專利名稱：一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置及加工控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型齒輪-面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置及加工控制方法，適用于任何軸交角的面齒輪數(shù)控滾齒加工。
背景技術(shù)：
由于面齒輪可以采用插齒、滾齒和磨齒的加工方法加工，而國外對面齒輪加工技術(shù)實行嚴(yán)格保密，致使其加工技術(shù)在國內(nèi)還未能掌握，國內(nèi)已認(rèn)識到面齒輪傳動的優(yōu)點和廣泛的前景，并進(jìn)行了一些基礎(chǔ)理論的工作，但由于國內(nèi)在面齒輪加工的能力方面不夠，嚴(yán)重地限制了面齒輪傳動的深入研究，阻礙了面齒輪的傳動實驗和應(yīng)用的進(jìn)程，目前國內(nèi)對面齒輪滾齒加工還沒有一個系統(tǒng)的研究。國內(nèi)對面齒輪的插齒加工方法比較深入，南航和北航都對傳統(tǒng)的插齒機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，實現(xiàn)了面齒輪插齒加工，北航已建立面齒輪插齒加工專用機(jī)床，但是插刀插齒的切削不連續(xù)，而且齒條刀齒數(shù)固定，而被加工齒輪齒數(shù)為任意， 它們之間存在矛盾，使得插齒效率低，且精度不高，為了避免矛盾和機(jī)床復(fù)雜化，提出滾齒加工方法。在滾齒加工中，滾刀相當(dāng)于軸截面為直線齒形的螺桿，滾刀旋轉(zhuǎn)時，相當(dāng)于直線齒廓的齒條沿其軸線方向連續(xù)不斷移動，可以加工任意齒數(shù)的齒輪，簡單快捷，再加上數(shù)控加工方式的應(yīng)用，從而既可以提高面齒輪加工精度，又可以提高面齒輪的加工效率，目前國內(nèi)還沒有面齒輪滾齒加工專用控制裝置和加工方法。因此，目前尚缺乏一種面齒輪滾齒加工方法及相應(yīng)的控制裝置來加工出高精度的面齒輪，本發(fā)明為面齒輪滾齒加工專用設(shè)備的發(fā)展提供了一套較為具體的控制裝置及方法設(shè)計。同時，由于滾齒原理和磨齒原理的相似或相同，使得開展面齒輪滾齒加工技術(shù)的研究為面齒輪磨齒加工的研究奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置及加工控制方法，實現(xiàn)面齒輪的高效滾齒加工。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置，包括控制裝置 (1)、滾齒機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)、傳動機(jī)構(gòu)(3)及面齒輪工件(9)；滾齒機(jī)包括床底座
(8)、床身(4)、主軸箱(6)、滾齒刀(7)、上滑板(11)、下滑板(12)、主軸電機(jī)(5)和驅(qū)動電機(jī) ⑵；床身⑷連接在床底座⑶上，滾齒刀(7)在主軸箱(6)上，主軸箱(6)與床身(4)相連接，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)通過上滑板(11)、下滑板(12)與底座(8)相連接，面齒輪工件
(9)固定在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)上；所述傳動機(jī)構(gòu)(3)包括聯(lián)軸器(21)、滾珠絲杠(22)、 絲杠螺母(24)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)，驅(qū)動電機(jī)(2)通過聯(lián)軸器(21)與滾珠絲杠(22) 相聯(lián)，絲杠螺母(24)在滾珠絲杠(22)上移動形成滾珠絲杠螺母副，絲杠螺母(24)通過螺釘(23)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)相聯(lián)接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)通過螺釘(25)與各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)接；控制裝置(1)包括工控機(jī)(13)、SERCOS卡(14)、控制面板(15)、SERCOS光纖 (16)、KE整流供電模塊(17)、Kff主軸控制模塊(18)、Kff進(jìn)給控制模塊(19)和PLC-IO模塊(20) ；SERCOS卡(14)通過ISA插口安裝在工控機(jī)(13)上；控制面板(15)通過控制線與SERCOS卡(14)連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡(14)通過SERCOS光纖(16)與KE 整流供電模塊(17)和KW主軸控制模塊(18)、Kff進(jìn)給控制模塊(19)相連；KW主軸控制模塊(18)與主軸電機(jī)(5)連接；KW進(jìn)給控制模塊(19)通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接；工控機(jī)(13)為控制裝置的核心部件，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的計算和產(chǎn)生，SERCOS卡(14)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。