德国LORENZ插齿机的数控化改造

于新潮

（包头职业技术学院，内蒙古 包头 014030）

内蒙古一机集团20世纪80年代初从原西德LORENZ公司引进一批不同规格的由PLC控制的插齿机，经过20多年的使用，电气系统严重老化，接插件腐蚀，经常接触不良，电路板绝缘程度降低，机床故障率高，维修困难。由于生产厂家产品已经更新换代，备件问题无法解决，但该机床机械性能较好，丝杠和导轨磨损很小，液压、润滑系统正常，机床可利用价值较高。通过数控化改造不仅能解决上述问题，还可提高设备的控制精度和自动化水平，减轻工人操作的复杂程度，使其成为数控插齿机床。

一、改造方案

LORENZ插齿机主要有冲程、深度（X轴）和旋转工作台（C轴）三个轴（个别机床带工作台倾斜轴）。由于冲程电机功率大，从经济上考虑仍保留原直流电机，使用欧陆A590P直流主轴驱动器驱动该电机，利用外接编码器进行冲程位置控制。X轴和C轴分别为数控直线轴和旋转轴，X轴采用测量尺全闭环位置控制，C轴利用伺服电机内部3072线编码器实现半闭环位置控制。

工作台旋转与插齿刀旋转的同步是由机械结构实现的。数控系统检测冲头提升到最高位置时才允许深度（X轴）进给，进给到位后冲头才能上下往复运动，避免了在深度进给时插齿刀碰到障碍物而损坏刀具或工件。

利用NUM1040数控系统内置的PLC功能模块对机床操作、液压、冷却、润滑和冲头等实现控制，取代了原机床大量的继电器逻辑控制线路，提高了机床的稳定性和可靠性。

取消原机床面板上所有的进刀设置电位器和选择开关，全部由数控系统内装式PLC或加工程序指令完成。

二、数控系统配置（见图1）

图1

NUM1040HG是集CNC、PLC于一体的全功能数控系统，能控制1～6个轴（其中4轴插补）。基本配置的输入/输出点数是64/48（可扩展到256/128）；可配置1～3个手轮，9英寸液晶彩色显示器，能够实现从刀具轨迹控制到外部设备的监控。CNC系统硬件采用CMOS电路、光纤通信技术及模块化设计思想，减少了系统和外部的连线，提高了整个机床电气控制系统的可靠性。系统主要由电源、CNC、驱动模块组成。系统软件具有开放性和友好界面，可提供帮助性编程方式和强大的通信功能，完善的丝杠螺距误差补偿和多种插补方式，用户可方便地根据加工特性需要编写固定循环。

三、PLC程序的模块化设计

NUM内置PLC采用梯形图编程语言、模块化程序设计，根据控制功能PLC程序编写成多个模块，每一个模块完成指定功能，各功能模块统一由主任务模块循环调用。这样设计的程序可读性强，逻辑控制可靠性高，主要模块如下。系统初始化模块：完成控制系统参数的设置与优化检查；I/O端口、定时器、计数器预置；堆栈、数据保护区、数据交换区的起始地址及容量的确定等。主任务模块：完成对各功能模块的循环调用。功能模块：处理PLC与CNC之间的数据交换；启/停控制；工作方式选择；各伺服轴进给控制；功能代码处理；内齿/外齿控制；冲头运动控制（插刀最高/最低位置检测控制）；回参考点操作，控制面板处理，报警文本处理等。中断处理模块：实时处理随机事件。

根据工艺要求，普通工件采用三个加工循环，每一个循环的进给量由工件材料、加工粗糙度要求在加工程序中给定，自动完成加工过程。PLC控制程序流程图见图2。

四、结束语

该系列插齿机床主要用于加工各种内/外直齿（或斜齿）。该机床改造以来，因为提高了机械传动精度（电机直连），加之合理使用间隙和螺距误差补偿能力，工件加工精度和工作效率有所提高。机床性能稳定可靠，据初步统计，故障率较改造前降低80%以上，经济效益提高50%以上。