NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)在磨齒機(jī)上的應(yīng)用
YK7236 蝸桿砂輪磨齒機(jī)用于成批生產(chǎn)中磨削直齒和螺旋齒、圓柱齒輪，也可以磨削鼓形齒和錐齒等齒向修形齒輪。本機(jī)床工作原理和滾齒機(jī)相似，即用蝸桿砂輪與齒輪（工件）連續(xù)展成嚙合原理來磨削。機(jī)床可采用位移磨削方法和普通磨削方法以適應(yīng)高效磨削和精密磨削。該機(jī)床充分利用了NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)開放的環(huán)境，使用MMI工具開發(fā)軟件，制作了適合于蝸桿砂輪磨齒機(jī)磨削工藝的友好的人機(jī)對(duì)話界面，使得機(jī)床用戶更加容易操作。YK7236機(jī)床的磨削過程可采用手動(dòng)或自動(dòng)工作循環(huán)，蝸桿砂輪的修正過程采用半自動(dòng)的工作循環(huán)。如果采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服主軸，另外再加2個(gè)伺服修正軸和1個(gè)調(diào)整工件裝夾角的旋轉(zhuǎn)伺服軸，就是1臺(tái)八軸五聯(lián)動(dòng)的全數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)。
YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制過程
YK7236 蝸桿砂輪磨齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可以概括為以下7個(gè)方面，其中5個(gè)方面是由數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服軸。為了適用于NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)對(duì)蝸桿砂輪磨齒機(jī)的控制要求，這5個(gè)軸分別被定義為X軸、Y軸、Z軸、C軸及S軸。
※ 工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，圓光柵作閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為C軸。
※ 砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，圓光柵作位置檢測(cè)、變頻器調(diào)速普通三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為S軸。其運(yùn)轉(zhuǎn)速度直接由CNC主軸編程指導(dǎo)令控制，變頻器的模擬量指令入口連接到NUM數(shù)控系統(tǒng)的上，但須經(jīng)NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置及編制PLC程序，把±10V控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為0—10V信號(hào)。電動(dòng)機(jī)的起停及正反轉(zhuǎn)由NUM系統(tǒng)的PLC根據(jù)系統(tǒng)編程指令自動(dòng)控制。如果把變頻器和普通三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)主軸定向等功能，也能利用NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)刀功能指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀操作。
※ 工件滑板運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，直線光柵作閉環(huán)位置反饋、液壓比例閥驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為Z軸。 在選擇比例閥電控器時(shí)注重考慮與NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)軸口的信號(hào)連接。
※ 立柱切向位移：在齒輪磨削過程中，齒輪有一個(gè)沿切向的移動(dòng)，該移動(dòng)在加工過程中可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)的，也可以是一個(gè)固定移動(dòng)量。由數(shù)控系統(tǒng)控制、編碼器作半閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為Y軸。
※ 砂輪架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快移運(yùn)動(dòng)：砂輪架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在齒輪的加工過程中為齒輪的軸向運(yùn)動(dòng)。由數(shù)控系統(tǒng)控制、編碼器作半閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為X軸。砂輪架的快移運(yùn)動(dòng)與砂輪架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同向，是NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC控制的一個(gè)電磁閥，必要的時(shí)候，電磁閥動(dòng)作控制油缸帶動(dòng)砂輪架前后移動(dòng)。
