滚刀编程

❶ 汽车直齿锥齿轮的数控加工工艺与刀具设计

齿轮是机械链传动中的重要组成。锥齿轮传动常用于传递两相交轴间的运动和动力。根据轮齿方向和分度圆母线方向的相互关系，可分为直齿、斜齿和曲线齿锥齿轮传动。直齿锥型伞齿轮，广泛为汽车、摩托车、拖拉机、矿山机械、印刷机械、工程机械等行业使用。近两年汽车工业迅猛发展,汽车制造业和零部件生产企业在汽车工业迅猛发展的带动下，进入了前所未有的发展时期，直齿锥形伞齿轮市场潜力巨大。由于锥齿轮加工较为困难，不易获得高的精度，因此在传动中会产生较大的振动和噪声。
“齿轮一小步，中国一大步。”我国重大装备的动力装置制造技术一直受制于人的根本原因之一就在于齿轮制造工艺落后。大规格、高精度锥齿轮主要应用于大型船舶、机车、矿山冶金、能源开采和国防军工装备，是先进动力装置核心部件，长期以来，其加工技术和加工装备一直为西方发达国家垄断。此前我国每年高精度大规格齿轮进口需花费2-3亿美元，单价超过30万元，价格昂贵，且供货周期长，制约了我国装备制造业的发展。

目前加工直齿稿颂锥齿轮主要有以下几种方式：直齿锥齿轮刨齿机；双刀盘直齿锥齿轮铣齿机；直齿锥齿轮拉铣机辩敬简；一般要求的直齿锥齿轮也可以用普通铣床配合分度头按展成法加工。
直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床。
双刀盘直齿锥齿轮铣齿机使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，切加工模数和齿宽均受到限制。
直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。由于刀具复携裤杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。
准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速，在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。
以上为用机械刀具逐层去处材料达到精度要求的加工方法。因用刀具切削，加工时材料硬度不宜过大即不能加工淬硬材料；难切削材料（如不锈钢、钛合金等）也是目前生产中的难题。并且由于存在机械震动，一次加工直齿锥齿轮精度较难提高。精密直齿齿轮锥齿轮还需要粗加工后淬火再经磨齿。大型刨齿机较难制造，目前还需依赖进口。
直齿锥齿轮刨齿机精度参数
主要参数内容 国际先进 国内先进 国内一般 国内落后 评定方法及说明
（一）加工精度 参照JB4176-86
1、精度 6级 6级 7级 8级
2、表面粗糙度Ra（μm） 1.6 1.6 3.2 ＞3.2
（二）数控系统 有 无 无 无
（三）噪声dB（A） ≤80 80~83 83~85 ＞85

