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引 言 齒 輪 傳 動 應(yīng) 用 廣 泛 對 齒 輪 制 造 質(zhì) 量 的 要 求 越 來 越 高 需 求 量 也 日 益 增 加 而 鼓 形 齒 輪 可 改 善 齒 輪 的 嚙 合 狀 況 使 齒 向 載 荷 分 布 均 勻 提 高 齒 輪 的 抗 彎 強 度 降 低 傳 動 噪 聲 延 長 使 用 壽 命 鼓 形 齒 聯(lián) 軸 器 和 直 齒 聯(lián) 軸 器 相 比 具 有 承 載 力 高 使 用 壽 命 長 維 修 費 用 低 機 械 效 率 高 等 優(yōu) 點 在 起 重 機 等 方 面 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 1 普 通 滾 齒 機 不 具 備 加 工 鼓 形 齒 輪 的 功 能 部 分 滾 齒 機 通 過 加 裝 仿 形 板 并 手 搖 機 床 立 柱 來 實 現(xiàn) 獲 得 鼓 形 齒 輪 加 工 功 能 但 這 種 方 法 存 在 立 柱 進 給 靈 敏 度 差 工 件 齒 面 粗 糙 度 高 仿 形 板 規(guī) 格 繁 多 操 作 費 力 等 弊 端 特 別 是 機 床 調(diào) 整 復(fù) 雜 調(diào) 整 周 期 長 產(chǎn) 品 適 應(yīng) 性 較 差 加 工 質(zhì) 量 較 低 嚴 重 制 約 了 鼓 形 齒 輪 的 生 產(chǎn) 本 課 題 來 源 于 生 產(chǎn) 企 業(yè) 對 鼓 形 齒 輪 加 工 的 實 際 需 求 根 據(jù) 近 年 來 數(shù) 控 技 術(shù) 尤 其 是 開 放 式 運 動 控 制 器 快 速 發(fā) 展 的 現(xiàn) 狀 應(yīng) 某 廠 方 要 求 對 某 廠 的 Y 3 1 5 0 E 滾 齒 機 進 行 數(shù) 控 化 技 術(shù) 改 造 成 功 地 開 發(fā) 了 一 套 基 于 H U S T C N C H 3 X 的 開 放 式 運 動 控 制 器 的 數(shù) 控 滾 齒 系 統(tǒng) 并 用 于 實 際 生 產(chǎn) 改 造 好 的 數(shù) 控 滾 齒 機 調(diào) 整 簡 單 機 械 性 能 穩(wěn) 定 可 靠 使 鼓 形 齒 輪 的 加 工 質(zhì) 量 加 工 精 度 大 大 提 高 同 時 大 幅 度 提 高 生 產(chǎn) 效 率 1 滾 齒 機 加 工 原 理 1 1 滾 齒 機 傳 動 鏈 分 析 滾 齒 機 應(yīng) 具 備 下 列 傳 動 鏈 主 運 動 傳 動 鏈 展 成 運 動 傳 動 鏈 垂 直 進 給 運 動 傳 動 鏈 軸 向 運 動 傳 動 鏈 徑 向 進 給 運 動 傳 動 鏈 2 滾 齒 機 的 工 作 運 動 有 1 主 運 動 主 運 動 即 滾 刀 的 旋 轉(zhuǎn) 運 動 2 展 成 運 動 滾 刀 和 工 件 的 回 轉(zhuǎn) 由 伺 服 電 動 機 分 別 驅(qū) 動 滾 刀 和 工 件 的 回 轉(zhuǎn) 伺 服 電 動 機 按 控 制 指 令 運 動 嚴 格 保 證 滾 刀 和 工 件 二 者 同 步 該 方 案 投 入 大 成 本 高 對 運 動 控 制 器 的 實 時 控 制 要 求 較 高 控 制 軟 件 編 程 難 度 大 3 垂 直 進 給 運 動 垂 直 進 給 運 動 即 滾 刀 沿 工 件 軸 向 作 連 續(xù) 的 進 給 運 動 以 切 出 整 個 齒 寬 上 的 齒 滾 齒 機 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計 俞 鴻 斌 1 金 波 1 舒 柏 和 2 1 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 浙 江 金 華 3 2 1 0 0 7 2 金 華 漢 生 機 電 控 制 工 程 有 限 公 司 浙 江 金 華 3 2 1 0 1 7 摘 要 本 文 介 紹 了 運 用 基 于 H U S T C N C H 3 X 開 放 式 運 動 控 制 器 對 滾 齒 機 進 行 數(shù) 控 化 改 造 的 原 理 用 此 方 法 改 造 普 通 滾 齒 機 可 以 有 效 地 擴 大 機 床 加 工 鼓 形 齒 輪 的 功 能 大 大 提 高 了 機 床 性 能 獲 得 較 大 的 經(jīng) 濟 效 益 關(guān) 鍵 詞 滾 齒 機 改 造 設(shè) 計 中 圖 分 類 號 T G 6 1 2 文 獻 標 識 