1 非全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2 全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 基于軟件插補(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（圖3）。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。
   根據(jù)齒輪加工過程中的參數(shù)確定刀具與工件之間的運(yùn)動關(guān)系，如在滾齒機(jī)上加工圓柱齒輪時(shí)應(yīng)滿足： n_B=z_C     n_Cz_B （1）式中：n_B，n_C——分別為機(jī)床刀具主軸（B軸）和工件主軸（C軸）的轉(zhuǎn)速，r/min
   z_B，z_C——分別為機(jī)床刀具齒數(shù)（頭數(shù)）和工件齒輪的齒數(shù)
   在用“有差法”加工斜齒輪時(shí)，采用對角線進(jìn)給走刀的切齒時(shí)，蝸桿砂輪磨齒機(jī)深切緩進(jìn)磨齒過程中等，機(jī)床工件主軸與刀具主軸之間不僅需要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的展成分齒運(yùn)動，還需完成與Z、Y軸或者Z軸和Y軸進(jìn)給有關(guān)的附加合成運(yùn)動。其運(yùn)動關(guān)系式為 n_C=Z_Bn_B±sinbv_Z±coslv_Y       Z_{C#p#分頁標(biāo)題#e#}pm_nZ_Cpm_nz_C （2）式中：v_Y、v_Z——分別為Y、Z軸的移動速度，mm/min
   b、l——分別為斜齒輪和刀具的安裝角
   m_n——為齒輪的法面模數(shù)，mm
   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)高于傳統(tǒng)的機(jī)械靠模加工方法。如合肥工業(yè)大學(xué)CIMS研究所為重慶機(jī)床廠YK3480CNC非圓滾齒機(jī)研制的STAR-930E數(shù)控系統(tǒng)，就是采用軟件插補(bǔ)的方法，成功地實(shí)現(xiàn)了非圓齒輪的高速高精度滾齒加工和插齒加工。
   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)用面會越來越廣。
   

   
   圖4 基于硬件控制的齒輪機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2. 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(gè)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，控制工件軸伺服電動機(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(shí)把機(jī)床的差動鏈也納入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。IPC負(fù)責(zé)控制刀具主軸的轉(zhuǎn)速和工件各進(jìn)給軸的運(yùn)動，而工件主軸完全由硬件控制。控制電路實(shí)現(xiàn)分度與差動運(yùn)動，即實(shí)現(xiàn)式（2），其中控制電路中的差動系數(shù)和展成分度比是可調(diào)的，由IPC進(jìn)行修改。
   齒輪切削加工時(shí)，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動與刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和進(jìn)給軸間運(yùn)動關(guān)系嚴(yán)格按式（2）描述。把轉(zhuǎn)速換算成各軸脈沖頻率，代入式（2）得各軸脈沖頻率間關(guān)系為 f_C=Z_BN_Cf_B±sinbN_Cf_Z±coslN_Cf_YK_Bf_B+K_fN_Y+K_Zf_Z       Z_CN_Bpm_nZ_CN_Zpm_nz_CN_Y （3）式中：N_C、N_C——分別為B、C軸每轉(zhuǎn)所反饋的脈沖數(shù)
   N_Y、N_Z——分別為Y、Z軸每移動1mm所反饋的脈沖數(shù)。
   式（3）由鎖相伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
   

   
   圖5 鎖相伺服系統(tǒng)

   #p#分頁標(biāo)題#e#
   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(shí)，精度高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，比軟件插補(bǔ)的方式多一個(gè)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，即式（3）中的有關(guān)系數(shù)]目前還不能做到實(shí)時(shí)修改，即不能實(shí)時(shí)改變工件主軸的轉(zhuǎn)速，因而不能用于加工非圓齒輪等。目前國外知名品牌的齒輪加工數(shù)控機(jī)床如Gleason、Reishauer、Pfauter等基本都采用這種控制系統(tǒng)。

3 結(jié)論與展望