾能力更強。

2? 電氣部分改造內容

（1）機床更換全新的西門子840DSL高性能全數字數控系統(tǒng)。改造后機床有一下數控軸：立柱徑向進給軸（X軸），CNC全閉環(huán)控制;砂輪架軸向進給軸（Z軸），CNC全閉環(huán)控制;安裝角調整軸（A軸），半閉環(huán)控制;工件旋轉軸（C軸），CNC全閉環(huán)控制;砂輪主軸（S1軸）;通過NC控制的工件分度軸（C軸）;進給軸（X軸、Z軸），可進行編程自動磨削，可實現(xiàn)齒形磨削要求;齒向可按照程序實現(xiàn)螺旋線差動、轉角修形、圓弧修形等加工方式。機床具有斷流回退功能，當機床出現(xiàn)斷流時，機床快速退回到安全位置，保護機床和正在磨削的工件。機床具有自動對刀和余量分配功能。

（2）磨削軟件選擇，840D數控系統(tǒng)自帶成形砂輪加工、磨削誤差分析及誤差調整等一整套比較成熟的軟件包。用戶可以根據需要自行選擇齒輪磨削工藝，磨削方法、砂輪修整方法，軟件包會對部分計算參數進行優(yōu)化處理。這就相當于一個成型磨齒機專家系統(tǒng)，可以大幅降低機床操作者在以往需要進行的計算及數控編程等重復性工作。該軟件幾何包含了現(xiàn)有的齒形和齒向的任意形狀修型、可精確計算齒頂和齒根的過渡曲線，而且還有多種參數輸入形式、齒輪磨削工藝、磨削方法、砂輪修整方法可供用戶選擇，并根據用戶實際需求對加工參數進行優(yōu)化。軟件自帶的數據庫安全性高，可隨時調用?？筛鶕C床一些配置，實現(xiàn)工件的自動對刀、誤差分析等功能，大大提高了機床的加工效率。

（3）更換機床上的全部電氣元件，包括各軸的光柵尺、老化或損壞的開關、傳感電纜等。

（4）更換新的電氣控制柜，更換控制柜內的低壓元器件、更換新的操作箱，盡可能維持原操作習慣。并更換原機床的電柜空調。

3? 機械部分改造內容

（1）砂輪架徑向運動軸（X軸）。

更換X軸的直線導軌、滾珠絲桿。全部選用日本NSK;更換絲杠支撐軸承，選用德國INA，F(xiàn)AG，或日本NSK。更換X軸的直線光柵尺，選用德國HEIDENHAIN;更換密封件及損壞的潤滑接頭，重新排潤滑油管。

（2）砂輪架軸向運動軸（Z軸）。

更換Z軸的直線導軌、滾珠絲桿。全部選用日本NSK;更換絲杠支撐軸承，選用德國INA，F(xiàn)AG或日本NSK;更換Z軸的直線光柵尺，選用德國HEIDENHAIN;更換密封件及損壞的潤滑接頭，重新排潤滑油管。

（3）磨具螺旋角調整軸（A軸）。

更換A軸的轉臺軸承、蝸桿支撐軸承。軸承品牌選用和原機床品牌相同軸承;更換A軸蝸輪蝸桿副，防塵油封;更換夾緊油缸內的密封圈，更換損壞的夾緊碟簧。

（4）砂輪主軸（S軸）。

修磨砂輪主軸，更換砂輪主軸軸承。軸承選用德國IBC軸承;更換電主軸和主軸的同步帶輪，同步帶;修磨機床隨機帶的砂輪法蘭，增加一片砂輪用于試磨件的磨削;砂輪主軸精度：軸向和徑向跳動≤0.002mm;主軸潤滑和冷卻系統(tǒng)結構不變;

（5）工件主軸（C軸）。

將原YK7232B的C軸結構更換為YK7232A的雙蝸輪蝸桿結構;軸承選用FAG或IBC等品牌;更換C軸圓光柵，選用德國HEIDENHAIN;更換密封圈其余軸承等易損件。

（6）尾架部件。

修磨尾架頂尖套筒，與尾架箱體單配間隙;更換尾架內的密封圈等易損件;插入量棒檢測尾架的自身精度;做尾架和工件主軸的幾何精度。

（7）修整滾輪機構。

更換修整器主軸和軸承，軸承選用德國IBC;更換密封圈等易損件;提供一套金剛石滾輪，若磨削擺線、矩形花鍵，滾輪需要另外特殊訂制。

（8）冷卻系統(tǒng)。

更換全新的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)采用集成式過濾裝置，磁性一級分離，鼓式二級過濾，保證冷卻過濾滿足機床使用要求。過濾紙規(guī)格內徑×寬度×長度φ50mm×1000mm×150m，推薦濾紙過濾精度45～55um。

（9）防護設施。

更換原機床的導軌，絲杠防護罩;更換防護門上的有機玻璃及密封條;更換門上的導軌、門鎖開關等易損件;更換靜電吸霧，靜電吸霧的參數與原機床相同。

4? 液壓氣動潤滑部分改造內容

仍采用原機床的液壓站，更換全部的液壓泵、電磁閥、濾油器等液壓元件。更換液壓站與床身間損壞的液壓軟管。做好管路標識。氣動部分更換原廠氣源處理組件和電磁閥等。潤滑結構不變，更換原廠的集中潤滑油箱，檢查潤滑接頭，損壞的更換。

5? 試切屑驗證

在機床完成改造并經過試磨削后，檢查報告如下。

（1）精度方面：自檢試磨乙方產品YK7232A試磨件，參數為：模數8，齒數28，壓力角20°，螺旋角25°，齒寬100，精度達到5級/GB10095-2001，尺寸的一致性很好，未發(fā)現(xiàn)尺寸超差的情況，即便尺寸公差要求在0.005mm內，也可穩(wěn)定的滿足要求。

（2）效率方面：之前是一人固定操作一臺機床，每個班次產1700件，現(xiàn)在為一人操作兩臺機床，每個班次產3000件。

6? 結語

通過對秦川成型磨數控化的改造，企業(yè)對的設備投資和生產成本較之前有明顯的降低和減少，同時在生產規(guī)模和產量質量保證等方面均有了很大的提升，從而提升了企業(yè)的產能和市場競爭力。此次成型磨改造的成功，為以后的機床改造提供了一個很好的示范，也為以后裝備再制造提供了一種思路和方法，值得推廣應用。

參考文獻

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