碼 A 文 章 編 號 1 6 7 1 3 6 9 9 2 0 0 7 0 2 0 0 1 4 0 3 D e s i g n a n d R e f o r m i n G e a r H o b b i n g M a c h i n e Y U H o n g b i n 1 J I N B o 1 S H U B a i h e 2 1 J i n H u a C o l l e g e o f P r o f e s s i o n 2 J i n h u a H a n g s h e n g M e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g L i m i t e d C o m p a n y J i n h u a 3 2 1 0 1 7 C h i n a A b s t r a c t T h e p a p e r d i s c u s s e s t h e p r i n c i p l e o f t h e g e a r h o b b i n g m a c h i n e C N C R e f o r m u t i l i z i n g H U S T C N C H 3 X o p e n m o t i o n c o n t r o l l e r W i t h t h i s d e s i g n t h e f u n c t i o n o f h o b b i n g m a c h i n e t o m a c h i n e c r o w n g e a r c a n b e e f f e c t i v e l y e x p a n d e d t h e p e r f o r m a n c e a n d p r o c e s s i n g c a p a c i t y o f t h e C N C g e a r h o h h i n g m a c h i n e a r e g r e a t l y e n h a n c e d a n d t h e e c o n o m i c a l b e n f i t c a n b e g a i n e d e c o n o m i c a l l y K e y W o r d s g e a r h o b b i n g m a c h i n e r e f o r m d e s i g n 收 稿 日 期 2 0 0 7 0 3 2 7 作 者 簡 介 俞 鴻 斌 1 9 7 1 男 浙 江 永 康 人 碩 士 研 究 生 講 師 技 師 主 要 從 事 數(shù) 控 技 術(shù) 機 械 C A D C A M C A E 研 究 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 報 第 7 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 4 月 V o l 7 N o 2 A p r 2 0 0 7 形 軸 向 進 給 改 造 為 由 伺 服 電 動 機 M 1 驅(qū) 動 調(diào) 節(jié) M 1 的 轉(zhuǎn) 速 可 以 得 到 需 要 的 進 給 速 度 改 造 原 理 如 圖 l 所 示 4 徑 向 進 給 工 件 向 滾 刀 方 向 作 徑 向 進 給 垂 直 進 給 運 動 和 徑 向 進 給 聯(lián) 動 加 工 鼓 形 齒 輪 水 平 徑 向 進 給 改 造 為 由 伺 服 電 動 機 M 2 驅(qū) 動 經(jīng) 蝸 桿 副 絲 桿 副 使 滾 刀 切 向 移 動 調(diào) 整 伺 服 電 動 機 轉(zhuǎn) 速 可 以 得 到 需 要 的 切 向 進 給 速 度 因 廠 方 要 求 且 受 成 本 限 制 展 成 運 動 保 留 了 普 通 滾 齒 機 原 分 齒 傳 動 鏈 采 用 兩 臺 伺 服 電 動 機 進 行 數(shù) 控 改 造 1 2 總 體 設(shè) 計 方 案 根 據(jù) 鼓 形 齒 輪 的 成 形 原 理 綜 合 考 慮 滾 切 中 對 機 械 進 給 系 統(tǒng) 跟 隨 性 快 速 性 的 要 求 及 改 造 成 本 等 因 素 在 保 留 原 普 通 滾 齒 機 分 齒 傳 動 鏈 的 基 礎(chǔ) 上 按 照 數(shù) 控 理 論 中 兩 坐 標 圓 弧 插 補 原 理 對 機 床 的 刀 架 垂 直 進 給 運 動 和 水 平 徑 向 進 給 進 行 數(shù) 控 化 控 制 改 造 實 現(xiàn) 鼓 形 齒 輪 加 工 按 工 