介绍一种用电火花线切割加工直齿锥齿轮的专利技术和机床
（发明专利号：200810123589.9）
数控电火花线切割加工直齿锥齿轮方法：
电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电产生瞬间高温使工件材料局部熔化或汽化蚀除金属、切割成型。它是一种非接触、宏观加工力很小的加工方式。线切割加工它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上
根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：
一类是高速走丝电火花线切割机床（HS-WEDM），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～12m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和换向时产生条纹，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。目前在快走丝机床基础上，采用多次切割技术和配合变频器在相应电加工参数时改变走丝速度，有效提高高速走丝电火花线切割机床的加工表面质量和加工精度成为一种新型的中走丝机床，其加工精度可达0.006mm，表面质量可达Ra1.0μm。
另一类是低速走丝电火花线切割机床（LS-WEDM），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小，加工表面质量可达Ra0.2μm，加工精度可达0.002mm。
电极丝运动轨迹的控制由数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，目前电火花线切割机床普遍采用数控化。
下面介绍用电火花线切割加工直齿锥齿轮机床的基本结构和机床参数
首先将机械加工齿轮毛坯安装在数控转台回转中心。倾斜调整回转中心轴（大型机床调整丝线），使丝线与数控转台轴线夹角为直齿锥齿轮锥度角。调整丝线位置，使丝线（钼丝或铜丝）一端以直齿锥齿轮的顶尖为定点（即锥齿轮回转球心），另一端以直齿锥齿轮齿面大端上基圆为进给基点，这时丝线在两水咀间跨度为直齿锥齿轮回转球心半径，启动伺服电机将回转台和丝线进给丝杠锁定。启动数控系统，使数控转台转动角度与直齿锥齿轮齿面大端丝线进退，按直齿锥齿轮设计当量模数编制程序执行旋转与进退联动。当电极丝处在齿顶时，数控转台转动，电极丝线不动，这是加工出的轨迹是直齿锥齿轮的齿顶；转过齿顶圆心角后，大端处电极丝线随工件转动进行相应进给即加工齿型部分，当到达齿根时电极丝线停止进给，工件继续转动，此时加工的是齿根部分；当转过齿根圆心角时电极丝线回退加工同齿的另半个齿型，到达齿顶时完成一个齿的加工。下面依次加工出全部齿。在数控系统的控制下电极丝线按大端当量齿轮的标准渐开线生成齿型。丝线经高频放电产生电火花蚀除工件生成缝隙，加工出标准直齿锥齿轮。当丝线与数控转台中心线平行即夹角为零度时，电极丝线沿齿轮中心方向平行进退，数控合成加工出的齿轮为标准直齿轮。本机床均可精密加工回转类零件的齿部，如：精密分度齿盘、高速钢圆锯片的齿部等盘类零件的齿部加工。
该机床控制部分由电脑编程软件完成绘图并生成程序代码指令，由驱动模块、高频功放和丝线控制系统组成一体化。机床由数控可倾斜精密回转台、收放丝机构、丝架进给和升降工作台、切割液供给回收过滤系统几部分组成。工作台上安装精密光栅尺，丝线定位和行程数据直观显示。上、下丝架安装在直线导轨上由电机带动升降并由光栅尺显示两丝架间距离，便于调整两水咀间跨度。
快(中)走丝机床主要型号和参数
型 号 最大加工直径 加工工件模数范围 最大加工模数 最大工件锥距 工件齿数范围 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主机外型尺寸 净重
YDK7760 600mm 不限 不限 305mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4T
YDK77120 1200mm 不限 不限 605mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5T
YDK77200 2000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 3.6×2.6×2.6m 8T
YDK77300 3000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 5×3.6×2.6m 9T
YDK77500 5000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 2.5μm 180mm2/min 6..5×6×4m 12T

慢走丝机床主要型号和参数
型 号 最大加工直径 加工工件模数范围 最大加工模数 最大工件锥距 工件齿数范围 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主机外型尺寸 净重
YDK7660 600mm 不限 不限 200mm 不限 4级 0.2μm 300mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4T
YDK76120 1200mm 不限 不限 200mm 不限 4级 0.2μm 300mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5T
采用电火花线切割加工直齿锥齿轮的方法由于没有宏观切削力，与现有机械刀具切削相比，具有以下优势：
1、加工时工件无受力变形，在数控指令控制下，加工精度高，齿部为标准渐开线或函数曲线，表面粗糙度好，可微观进给（1μm）并可多次切割。加工精度可达2μm，表面粗糙度最佳可达0.5μm。精密机床可采用慢走丝结构；较高加工要求零件采用中走丝或快走丝结构。
2、针对高强度、高韧性、高硬度等机械方式难加工材料，电火花线切割加工（WEDM）尤显其强大优势。传统机械加工金属齿轮为了达到高精度，高寿命的要求，需先初加工出齿廓留有一定余量，经淬火再磨削方能满足要求。电火花线切割加工（WEDM）可直接加工淬火材料。遇到“不锈钢”、“钛合金”、硬质合金钢等锥齿轮，传统加工方式难度非常大。被授予21世纪金属的“钛合金”它以密度小、比强度高、耐高温、抗氧化能力强，分子结构稳定等优势在航空、航天领域应用越来越多。各种内燃机车镍钒钛合金传动系齿轮、军队各种火炮系统定位传动齿轮、航天飞行器控制传动系统齿轮都需要钛合金制造，而加工钛合金采用电火花线切割加工（WEDM）是比较理想的手段。
3、便于制造高精度和超大行程机床，满足特殊零件高精度等级加工要求。目前国内大型直齿锥齿轮加工设备尚依赖进口。采用电火花线切割加工（WEDM）技术由于没有机械震动，高精度数控系统，数控回转台与丝架进给数控合成，使加工轨迹与理论曲线一致，能加工出高精度零件。目前国内机加工直径＞800mm的直齿锥齿轮刨齿机，其较先进的最高达6级精度，表面粗糙度Ra（3.2μm）,一般大多在8级精度、表面粗糙度Ra（6.3μm）。采用电火花线切割数控加工（WEDM）理论上精度可超过4级（该项指标目前国家最高标准为4级）。
4、机械加工不同模数齿轮需用相应模数刀具，刀具复杂，价格昂贵，刀具使用中磨损严重影响加工效果。电火花线切割加工（WEDM）工具电极简单（铜丝或钼丝），加工不同模数齿轮同一规格丝线即可完成。
5、低能耗、无污染。一台小型刨齿机或铣床功率一般在3～7.5个千瓦,大型机床为几十个千瓦。而电火花线切割加工（WEDM）机床使用功率一般不超过2kw；工作液为去离子水或水基工作液，无污染，经沉淀可自然排放。