※ 砂輪修正運(yùn)動(dòng)：分為齒形和外圓修正2個(gè)部分，這2個(gè)修正過程的轉(zhuǎn)換由1個(gè)手柄開關(guān)進(jìn)行連鎖切換。異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶交換掛輪的機(jī)械修正傳動(dòng)裝置的動(dòng)作，由數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC進(jìn)行全自動(dòng)的邏輯控制。如果把整套機(jī)械修正傳動(dòng)裝置去掉，增加2根帶位置反饋的伺服控制軸，1根軸與X軸平行，做修正進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，定義為U軸；另1根軸與Y軸平行，做修正滾輪的平行運(yùn)動(dòng)，定義為V軸。增加了這2根軸以后，就可以利用NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)的砂輪自動(dòng)修正指令，變帶交換掛輪的機(jī)械修正傳動(dòng)裝置為全自動(dòng)的電子齒輪箱修正裝置，大大地簡(jiǎn)化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了砂輪修正部分的運(yùn)行可靠性。
※ 工件架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：調(diào)節(jié)被加工齒輪的安裝角，該運(yùn)動(dòng)在YK7236機(jī)床上不用電氣控制，完全是1個(gè)手動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件。也可以增加1個(gè)位置反饋元件和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，把工件架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成一個(gè)數(shù)控伺服A軸。這樣一來，被加工齒輪的安裝角可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，再無需人工干預(yù)。
以上是YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件，還有一些如冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等也是該機(jī)床的必備部件，在此不再多述。
NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)適用于YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的主要功能
蝸桿砂輪磨齒機(jī)的工作原理和滾齒機(jī)相似，即用蝸桿砂輪與工件齒輪連續(xù)展成嚙合原理來磨削。 YK7236既不同以前的機(jī)械同步傳動(dòng)鏈，又不同于電子鎖相的電子傳動(dòng)鏈，而是依靠數(shù)控系統(tǒng)保證了砂輪主軸S和工件旋轉(zhuǎn)軸C、工件軸向運(yùn)動(dòng)軸Z、立柱切向位移軸Y之間實(shí)際位置的嚴(yán)格同步比例關(guān)系。即C軸在正常的齒輪加工過程中，根據(jù)不同的被加工齒輪的參數(shù)與S軸、Z軸和Y軸的實(shí)際位置保持著嚴(yán)格的同步比例跟隨關(guān)系。即：
d（c）=Ksd（s）+Kyd（y）+Kzd（z）
Ks=K／Nd
Ks=360／（πMrNd)cosβ
Ky=360／（πMrNd)cosλ
式中：K為砂輪頭數(shù)，Nd為被加工齒輪的齒數(shù)，Mr為被加工齒輪的模數(shù)，β為被加工齒輪的螺旋角，λ為砂輪的螺旋升角。
在NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)中，C軸和S軸、Z軸及Y軸的聯(lián)動(dòng)關(guān)系已做成相應(yīng)的G代碼指令，只需用大家熟悉的G代碼指令就可完成齒輪加工程序的編制。相應(yīng)的G代碼指令如下。
G81 D xx K +/- xx [Pxx> [Qxx> [Rxx>：確立C軸和S軸、Z軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。其中，Dxx：為被加工齒輪齒數(shù)；K+/-xx：為砂輪頭數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向；Rxx為允許的同步跟隨誤差；Pxx為被加工齒輪螺旋角；Qxx為被加工齒輪模數(shù)。
G80 RO：取消所有的同步聯(lián)動(dòng)磨削關(guān)系。
G80 R81：取消G81確立的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即C軸與S軸及Z軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
G80 R85：取消G85確立的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即C軸與Y軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)還有一些適用于蝸桿砂輪磨齒機(jī)的特殊功能，如：砂輪自動(dòng)修正功能G82、G83指令，齒輪自動(dòng)加工循環(huán)過程中可變Z軸進(jìn)給率G87指令，砂輪和被加工齒輪自動(dòng)對(duì)刀功能G84、G86指令等。值得一提得是在全數(shù)控的蝸桿砂輪磨齒機(jī)中，除加工軸C軸和S軸、Y軸、Z軸之間有同步聯(lián)動(dòng)跟隨關(guān)系外，修正軸V軸和S軸之間也是同步隨動(dòng)關(guān)系，當(dāng)這兩個(gè)同步隨動(dòng)關(guān)系有效時(shí)，C軸和V軸應(yīng)是靜態(tài)無差的，為此NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)專設(shè)了P29系統(tǒng)參數(shù)，用以設(shè)定不同的跟隨目標(biāo)及控制器的PID、速度前饋等調(diào)節(jié)參數(shù)。
NUM數(shù)控系統(tǒng)的示波器功能、動(dòng)態(tài)操作功能、軸間校準(zhǔn)功能，也為蝸桿砂輪磨齒機(jī)分析傳動(dòng)鏈誤差、簡(jiǎn)化機(jī)床操作、實(shí)現(xiàn)齒輪修形等提供了方便條件。
結(jié)束語(yǔ)
YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)不同于一般的加工機(jī)床，一般加工機(jī)床的加工程序隨加工的零件種類不同而作不同的變換，而YK7236機(jī)床的加工程序是固定的，只是隨加工齒輪的不同，相應(yīng)參數(shù)做一下調(diào)整即可。為了更便于用戶使用，YK7236機(jī)床借助NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的齒輪加工功能及開放的人機(jī)界面環(huán)境，在MMI工具軟件的支持下，制作出實(shí)用的人機(jī)對(duì)話界面。用戶在加工齒輪時(shí)，只需根據(jù)磨削齒輪的參數(shù)和工藝要求，在相應(yīng)的畫面上輸入齒數(shù)、模數(shù)等相關(guān)的參數(shù)，或調(diào)出以前已存儲(chǔ)的加工參數(shù)，就可進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)加工，非常簡(jiǎn)明、實(shí)用、方便。
YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制過程
YK7236 蝸桿砂輪磨齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可以概括為以下7個(gè)方面，其中5個(gè)方面是由數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服軸。為了適用于NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)對(duì)蝸桿砂輪磨齒機(jī)的控制要求，這5個(gè)軸分別被定義為X軸、Y軸、Z軸、C軸及S軸。
※ 工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，圓光柵作閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為C軸。
※ 砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，圓光柵作位置檢測(cè)、變頻器調(diào)速普通三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為S軸。其運(yùn)轉(zhuǎn)速度直接由CNC主軸編程指導(dǎo)令控制，變頻器的模擬量指令入口連接到NUM數(shù)控系統(tǒng)的上，但須經(jīng)NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置及編制PLC程序，把±10V控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為0—10V信號(hào)。電動(dòng)機(jī)的起停及正反轉(zhuǎn)由NUM系統(tǒng)的PLC根據(jù)系統(tǒng)編程指令自動(dòng)控制。如果把變頻器和普通三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)主軸定向等功能，也能利用NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)刀功能指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀操作。
※ 工件滑板運(yùn)動(dòng)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，直線光柵作閉環(huán)位置反饋、液壓比例閥驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為Z軸。 在選擇比例閥電控器時(shí)注重考慮與NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)軸口的信號(hào)連接。
※ 立柱切向位移：在齒輪磨削過程中，齒輪有一個(gè)沿切向的移動(dòng)，該移動(dòng)在加工過程中可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)的，也可以是一個(gè)固定移動(dòng)量。由數(shù)控系統(tǒng)控制、編碼器作半閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為Y軸。
※ 砂輪架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快移運(yùn)動(dòng)：砂輪架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在齒輪的加工過程中為齒輪的軸向運(yùn)動(dòng)。由數(shù)控系統(tǒng)控制、編碼器作半閉環(huán)位置反饋、交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在數(shù)控系統(tǒng)中定義為X軸。砂輪架的快移運(yùn)動(dòng)與砂輪架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同向，是NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC控制的一個(gè)電磁閥，必要的時(shí)候，電磁閥動(dòng)作控制油缸帶動(dòng)砂輪架前后移動(dòng)。
※ 砂輪修正運(yùn)動(dòng)：分為齒形和外圓修正2個(gè)部分，這2個(gè)修正過程的轉(zhuǎn)換由1個(gè)手柄開關(guān)進(jìn)行連鎖切換。異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶交換掛輪的機(jī)械修正傳動(dòng)裝置的動(dòng)作，由數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC進(jìn)行全自動(dòng)的邏輯控制。如果把整套機(jī)械修正傳動(dòng)裝置去掉，增加2根帶位置反饋的伺服控制軸，1根軸與X軸平行，做修正進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，定義為U軸；另1根軸與Y軸平行，做修正滾輪的平行運(yùn)動(dòng)，定義為V軸。增加了這2根軸以后，就可以利用NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)的砂輪自動(dòng)修正指令，變帶交換掛輪的機(jī)械修正傳動(dòng)裝置為全自動(dòng)的電子齒輪箱修正裝置，大大地簡(jiǎn)化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了砂輪修正部分的運(yùn)行可靠性。