工作時，工控機(jī)(13)根據(jù)齒輪加工原理進(jìn)行計算，得到各個軸的運(yùn)動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡(14)，SERCOS卡(14)將指令數(shù)據(jù)通過 SERCOS光纖(16)發(fā)送給KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊(19)，實現(xiàn)主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制，并接收KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊(19)反饋的電機(jī)實際位置數(shù)據(jù)，做閉環(huán)控制；滾齒刀(7)本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運(yùn)動，滾齒刀(7)隨主軸箱(6)在床身(4)上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進(jìn)給運(yùn)動，滾齒刀(7)轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件(9)圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)分齒運(yùn)動，面齒輪工件(9)隨數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 (10)的傾斜運(yùn)動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10) 隨上下滑板在床底座(8)上的運(yùn)動完成面齒輪加工的水平進(jìn)給運(yùn)動。一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制方法，實現(xiàn)步驟如下A.根據(jù)實際傳動需求，確定面齒輪滾齒刀(7)軸線和面齒輪工件(9)軸線的軸交角和偏置距；B.調(diào)整數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)位置使其滿足面齒輪滾齒加工要求所需的軸交角和偏置距，并固定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)；C.將SERCOS卡(14)通過ISA插口安裝在工控機(jī)(13)上；工控機(jī)(13)根據(jù)輸入的加工程序及齒輪加工原理進(jìn)行計算，得到各個軸的運(yùn)動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡(14)；D.控制面板(15)通過控制線與SERCOS卡(14)連接，工控機(jī)(13)讀寫SERCOS 卡(14)上的端口地址，實現(xiàn)控制面板(15)的操作。SERCOS卡(14)通過SERCOS光纖(16) 與KE整流供電模塊(17)和KW主軸控制模塊(18)、KW進(jìn)給控制模塊(19)相連；SERCOS卡 (14)將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖(16)發(fā)送給KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊 (19)，實現(xiàn)主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制；E.將KW主軸控制模塊(18)與主軸電機(jī)(5)連接；KW進(jìn)給控制模塊(19)通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接；KW進(jìn)給控制模塊(19)采用變頻調(diào)速的原理實現(xiàn)電機(jī)的速度控制， 電機(jī)使用編碼器反饋轉(zhuǎn)動位置給KW進(jìn)給控制模塊(19)，從而實現(xiàn)位置控制；F.調(diào)試控制裝置；G.根據(jù)實際加工要求在控制裝置(1)中設(shè)定加工參數(shù)，所述加工參數(shù)包括滾齒刀齒數(shù)、面齒輪齒數(shù)、加工過程垂直進(jìn)給量和水平進(jìn)給量；然后對面齒輪滾齒刀(7)進(jìn)行對刀，完成面齒輪的數(shù)控滾齒加工。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)本發(fā)明采用開放式數(shù)控技術(shù)。上述的SERCOS總線是一種用于數(shù)字伺服控制裝置的現(xiàn)場總線和數(shù)據(jù)交換協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制計算機(jī)與數(shù)字伺服系統(tǒng)，傳感器和可編程控制器IO 口之間的實時數(shù)據(jù)通訊。1995年被確立為IEC149ISYSTEM-Interface國際標(biāo)準(zhǔn)，它可以擴(kuò)展連接多個伺服電機(jī)；加工程序由用戶用C語言編寫，這樣可以充分利用C語言的功能和資源，特別適合開放式系統(tǒng)的技術(shù)要求。 (2)本發(fā)明相對于面齒輪插齒加工，在滾齒加工中，滾刀相當(dāng)于軸截面為直線齒形的螺桿，滾刀旋轉(zhuǎn)時，相當(dāng)于直線齒廓的齒條沿其軸線方向連續(xù)不斷移動，可以加工任意齒數(shù)的齒輪，再加上數(shù)控加工方式，從而既可以提高面齒輪加工精度，又可以提高面齒輪的加工效率。同時，由于滾齒原理和磨齒原理的相似或相同，使得開展面齒輪滾齒加工技術(shù)的研究為面齒輪磨齒加工的研究奠定了基礎(chǔ)。
