一种数控成型磨齿机数控化改造的方法

范浩　刘志成　房庆君　汪远平　宫德波

（山推工程机械股份有限公司）

本文以秦川数控成型磨齿机YK7332B数控化改造为例，论证了将小众且开放性低的NUM系统机床改成市面上比较普及的840D数控系统的一种可行方案，数控化替代方案主要重点机床放在机床的电气控制改造方面，需要更新数控系统、伺服电动机、驱动器及外围电气线路；这种方法的优势是840D数控系统自带成形砂轮加工、磨削误差分析及误差调整等一整套比较成熟的软件包。用户可以根据需要自行选择齿轮磨削工艺，磨削方法、砂轮修整方法，软件包会对部分计算参数进行优化处理。而对于机械部分，我们只对影响机床加工精度的重点部件进行有针对性的修理。改造完成后按照出厂标准进行精度检验。通过此次改造，为以后的机床改造提供了一种思路和方法，为长期使用后系统老旧，机械磨损的机床提出了一种彻底修复使用的方案。同时，机床再制造产业也是当下的一种趋势，国家现在正在加大提倡和支持。

01　数控化改造整体方案

由于机床的电气线路分布在多个部位，而电气元件已使用近10年，并且车间环境多油，存在线路老化现象，故障率高，机床的稳定性低，可使用时间不长。我们打算把原机床中的控制电路及外围电气控制线路全部拆掉，更换成数控系统内置的逻辑控制电路，实现PLC总线控制，这样可以节省大量的控制电路电缆及外围的线路。同时我们需要将 NUM系统更新为894D系统，所有进给轴的伺服电动机、驱 动器也全部更换。重新设计的外围控制电路，包括主轴旋转、油冷却、各伺服轴电机驱动等功能可实现系统自动控制。拆除原有的机床控制柜，在原部位安装新的控制柜；改造后的所有元件都按标准重新布置。数控系统选用西门子840DSL数字伺服控制系统，其优势是比普通模拟量伺服系统精度更高、运算速度更快、抗干扰能力更强。

02　电气部分改造内容

(1)机床更换全新的西门子840DSL高性能全数字数控系统。改造后机床有一下数控轴：立柱径向进给轴(X轴)， CNC全闭环控制；砂轮架轴向进给轴(Z轴)，CNC全闭环控 制；安装角调整轴(A轴)，半闭环控制；工件旋转轴(C轴)， CNC全闭环控制；砂轮主轴(S1轴)；通过NC控制的工件分 度轴(C轴)；进给轴（X轴、Z轴），可进行编程自动磨削，可实现齿形磨削要求；齿向可按照程序实现螺旋线差动、转角修形、圆弧修形等加工方式。机床具有断流回退功能， 当机床出现断流时，机床快速退回到安全位置，保护机床和正在磨削的工件。机床具有自动对刀和余量分配功能。

(2)磨削软件选择，840D数控系统自带成形砂轮加工、 磨削误差分析及误差调整等一整套比较成熟的软件包。用户可以根据需要自行选择齿轮磨削工艺，磨削方法、砂轮修整方法，软件包会对部分计算参数进行优化处理。这就相当于一个成型磨齿机专家系统，可以大幅降低机床操作者在以往需要进行的计算及数控编程等重复性工作。该软件几何包含了现有的齿形和齿向的任意形状修型、可精确计算齿顶和齿根的过渡曲线，而且还有多种参数输入形式、齿轮磨削工艺、磨削方法、砂轮修整方法可供用户选择，并根据用户实际需求对加工参数进行优化。软件自带的数据库安全性高，可随时调用。可根据机床一些配置，实现工件的自动对刀、误差分析等功能，大大提高了机床的加工效率。

(3)更换机床上的全部电气元件，包括各轴的光栅尺、 老化或损坏的开关、传感电缆等。

(4)更换新的电气控制柜，更换控制柜内的低压元器件、更换新的操作箱，尽可能维持原操作习惯。并更换原机床的电柜空调。

03　机械部分改造内容

(1)砂轮架径向运动轴（X轴）。 更换X轴的直线导轨、滚珠丝杆。全部选用日本NSK；更换丝杠支撑轴承，选用德国INA，FAG，或日本NSK。更换X轴的直线光栅尺，选用德国HEIDENHAIN；更换密封 件及损坏的润滑接头，重新排润滑油管。

(2)砂轮架轴向运动轴（Z轴）。 更换Z轴的直线导轨、滚珠丝杆。全部选用日本NSK；更换丝杠支撑轴承，选用德国INA，FAG或日本NSK；更换Z轴的直线光栅尺,选用德国HEIDENHAIN；更换密封件及损坏的润滑接头，重新排润滑油管。 

(3)磨具螺旋角调整轴（A轴）。 更换A轴的转台轴承、蜗杆支撑轴承。轴承品牌选用和原机床品牌相同轴承；更换A轴蜗轮蜗杆副，防尘油封；更换夹紧油缸内的密封圈，更换损坏的夹紧碟簧。

(4)砂轮主轴(S轴)。 修磨砂轮主轴，更换砂轮主轴轴承。轴承选用德国IBC轴承；更换电主轴和主轴的同步带轮，同步带；修磨机床随机带的砂轮法兰，增加一片砂轮用于试磨件的磨削；砂轮主轴精度：轴向和径向跳动≤0.002mm；主轴润滑和 冷却系统结构不变。

(5)工件主轴（C轴）。将原YK7232B的C轴