1 引言
CNC (Computerized Numerical Control)是计算机数值控制系统的英文缩写,也称数控系统。在现代工业生产中得到了广泛的应用。
今天,随着计算机信息技术和生产技术的迅猛发展,制造业对产品生产制造也提出了更高的目标和要求:产品制造周期要求越来越短,零部件的生产效率和柔性化生产的程度越来越高,产品的加工质量和性能也要求更高、更稳定。CNC系统也从一般的产品的零部件加工控制(如车削、铣削、高速切削、等标准CNC数控机床)被逐步发展应用到产品的组装、包装乃至产品的运输(如焊接、点胶、封装,工业机器人、等CNC产业机械)等整个生产制造过程中去。
本文以一台齿轮淬火机床CNC系统应用开发为例,详述了如何利用中达电通PUTNC-H4通用系列CNC、台达 DELTA交流伺服系统,并结合客户产品加工的工艺特点,为产业机械打造出客制化的CNC控制方案。
2 齿轮淬火机床对控制系统的要求
2.1 机械设计
机械设计为3轴伺服控制和1轴变频器控制:
(1)Y轴为旋转轴,传动机构会根据加工零件类型时的转速要求而有所不同,分为伺服和变频器拖动异步电动机两种传动方式,当加工齿轮类零件时,伺服电机经过减速机和齿轮盘两级减速机构,带动被加工齿轮做分度运动。当加工零件为光轴类零件时,Y轴伺服电机停止工作,传动结构改变为变频器拖动异步电动机经过同步带,带动光轴零件高速旋转。设计解决了伺服电机经过两级减速后,Y轴转盘速度无法满足光轴类零件的淬火工艺要求的问题。两种传动方式通过电气互锁,确保安全。
(2)Z轴为垂直轴,通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆,带动淬火加热感应器上下运动,
(3)X轴为水平轴,同样通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆,带动淬火感应器前后进给。其中Y轴伺服和Z轴伺服要求具有两轴插补功能,这样可以实现斜齿轮类和人字形齿轮类零件的淬火加工,而X轴伺服单动即可。
机械结构简图如图1所示。
图1 淬火机床机械结构
2.2 零件加工的工艺要求
(1)机床要求能够加工直齿轮、斜齿轮、人字形齿轮、阶梯齿轮的淬火加工。齿轮的加工最大直径2米,齿顶高0.8米。最大齿数100齿。
(2)机床在更换淬火感应器靠模后,还可以实现光轴类零件的淬火要求。
(3)配合不同的淬火感应器靠模设计,能够实现的淬火方式:连续淬火、同时淬火、分段连续淬火(分段淬火通过程序设定,不需行程开关)、分段同时淬火。
(4)齿轮淬火加工顺序要求间隔加工,以便留有足够冷却时间,保证齿轮最小的加工热变形,以齿数10为例,即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火顺序加工。
(5)要求各伺服轴,空行程速度F0和淬火加工速度F1分段可调,齿轮分度旋转时速度稳定。
(6)连续零件自动加工时,应保证足够的绝对精度,不会产生累计误差。