圖1為面齒輪滾齒加工各運(yùn)動示意圖2為面齒輪滾齒螺旋傾角位置示意圖3為面齒輪滾齒螺旋角傾斜等價原理圖4為面齒輪滾齒機(jī)示意圖5為面齒輪滾齒機(jī)傳動機(jī)構(gòu)示意圖6為面齒輪滾齒加工控制裝置硬件平臺組成；
圖7為面齒輪滾齒加工控制裝置軟件平臺組成；
圖8為面齒輪滾齒加工控制裝置各軟件和硬件平臺之間的聯(lián)接方式圖
圖9為本發(fā)明的加工方法實現(xiàn)流程圖10為KE整流供電模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖11為KW控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，根據(jù)面齒輪的滾齒原理，多軸聯(lián)動機(jī)床必須能夠?qū)崿F(xiàn)面齒輪數(shù)控滾齒加工的主運(yùn)動、分齒運(yùn)動、垂直進(jìn)給運(yùn)動和水平進(jìn)給運(yùn)動這四個運(yùn)動。同時，由于滾刀螺旋升角存在，使得滾刀軸線必須繞面齒輪斷面旋轉(zhuǎn)一個螺旋升角的角度，如圖2所示，但由于機(jī)床結(jié)構(gòu)的限制，主軸刀具并不能完成旋轉(zhuǎn)一個螺旋升角，因此給加工帶來了不便，為解決這個問題，采用刀具不動，工件相對于原來位置，偏置一個距離來等價完成面齒輪滾刀螺旋升角的旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。nw代表滾刀的轉(zhuǎn)速、Ii2代表工件的轉(zhuǎn)速、代表滾刀沿工件徑向的垂直進(jìn)給運(yùn)動速度、f2代表滾刀沿工件軸向的水平進(jìn)給運(yùn)動相對速度。如圖4所示，本發(fā)明以正交面齒輪數(shù)控滾齒加工為例。面齒輪滾齒加工裝置的整體結(jié)構(gòu)是控制裝置1、滾齒機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺10、傳動機(jī)構(gòu)3及面齒輪工件9 ；滾齒機(jī)包括床底座8、床身4、主軸箱6、滾齒刀7、上滑板11、下滑板12、主軸電機(jī)5和驅(qū)動電機(jī)2 ；床身4連接在床底座8上，滾齒刀7在主軸箱6上，主軸箱6與床身4相連接，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺10通過上滑板11、下滑板12與底座8相連接，面齒輪工件9固定在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺10 上；如圖5所示，所述傳動機(jī)構(gòu)3包括聯(lián)軸器21、滾珠絲杠22、絲杠螺母24和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器26，驅(qū)動電機(jī)2通過聯(lián)軸器21與滾珠絲杠22相聯(lián)，絲杠螺母24在滾珠絲杠22上移動形成滾珠絲杠螺母副，絲杠螺母24通過螺釘23與執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器26相聯(lián)接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器26通過螺釘25與各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)接；工作時，滾齒刀7本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運(yùn)動，滾齒刀7隨主軸箱6在床身4上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進(jìn)給運(yùn)動，滾刀轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件9圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)分齒運(yùn)動，面齒輪工件9隨數(shù)控回轉(zhuǎn)臺10的傾斜運(yùn)動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪回轉(zhuǎn)工作臺10隨上下滑板在床底座8上的運(yùn)動完成面齒輪加工的水平進(jìn)給運(yùn)動。上述4個運(yùn)動都是由數(shù)控裝置 1發(fā)送指令給各個運(yùn)動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。如圖6所示，控制裝置1硬件平臺結(jié)構(gòu)，包括工控機(jī)13、SERCOS卡(連續(xù)的實時控制方式卡，SERCOS是一種用于數(shù)字伺服控制裝置的現(xiàn)場總線和數(shù)據(jù)交換協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制計算機(jī)與數(shù)字伺服系統(tǒng)，傳感器和可編程控制器IO 口之間的實時數(shù)據(jù)通訊。1995 年被確立為IEC1491SYSTEM-Interface國際標(biāo)準(zhǔn)。SERCOS接口由一個主站和若干個從站 (1-254個，伺服，主軸或PLC-ΙΟ)組成，各站之間采用光纜聯(lián)接，構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)，站間的最大距離為40或80米，最大從站數(shù)為254，通訊速度為2Mbit/秒，4Mbit/秒或16Mbit/秒)14、 控制面板15、SERCOS光纖16、KE整流模塊17 (KE是德文kontrolle erganzen的縮寫，意思是電源控制模塊)、KW(KW是德文kontrollewechselrichter的縮寫，意思是伺服控制模塊)主軸控制模塊18、Kff進(jìn)給控制模塊19和PLC-IO模塊20 ；SERCOS卡14通過ISA插口安裝在工控機(jī)13上；控制面板15通過控制線與SERCOS卡14連接，并發(fā)出各種控制指令； SERCOS卡14通過SERCOS光纖16與KE整流供電模塊17和KW主軸控制模塊18、Kff進(jìn)給控制模塊19相連；KW主軸控制模塊18與主軸電機(jī)5連接；KW進(jìn)給控制模塊19通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接。