滾刀編程

❶ 汽車直齒錐齒輪的數控加工工藝與刀具設計

齒輪是機械鏈傳動中的重要組成。錐齒輪傳動常用於傳遞兩相交軸間的運動和動力。根據輪齒方向和分度圓母線方向的相互關系，可分為直齒、斜齒和曲線齒錐齒輪傳動。直齒錐型傘齒輪，廣泛為汽車、摩托車、拖拉機、礦山機械、印刷機械、工程機械等行業使用。近兩年汽車工業迅猛發展,汽車製造業和零部件生產企業在汽車工業迅猛發展的帶動下，進入了前所未有的發展時期，直齒錐形傘齒輪市場潛力巨大。由於錐齒輪加工較為困難，不易獲得高的精度，因此在傳動中會產生較大的振動和雜訊。
「齒輪一小步，中國一大步。」我國重大裝備的動力裝置製造技術一直受制於人的根本原因之一就在於齒輪製造工藝落後。大規格、高精度錐齒輪主要應用於大型船舶、機車、礦山冶金、能源開采和國防軍工裝備，是先進動力裝置核心部件，長期以來，其加工技術和加工裝備一直為西方發達國家壟斷。此前我國每年高精度大規格齒輪進口需花費2-3億美元，單價超過30萬元，價格昂貴，且供貨周期長，制約了我國裝備製造業的發展。

目前加工直齒稿頌錐齒輪主要有以下幾種方式：直齒錐齒輪刨齒機；雙刀盤直齒錐齒輪銑齒機；直齒錐齒輪拉銑機辯敬簡；一般要求的直齒錐齒輪也可以用普通銑床配合分度頭按展成法加工。
直齒錐齒輪刨齒機是以成對刨齒刀按展成法粗、精加工直齒錐齒輪的機床。
雙刀盤直齒錐齒輪銑齒機使用兩把刀齒交錯的銑刀盤，按展成法銑削同一齒槽中的左右兩齒面。由於銑刀盤與工件無齒長方向的相對運動，銑出的齒槽底部呈圓弧形，切加工模數和齒寬均受到限制。
直齒錐齒輪拉銑機是在一把大直徑的拉銑刀盤的一轉中，從實體輪坯上用成形法切出一個齒槽的機床。由於刀具復攜褲雜，價格昂貴，而且每種工件都需要專用刀盤，只適用於大批大量生產。
准漸開線齒錐齒輪銑齒機用錐度滾刀，按展成法連續分度切齒的機床。切齒時，錐度滾刀首先以大端切削，然後以它較小直徑的一端切削，為保證整個切削過程中切削速度一致，機床靠無級變速裝置控制滾刀轉速，在切齒時，搖台、滾刀和工件均作連續旋轉運動，加工一個工件，搖台往復一次。搖台和工件的旋轉通過差動機構產生展成運動，使工件獲得沿齒長為等高的齒形曲線。
以上為用機械刀具逐層去處材料達到精度要求的加工方法。因用刀具切削，加工時材料硬度不宜過大即不能加工淬硬材料；難切削材料（如不銹鋼、鈦合金等）也是目前生產中的難題。並且由於存在機械震動，一次加工直齒錐齒輪精度較難提高。精密直齒齒輪錐齒輪還需要粗加工後淬火再經磨齒。大型刨齒機較難製造，目前還需依賴進口。
直齒錐齒輪刨齒機精度參數
主要參數內容 國際先進 國內先進 國內一般 國內落後 評定方法及說明
（一）加工精度 參照JB4176-86
1、精度 6級 6級 7級 8級
2、表面粗糙度Ra（μm） 1.6 1.6 3.2 ＞3.2
（二）數控系統 有 無 無 無
（三）雜訊dB（A） ≤80 80~83 83~85 ＞85