※ 工件架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：調(diào)節(jié)被加工齒輪的安裝角，該運(yùn)動(dòng)在YK7236機(jī)床上不用電氣控制，完全是1個(gè)手動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件。也可以增加1個(gè)位置反饋元件和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，把工件架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成一個(gè)數(shù)控伺服A軸。這樣一來，被加工齒輪的安裝角可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，再無需人工干預(yù)。
以上是YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件，還有一些如冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等也是該機(jī)床的必備部件，在此不再多述。
NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)適用于YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)的主要功能
蝸桿砂輪磨齒機(jī)的工作原理和滾齒機(jī)相似，即用蝸桿砂輪與工件齒輪連續(xù)展成嚙合原理來磨削。 YK7236既不同以前的機(jī)械同步傳動(dòng)鏈，又不同于電子鎖相的電子傳動(dòng)鏈，而是依靠數(shù)控系統(tǒng)保證了砂輪主軸S和工件旋轉(zhuǎn)軸C、工件軸向運(yùn)動(dòng)軸Z、立柱切向位移軸Y之間實(shí)際位置的嚴(yán)格同步比例關(guān)系。即C軸在正常的齒輪加工過程中，根據(jù)不同的被加工齒輪的參數(shù)與S軸、Z軸和Y軸的實(shí)際位置保持著嚴(yán)格的同步比例跟隨關(guān)系。即：
d（c）=Ksd（s）+Kyd（y）+Kzd（z）
Ks=K／Nd
Ks=360／（πMrNd)cosβ
Ky=360／（πMrNd)cosλ
式中：K為砂輪頭數(shù)，Nd為被加工齒輪的齒數(shù)，Mr為被加工齒輪的模數(shù)，β為被加工齒輪的螺旋角，λ為砂輪的螺旋升角。
在NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)中，C軸和S軸、Z軸及Y軸的聯(lián)動(dòng)關(guān)系已做成相應(yīng)的G代碼指令，只需用大家熟悉的G代碼指令就可完成齒輪加工程序的編制。相應(yīng)的G代碼指令如下。
G81 D xx K +/- xx [Pxx> [Qxx> [Rxx>：確立C軸和S軸、Z軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。其中，Dxx：為被加工齒輪齒數(shù)；K+/-xx：為砂輪頭數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向；Rxx為允許的同步跟隨誤差；Pxx為被加工齒輪螺旋角；Qxx為被加工齒輪模數(shù)。
G80 RO：取消所有的同步聯(lián)動(dòng)磨削關(guān)系。
G80 R81：取消G81確立的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即C軸與S軸及Z軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
G80 R85：取消G85確立的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即C軸與Y軸的同步聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)還有一些適用于蝸桿砂輪磨齒機(jī)的特殊功能，如：砂輪自動(dòng)修正功能G82、G83指令，齒輪自動(dòng)加工循環(huán)過程中可變Z軸進(jìn)給率G87指令，砂輪和被加工齒輪自動(dòng)對(duì)刀功能G84、G86指令等。值得一提得是在全數(shù)控的蝸桿砂輪磨齒機(jī)中，除加工軸C軸和S軸、Y軸、Z軸之間有同步聯(lián)動(dòng)跟隨關(guān)系外，修正軸V軸和S軸之間也是同步隨動(dòng)關(guān)系，當(dāng)這兩個(gè)同步隨動(dòng)關(guān)系有效時(shí)，C軸和V軸應(yīng)是靜態(tài)無差的，為此NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)專設(shè)了P29系統(tǒng)參數(shù)，用以設(shè)定不同的跟隨目標(biāo)及控制器的PID、速度前饋等調(diào)節(jié)參數(shù)。
NUM數(shù)控系統(tǒng)的示波器功能、動(dòng)態(tài)操作功能、軸間校準(zhǔn)功能，也為蝸桿砂輪磨齒機(jī)分析傳動(dòng)鏈誤差、簡(jiǎn)化機(jī)床操作、實(shí)現(xiàn)齒輪修形等提供了方便條件。
結(jié)束語(yǔ)
YK7236蝸桿砂輪磨齒機(jī)不同于一般的加工機(jī)床，一般加工機(jī)床的加工程序隨加工的零件種類不同而作不同的變換，而YK7236機(jī)床的加工程序是固定的，只是隨加工齒輪的不同，相應(yīng)參數(shù)做一下調(diào)整即可。為了更便于用戶使用，YK7236機(jī)床借助NUM1060HG數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的齒輪加工功能及開放的人機(jī)界面環(huán)境，在MMI工具軟件的支持下，制作出實(shí)用的人機(jī)對(duì)話界面。用戶在加工齒輪時(shí)，只需根據(jù)磨削齒輪的參數(shù)和工藝要求，在相應(yīng)的畫面上輸入齒數(shù)、模數(shù)等相關(guān)的參數(shù)，或調(diào)出以前已存儲(chǔ)的加工參數(shù)，就可進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)加工，非常簡(jiǎn)明、實(shí)用、方便。
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