KE是將正常的三相380伏交流電變?yōu)?00伏直流電，其結(jié)構(gòu)如圖10 所示，它的輸入端是是正常的三相380伏交流電，在通過變壓裝置時變壓，在通過整流裝置把三相交流電變成平穩(wěn)的可調(diào)的單方向的直流電，最后通過濾波裝置來消除干擾雜訊，而得到純凈的700伏直流電。Kff是將KE輸出的700伏直流電變?yōu)槿嚯妷嚎煽氐慕涣麟?，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，它的輸入端是700伏直流電，在通過可控硅時將直流電進(jìn)行逆變和調(diào)壓得到三相電壓，通過控制和監(jiān)視裝置對三相電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到可控的交流電。SERCOS接口由一個主站(Master)和若干個從站(Slave，1_254個，伺服，主軸或PLC-ΙΟ)組成，各站之間采用光纜聯(lián)接，構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)，站間的最大距離為40或80米，最大從站數(shù)為254，通訊速度為2Mbit/秒，4Mbit/秒或16Mbit/秒。通過SERCOS卡(14)控制機(jī)床控制單元，它由1-50 個SERCOS進(jìn)給或主軸單元和40-320個PLC-IO點組成。該控制裝置使用德國AMK公司的 KE/KW系列交流數(shù)字伺服單元和交流電動機(jī)。KE為整流供電模塊，可以為多個KW模塊提供動力電，KW為驅(qū)動控制模塊，可以控制各種交流電機(jī)。每個KW模塊還可以附加12個輸入點和8個輸出點。所有的數(shù)據(jù)(位置、速度、參數(shù)、IO等)都通過SERCOS總線傳輸。如圖7所示，控制裝置1的軟件平臺結(jié)構(gòu)，CNC系統(tǒng)軟件運(yùn)行在D0S6. 22環(huán)境，由 NC內(nèi)核和PLC內(nèi)核組成，其功能相當(dāng)于一個高性能無人機(jī)界面的NC-PLC軟件，NC內(nèi)核主要功能包括1-10個控制通道、每通道1-8軸聯(lián)動、直線，圓弧，螺旋線插補(bǔ)、預(yù)譯碼，正反向插補(bǔ)、多種刀具補(bǔ)償和管理功能、多種機(jī)床誤差補(bǔ)償功能等，以滿足滾齒加工過程中的各種需要。其控制各伺服軸電機(jī)運(yùn)動的過程為首先將滾齒加工程序一次且全部輸入到工控機(jī)13的存儲器中，加工時再從工控機(jī)13的存儲器把一個個程序段調(diào)出，工控機(jī)13還將零件以一個程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的各個零件輪廓信息、加工速度信息和其他輔助信息，按照一定的語法規(guī)則解釋成計算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，數(shù)控裝置1中的伺服部分就是把工控機(jī)13給的位移指令轉(zhuǎn)換成加工設(shè)備移動部件的位移指令，工控機(jī)13能過ISA 接口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡14，工控機(jī)13讀寫SERCOS卡14上的端口地址，實現(xiàn)操作面板15的操作，將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖16發(fā)送給主軸控制模塊18和KW進(jìn)給控制模塊 19，實現(xiàn)對主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制。插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)工作軸所在坐標(biāo)系和各伺服軸坐標(biāo)值、刀具號和刀具運(yùn)動軌跡的計算，計算出刀具向各伺服軸的移動量。應(yīng)用軟件在WINDOWS 98操作系統(tǒng)下運(yùn)行。該應(yīng)用軟件用Visual Basic語言編寫， 它是一種簡單易學(xué)的可視化的編程語言，用它可以非常方便地使用WINDOWS操作系統(tǒng)提供的各種系統(tǒng)資源。而系統(tǒng)軟件平臺與應(yīng)用軟件之間通過NC變量、NC數(shù)據(jù)和PLC變量傳遞命令和數(shù)據(jù)，構(gòu)成了應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件平臺之間的開放式接口。其中應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和硬件平臺之間的聯(lián)接方式如圖8所示。本實施例由北航自主研發(fā)的面齒輪滾齒機(jī)床來實現(xiàn)，滾齒機(jī)床結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。將面齒輪滾齒夾具和面齒輪毛坯工件安裝在裝置上，調(diào)整好滾齒刀位置，完成面齒輪的數(shù)控滾齒加工。