介紹一種用電火花線切割加工直齒錐齒輪的專利技術和機床
（發明專利號：200810123589.9）
數控電火花線切割加工直齒錐齒輪方法：
電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電產生瞬間高溫使工件材料局部熔化或汽化蝕除金屬、切割成型。它是一種非接觸、宏觀加工力很小的加工方式。線切割加工它主要用於加工各種形狀復雜和精密細小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工餘量小、加工精度高、生產周期短、製造成本低等突出優點，已在生產中獲得廣泛的應用，目前國內外的電火花線切割機床已佔電加工機床總數的60％以上
根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割機床通常分為兩類：
一類是高速走絲電火花線切割機床（HS-WEDM），其電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8～12m/s，電極絲可重復使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和換向時產生條紋，使加工質量下降，是我國生產和使用的主要機種，也是我國獨創的電火花線切割加工模式。目前在快走絲機床基礎上，採用多次切割技術和配合變頻器在相應電加工參數時改變走絲速度，有效提高高速走絲電火花線切割機床的加工表面質量和加工精度成為一種新型的中走絲機床，其加工精度可達0.006mm，表面質量可達Ra1.0μm。
另一類是低速走絲電火花線切割機床（LS-WEDM），其電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低於0.2m/s，電極絲放電後不再使用，工作平穩、均勻、抖動小，加工表面質量可達Ra0.2μm，加工精度可達0.002mm。
電極絲運動軌跡的控制由數字程序控制，採用先進的數字化自動控制技術，驅動機床按照加工前根據工件幾何形狀參數預先編制好的數控加工程序自動完成加工，目前電火花線切割機床普遍採用數控化。
下面介紹用電火花線切割加工直齒錐齒輪機床的基本結構和機床參數
首先將機械加工齒輪毛坯安裝在數控轉台回轉中心。傾斜調整回轉中心軸（大型機床調整絲線），使絲線與數控轉台軸線夾角為直齒錐齒輪錐度角。調整絲線位置，使絲線（鉬絲或銅絲）一端以直齒錐齒輪的頂尖為定點（即錐齒輪回轉球心），另一端以直齒錐齒輪齒面大端上基圓為進給基點，這時絲線在兩水咀間跨度為直齒錐齒輪回轉球心半徑，啟動伺服電機將回轉台和絲線進給絲杠鎖定。啟動數控系統，使數控轉台轉動角度與直齒錐齒輪齒面大端絲線進退，按直齒錐齒輪設計當量模數編製程序執行旋轉與進退聯動。當電極絲處在齒頂時，數控轉台轉動，電極絲線不動，這是加工出的軌跡是直齒錐齒輪的齒頂；轉過齒頂圓心角後，大端處電極絲線隨工件轉動進行相應進給即加工齒型部分，當到達齒根時電極絲線停止進給，工件繼續轉動，此時加工的是齒根部分；當轉過齒根圓心角時電極絲線回退加工同齒的另半個齒型，到達齒頂時完成一個齒的加工。下面依次加工出全部齒。在數控系統的控制下電極絲線按大端當量齒輪的標准漸開線生成齒型。絲線經高頻放電產生電火花蝕除工件生成縫隙，加工出標準直齒錐齒輪。當絲線與數控轉台中心線平行即夾角為零度時，電極絲線沿齒輪中心方向平行進退，數控合成加工出的齒輪為標準直齒輪。本機床均可精密加工回轉類零件的齒部，如：精密分度齒盤、高速鋼圓鋸片的齒部等盤類零件的齒部加工。
該機床控制部分由電腦編程軟體完成繪圖並生成程序代碼指令，由驅動模塊、高頻功放和絲線控制系統組成一體化。機床由數控可傾斜精密回轉台、收放絲機構、絲架進給和升降工作台、切割液供給回收過濾系統幾部分組成。工作台上安裝精密光柵尺，絲線定位和行程數據直觀顯示。上、下絲架安裝在直線導軌上由電機帶動升降並由光柵尺顯示兩絲架間距離，便於調整兩水咀間跨度。
快(中)走絲機床主要型號和參數
型 號 最大加工直徑 加工工件模數范圍 最大加工模數 最大工件錐距 工件齒數范圍 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主機外型尺寸 凈重
YDK7760 600mm 不限 不限 305mm 不限 4級 1.0μm 180mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4T
YDK77120 1200mm 不限 不限 605mm 不限 4級 1.0μm 180mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5T
YDK77200 2000mm 不限 不限 800mm 不限 4級 1.0μm 180mm2/min 3.6×2.6×2.6m 8T
YDK77300 3000mm 不限 不限 800mm 不限 4級 1.0μm 180mm2/min 5×3.6×2.6m 9T
YDK77500 5000mm 不限 不限 800mm 不限 4級 2.5μm 180mm2/min 6..5×6×4m 12T