件 精 度 和 切 削 力 的 計 算 參 考 國 內(nèi) 外 數(shù) 控 滾 齒 機 的 拖 動 方 式 采 用 伺 服 電 機 驅(qū) 動 的 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 在 數(shù) 控 滾 齒 機 上 加 工 鼓 形 齒 輪 要 根 據(jù) 其 工 件 圖 參 數(shù) 夾 具 尺 寸 滾 刀 參 數(shù) 工 藝 要 求 確 定 各 軸 位 置 X Y 兩 坐 標 聯(lián) 動 用 圓 弧 插 值 法 加 工 對 稱 于 工 件 齒 寬 帶 圓 弧 的 鼓 形 直 齒 和 斜 齒 齒 輪 3 數(shù) 值 計 算 和 調(diào) 整 原 理 見 圖 2 2 機 械 部 分 改 造 在 滿 足 實 際 應(yīng) 用 需 求 的 情 況 下 為 了 降 低 成 本 酌 情 減 少 數(shù) 控 軸 數(shù) 對 原 機 械 滾 齒 機 的 改 動 較 少 對 不 同 尺 寸 的 鼓 形 齒 輪 通 過 參 數(shù) 化 設(shè) 置 便 可 進 行 加 工 操 作 簡 單 方 便 進 給 X 軸 Y 軸 分 別 采 用 伺 服 電 動 機 通 過 數(shù) 控 系 統(tǒng) 單 獨 控 制 數(shù) 控 機 床 的 進 給 系 統(tǒng) 應(yīng) 滿 足 無 間 隙 低 摩 擦 高 剛 度 等 基 本 要 求 需 要 完 成 的 機 械 改 造 主 要 包 括 滑 動 絲 杠 改 為 具 有 預(yù) 緊 消 隙 功 能 的 滾 珠 絲 杠 蝸 桿 蝸 輪 副 改 為 雙 導(dǎo) 程 漸 開 線 蝸 桿 副 增 加 軸 向 調(diào) 整 環(huán) 節(jié) 滑 動 軸 承 均 改 為 滾 動 軸 承 去 掉 垂 直 進 給 傳 動 鏈 及 調(diào) 整 掛 輪 機 構(gòu) 使 刀 架 X Y 軸 數(shù) 控 化 使 得 機 床 各 項 運 動 精 度 大 大 提 高 機 床 更 加 柔 性 化 調(diào) 整 更 加 方 便 大 大 降 低 工 人 的 勞 動 強 度 3 控 制 軟 件 設(shè) 計 方 案 3 1 控 制 系 統(tǒng) 方 案 制 定 本 方 案 是 采 用 臺 灣 億 圖 的 多 軸 運 動 控 制 器 H U S T C N C H 3 X 的 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 核 心 是 一 塊 具 有 P C 1 0 4 總 線 并 且 自 帶 高 速 D S P 芯 片 的 開 放 式 多 軸 運 動 控 制 卡 與 嵌 入 式 P C 主 機 構(gòu) 成 多 處 理 器 結(jié) 構(gòu) 卡 上 自 帶 D S P 芯 片 以 實 現(xiàn) 實 時 高 速 插 補 計 算 功 能 可 完 成 空 間 直 線 圓 弧 插 補 大 大 減 輕 了 主 機 負 擔(dān) 還 提 供 了 程 序 緩 沖 區(qū) 該 運 動 控 制 卡 通 過 P C 1 0 4 總 線 和 計 算 機 通 訊 一 方 面 將 從 各 控 制 軸 采 集 到 的 數(shù) 據(jù) 送 給 主 機 進 行 計 算 另 一 方 面 將 主 機 根 據(jù) 工 藝 及 數(shù) 學(xué) 模 型 進 行 運 算 生 成 的 運 動 控 制 指 令 經(jīng) 過 進 一 步 處 理 送 各 軸 伺 服 驅(qū) 動 器 完 成 各 軸 的 運 動 控 制 加 工 出 滿 足 工 藝 要 求 的 合 格 零 件 圖 1 滾 齒 機 改 造 原 理 簡 圖 圖 2 X Y 兩 坐 標 聯(lián) 動 圓 弧 插 值 法 加 工 鼓 形 齒 輪 俞 鴻 斌 等 滾 齒 機 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計第 2 期 1 5 圖 5 滾 齒 機 系 統(tǒng) 硬 件 控 制 部 分 及 部 分 電 器 原 理 圖 圖 3 T N C A 3 系 列 控 制 器 L C D 面 板 及 按 鍵 圖 4 滾 齒 機 數(shù) 控 系 統(tǒng) 單 段 運 行 操 作 界 面 下 轉(zhuǎn) 第 1 3 頁 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 報 2 0 0 7 年 3 2 控 制 軟 件 設(shè) 計 方 法 本 系 統(tǒng) 控 制 軟 件 是 在 純 D O S 下 用 C 語 言 開 發(fā) 