振兴中国装备制造业，将国家需求作为创新导向，把研制国家急需的精密齿轮和大型锥齿轮加工机床作为今后的主攻方向，通过科技进步、自主创新，建设世界一流的大型锥齿轮机床研制基地。
总之该项技术的推广使用将会使精密直齿锥齿轮制造简化工序，易于生产，大幅度提高直齿锥齿轮的制造精度，特别是在大型高精密机床的国产化上改变国外垄断，为中国真正成为制造业强国打下坚实基础，具有广阔的市场前景，必将带来强大的社会效益和经济效益。

❷ 数控车床加工蜗杆怎么编程和加工呢（越详细越好）

T01 为35度左右粗车刀 (白刚刀或硬质合金)
T02 为35左右精车刀(硬质合金)
最快不到10分钟
要是用白刚刀粗车
不到20分钟
M08
M03S100T0101 白刚刀给速(硬质合金为300)
G00X40Z20
#1=36 公称直径
#2=2.2 留0.4
#3=-50 加工长度
#4=3.14*2.5 为M=2.5
#5=0.5 初始切削直径
#6=1. 这个值跟刀宽差不多,即可
WHILE[#1GT25]DO1 当#1大于25时,循环
#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换2号刀，对刀
M03S300T0202
M08
G00X40Z20
#1=36
#2=2.4
#3=-50
#4=3.14*2.5
#5=0.2 这个值与光洁度有关,可达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 如何保证和提高数控车床的加工精度和表面质