慢走絲機床主要型號和參數
型 號 最大加工直徑 加工工件模數范圍 最大加工模數 最大工件錐距 工件齒數范圍 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主機外型尺寸 凈重
YDK7660 600mm 不限 不限 200mm 不限 4級 0.2μm 300mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4T
YDK76120 1200mm 不限 不限 200mm 不限 4級 0.2μm 300mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5T
採用電火花線切割加工直齒錐齒輪的方法由於沒有宏觀切削力，與現有機械刀具切削相比，具有以下優勢：
1、加工時工件無受力變形，在數控指令控制下，加工精度高，齒部為標准漸開線或函數曲線，表面粗糙度好，可微觀進給（1μm）並可多次切割。加工精度可達2μm，表面粗糙度最佳可達0.5μm。精密機床可採用慢走絲結構；較高加工要求零件採用中走絲或快走絲結構。
2、針對高強度、高韌性、高硬度等機械方式難加工材料，電火花線切割加工（WEDM）尤顯其強大優勢。傳統機械加工金屬齒輪為了達到高精度，高壽命的要求，需先初加工出齒廓留有一定餘量，經淬火再磨削方能滿足要求。電火花線切割加工（WEDM）可直接加工淬火材料。遇到「不銹鋼」、「鈦合金」、硬質合金鋼等錐齒輪，傳統加工方式難度非常大。被授予21世紀金屬的「鈦合金」它以密度小、比強度高、耐高溫、抗氧化能力強，分子結構穩定等優勢在航空、航天領域應用越來越多。各種內燃機車鎳釩鈦合金傳動系齒輪、軍隊各種火炮系統定位傳動齒輪、航天飛行器控制傳動系統齒輪都需要鈦合金製造，而加工鈦合金採用電火花線切割加工（WEDM）是比較理想的手段。
3、便於製造高精度和超大行程機床，滿足特殊零件高精度等級加工要求。目前國內大型直齒錐齒輪加工設備尚依賴進口。採用電火花線切割加工（WEDM）技術由於沒有機械震動，高精度數控系統，數控回轉台與絲架進給數控合成，使加工軌跡與理論曲線一致，能加工出高精度零件。目前國內機加工直徑＞800mm的直齒錐齒輪刨齒機，其較先進的最高達6級精度，表面粗糙度Ra（3.2μm）,一般大多在8級精度、表面粗糙度Ra（6.3μm）。採用電火花線切割數控加工（WEDM）理論上精度可超過4級（該項指標目前國家最高標准為4級）。
4、機械加工不同模數齒輪需用相應模數刀具，刀具復雜，價格昂貴，刀具使用中磨損嚴重影響加工效果。電火花線切割加工（WEDM）工具電極簡單（銅絲或鉬絲），加工不同模數齒輪同一規格絲線即可完成。
5、低能耗、無污染。一台小型刨齒機或銑床功率一般在3～7.5個千瓦,大型機床為幾十個千瓦。而電火花線切割加工（WEDM）機床使用功率一般不超過2kw；工作液為去離子水或水基工作液，無污染，經沉澱可自然排放。

振興中國裝備製造業，將國家需求作為創新導向，把研製國家急需的精密齒輪和大型錐齒輪加工機床作為今後的主攻方向，通過科技進步、自主創新，建設世界一流的大型錐齒輪機床研製基地。
總之該項技術的推廣使用將會使精密直齒錐齒輪製造簡化工序，易於生產，大幅度提高直齒錐齒輪的製造精度，特別是在大型高精密機床的國產化上改變國外壟斷，為中國真正成為製造業強國打下堅實基礎，具有廣闊的市場前景，必將帶來強大的社會效益和經濟效益。