結(jié)合實實例說明本發(fā)明的面齒輪數(shù)控滾齒加工方法，如圖9所示，面齒輪數(shù)控滾齒加工方法，實現(xiàn)步驟如下(1)根據(jù)實際傳動需求，確定面齒輪滾齒刀7軸線和面齒輪工件9軸線的軸交角和偏置距；本實例中，要加工的面齒輪為正交面齒輪，根據(jù)面齒輪工件9的大小來計算出面齒輪滾齒刀7軸線和面齒輪工件9軸線的軸交角和偏置距。(2)調(diào)整數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺10位置使其滿足面齒輪滾齒加工要求所需的軸交角和偏置距，并固定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺10。(3)將SERCOS卡14通過ISA插口安裝在工控機(jī)13上；工控機(jī)13根據(jù)輸入的加工程序及齒輪加工原理進(jìn)行計算，得到各個軸的運(yùn)動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡14。(4)控制面板15通過控制線與SERCOS卡14連接，工控機(jī)13讀寫SERCOS卡14 上的端口地址，實現(xiàn)控制面板15的操作。SERCOS卡14通過SERCOS光纖16與KE整流供電模塊17和KW主軸控制模塊18、KW進(jìn)給控制模塊19相連；SERCOS卡14將指令數(shù)據(jù)通過 SERCOS光纖16發(fā)送給KW主軸控制模塊18和KW進(jìn)給控制模塊19，實現(xiàn)主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制。(5)將KW主軸控制模塊18與主軸電機(jī)5連接；KW進(jìn)給控制模塊19通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接；KW進(jìn)給控制模塊19采用變頻調(diào)速的原理實現(xiàn)電機(jī)的速度控制，電機(jī)使用編碼器反饋轉(zhuǎn)動位置給KW進(jìn)給控制模塊19，從而實現(xiàn)位置控制。(6)調(diào)試加工控制裝置。根據(jù)實際加工要求在數(shù)控裝置1中設(shè)定加工參數(shù)，在工控機(jī)13中輸入加工程序，所述加工參數(shù)包括滾齒刀齒數(shù)、面齒輪齒數(shù)、加工過程垂直進(jìn)給量和水平進(jìn)給量；然后對面齒輪滾齒刀7進(jìn)行對刀，完成面齒輪的數(shù)控滾齒加工。本實例中，加工的面齒輪工件9的齒數(shù)為160，面齒輪滾齒刀7的頭數(shù)為1，且加工的面齒輪工件9為鋁合金。本發(fā)明是一種新型齒輪傳動_面齒輪傳動如何進(jìn)行滾齒加工的技術(shù)難題，提供一種面齒輪數(shù)控滾齒的加工方法以及相應(yīng)的控制裝置。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置，其特征在于包括控制裝置(1)、滾齒機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)、傳動機(jī)構(gòu)(3)及面齒輪工件(9)；滾齒機(jī)包括床底座(8)、床身(4)、主軸箱(6)、滾齒刀(7)、上滑板(11)、下滑板(12)、主軸電機(jī)(5)和驅(qū)動電機(jī)(2)；床身⑷連接在床底座⑶上，滾齒刀(7)在主軸箱(6)上，主軸箱(6)與床身(4)相連接，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)通過上滑板(11)、下滑板(12)與底座(8)相連接，面齒輪工件(9)固定在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)上；所述傳動機(jī)構(gòu)(3)包括聯(lián)軸器(21)、滾珠絲杠(22)、絲杠螺母(24) 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)，驅(qū)動電機(jī)(2)通過聯(lián)軸器(21)與滾珠絲杠(22)相聯(lián)，絲杠螺母 (24)在滾珠絲杠(22)上移動形成滾珠絲杠螺母副，絲杠螺母(24)通過螺釘(23)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)相聯(lián)接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接器(26)通過螺釘(25)與各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)接；控制裝置(1)包括工控機(jī)(13)、SERC0S卡(14)、控制面板(15)、SERC0S光纖(16)、KE整流供電模塊(17)、Kff主軸控制模塊(18)、Kff進(jìn)給控制模塊(19)和PLC-IO模塊(20) ；SERCOS卡 (14)通過ISA插口安裝在工控機(jī)(13)上；控制面板(15)通過控制線與SERCOS卡(14)連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡(14)通過SERCOS光纖(16)與KE整流供電模塊(17) 