NUM系统的动态操作功能在数控磨齿机中的应用

王红旭 樊利军 张国辉 张海波

（陕西秦川机械发展股份有限公司研究院，陕西宝鸡 721009）

随着大规格成形砂轮磨齿机的不断发展，对机床的可靠性、稳定性提出更高要求。机床用户所处的工作环境各不相同，机床工作时电网意外断电情况时有发生。机床工作时意外断电轻则会造成用户磨削工件报废，严重的还会因伺服轴冲击造成机床工作轴精度走失，给用户造成很大经济损失。针对这一问题，我们利用NUM系统的动态操作功能开发了数控成形磨齿机断电保护功能。

1 总体方案

机械结构上，在Z轴（机床走刀轴）增加蓄能器，保证意外断电时，不会因液压系统掉电而使平衡油缸失去能量引起Z轴向下掉。电气部分，确定的方案是在机床意外断电情况下利用外接电容提供轴驱动的能量（强电部分），外接UPS电源提供DC24V来保持信号部分的能量（弱电部分），利用电源监视器的触点触发动态操作使X轴快速向进刀相反的方向回退的动作，保护磨削工件不受损伤，保护机床安全。

1．1 软硬件的动作关系说明

当数控系统处于自动方式下的程序运行状态时，让UPS电源处于给数控系统提供DC24V电源的状态，电容模块在直流母线上处于给数控系统在电源断电时的放电状态。利用电源监视器来监控电源，当电源断电时监视器的触点会给PLC发出一个开关量的信号%I501．4，系统把该信号传送给%M200．0，然后通过w_e42000（%M200．＆，0，1）指令把断电信号传送给 E42000，在动态操作中通过 O1=6、E81003/E42000/－24把E42000传递给E81003，接着通过O2=9、E81003/E81000/5/3/5来决定是否触发动态操作;当E81003=1时立即触发动态操作，这时X轴（进刀轴）以一定的速度（E81002=1 320）回退到安全位置（E81001=－10 000），完成整个断电回退的过程。

1．2 硬件组成（见表1）

表1

1．3 软件组成

由两部分组成，第一部分为动态操作程序;第二部分为PLC程序（即机床的动作程序），见图1。

2 试验过程

方案确定后，在数控成形磨齿机上进行了硬件搭建和软件编写。通过实验发现机床突然断电后X轴可以回退到要求位置。在实际磨削直齿轮时进行试验也没有发现问题。但是在磨削斜齿试验时发现很大问题，机床突然断电后X轴是可以回退到要求位置，但发现Z轴会往下掉，断电瞬间齿面有啃刀现象，并且随试验时机床工作速度加大出现严重啃刀现象，不能完全保护工件和机床安全。分析这种现象原因，发现意外断电时Z轴平衡油缸油压快速降低，Z轴负荷突然加大，Z轴电动机掉电抱闸力不够，引起Z轴向下掉，在磨削工件齿面上出现啃刀现象。

为了保证意外断电时Z轴平衡油缸油压不会降低，考虑在Z轴平衡油缸处增加蓄能器，在断电时由蓄能器给平衡油缸供油保证平衡油缸压力。经过多次试验啃刀现象有所改观，但还是不够稳定，没有达到预期效果。接下来又从断电时的响应性方面进行了分析，提出了从电气的硬件和软件两方面入手。重新选型电源监视器，提高了硬件的响应性;软件方面，通过梳理了断电时的逻辑关系，提高了系统响应性。

3 实验结果

通过在不同型号机床上的多次进行退刀量试验，试验数据如表2～4所示。

表2 某型号机床38#机试验数据

表3 某型号机床30#机试验数据

表4 某型号机床1#机试验数据

将配置的硬件和软件安装到机床上，在某型号机床30#机、某型号机床38#机、某型号机床1#机上分别磨削斜齿轮。机床磨削（半精磨和精磨）时Z轴走刀速度2 000 mm/min，进刀量0.02 mm，机床磨削过程中，断掉系统电源，机床可以正常回退。

通过检查工件磨削表面，证明试验结果良好。NUM的动态操作功能实现了保护工件和机床的作用，达到了预期目的。

4 目前应用情况

目前为保护机床工作精度和用户磨削工件不受损伤，NUM的动态操作功能已在成形磨齿机的数控系统中作为标准配置，以便实现机床的附加功能。

［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．