❷ 數控車床加工蝸桿怎麼編程和加工呢（越詳細越好）

T01 為35度左右粗車刀 (白剛刀或硬質合金)
T02 為35左右精車刀(硬質合金)
最快不到10分鍾
要是用白剛刀粗車
不到20分鍾
M08
M03S100T0101 白剛刀給速(硬質合金為300)
G00X40Z20
#1=36 公稱直徑
#2=2.2 留0.4
#3=-50 加工長度
#4=3.14*2.5 為M=2.5
#5=0.5 初始切削直徑
#6=1. 這個值跟刀寬差不多,即可
WHILE[#1GT25]DO1 當#1大於25時,循環
#7=#2
N10G00Z[5-#7]
G92X#1Z#3F#4
G00Z[5+#7]
G92X#1Z#3F#4
#7=#7-#6
IF[#7GT0]GOTO10
#1=#1-#5
#2=#2-#5/2*0.364
IF[#1LT27] THEN#6=0.3
END1
G00X100Z5
M09
M00換2號刀，對刀
M03S300T0202
M08
G00X40Z20
#1=36
#2=2.4
#3=-50
#4=3.14*2.5
#5=0.2 這個值與光潔度有關,可達3.2以上
WHILE[#1GT25]DO1
G00Z[5-#2]
G92X#1Z#3F#4
G00Z[5+#2]
G92X#1Z#3F#4
#1=#1-#5
#2=#2-#5/2*0.364
END1
G00X100Z5
M30