一、加工工艺对零件加工质量的影响
机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。我们主要从以下几点来分析。
1、各工序所用设备
数控车削用到的设备主要是刀具，不同材料的刀具和不同角度的刀具对加工质量影响较大。在切削过程中，刀具一方面要受到高温、高压和剧烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐热性好；另一方面又要受到冲击和振动，要求其塑性和韧性要好，所以，要对工件材料和具体的加工阶段进行分析，选择适合的刀具材料才能提高加工质量。
市面上常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料。高速钢的主要优点是易于刃磨且具有良好的强度和韧性，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密刀具，尤适用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍空运（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。应用普遍的硬质合金有YG（钨钴类）和YT（钨钛钴类）两类，其耐热温度在800～1 000 ℃之间，比高速钢硬、耐磨、耐热得多，允许的切削速度比高速钢大3～10倍，而涂层硬质合金比不涂层硬质合金提高2～10倍，该材料的缺点是性脆，怕冲击和振动，比高速钢难磨，在刃磨时不能用切削液，也适于加工有色金属和纤维层材料。
对于刀具的准备，除了正确选肆亏搭择刀具材料外，刀具几何角度的合理选择以及刀尖过渡形状的合理运用对提高加工质量十分重要，车刀的几何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃倾角、前角、后角和副后角。主偏角影响刀尖强度和切削层断面形状，车削细长轴、薄壁套零件时，为了防止径向切削分力造成工件弯曲变形，主偏角应取大些（如90°）；端面、台阶面车刀的主偏角取93°左右为宜；对于一般工件粗车时主偏角为75°时，刀具的强度和散热性能最好。刀尖角在螺纹车刀中是一个主要角度，作为成形刀具其尖角大小直接决定牙型，对于普通螺纹车刀，刃倾角为10°时，其刀尖角为59°16′，而刀尖圆弧半径愈大的车刀加工出的表面粗糙度愈细化，刀具前、后角愈大、刀具愈锋利，表面愈细化，但强度变差。
2、 切削用量的合理选用
合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要，切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量。背吃刀量ap的确定 ：在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5mm。进给量f：进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度。主轴转速n的确定 ：光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
3、工件装夹方法的选择
除一般轴类零件用三爪自定心卡盘直接装夹外，对于一些特殊零件，必须合理选择装夹方法，否则对零件加工质量将带来负面影响，不能发挥数控车床高精度加工的优越性。细长轴零件在车削时，由于工件散热条件差，温升高，轴向因热变形造成较大的伸长量，如果用"一夹一顶"方法装夹时，尾座顶尖就不能用固定顶尖，否则细长轴易产生弯曲变形，科学合理的装夹方法是改用钢丝过渡夹紧，另外，在中间可以安装中心架或跟刀架，在跟刀架的支承调整中其压紧力要适度，如果有间隙则达不到提高工件钢性的目的，如果压紧力过大，则细长轴加工后，表面呈现"竹节"状，影响圆柱度。车薄壁工件时隔时为了防止径向夹紧力引起工件变形，可以采用轴向夹紧，开口环过渡夹紧或用软爪夹紧的方法，另外还可在一端预先留较厚的工艺凸缘。车削曲轴时可以中间搭一个中心架来提高工件的刚度，以防因切削力的影响而变形。
二、提高裂拿数控车床加工质量的技巧
用数控车床加工零件，除了要求操作者具备较强的理论知识和必备的操作技能外，为了提高加工质量，还要求操作者活用、巧用机床。
1、 消除刀尖对不同加工面的影响
车刀在加工不同位置的表面时，刀尖的偏值是不一样的。如1号位车刀号为T01，一个刀尖车外圆，另一个刀尖车端面，车外圆刀尖对刀值输入到偏置号"T0001"中，则外圆车刀编程时为"T0101"中，车端面刀尖对刀数值输入到偏置号"T0002"中，则端面车刀编程时指令为"T0102"，可见一把车刀即充当了两把车刀使用，可以间接扩充回转刀架的刀库容量，且刀具角度比较好选择。
2、 "刀尖圆弧半径补偿"动能的有效运用
数控系统中有"刀尖圆弧半径补偿"功能，该功能对于轴类零件圆弧表面的加工精度的保证十分有效，大大减小了工艺系统误差，带有圆弧半径的刀尖，其刀尖点为一个空间的一个虚点，数控编程时是以这个虚点来编程的，而实际切削圆弧表面时，刀具实际切削点为刀尖圆弧上各实际分布点，必然会造成一边过切，而另一边少切现象，而遇有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41、G42和G40），能够进行运算，始终保证当前刀尖点是刀具圆弧与理论外圆轮廓的切点。此功能在数控车床上运用时简单有效，十分重要。
3、 刀具"磨损"的合理运用
不管是成批大量生产还是单位小批量生产，数控车床加工工件时须有一个加工试件的过程，如何快速而准确地保证加工尺寸精度，现在数控车床系统中增设了刀具的补偿功能，能够有效地实现工件尺寸的快速调整。

❹ 数控滚齿机床的指令有那些

齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技师和加工能力反映一个国家的工业水平。实现齿轮加工数控倾和自动化、加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。

基于开放式运动控制器的数控滚齿系统的研究

摘要:讨论了一种基于开放式运动控制器的数控滚齿体系结构，通过对其进行深入的研究，在国内首次提出了电子差动
齿轮箱的概念，开发出相应的数控滚齿软件，给出了运动控制系统软件的基本模块，以及该数控系统成功用于YG6132B
机械滚齿机数控改造的实例。
序词:数控 滚齿机床 运动控制
中图分类号:TG659
前言
齿轮被广泛地应用于机械设备的传动系统中，滚齿是应用最广的切齿方法〔1 〕，传统的机械滚齿机床机械结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，各传动链中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响被加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需要更换各种挂轮调整起来复杂费时[2]，大大降低了劳动生产率。
以德国西门子、日本发那科公司数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的只有2－3个厂家，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技术，缺少国际竞争力。
注意到以上问题，并根据近来数控技术，尤其是开放式运动控制器飞速发展的现状，本文针对小模数、少齿数、大螺旋角斜齿轮滚齿加工迫切要求数控化的实际需求，进行了深入的研究，成功地开发了了一套基于开放式运动控制器的数控滚齿系统并用于实际生产。
1 基于开放式运动控制器的数控体系结构
该体系结构的核心是一块具有PC104 总线并且自带高速DSP 芯片的开放式多轴运动控制卡，与嵌入式PC 主机构成多处理器结构，提供4路16 位D/A 模拟电压（＋/－10V）控制信号，4路4倍频差动式光电编码器反馈信号接口，输入信号频率最高可达8MHZ，32 路光电隔离输入输出接口。可编程数字PID+速度前馈+加速度前馈滤波方式，卡上自带DSP 芯片以实现实时高速插补、计算功能，可完成空间直线、圆弧插补，大大减轻了主机负担，还提供了程序缓冲区，降低了对主机通讯速度的要求[3]。该运动控制卡通过PC104 总线和计算机通讯，一方面将从各控制轴采集到的数据送给主机进行计算，另一方面，将主机根据工艺及数学模型进行运算生成的运动控制指令经过进一步处理送各轴伺服驱动器，完成各轴的运动控制，加工出满足工艺要求的合格零件。由于使用标准的PC104 型工控机作
为主机，采用标准化接口，可灵活地选用电机、驱动装置和反馈元件，支持包括乙太网甚至是Internet 网在内的多种网络协议及拓扑结构，可方便地实现远程控制，组网技术十分灵活而且技术成熟[4]。适应网络化数控的未来发展要求，系统硬件控制部分结构如图1 所示。