和KW主軸控制模塊(18)、KW進(jìn)給控制模塊(19)相連；KW主軸控制模塊(18)與主軸電機(jī) (5)連接；KW進(jìn)給控制模塊(19)通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接；工控機(jī)(13)為控制裝置的核心部件，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的計算和產(chǎn)生，SERCOS卡(14)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；工作時，工控機(jī)(13)根據(jù)齒輪加工原理進(jìn)行計算，得到各個軸的運(yùn)動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡(14) ,SERCOS卡(14)將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖(16)發(fā)送給KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊(19)，實現(xiàn)主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制，并接收KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊(19)反饋的電機(jī)實際位置數(shù)據(jù)，做閉環(huán)控制； 滾齒刀(7)本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運(yùn)動，滾齒刀(7)隨主軸箱(6)在床身(4)上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進(jìn)給運(yùn)動，滾齒刀(7)轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件(9)圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)分齒運(yùn)動，面齒輪工件(9)隨數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)的傾斜運(yùn)動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)隨上下滑板在床底座(8) 上的運(yùn)動完成面齒輪加工的水平進(jìn)給運(yùn)動。
2.一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下A.根據(jù)實際傳動需求，確定面齒輪滾齒刀(7)軸線和面齒輪工件(9)軸線的軸交角和偏置距；B.調(diào)整數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)位置使其滿足面齒輪滾齒加工要求所需的軸交角和偏置距，并固定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(10)；C.將SERCOS卡(14)通過ISA插口安裝在工控機(jī)(13)上；工控機(jī)(13)根據(jù)輸入的加工程序及齒輪加工原理進(jìn)行計算，得到各個軸的運(yùn)動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡(14)；D.控制面板(15)通過控制線與SERCOS卡(14)連接，工控機(jī)(13)讀寫SERCOS卡(14) 上的端口地址，實現(xiàn)控制面板(15)的操作；SERCOS卡(14)通過SERCOS光纖(16)與KE整流供電模塊(17)和KW主軸控制模塊(18)、KW進(jìn)給控制模塊(19)相連；SERCOS卡(14)將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖(16)發(fā)送給KW主軸控制模塊(18)和KW進(jìn)給控制模塊(19)，實現(xiàn)主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)的控制；E.將KW主軸控制模塊(18)與主軸電機(jī)(5)連接；各KW進(jìn)給控制模塊通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接；各KW進(jìn)給控制模塊采用變頻調(diào)速的原理實現(xiàn)電機(jī)的速度控制，電機(jī)使用編碼器反饋轉(zhuǎn)動位置給KW進(jìn)給控制模塊，從而實現(xiàn)位置控制；F.根據(jù)實際加工要求在控制裝置(1)中設(shè)定加工參數(shù)，所述加工參數(shù)包括滾齒刀齒數(shù)、面齒輪齒數(shù)、加工過程垂直進(jìn)給量和水平進(jìn)給量；然后對面齒輪滾齒刀(7)進(jìn)行對刀， 完成面齒輪的數(shù)控滾齒加工。
全文摘要
一種面齒輪數(shù)控滾齒加工控制裝置及加工控制方法，包括控制裝置、滾齒機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、傳動機(jī)構(gòu)及面齒輪工件；控制裝置包括工控機(jī)、SERCOS卡、控制面板、SERCOS光纖、KE整流供電模塊、KW主軸控制模塊、KW進(jìn)給控制模塊和PLC-IO模塊；SERCOS卡通過ISA插口安裝在工控機(jī)上；控制面板通過控制線與SERCOS卡連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡通過SERCOS光纖與KE整流供電模塊和KW主軸控制模塊、KW進(jìn)給控制模塊相連；KW主軸控制模塊與主軸電機(jī)連接；KW進(jìn)給控制模塊通過控制線與各進(jìn)給電機(jī)連接。本發(fā)明可以實現(xiàn)面齒輪的高效精密加工的。
文檔編號B23F15/06GK102172790SQ201110053078
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者侯良威, 劉艷強(qiáng), 王延忠, 鄒武, 郇極 申請人:北京航空航天大學(xué)