齿轮加工数控系统体系结构的研究

2010-04-07 10:11:55

传统齿轮加工机床运动关系复杂，以滚齿机（或蜗杆砂轮磨齿机）为例，在齿轮机床中存在着展成分度链、差动链、进给传动链等，如图1所示。调整既复杂又费时。快速趋近、工进、快退的位置和距离都需精心调整或试切才能完成，且需要的辅件多。

为了提高齿轮加工精度和加工效率，到了20世纪80年代以后，国内外开始对齿轮加工机床进行数控化改造和生产数控齿轮加工机床。特别是近年来，由于微电子技术的迅速发展和以现代控制理论为基础的高精度、高速响应交流伺服系统的出现，为齿轮加工数控系统的发展提供了良好的条件和机遇。

我们将齿轮加工数控系统分为全功能和非全功能两大类。

1 非全功能齿轮加工数控系统的结构

配这类数控系统的机床进给轴为数控轴，多采用伺服系统。由于80年代齿轮加工数控化刚开始起步，当时数控技术无法满足齿轮加工机床展成分度链的高同步性的要求，因此展成分度链和差动链仍为传统的机械传动（图2）。如南京第二机床厂的YKS3120滚齿机、重庆机床厂的YKX3132滚齿机、天津第一机床厂的 YK520插齿机等，都是2～3轴数控齿轮加工机床。这种数控加工方式，调整比机械式齿轮加工机床要方便得多。它们可以通过几个坐标轴的联动来实现齿向修形齿轮的加工，省去了传统加工修形齿轮所需的靠模等装置，提高了生产率和加工精度。但这类齿轮加工数控系统属经济型数控系统，由于其展成分度链和差动链仍为传统的机械式，齿轮加工精度取决于机械传动链的精度。目前这种齿轮加工数控系统多用于对现有机械式齿轮加工机床的数控改造。

2 全功能齿轮加工数控系统结构

近年来，由于计算机技术的迅猛发展和高精度、高速响应的伺服系统的出现，全功能数控齿轮加工机床已成为国际市场上的主流产品。全功能数控指不仅齿轮机床的各轴进给运动是数控的，而且机床的展成运动和差动运动也是数控的。目前展成分度链和差动链的数控处理方法不尽相同，有基于软件插补以及基于硬件控制的两种类型。

基于软件插补的齿轮加工数控系统
这类数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制，工件主轴通过数控指令经伺服电动机直接驱动（图3）。目前国产数控齿轮加工机床所配置的数控系统大多为国外知名品牌的通用数控系统，因而都是采用这种基于软件插补的数控加工方式。

根据齿轮加工过程中的参数确定刀具与工件之间的运动关系，如在滚齿机上加工圆柱齿轮时应满足：

n_B = z_C

n_C z_B
（1）
式中：n_B，n_C——分别为机床刀具主轴（B轴）和工件主轴（C轴）的转速，r/min

z_B，z_C——分别为机床刀具齿数（头数）和工件齿轮的齿数

在用“有差法”加工斜齿轮时，采用对角线进给走刀的切齿时，蜗杆砂轮磨齿机深切缓进磨齿过程中等，机床工件主轴与刀具主轴之间不仅需要实现严格的展成分齿运动，还需完成与Z、Y轴或者Z轴和Y轴进给有关的附加合成运动。其运动关系式为

n_C= Z_B n_B± sinb v_Z± cosl v_Y

Z_C pm_nZ_C pm_nz_C
（2）
式中：v_Y、v_Z——分别为Y、Z轴<

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