图1基于开放式运动控制器的数控系统结构
2
2系统控制软件
本系统控制软件是在纯DOS 下用C 语言开发的，DOS 系统的开放性、单任务、准确的时钟中断管理及其良好的稳定性，为工业化生产提供了可靠的保证。软件框图如图2 所示。其中系统初始化包括自制小汉字字模的装入，显示器图形方式的初始化，控制器滤波参数的整定等；系统诊断模块的作用是监控各被控轴的运动状态，如：各轴有无运动误差超限、伺服报警、运动完成、限位开关动作等；实时控制模块，由中断服务程序实现，它在每个时钟中断周期内读入各轴位置，根据加工对象的加工工艺要求计算出新的运动控制指令送运动器解释执行。
3基于电子齿轮箱的数控滚齿系统
齿轮加工的关键在于实现滚刀和工件之间的展成分度运动关系，也就是要准确地满足两者之间的速比关系，即滚刀转过一转，工件转过K/zc 转，如下式(1)所示：
c b
c
z
K
n
n
= (1)
式中b c n n , －分别为工件轴转速和滚刀轴转速
k zc , －分别为工件齿数和滚刀头数
而在加工斜齿轮和蜗轮时，要求在完成分齿运动的同时，还要完成Z轴或Y轴的附加运动，其运动学方程式如下：
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 , －分别为Z、Y轴的进给量
l b, －分别为斜齿轮的螺旋角和刀具安装角
n m －为斜齿轮法面模数。
由式(2)可见，在加工斜齿轮和蜗轮时，输入和输出的关系已不再是一个简单的单输入、单输出的定比传动问题，而是一个多输入、单输出的问题。一般的电子齿轮方式无法解决这类问题，为此本系统成功地开发了电子齿轮箱功能，电子差动齿轮箱是指：对于任何一个通过机械差动变速机构将两个以上（含两个）不同运动，按一定的速比传动关系
合成输出的运动轴，都可以改由计算机控制的交、直流伺服电机单独驱动，去掉原有的机械差动传动链，通过计算机读取安装在各输入轴上传感器反馈回来的运动参数（如转速，进给量等），用软件编程的方法实时计算合成输出轴的运动，实现机械差动传动链的功能。
4应用实例
上述数控滚齿系统已成功地应用到一台宁江机床厂生产的小模数机械滚齿机YG3612B的改造中，改造前该滚齿机用于批量生产模数1，齿数4，螺旋角20 度以上的斜齿轮轴加工，由于我国尚无适应这种小模数、少齿数工件的数控滚齿机，对这种类型工件，该机械滚齿机是目前加工精度最高的滚齿设备，但是由它加工出来的零件成品率仅达80%左
右，造成了巨大的浪费，同时在更换加工品种时需要繁琐地更换各种挂轮，使生产效率大为降低。为此生产厂家强烈要求进行数控改造以便提高加工精度，提高生产效率。经分析造成零件加工精度低的主要原因如下：
（1）滚刀至工件两末端传动件之间各传动元件的加工、装配误差直接影响了展成分度的精度，从而影响工件的加工精度
（2）工件至Z进给轴两末端传动件之间各传动元件的加工误差直接影响了被加工工件螺旋角的准确性
（3）由于是加工4个齿的斜齿轮，单头滚刀每转1转工件要转过90 度，这就决定了滚刀到工件之间的末端传动副不能像通常的滚齿机那样使用大降速比的蜗轮－蜗杆传动副，以便大大降低前面传动副的误差对展成分度的影响〔5 〕（如采用大降速比的蜗轮－蜗杆传动副作末端传动副，蜗杆的高速转动将造成其迅速磨损而失去精度），因此该机床采用了一对19/76=1/4 的空间相交轴传动的螺旋齿轮副作末端传动副，从而使得上述(1)、(2)两点成为影响被加工齿轮轴精度的关键。
针对以上问题，同时考虑生产厂家担心改造后一旦不成功将造成机床报废的顾虑，本文把以最少的改动、最小的投入加工出满足精度要求的小模