的 D O S 系 統(tǒng) 的 開 放 性 單 任 務(wù) 準 確 的 時 鐘 中 斷 管 理 及 其 良 好 的 穩(wěn) 定 性 為 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 提 供 了 可 靠 的 保 證 整 個 軟 件 系 統(tǒng) 采 用 模 塊 化 設(shè) 計 它 包 括 主 程 序 模 塊 子 程 序 模 塊 及 加 工 程 序 模 塊 三 大 部 分 控 制 器 L C D 面 板 及 按 鍵 參 見 圖 3 單 段 運 行 操 作 界 面 參 見 圖 4 其 中 系 統(tǒng) 初 始 化 包 括 自 制 小 漢 字 字 模 的 裝 入 顯 示 器 圖 形 方 式 的 初 始 化 控 制 器 濾 波 參 數(shù) 的 整 定 等 系 統(tǒng) 診 斷 模 塊 的 作 用 是 監(jiān) 控 各 被 控 軸 的 運 動 狀 態(tài) 如 各 軸 有 無 運 動 誤 差 超 限 伺 服 報 警 運 動 完 成 限 位 開 關(guān) 動 作 等 實 時 控 制 模 塊 由 中 斷 服 務(wù) 程 序 實 現(xiàn) 它 在 每 個 時 鐘 中 斷 周 期 內(nèi) 讀 入 各 軸 位 置 根 據(jù) 加 工 對 象 的 加 工 工 藝 要 求 計 算 出 新 的 運 動 控 制 指 令 送 運 動 器 解 釋 執(zhí) 行 4 硬 件 電 路 本 文 討 論 的 改 造 方 案 采 用 開 放 式 運 動 控 制 卡 去 驅(qū) 動 各 軸 電 機 擺 脫 了 國 外 進 口 的 限 制 充 分 發(fā) 揮 了 P C 平 臺 上 的 軟 硬 件 優(yōu) 勢 豐 富 和 改 善 了 開 發(fā) 環(huán) 境 硬 件 電 路 由 外 設(shè) 信 號 變 換 電 路 及 輔 助 電 路 幾 部 分 組 成 構(gòu) 成 一 個 完 整 的 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 完 成 程 序 的 輸 入 與 處 理 顯 示 電 機 驅(qū) 動 等 一 系 列 功 能 滾 齒 機 系 統(tǒng) 硬 件 控 制 部 分 及 部 分 電 器 原 理 圖 如 圖 5 所 示 1 6 參 考 文 獻 1 陳 伯 時 電 氣 拖 動 自 動 控 制 系 統(tǒng) M 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1 9 9 7 2 實 用 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 編 委 會 實 用 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) M 北 京 兵 器 工 業(yè) 出 版 社 1 9 9 5 3 杜 建 銘 李 富 生 吳 宏 等 基 于 開 放 式 運 動 控 制 器 的 滾 齒 機 數(shù) 控 改 造 方 案 J 制 造 技 術(shù) 與 機 床 2 0 0 2 1 0 4 7 4 8 4 調(diào) 試 與 結(jié) 論 在 集 中 器 的 調(diào) 試 過 程 中 我 們 采 用 了 分 模 塊 調(diào) 試 的 方 法 首 先 在 L C D 顯 示 屏 上 顯 示 存 儲 單 元 中 的 數(shù) 據(jù) 并 能 通 過 鍵 盤 來 選 擇 相 應(yīng) 數(shù) 據(jù) 的 顯 示 第 二 步 調(diào) 試 4 8 5 通 訊 模 塊 根 據(jù) 中 華 人 民 共 和 國 電 力 行 業(yè) 標 準 多 功 能 電 能 表 通 信 規(guī) 約 D L T 6 4 5 1 9 9 7 中 的 約 定 使 電 表 中 的 數(shù) 據(jù) 能 被 順 利 地 采 集 并 存 儲 到 集 中 器 中 第 三 步 調(diào) 試 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 模 塊 包 括 以 太 網(wǎng) 和 G P R S 兩 個 部 分 最 后 進 行 系 統(tǒng) 的 整 體 聯(lián) 調(diào) 實 現(xiàn) 了 電 表 數(shù) 據(jù) 的 實 時 抄 錄 和 遠 距 離 發(fā) 送 抄 表 系 統(tǒng) 管 理 中 心 通 過 集 中 器 對 電 表 的 遠 程 控 制 功 能 也 得 到 了 實 現(xiàn) 該 集 中 器 經(jīng) 過 適 當(dāng) 