劉志龍

摘 要：隨著科技發(fā)展的日益加快，制造業(yè)中的加工設(shè)備精度和效率要求也逐漸提高，為適應(yīng)高精度高效率的節(jié)奏，低成本、精度高、加工速度快、系統(tǒng)柔性高的齒輪加工機(jī)床的使用就越來越廣泛。文章對加工漸開線齒輪的數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行分析，研究PLC在系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)舉例說明三菱品牌Q系列PLC在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)部分功能的程序設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)在漸開線齒輪加工機(jī)床中的應(yīng)用，使機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡化，也使操作、維護(hù)、修理機(jī)床更便利，同時(shí)，文章對研究PLC在控制帶有漸開線齒輪的機(jī)床中的思路就有示教作用。

關(guān)鍵詞：漸開線齒輪；PLC控制；數(shù)控；機(jī)床；程序

中圖分類號：TG61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0171-02

Abstract： With the rapid development of science and technology， the precision and efficiency of machining equipment in manufacturing industry are also increasing. In order to adapt to the rhythm of high precision and high efficiency， the gear machine tools with low cost， high precision， high processing speed and high system flexibility are used more and more widely. This paper analyzes the CNC equipment system for manufacturing involute gears， studies the application of PLC in the system， and illustrates the program design of some functions of Mitsubishi brand Q series PLC in CNC system. The application of PLC control system in involute gear machining machine can simplify the mechanical structure， and make the operation， maintenance and repair of the machine more convenient. This paper is useful for the study of PLC in the control of machine tools with involute gears.

Keywords： involute gear； PLC control； numerical control； machine tool； program

1 概述

隨著國家科技的日益進(jìn)步和生活需求的提高，齒輪在各行各業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1-4]，如航空航天領(lǐng)域、加工設(shè)備、儀器儀表等，都需要齒輪進(jìn)行傳動。齒輪用來傳遞兩軸之間的運(yùn)動和動力。籠統(tǒng)的講，傳動裝置方向和速度的改變都不能離開齒輪。同時(shí)，隨著現(xiàn)代化智能化程度的提高，各行業(yè)對齒輪質(zhì)量提高的需求也日益增加。

漸開線齒輪是當(dāng)前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的齒輪，該齒輪優(yōu)點(diǎn)明顯，如具有較大的功率范圍、較高的傳動效率、精確的傳動比、更長的使用壽命、可靠的加工效果、相對較高的承載力等，也適合加工批量大、精度高的產(chǎn)品[4]。然而，該齒輪的加工相對較復(fù)雜，對設(shè)備的要求很相對較高，對設(shè)備的控制要求更嚴(yán)格，因此，傳統(tǒng)的加工設(shè)備是采用數(shù)控插齒機(jī)來進(jìn)行加工。

PLC在漸開線齒輪加工機(jī)床中的應(yīng)用，不僅簡化了機(jī)床的部分機(jī)械結(jié)構(gòu)，也能夠提高設(shè)備故障診斷效率和維修成功率，更使得日常操作和維護(hù)更方便[5]。本文首先介紹漸開線齒輪加工的特點(diǎn)，同時(shí)重點(diǎn)介紹三菱Q系列PLC的應(yīng)用特點(diǎn)，不僅具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)人員起到一定的示教作用。

2 漸開線齒輪的加工

2.1 加工方法

漸開線齒輪的輪齒當(dāng)前常用的加工方法有六種，分別為熱軋加工、冷軋加工、澆鑄加工、粉末冶金加工、電脈沖加工和切削加工。然而，前五種方法不能保證既有高精度又有較高的效率以及較低的成本，因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的使用切削的加工方法[6]。而切削方法又分為多種，如下介紹兩種：

（1）范成法

該方法能夠保證齒形準(zhǔn)確和分度均勻，其過程如下：為解決均勻問題，使刀具與尺坯間保持嚙合關(guān)系。該方法的加工種類也有很多，如熱軋齒輪、磨齒等，最常用的使插齒、滾齒。

（2）仿形法

該方法相對簡單，普通機(jī)床即可使用，然而生產(chǎn)效率和加工精度都很低，所以不適合加工漸開線齒輪。

2.2 加工系統(tǒng)

通常在切削加工過程中，刀具和工件之間按設(shè)定好的程序互相做相對運(yùn)動，刀具高速旋轉(zhuǎn)和壓力的共同作用下，將毛坯中的材料根據(jù)需要進(jìn)行去除，進(jìn)而得到想要的形狀。根據(jù)漸開線齒輪特點(diǎn)，在加工過程中，最適合的機(jī)床是三軸漸開線齒輪加工的專用機(jī)床。在加工過程中，插齒刀做X、Y軸兩垂直方向的直線往返運(yùn)動，滑臺主軸高速旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到三軸聯(lián)動。而機(jī)床布置可以根據(jù)需要制作成不同的方式。

3 Q系列PLC

3.1 PLC特征

Q系列PLC采用模塊化的結(jié)構(gòu)形式，組成與規(guī)模靈活[7]。三菱Q25HCPU是三菱Q系列PLC的CPU單元，具體屬性如下表所示：

此外，三菱Q25HCPU有很多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)省空間、節(jié)省配線、安裝靈活、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、高性能模塊、Q-CPU程序效率高、QCPU基本模式都含有閃存ROM、Q00/Q01CPU基本模式具有串行通訊功能。CPU的RS-232接口能與使用MC通訊協(xié)議的外部設(shè)備進(jìn)行通訊、具有自動CC-Link啟動功能。

3.2 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)專用數(shù)控機(jī)床的功能要求，使用伺服電機(jī)、三相交流異步電動機(jī)、潤滑電機(jī)等作為機(jī)床的驅(qū)動元件。加工系統(tǒng)PLC的系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序和診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、對機(jī)器故障進(jìn)行自診斷等。下面列舉幾種功能的程序段。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)生活中的現(xiàn)狀，首先描述了漸開線齒輪的自身特點(diǎn)以及加工特征，然后介紹Q系列PLC在該類專用機(jī)床中使用的情況。列舉了IO分配、自動運(yùn)行、控制電機(jī)以及自診斷報(bào)警的部分梯形圖。PLC在機(jī)床中的使用，使機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡化，也使操作、維護(hù)、修理機(jī)床更便利，對初學(xué)PLC控制機(jī)械加工機(jī)床的工作人員也能有一定的示教作用。

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