❸ 如何保證和提高數控車床的加工精度和表面質

一、加工工藝對零件加工質量的影響
機械加工工藝規程一般包括以下內容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內容及所用的設備和工藝裝備、工件的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。我們主要從以下幾點來分析。
1、各工序所用設備
數控車削用到的設備主要是刀具，不同材料的刀具和不同角度的刀具對加工質量影響較大。在切削過程中，刀具一方面要受到高溫、高壓和劇烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐熱性好；另一方面又要受到沖擊和振動，要求其塑性和韌性要好，所以，要對工件材料和具體的加工階段進行分析，選擇適合的刀具材料才能提高加工質量。
市面上常用的刀具材料有高速鋼、硬質合金、陶瓷材料和超硬材料。高速鋼的主要優點是易於刃磨且具有良好的強度和韌性，高速鋼常用於鑽頭、絲錐、鋸條以及滾刀、插齒刀、拉刀等精密刀具，尤適用於製造復雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具。硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳空運（Ni）、鉬（Mo）為粘結劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結而成的粉末冶金製品。應用普遍的硬質合金有YG（鎢鈷類）和YT（鎢鈦鈷類）兩類，其耐熱溫度在800～1 000 ℃之間，比高速鋼硬、耐磨、耐熱得多，允許的切削速度比高速鋼大3～10倍，而塗層硬質合金比不塗層硬質合金提高2～10倍，該材料的缺點是性脆，怕沖擊和振動，比高速鋼難磨，在刃磨時不能用切削液，也適於加工有色金屬和纖維層材料。
對於刀具的准備，除了正確選肆虧搭擇刀具材料外，刀具幾何角度的合理選擇以及刀尖過渡形狀的合理運用對提高加工質量十分重要，車刀的幾何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃傾角、前角、後角和副後角。主偏角影響刀尖強度和切削層斷面形狀，車削細長軸、薄壁套零件時，為了防止徑向切削分力造成工件彎曲變形，主偏角應取大些（如90°）；端面、台階面車刀的主偏角取93°左右為宜；對於一般工件粗車時主偏角為75°時，刀具的強度和散熱性能最好。刀尖角在螺紋車刀中是一個主要角度，作為成形刀具其尖角大小直接決定牙型，對於普通螺紋車刀，刃傾角為10°時，其刀尖角為59°16′，而刀尖圓弧半徑愈大的車刀加工出的表面粗糙度愈細化，刀具前、後角愈大、刀具愈鋒利，表面愈細化，但強度變差。
2、 切削用量的合理選用
合理選用切削用量對提高數控車床的加工質量至關重要，切削用量是切削時各運動參數的總稱，包括切削速度、進給量和背吃刀量。背吃刀量ap的確定 ：在工藝系統剛度和機床功率允許的情況下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少進給次數。當零件精度要求較高時，則應考慮留出精車餘量，其所留的精車餘量一般比普通車削時所留餘量小，常取0.1～0.5mm。進給量f：進給量f的選取應該與背吃刀量和主軸轉速相適應。在保證工件加工質量的前提下，可以選擇較高的進給速度。主軸轉速n的確定 ：光車外圓時主軸轉速 光車外圓時主軸轉速應根據零件上被加工部位的直徑，並按零件和刀具材料以及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。
3、工件裝夾方法的選擇
除一般軸類零件用三爪自定心卡盤直接裝夾外，對於一些特殊零件，必須合理選擇裝夾方法，否則對零件加工質量將帶來負面影響，不能發揮數控車床高精度加工的優越性。細長軸零件在車削時，由於工件散熱條件差，溫升高，軸向因熱變形造成較大的伸長量，如果用"一夾一頂"方法裝夾時，尾座頂尖就不能用固定頂尖，否則細長軸易產生彎曲變形，科學合理的裝夾方法是改用鋼絲過渡夾緊，另外，在中間可以安裝中心架或跟刀架，在跟刀架的支承調整中其壓緊力要適度，如果有間隙則達不到提高工件鋼性的目的，如果壓緊力過大，則細長軸加工後，表面呈現"竹節"狀，影響圓柱度。車薄壁工件時隔時為了防止徑向夾緊力引起工件變形，可以採用軸向夾緊，開口環過渡夾緊或用軟爪夾緊的方法，另外還可在一端預先留較厚的工藝凸緣。車削曲軸時可以中間搭一個中心架來提高工件的剛度，以防因切削力的影響而變形。
二、提高裂拿數控車床加工質量的技巧
用數控車床加工零件，除了要求操作者具備較強的理論知識和必備的操作技能外，為了提高加工質量，還要求操作者活用、巧用機床。
1、 消除刀尖對不同加工面的影響
車刀在加工不同位置的表面時，刀尖的偏值是不一樣的。如1號位車刀號為T01，一個刀尖車外圓，另一個刀尖車端面，車外圓刀尖對刀值輸入到偏置號"T0001"中，則外圓車刀編程時為"T0101"中，車端面刀尖對刀數值輸入到偏置號"T0002"中，則端面車刀編程時指令為"T0102"，可見一把車刀即充當了兩把車刀使用，可以間接擴充回轉刀架的刀庫容量，且刀具角度比較好選擇。
2、 "刀尖圓弧半徑補償"動能的有效運用
數控系統中有"刀尖圓弧半徑補償"功能，該功能對於軸類零件圓弧表面的加工精度的保證十分有效，大大減小了工藝系統誤差，帶有圓弧半徑的刀尖，其刀尖點為一個空間的一個虛點，數控編程時是以這個虛點來編程的，而實際切削圓弧表面時，刀具實際切削點為刀尖圓弧上各實際分布點，必然會造成一邊過切，而另一邊少切現象，而遇有刀尖圓弧半徑補償功能（即G41、G42和G40），能夠進行運算，始終保證當前刀尖點是刀具圓弧與理論外圓輪廓的切點。此功能在數控車床上運用時簡單有效，十分重要。
3、 刀具"磨損"的合理運用
不管是成批大量生產還是單位小批量生產，數控車床加工工件時須有一個加工試件的過程，如何快速而准確地保證加工尺寸精度，現在數控車床系統中增設了刀具的補償功能，能夠有效地實現工件尺寸的快速調整。

