齒輪加工在數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上的研究
2010-05-13 13:31:32
為了提高齒輪加工精度和加工效率，到了20世紀(jì)80年代以后，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始對(duì)齒輪加工機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造和生產(chǎn)數(shù)控齒輪加工機(jī)床。特別是近年來(lái)，由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的高精度、高速響應(yīng)交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，為齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。我們將齒輪加工系統(tǒng)分為全功能和非全功能兩大類(lèi)。
差動(dòng)掛輪箱
非全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
配這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給軸為數(shù)控軸，多采用伺服系統(tǒng)。由于80年代齒輪加工數(shù)控化剛開(kāi)始起步，當(dāng)時(shí)數(shù)控技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足齒輪加機(jī)床展成分度鏈的高同步性的要求,因此展成分度鏈和差動(dòng)鏈仍為傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)。這種數(shù)控加工方式，調(diào)整比機(jī)械式齒輪加工機(jī)床要方便的多。它們可以通過(guò)幾個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)齒向修形齒輪的加工，省去了傳統(tǒng)加工修形齒輪所需要的靠模等裝置，提高了生產(chǎn)率和加工精度。但是這類(lèi)齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)屬經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，由于其展成分度鏈和差動(dòng)鏈仍為傳統(tǒng)的機(jī)械式，齒輪加工精度取決于機(jī)械傳動(dòng)鏈的精度。目前這種齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)多用于對(duì)現(xiàn)有機(jī)械式齒輪加工機(jī)床的數(shù)控改造。
全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和高精度、高速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，全功能數(shù)控齒輪加工機(jī)床已成為國(guó)際市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。全功能數(shù)控指不僅齒輪機(jī)床的各軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)控的，而且機(jī)床的展成運(yùn)動(dòng)和差動(dòng)運(yùn)動(dòng)也是數(shù)控的。目前展成分度鏈和差動(dòng)鏈的數(shù)控處理方法不盡相同，有基于軟件插補(bǔ)以及基于硬件控制的兩種類(lèi)型。
分度掛輪箱
基于軟件差補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)
這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的刀具主軸一般采用變頻裝置控制，工件主軸通過(guò)數(shù)控指令經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控齒輪加工機(jī)床所配置的數(shù)控系統(tǒng)大多為國(guó)外知名品牌的通用數(shù)控系統(tǒng)，因而都是采用這種基于軟件插補(bǔ)的數(shù)控加工方式。
基于軟件插補(bǔ)方法的優(yōu)點(diǎn)是工件主軸的轉(zhuǎn)速完全由數(shù)控系統(tǒng)的軟件控制，因此，可以通過(guò)編制適當(dāng)?shù)能浖?，用通用的刀具?lái)高精度快速地加工非圓齒輪、修形齒輪，且加工精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機(jī)械靠模加工方法。
目前，由于控制精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面的原因，基于軟件插補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)還不能勝任高速高精度磨齒機(jī)的要求。隨著計(jì)算機(jī)速度的不斷提高、新控制方法的出現(xiàn)和控制精度的提高，這種方法的應(yīng)用面越來(lái)越廣?；谟布刂频凝X輪加工數(shù)控系統(tǒng)在傳統(tǒng)齒輪機(jī)床的展成分度鏈中，刀具和工件是由同一個(gè)電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，傳動(dòng)鏈很長(zhǎng)，并常需要采用精度不易提高的傳動(dòng)元件(如錐齒輪、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)等)，所以提高機(jī)床精度受到限制。
目前多采用光電盤(pán)脈沖分頻分度傳動(dòng)鏈。砂輪主軸以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)信元件(如光電盤(pán))，光電盤(pán)信號(hào)經(jīng)數(shù)字分頻后，控制工件軸伺服電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)精確分度傳動(dòng)關(guān)系。同時(shí)把機(jī)床的差動(dòng)鏈也納入控制系統(tǒng)。
基于硬件控制的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：采用硬件控制，特別是采用高同步精度的鎖相伺服控制時(shí)，精度高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)上比較復(fù)雜，比軟件插補(bǔ)的方式多一個(gè)硬件控制電路部分。硬件控制的電子齒輪比(差動(dòng)系數(shù)、主傳動(dòng)比)，目前還不能做到實(shí)時(shí)修改，即不能實(shí)時(shí)改變工件主軸的轉(zhuǎn)速，因而不能用于加工非圓齒輪等。
非全功能數(shù)控系統(tǒng)由于加工精度取決于機(jī)械傳動(dòng)鏈，仍存在交換掛輪，操作較繁，已較少使用。目前多用于現(xiàn)有機(jī)械式齒輪加工機(jī)床的數(shù)控化改造；基于軟件插補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)具有柔性大的優(yōu)點(diǎn)，可以很方便地通過(guò)程序控制，能加工非圓齒輪和各種修形齒輪，因而在加工精度不高的滾齒機(jī)和插齒機(jī)中有廣泛的應(yīng)用；基于硬件控制的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)，由于展成運(yùn)動(dòng)是直接采用硬件控制，特別是采用跟蹤精度極高的鎖相伺服技術(shù)時(shí)，能很好地保證齒輪機(jī)床差動(dòng)和展成運(yùn)動(dòng)精度，響應(yīng)速度快，但柔性差，適于加工精度要求高的磨齒機(jī)。
全功能的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)在國(guó)際上已是主流產(chǎn)品，也必將在國(guó)內(nèi)成為主流產(chǎn)品。
我國(guó)磨削技術(shù)的發(fā)展方向
磨削技術(shù)除向超精密、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動(dòng)化也是磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
目前磨削自動(dòng)化在CNC技術(shù)日趨成熟和普及基礎(chǔ)上，正在進(jìn)一步向數(shù)控化和智能化方向發(fā)展，許多專(zhuān)用磨削軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化。磨削是一個(gè)復(fù)雜的多變