图2 控制软件框图
系统初始化
工艺参数修改
系统诊断
主控模块
实时中断控制
各轴坐标显示
PID 参数修改
指令队列各轴位置反馈
3
数、少齿数、大螺旋角斜齿轮作为目标，创造性地建立了如下的改造方案：
（1）彻底断开工件轴和滚刀轴、工件轴和进给轴之间原有的机械传动联系，除去原有的差动传动链
（2）保留滚刀轴至工件轴之间19/76 的末端传动副，在工件轴的上一级传动轴上直接安装交流伺服电机，单独驱动工件轴
（3）滚刀转动和Z轴进给仍采用原来普通电机带动
（4）沿Z轴丝杆进给方向加装高分辨率光栅尺A，直接从末端件提供进给量反馈，从而排除了进给传动链误差对工件螺旋角的影响
（5）在滚刀轴的上一级飞轮轴上加装高分辨率的光电编码盘B，提供滚刀转速反馈改造后的机械结构如图3所示，本数控系统通过实时中断读取光电编码盘B和光栅尺A的读数，由电子差动齿轮箱自动进行合成、数据处理后，经
运动控制卡发出指令，控制伺服电机的运转，最终加工出满足精度要求的齿轮轴，并使产品合格率达到96％以上。
对以上改造的加工小模数、少齿数、大螺旋角数控滚齿机的进一步完善，应从以下几个方面着手：
（1）在滚刀轴的上一级B轴上加装直流或交流主轴电机，以满足输出功率大，调速范围宽，进一步稳定转速的加工要求〔6〕
（2）工件伺服驱动电机轴与工件轴之间，滚刀驱动电机轴与滚刀轴之间都只保留一对高精度降速齿轮传动，这两对齿轮传动副要进行消隙处理，如采用两薄片齿轮弹簧消隙装置
（3）将轴向进给Z轴上的普通丝杠换成具有预紧、消隙功能的滚珠丝杠，并用交流伺服电机直接驱动滚珠丝杠实现匀速进给，消除进给爬行
（4）如需进一步提高该滚齿机的加工能力（加工鼓形齿、非园齿轮等），进一步提高生产效率，降低劳动强度的话，可对径向进给X轴，切向进给Y轴和滚刀刀盘搬角度A轴，都采用单独的伺服电机控制，但这些已不存在原理和技术上的难点，用户只需根据需求和成本进行取舍。
5结论
（1）本数控系统经小模数机械滚齿机YG3612B改造证明是成功的实用系统，且该系统操作简单，运行可靠
（2）本系统在国内首先提出了区别于电子齿轮的电子差动齿轮箱概念
（3）本系统采用国产开放式运动控制卡摆脱了国外进口的限制
（4）充分发挥了PC 平台上的软硬件优势，丰富和改善了开发环境。
（5）支持数控机床进一步向的智能化、集成化、网络化方向发展。
参考文献
1 齿轮制造手册编辑委员会.齿轮制造手册.北京:机械工业出版社. 1997
2 韩彦成.金属切削机床构造与设计. 国防工业出版社.1991
3 固高公司.GT-400-SV 四轴运动控制器用户手册，2001
4 毛军红. 机床数控软件化结构体系. 机械工程学报.2000.36(7):48-51
5 会田俊夫〔日〕.圆柱齿轮的制造.中国农业机械出版社.北京.1984
6 孙汉卿.数控机床原理与维修.中国第一汽车集团公司.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
图3 机床改造后的结构
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
作者简介：杜建铭，男，1963 年出生，高级工程师，博士研究生，中国第一拖拉机集团公司优秀专家，主要从事数控技术、高精度位置伺服控制和复杂曲面的研究工作