❹ 數控滾齒機床的指令有那些

齒輪是工業生產中的重要基礎零件，其加工技師和加工能力反映一個國家的工業水平。實現齒輪加工數控傾和自動化、加工和檢測的一體化是目前齒輪加工的發展趨勢。

基於開放式運動控制器的數控滾齒系統的研究

摘要:討論了一種基於開放式運動控制器的數控滾齒體系結構，通過對其進行深入的研究，在國內首次提出了電子差動
齒輪箱的概念，開發出相應的數控滾齒軟體，給出了運動控制系統軟體的基本模塊，以及該數控系統成功用於YG6132B
機械滾齒機數控改造的實例。
序詞:數控 滾齒機床 運動控制
中圖分類號:TG659
前言
齒輪被廣泛地應用於機械設備的傳動系統中，滾齒是應用最廣的切齒方法〔1 〕，傳統的機械滾齒機床機械結構非常復雜，一台主電機不僅要驅動展成分度傳動鏈，還要驅動差動和進給傳動鏈，各傳動鏈中的每一個傳動元件本身的加工誤差都會影響被加工齒輪的加工精度，同時為加工不同齒輪，還需要更換各種掛輪調整起來復雜費時[2]，大大降低了勞動生產率。
以德國西門子、日本發那科公司數控系統為主流的數控滾齒機的出現，大大提高了齒輪加工能力和加工效率。我國目前真正能夠生產數控滾齒機的只有2－3個廠家，且使用的多是德國西門子數控系統，加工中模數齒輪，沒有自主產權的核心技術，缺少國際競爭力。
注意到以上問題，並根據近來數控技術，尤其是開放式運動控制器飛速發展的現狀，本文針對小模數、少齒數、大螺旋角斜齒輪滾齒加工迫切要求數控化的實際需求，進行了深入的研究，成功地開發了了一套基於開放式運動控制器的數控滾齒系統並用於實際生產。
1 基於開放式運動控制器的數控體系結構
該體系結構的核心是一塊具有PC104 匯流排並且自帶高速DSP 晶元的開放式多軸運動控制卡，與嵌入式PC 主機構成多處理器結構，提供4路16 位D/A 模擬電壓（＋/－10V）控制信號，4路4倍頻差動式光電編碼器反饋信號介面，輸入信號頻率最高可達8MHZ，32 路光電隔離輸入輸出介面。可編程數字PID+速度前饋+加速度前饋濾波方式，卡上自帶DSP 晶元以實現實時高速插補、計算功能，可完成空間直線、圓弧插補，大大減輕了主機負擔，還提供了程序緩沖區，降低了對主機通訊速度的要求[3]。該運動控制卡通過PC104 匯流排和計算機通訊，一方面將從各控制軸採集到的數據送給主機進行計算，另一方面，將主機根據工藝及數學模型進行運算生成的運動控制指令經過進一步處理送各軸伺服驅動器，完成各軸的運動控制，加工出滿足工藝要求的合格零件。由於使用標準的PC104 型工控機作
為主機，採用標准化介面，可靈活地選用電機、驅動裝置和反饋元件，支持包括乙太網甚至是Internet 網在內的多種網路協議及拓撲結構，可方便地實現遠程式控制制，組網技術十分靈活而且技術成熟[4]。適應網路化數控的未來發展要求，系統硬體控制部分結構如圖1 所示。

