齒輪加工數控系統論文

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傳統齒輪加工機床的運動關系復雜，以滾齒機(或蝸桿砂輪磨齒機)為例，在齒輪機床中存在著展成分度鏈、差動鏈、進給傳動鏈等。調整既復雜又費時。快速趨近、工進、快退的位置和距離都需要精心調試或試切才能完成，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80年代以后，國內外開始對齒輪加工機床進行數控化改造和生產數控齒輪加工機床。特別是近年來，由于微電子技術的迅速發展和以現代控制理論為基礎的高精度、高速響應交流伺服系統的出現，為齒輪加工數控系統的發展提供了良好的條件和機遇。我們將齒輪加工系統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控系統的結構

配這類數控系統的機床進給軸為數控軸，多采用伺服系統。由于80年代齒輪加工數控化剛開始起步，當時數控技術無法滿足齒輪加機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的機械傳動。這種數控加工方式，調整比機械式齒輪加工機床要方便的多。它們可以通過幾個坐標軸的聯動來實現齒向修形齒輪的加工，省去了傳統加工修形齒輪所需要的靠模等裝置，提高了生產率和加工精度。但是這類齒輪加工數控系統屬經濟型數控系統，由于其展成分度鏈和差動鏈仍為傳統的機械式，齒輪加工精度取決于機械傳動鏈的精度。目前這種齒輪加工數控系統多用于對現有機械式齒輪加工機床的數控改造。

全功能齒輪加工數控系統的結構

近年來，由于計算機技術的迅猛發展和高精度、高速響應的伺服系統的出現，全功能數控齒輪加工機床已成為國際市場上的主流產品。全功能數控指不僅齒輪機床的各軸進給運動是數控的，而且機床的展成運動和差動運動也是數控的。目前展成分度鏈和差動鏈的數控處理方法不盡相同，有基于軟件插補以及基于硬件控制的兩種類型。

分度掛輪箱

基于軟件差補的齒輪加工數控系統

這類數控系統的刀具主軸一般采用變頻裝置控制，工件主軸通過數控指令經伺服電動機直接驅動。目前國產數控齒輪加工機床所配置的數控系統大多為國外知名品牌的通用數控系統，因而都是采用這種基于軟件插補的數控加工方式。

基于軟件插補方法的優點是工件主軸的轉速完全由數控系統的軟件控制，因此，可以通過編制適當的軟件，用通用的刀具來高精度快速地加工非圓齒輪、修形齒輪，且加工精度遠遠高于傳統的機械靠模加工方法。

目前，由于控制精度、動態響應等方面的原因，基于軟件插補的齒輪加工數控系統還不能勝任高速高精度磨齒機的要求。隨著計算機速度的不斷提高、新控制方法的出現和控制精度的提高，這種方法的應用面越來越廣。基于硬件控制的齒輪加工數控系統在傳統齒輪機床的展成分度鏈中，刀具和工件是由同一個電動機來拖動的，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、萬向聯軸節等)，所以提高機床精度受到限制。

目前多采用光電盤脈沖分頻分度傳動鏈。砂輪主軸以固定轉速旋轉，并帶動發信元件(如光電盤)，光電盤信號經數字分頻后，控制工件軸伺服電機以一定的轉速旋轉以實現精確分度傳動關系。同時把機床的差動鏈也納入控制系統。

基于硬件控制的齒輪加工數控系統的優點：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，響應速度快。缺點：機構上比較復雜，比軟件插補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、主傳動比)，目前還不能做到實時修改，即不能實時改變工件主軸的轉速，因而不能用于加工非圓齒輪等。

非全功能數控系統由于加工精度取決于機械傳動鏈，仍存在交換掛輪，操作較繁，已較少使用。目前多用于現有機械式齒輪加工機床的數控化改造；基于軟件插補的齒輪加工數控系統具有柔性大的優點，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和插齒機中有廣泛的應用；基于硬件控制的齒輪加工數控系統，由于展成運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時，能很好地保證齒輪機床差動和展成運動精度，響應速度快，但柔性差，適于加工精度要求高的磨齒機。

全功能的齒輪加工數控系統在國際上已是主流產品，也必將在國內成為主流產品。

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

目前磨削自動化在CNC技術日趨成熟和普及基礎上，正在進一步向數控化和智能化方向發展，許多專用磨削軟件和系統已經商品化。磨削是一個復雜的多變量影響過程，對其信息化的智能化處理和決策，是實現柔性自動化和最優化的重要基礎。目前磨削中人工智能的主要應用包括磨削過程建模、磨具和磨削參數合理選擇、磨削過程監測預報和控制、自適應控制優化、智能化工藝設計和智能工藝庫等方面。近幾年來，磨削過程建模、模擬和仿真技術有很大發展，并已達到適用水平。

我國在磨削過程建模與模擬，聲發射過程監測與識別，工件表面燒傷及殘余應力預報，磨削加工誤差在線檢測、評價與補償等方面都有許多成果，并已開發出了新型磨削機器人。

我國人造磨料生產雖然起步較晚，但發展很快，在世界上已有相當份額。

近幾年來國外磨削技術發展迅速，例如對硬脆材料磨削機理及工藝的研究，利用磨削熱量同時進行工件熱處理，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。