剃齿刀磨床砂轮修整器的数控化改型实例

魔神

    

国产YK7425型剃齿刀磨床是在Y7125A型大平面砂轮磨齿机的基础上研制开发的，主要用于磨削直齿和螺旋齿的插齿刀、剃齿刀和标准齿轮的渐开线表面，也可用来磨削直齿和螺旋齿的渐开线表面。该类机床是齿轮加工必需的关键设备，目前市场存量数千台，其中95%以上是老式的纯机械式结构，不但结构复杂、加工效率低，而且其加工精度完全靠操作工的经验来保证，无法满足大批量工业化生产的要求。因此对该类机床的数控化改造有着广阔的市场前景。

1 总体方案设计思路

YK7425数控化改造的整体设计思路包含以下几个方面:

1. 通过对机床动作的整体分析后发现，砂轮修整环节在整个磨削工时中占有相当比重，而且不同的工件要求不同的砂轮修整曲线。过去完全凭操作工的经验来掌握，无法保证磨削精度的稳定性。我们决定把数控化改造的突破口选在砂轮修整器上，选用控制精度高、可靠性好、操作简便、价位合理的数控系统来控制砂轮修整器的金刚钻运动，从而实现对砂轮进行任意给定曲线的修整。
2. 考虑到该机床砂轮修整器的机械结构、负载转矩、运动行程和进刀速度等方面的因素，要求所选用的进给电动机及其驱动器在与控制系统相匹配的同时，还应满足精度高、体积小、重量轻、转矩大、低速特性好的技术要求。
3. 由于砂轮修整与工件磨削不能同时进行，砂轮修整时需退离被加工齿面，待修整完毕后复位。故将砂轮架上下(即砂轮的进退)动作实现数控化，可使磨削调整更方便，进一步提高加工效率。

YK7425剃齿刀磨床电气控制系统框图

综合以上各点，我们选用了德国西门子公司最新推出的SINUMERIK 802S数控系统，该系统最多可控制3个步进电动机进给轴，两轴联动。这刚好满足了YK7425型剃齿刀磨床的设计要求，使系统资源得到了最充分合理的利用，从而降低了成本。同时，该系统兼容性良好，除可选用西门子STEPDRIVE C步进驱动器(单轴型)及其配套电动机外，还可与其他脉冲方向型控制的步进驱动单元相匹配。可实现对该机床砂轮修整器两个进给轴(X、Z轴)选用的日本RORZE步进驱动单元的直接控制。

YK7425型剃齿刀磨床的电气控制系统框图如图所示。

2 数控系统选型方案

1. 数控系统选型方案分析SINUMERIK 802S数控系统采用32位微处理器(AM486DE2)、集成式PLC、分离式小尺寸操作面板(OP020)和机床控制面板(MCP)，是专为经济型数控机床提供的CNC系统。它启动数据少，安装简便、快捷。由于是专门为中国市场开发的，还具有中英文菜单显示，操作简单方便，使生产过程灵活快速。目前在国内经济型数控领域处于领先地位。
   我们最终选定该系统，除了满足用户的相关要求及其低价位以外，最看中的是其操作编程的简单实用。特别是编程语句中的R参数指令功能，可以使操作者在加工不同零件时不必进入编程状态修改程序，而只需在R参数界面的对话框中输入新工件的工艺规格参数即可。这样既提高了生产效率，又满足了规范化磨削的要求。
   实际上，在系统中为用户预装了三套标准程序，包括修磨标准渐开线齿形、修形剃齿刀齿形、修形插齿刀齿形的砂轮修整程序。用户使用后普遍反映良好。
2. 设计方案的实施效果经数控化改造后的YK7425剃齿刀磨床实现了砂轮修整的数控化，适应了规范化磨削的需要，各项性能指标有了大幅度的提高。特别是首台样机出口韩国，获得了可观的经济效益。

【MechNet】