圖1基於開放式運動控制器的數控系統結構
2
2系統控制軟體
本系統控制軟體是在純DOS 下用C 語言開發的，DOS 系統的開放性、單任務、准確的時鍾中斷管理及其良好的穩定性，為工業化生產提供了可靠的保證。軟體框圖如圖2 所示。其中系統初始化包括自製小漢字字模的裝入，顯示器圖形方式的初始化，控制器濾波參數的整定等；系統診斷模塊的作用是監控各被控軸的運動狀態，如：各軸有無運動誤差超限、伺服報警、運動完成、限位開關動作等；實時控制模塊，由中斷服務程序實現，它在每個時鍾中斷周期內讀入各軸位置，根據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行。
3基於電子齒輪箱的數控滾齒系統
齒輪加工的關鍵在於實現滾刀和工件之間的展成分度運動關系，也就是要准確地滿足兩者之間的速比關系，即滾刀轉過一轉，工件轉過K/zc 轉，如下式(1)所示：
c b
c
z
K
n
n
= (1)
式中b c n n , －分別為工件軸轉速和滾刀軸轉速
k zc , －分別為工件齒數和滾刀頭數
而在加工斜齒輪和蝸輪時，要求在完成分齒運動的同時，還要完成Z軸或Y軸的附加運動，其運動學方程式如下：
p
l
p
b
c n
r
c n
z b
c
c z m
f
z m
f n
z
K
n
cos sin
± ± = (2)
式中r z f f , －分別為Z、Y軸的進給量
l b, －分別為斜齒輪的螺旋角和刀具安裝角
n m －為斜齒輪法面模數。
由式(2)可見，在加工斜齒輪和蝸輪時，輸入和輸出的關系已不再是一個簡單的單輸入、單輸出的定比傳動問題，而是一個多輸入、單輸出的問題。一般的電子齒輪方式無法解決這類問題，為此本系統成功地開發了電子齒輪箱功能，電子差動齒輪箱是指：對於任何一個通過機械差動變速機構將兩個以上（含兩個）不同運動，按一定的速比傳動關系
合成輸出的運動軸，都可以改由計算機控制的交、直流伺服電機單獨驅動，去掉原有的機械差動傳動鏈，通過計算機讀取安裝在各輸入軸上傳感器反饋回來的運動參數（如轉速，進給量等），用軟體編程的方法實時計算合成輸出軸的運動，實現機械差動傳動鏈的功能。
4應用實例
上述數控滾齒系統已成功地應用到一台寧江機床廠生產的小模數機械滾齒機YG3612B的改造中，改造前該滾齒機用於批量生產模數1，齒數4，螺旋角20 度以上的斜齒輪軸加工，由於我國尚無適應這種小模數、少齒數工件的數控滾齒機，對這種類型工件，該機械滾齒機是目前加工精度最高的滾齒設備，但是由它加工出來的零件成品率僅達80%左
右，造成了巨大的浪費，同時在更換加工品種時需要繁瑣地更換各種掛輪，使生產效率大為降低。為此生產廠家強烈要求進行數控改造以便提高加工精度，提高生產效率。經分析造成零件加工精度低的主要原因如下：
（1）滾刀至工件兩末端傳動件之間各傳動元件的加工、裝配誤差直接影響了展成分度的精度，從而影響工件的加工精度
（2）工件至Z進給軸兩末端傳動件之間各傳動元件的加工誤差直接影響了被加工工件螺旋角的准確性
（3）由於是加工4個齒的斜齒輪，單頭滾刀每轉1轉工件要轉過90 度，這就決定了滾刀到工件之間的末端傳動副不能像通常的滾齒機那樣使用大降速比的蝸輪－蝸桿傳動副，以便大大降低前面傳動副的誤差對展成分度的影響〔5 〕（如採用大降速比的蝸輪－蝸桿傳動副作末端傳動副，蝸桿的高速轉動將造成其迅速磨損而失去精度），因此該機床採用了一對19/76=1/4 的空間相交軸傳動的螺旋齒輪副作末端傳動副，從而使得上述(1)、(2)兩點成為影響被加工齒輪軸精度的關鍵。
針對以上問題，同時考慮生產廠家擔心改造後一旦不成功將造成機床報廢的顧慮，本文把以最少的改動、最小的投入加工出滿足精度要求的小模

