畢加龍

河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

基于PC和運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)控滾齒機(jī)開發(fā)

畢加龍

河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

為解決難加工齒輪的加工問題，縮短加工不同齒輪的準(zhǔn)備時(shí)間，提高效率，基于工控機(jī)（IPC）和運(yùn)動(dòng)控制器搭建與開發(fā)一種可適應(yīng)各種齒輪加工的數(shù)控滾齒機(jī)。機(jī)床以IPC和運(yùn)動(dòng)控制器為核心，由IPC傳遞指令給運(yùn)動(dòng)控制器，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種工作狀態(tài)。以C#為開發(fā)語言制作控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)齒輪加工的傳動(dòng)比要求，提高了齒輪加工的柔性和時(shí)效性。

數(shù)控滾齒機(jī)；工控機(jī)；運(yùn)動(dòng)控制器；程序設(shè)計(jì)

引言

隨著數(shù)控技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與制造技術(shù)相融合成為一種主流研究方向。為實(shí)現(xiàn)滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與毛胚旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)間的內(nèi)傳動(dòng)關(guān)系，需使用大量齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。不僅難加工大質(zhì)數(shù)齒輪，且柔性差，效率低。由于CNC系統(tǒng)具有靈活性、可靠性、使用和維修較為方便的特點(diǎn)，數(shù)控滾齒機(jī)解決了在加工不同指數(shù)齒輪時(shí)需要更換掛輪，改變內(nèi)傳動(dòng)鏈的問題，大幅縮短生產(chǎn)時(shí)間，減少成本。

本文主要介紹了一種基于工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器的多功能數(shù)控滾齒機(jī)的構(gòu)建。

1 數(shù)控滾齒機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)滾齒機(jī)加工原理，得到數(shù)控滾齒機(jī)執(zhí)行件分配圖。由運(yùn)動(dòng)控制卡控制各伺服電機(jī)，四個(gè)伺服電機(jī)分別控制工作臺(tái)水平方向的運(yùn)動(dòng)，刀架豎直方向的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滾刀與齒輪間定位要求，工件的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及刀架的旋轉(zhuǎn)定位。由變頻器直接控制滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，編碼器將角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

圖1 滾齒執(zhí)行件分配圖

2 數(shù)控滾齒機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

數(shù)控滾齒機(jī)是工控機(jī)通過PCI總線技術(shù)向運(yùn)動(dòng)控制芯片傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過運(yùn)動(dòng)控制卡傳輸給伺服電機(jī)，并由伺服驅(qū)動(dòng)器直接給伺服電機(jī)提供動(dòng)力和控制信號(hào)。

該系統(tǒng)硬件全部安裝在一臺(tái)工控機(jī)內(nèi)部，運(yùn)動(dòng)控制卡和運(yùn)動(dòng)控制芯片通過PCI總線技術(shù)和工控機(jī)聯(lián)系起來。

3 使用界面設(shè)計(jì)

用C#進(jìn)行界面的排版及編制，得到如圖2交互界面。齒數(shù)的設(shè)置用于加工各種齒數(shù)的難加工齒輪；模數(shù)和厚度的設(shè)置用于滿足各種加工要求；斜齒輪螺旋角與旋向的設(shè)置用于加工各種條件的斜齒輪；此外還可設(shè)置滾刀的參數(shù)和進(jìn)給量以滿足各種生產(chǎn)要求。

圖2 交互界面設(shè)計(jì)

4 數(shù)控滾齒機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

此數(shù)控系統(tǒng)采用DOS平臺(tái)，用C++語言編寫。需完成以參數(shù)化輸入（齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、進(jìn)給速度），并且所輸入的參數(shù)要反饋到屏幕上，使用戶得到結(jié)果的反饋。

圖3 軟件程序結(jié)構(gòu)

此程序中最關(guān)鍵的是展成運(yùn)動(dòng)與附加運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，對于不同的滾刀與工件，兩者的運(yùn)動(dòng)合成是不一樣的，其具體的判別如圖3所示，由程序依次判定是否使用順滾，是否使用右旋滾刀，是否加工右旋齒輪，再進(jìn)行展成運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng)的合成。

輸入?yún)?shù)，如滾刀頭數(shù)、旋向、轉(zhuǎn)速、工件旋向等，采用右旋滾刀順滾加工右旋齒輪時(shí)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速=展成運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖-附加運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖，，左旋齒輪，則工作臺(tái)轉(zhuǎn)速=展成運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖+附加運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖，其都通過運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送正向脈沖（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）；若采用左旋滾刀順滾加工，結(jié)果則是通過運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送反向脈沖（逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）；逆滾加工時(shí)情況類似。

5 結(jié)束語

數(shù)控滾齒機(jī)的構(gòu)建，有效解決了現(xiàn)有齒輪加工中存在的問題，在節(jié)約加工成本，提高加工效率的同時(shí)，使機(jī)床具有較高的柔性，通用性。具有可行的研發(fā)前景。

[1]毛竹群，齊中武.內(nèi)齒輪加工機(jī)床的數(shù)控及電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010（5）：63-67

[2]黃志榮，丁仕燕，曹鑫.UG在小型四軸數(shù)控機(jī)床虛擬設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械，2010，37（3）：52-54

[3]丁仕燕，唐國興，陸惠華.數(shù)學(xué)型四軸數(shù)控滾齒機(jī)的研制[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（5）：53-55