齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)論文

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傳統(tǒng)齒輪加工機(jī)床的運(yùn)動關(guān)系復(fù)雜，以滾齒機(jī)(或蝸桿砂輪磨齒機(jī))為例，在齒輪機(jī)床中存在著展成分度鏈、差動鏈、進(jìn)給傳動鏈等。調(diào)整既復(fù)雜又費(fèi)時。快速趨近、工進(jìn)、快退的位置和距離都需要精心調(diào)試或試切才能完成，且需要的輔件多。

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，國內(nèi)外開始對齒輪加工機(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，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。

差動掛輪箱

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)控化剛開始起步，當(dāng)時數(shù)控技術(shù)無法滿足齒輪加機(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鏈仍為傳統(tǒng)的機(jī)械傳動。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。它們可以通過幾個坐標(biāo)軸的聯(lián)動來實(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)械傳動鏈的精度。目前這種齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)多用于對現(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，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)床已成為國際市場上的主流產(chǎn)品。全功能數(shù)控指不僅齒輪機(jī)床的各軸進(jìn)給運(yùn)動是數(shù)控的，而且機(jī)床的展成運(yùn)動和差動運(yùn)動也是數(shù)控的。目前展成分度鏈和差動鏈的數(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，工件主軸通過數(shù)控指令經(jīng)伺服電動機(jī)直接驅(qū)動。目前國產(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，可以通過編制適當(dāng)?shù)能浖猛ㄓ玫牡毒邅砀呔瓤焖俚丶庸し菆A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)用面越來越廣。基于硬件控制的齒輪加工數(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電動機(jī)來拖動的，傳動鏈很長，并常需要采用精度不易提高的傳動元件(如錐齒輪、萬向聯(lián)軸節(jié)等)，所以提高機(jī)床精度受到限制。

目前多采用光電盤脈沖分頻分度傳動鏈。砂輪主軸以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并帶動發(fā)信元件(如光電盤)，光電盤信號經(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)精確分度傳動關(guān)系。同時把機(jī)床的差動鏈也納入控制系統(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，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)的方式多一個硬件控制電路部分。硬件控制的電子齒輪比(差動系數(shù)、主傳動比)，目前還不能做到實(shí)時修改，即不能實(shí)時改變工件主軸的轉(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，能很好地保證齒輪機(jī)床差動和展成運(yùn)動精度，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)在國際上已是主流產(chǎn)品，也必將在國內(nèi)成為主流產(chǎn)品。

磨削技術(shù)除向超精密、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動化也是磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

目前磨削自動化在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，許多專用磨削軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化。磨削是一個復(fù)雜的多變量影響過程，對其信息化的智能化處理和決策，是實(shí)現(xiàn)柔性自動化和最優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。目前磨削中人工智能的主要應(yīng)用包括磨削過程建模、磨具和磨削參數(shù)合理選擇、磨削過程監(jiān)測預(yù)報(bào)和控制、自適應(yīng)控制優(yōu)化、智能化工藝設(shè)計(jì)和智能工藝庫等方面。近幾年來，磨削過程建模、模擬和仿真技術(shù)有很大發(fā)展，并已達(dá)到適用水平。

我國在磨削過程建模與模擬，聲發(fā)射過程監(jiān)測與識別，工件表面燒傷及殘余應(yīng)力預(yù)報(bào)，磨削加工誤差在線檢測、評價(jià)與補(bǔ)償?shù)确矫娑加性S多成果，并已開發(fā)出了新型磨削機(jī)器人。

我國人造磨料生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，在世界上已有相當(dāng)份額。

近幾年來國外磨削技術(shù)發(fā)展迅速，例如對硬脆材料磨削機(jī)理及工藝的研究，利用磨削熱量同時進(jìn)行工件熱處理，以及不使用磨削液的無污染磨削等方面，我國均有一定差距。