圖2 控制軟體框圖
系統初始化
工藝參數修改
系統診斷
主控模塊
實時中斷控制
各軸坐標顯示
PID 參數修改
指令隊列各軸位置反饋
3
數、少齒數、大螺旋角斜齒輪作為目標，創造性地建立了如下的改造方案：
（1）徹底斷開工件軸和滾刀軸、工件軸和進給軸之間原有的機械傳動聯系，除去原有的差動傳動鏈
（2）保留滾刀軸至工件軸之間19/76 的末端傳動副，在工件軸的上一級傳動軸上直接安裝交流伺服電機，單獨驅動工件軸
（3）滾刀轉動和Z軸進給仍採用原來普通電機帶動
（4）沿Z軸絲桿進給方向加裝高解析度光柵尺A，直接從末端件提供進給量反饋，從而排除了進給傳動鏈誤差對工件螺旋角的影響
（5）在滾刀軸的上一級飛輪軸上加裝高解析度的光電編碼盤B，提供滾刀轉速反饋改造後的機械結構如圖3所示，本數控系統通過實時中斷讀取光電編碼盤B和光柵尺A的讀數，由電子差動齒輪箱自動進行合成、數據處理後，經
運動控制卡發出指令，控制伺服電機的運轉，最終加工出滿足精度要求的齒輪軸，並使產品合格率達到96％以上。
對以上改造的加工小模數、少齒數、大螺旋角數控滾齒機的進一步完善，應從以下幾個方面著手：
（1）在滾刀軸的上一級B軸上加裝直流或交流主軸電機，以滿足輸出功率大，調速范圍寬，進一步穩定轉速的加工要求〔6〕
（2）工件伺服驅動電機軸與工件軸之間，滾刀驅動電機軸與滾刀軸之間都只保留一對高精度降速齒輪傳動，這兩對齒輪傳動副要進行消隙處理，如採用兩薄片齒輪彈簧消隙裝置
（3）將軸向進給Z軸上的普通絲杠換成具有預緊、消隙功能的滾珠絲杠，並用交流伺服電機直接驅動滾珠絲杠實現勻速進給，消除進給爬行
（4）如需進一步提高該滾齒機的加工能力（加工鼓形齒、非園齒輪等），進一步提高生產效率，降低勞動強度的話，可對徑向進給X軸，切向進給Y軸和滾刀刀盤搬角度A軸，都採用單獨的伺服電機控制，但這些已不存在原理和技術上的難點，用戶只需根據需求和成本進行取捨。
5結論
（1）本數控系統經小模數機械滾齒機YG3612B改造證明是成功的實用系統，且該系統操作簡單，運行可靠
（2）本系統在國內首先提出了區別於電子齒輪的電子差動齒輪箱概念
（3）本系統採用國產開放式運動控制卡擺脫了國外進口的限制
（4）充分發揮了PC 平台上的軟硬體優勢，豐富和改善了開發環境。
（5）支持數控機床進一步向的智能化、集成化、網路化方向發展。
參考文獻
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2 韓彥成.金屬切削機床構造與設計. 國防工業出版社.1991
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4 毛軍紅. 機床數控軟體化結構體系. 機械工程學報.2000.36(7):48-51
5 會田俊夫〔日〕.圓柱齒輪的製造.中國農業機械出版社.北京.1984
6 孫漢卿.數控機床原理與維修.中國第一汽車集團公司.1998
A STUDY ON NUMERICAL CONTROL Gear HOBBING
SYSTEM BASED ON OPEN MOTION CONTROLLER
Du Jianming WuXutang
(Xi』an Jiaotong University)
Wu Hong
(Luo yang Institute of Technology)
Abstract: A numerical control gear Hobbing
圖3 機床改造後的結構
4
architecture system based on open motion controller is discussed. Through study deeply on it, an idea of electronic differential gearbox is put forward primarily in our country. The umerical control gear Hobbing software is developed. Basic software moles for motion control system and a successful instance that YG3612B model gear Hobbing machine tools is changed by the numerical control system are given.
Key word: Numerical control Gear Hobbing
machine tools Motion control
作者簡介：杜建銘，男，1963 年出生，高級工程師，博士研究生，中國第一拖拉機集團公司優秀專家，主要從事數控技術、高精度位置伺服控制和復雜曲面的研究工作