的 調(diào) 整 可 以 應(yīng) 用 于 供 水 供 氣 系 統(tǒng) 中 做 到 水 電 氣 三 表 合 一 的 集 中 抄 表 具 有 良 好 的 應(yīng) 用 前 景 參 考 文 獻 1 杜 春 雷 A R M 體 系 結(jié) 構(gòu) 與 編 程 M 北 京 清 華 大 學(xué) 出 版 社 2 0 0 3 2 陳 賾 A R M 9 嵌 入 式 技 術(shù) 及 L i n u x 高 級 實 踐 教 程 M 北 京 北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 出 版 社 2 0 0 5 3 丁 毓 山 電 子 式 電 能 表 與 抄 表 系 統(tǒng) M 北 京 中 國 水 利 水 電 出 版 社 2 0 0 5 4 鐘 章 隊 蔣 文 恰 李 紅 君 等 G P R S 通 用 分 組 無 線 業(yè) 務(wù) M 北 京 人 民 郵 電 出 版 社 2 0 0 1 5 崔 強 宋 玉 炎 基 于 無 線 通 信 的 自 動 抄 表 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 與 實 現(xiàn) J 現(xiàn) 代 通 信 技 術(shù) 2 0 0 3 2 8 8 1 5 1 8 6 孫 磊 張 崇 巍 以 太 網(wǎng) 控 制 器 芯 片 R T L 8 0 1 9 A S 及 其 遠 程 抄 表 系 統(tǒng) 中 的 應(yīng) 用 J 儀 器 儀 表 用 戶 2 0 0 4 1 4 3 7 3 9 開 始 網(wǎng) 卡 接 收 標 志 位 是 否 為 1 從 網(wǎng) 卡 接 收 數(shù) 據(jù) M C 5 5 接 收 標 志 為 是 否 為 1 從 M C 5 5 接 收 數(shù) 據(jù) 數(shù) 據(jù) 處 理 結(jié) 束 是 否 否 是 圖 6 數(shù) 據(jù) 接 收 子 程 序 流 程 圖 上 接 第 1 6 頁 章 玨 瑞 等 基 于 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 電 能 抄 表 集 中 器 設(shè) 計第 2 期 5 結(jié) 論 本 設(shè) 計 已 成 功 地 運 用 于 中 型 滾 齒 機 的 改 造 它 較 好 地 解 決 了 鼓 形 齒 輪 的 滾 齒 加 工 問 題 加 工 出 的 鼓 形 齒 輪 齒 面 質(zhì) 量 高 對 于 不 同 的 鼓 形 齒 輪 產(chǎn) 品 要 根 據(jù) 其 零 件 圖 參 數(shù) 滾 刀 參 數(shù) 工 工 藝 要 求 確 定 各 軸 位 置 只 需 輸 入 相 應(yīng) 的 G 5 4 工 件 坐 標 系 等 參 數(shù) 就 能 靈 活 迅 速 地 適 應(yīng) 加 工 零 件 的 變 更 加 工 各 種 鼓 形 齒 輪 因 此 本 設(shè) 計 具 有 產(chǎn) 品 適 應(yīng) 性 強 加 工 質(zhì) 量 好 生 產(chǎn) 效 率 高 等 特 點 而 且 改 造 費 用 低 改 造 周 期 短 操 作 使 用 方 便 等 優(yōu) 點 1 滾 齒 機 的 數(shù) 控 化 改 造 大 大 提 高 了 齒 輪 加 工 能 力 和 加 工 效 率 改 善 操 作 性 能 問 題 2 數(shù) 控 改 造 后 有 效 提 高 工 件 加 工 精 度 和 效 率 機 床 操 作 簡 便 加 工 效 率 高 加 工 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 效 果 良 好 3 機 床 可 根 據(jù) 加 工 零 件 的 特 點 進 行 編 程 加 工 可 進 行 各 種 形 式 的 方 框 循 環(huán) 加 工 程 序 可 通 過 編 程 實 現(xiàn) 鼓 形 齒 輪 的 數(shù) 控 加 工 4 相 關(guān) 技 術(shù) 改 造 的 可 在 齒 輪 機 床 上 推 廣 既 有 廣 闊 的 技 術(shù) 前 景 又 有 顯 著 的 經(jīng) 濟 效 益 5 如 需 進 一 步 提 高 該 滾 齒 機 的 加 工 能 力 可 對 其 他 進 給 各 軸 和 滾 刀 刀 盤 角 度 A 軸 等 采 用 單 獨 的 伺 服 電 機 控 制 進 行 全 面 數(shù) 控 化 改 造 在 技 術(shù) 上 已 不 困 難 但 成 本 較 高 用 戶 要 根 據(jù) 需 求 和 成 本 進 行 取 舍 1 3