與其它數(shù)控機床相比，數(shù)控滾齒機床技術(shù)更復(fù)雜，起步較晚，但它的技術(shù)起點高，發(fā)展迅速。近年來，高水平的全數(shù)控CNC滾齒機已成為國際市場的主流。

 

　　國產(chǎn)滾齒機品種系列齊全，數(shù)控滾齒機所能加工圓柱齒輪的最大模數(shù)在6mm以上，但用于加工模數(shù)在3mm以上的齒輪比較合理，生產(chǎn)中、小模數(shù)的齒輪不但不精確，而且在性能價格比上欠缺。在激烈的市場競爭中，從事小齒輪加工的企業(yè)迫切需要成本低、效率高、加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定的新型設(shè)備來武裝自己。

 

　　國外進口的數(shù)控滾齒機通常的價格多為40萬美元左右。國內(nèi)中、小企業(yè)一般無法接受。因此，研究開發(fā)一種中、小模數(shù)經(jīng)濟型多功能數(shù)控滾齒機，具有重要意義。

 

　　我們開發(fā)的數(shù)控滾齒機的加工精度為IT7，最大加工直徑為80mm，最大加工模數(shù)為3mm，刀具轉(zhuǎn)速在400~2000r/min最小加工齒數(shù)為3，符合上述需求。

 

　　2總體設(shè)計及機械布局6.床身7.工作臺8.電機9.工件箱10.電機機床外形簡圖床身為板焊結(jié)構(gòu)，具有軸移動的導軌，以及y軸的移動副。內(nèi)部設(shè)有冷卻箱，整個冷卻系統(tǒng)位于床身內(nèi)部。冷卻系統(tǒng)的流量為15主軸系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)滑板、立柱、刀軸箱組成?；剞D(zhuǎn)滑板與床身相連，實現(xiàn)y軸移動。其上部為立柱回轉(zhuǎn)角度調(diào)整的支撐面。立柱位于回轉(zhuǎn)滑塊的上部，可實現(xiàn)P角度的調(diào)整，作為刀軸箱體的支撐，有z軸導軌。刀軸箱通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杜，帶動其實現(xiàn)z軸方向的移動，即實現(xiàn)徑向進給或?qū)崿F(xiàn)讓刀、退刀等動作。

 

　　刀軸箱內(nèi)裝有主軸。主軸由伺服電機驅(qū)動，實現(xiàn)機床的主運動。刀軸箱與立柱有z軸檢測裝置。

 

　?。豪钋?1974-))女，助教碩士，專業(yè)方向機械制造及自動化。A11，。A，工作臺與床身導軌相配合，由伺服電機接滾珠絲杠驅(qū)動，實現(xiàn)X軸運動。與床身有X軸檢測裝置。上部裝有工件箱和頂尖支撐架。

 

　　工件箱為工件定位安裝部件，由伺服電機接傳動副驅(qū)動工件主軸，與b軸、X軸相配合，實現(xiàn)滾切。其后部有氣動卡緊裝置(特殊附件)前部為工件夾具(根據(jù)工件設(shè)計夾緊，按照用戶要求提供卡緊裝置)。

 

　　頂尖支撐架可沿X軸向移動、鎖緊、頂尖定位。

 

　　這些動作均為手動。

 

　　2.2多功能加工的運動分配b軸接滾刀主軸，主軸箱上固定有刀架結(jié)構(gòu)。主軸錐孔錐度為7：24.此刀架也可安裝銑刀。b軸也可直接接鏜刀桿。機床可根據(jù)用戶的需要實現(xiàn)多功能加工。a、b、x軸作為數(shù)控聯(lián)動軸，z軸用于數(shù)控進給軸，P軸用于調(diào)整刀具角度，u、v軸用于頂尖裝夾工件，可實現(xiàn)四軸三聯(lián)動的數(shù)控滾齒機的功能。b軸裝上銑刀，a、x、z軸用于實現(xiàn)機床的進給運動，y、P、u、v軸用于手動調(diào)節(jié)，此時的機床可實現(xiàn)數(shù)控花鍵軸銑床功能。b軸裝上銑刀或鏜刀，x、y、z軸用于實現(xiàn)進給運動，a軸用于裝工件數(shù)字控制，此機床可完成數(shù)控鏜銑床功能。

 

　　2.3數(shù)控系統(tǒng)精度的確定及電機的選擇常用的滾切方法有徑向一軸向滾齒法和對角滾齒法。對角滾齒法加工出的齒輪，齒形精度好，表面粗糙度好，刀具磨損均勻，耐用度高，但至少需要四軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)。從經(jīng)濟角度出發(fā)，我們設(shè)計四軸三聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)徑向一軸向滾切法加工。滾齒機是通過連續(xù)展成運動加工工件，對各軸速度的控制精度要求較高，所以，我們設(shè)計的控制系統(tǒng)的分辨率為0.001mm，選用交流伺服電機作為驅(qū)動裝置。

 

　　3數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能，主要分為管理和控制兩大類(詳見)。從用戶的角度說，軟件的編輯功能允許輸入、刪除、修改和查找數(shù)據(jù);輸入機床及刀具參數(shù);設(shè)定坐標系;控制功能實現(xiàn)速度控制、方向控制、位移控制;機床的手動、自動、回零及復(fù)位等調(diào)節(jié);終端功能處理機床的急停、限位、光柵零位和伺服報警等信號。

 

　　除了上述基本功能外，我們還專門設(shè)計了滾齒加工的自動編程和軌跡仿真軟件。此軟件是在Windows操作系統(tǒng)下，用VisualBasic開發(fā)的。自動編程部分，由用戶輸入所需的工件參數(shù)、刀具參數(shù)、切削參數(shù)后，可生成加工漸開線圓柱齒輪的G代碼文件，并可顯示、修改文件的內(nèi)容。仿真部分通過理論仿真、嚙合軌4自動編程與軌跡仿真軟件的設(shè)計我們以滾切斜齒圓柱齒輪為例，說明自動編程與仿真軟件的實現(xiàn)。

 

　　數(shù)控滾齒機是通過滾刀與齒坯的展成運動和滾刀的進刀運動加工工件的。滾刀轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，齒坯必須轉(zhuǎn)過n/z轉(zhuǎn)。斜齒輪有一定的導程(T)當齒坯轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，滾刀與齒坯間的附加轉(zhuǎn)動為fx/T轉(zhuǎn)。因此，滾刀與齒輪的螺旋線方向相同時，當滾刀轉(zhuǎn)z/n轉(zhuǎn)時，齒坯應(yīng)轉(zhuǎn)過1+fx/T轉(zhuǎn)。滾刀與齒輪的螺旋線方向相反時，當滾刀轉(zhuǎn)z/n轉(zhuǎn)時，齒坯應(yīng)轉(zhuǎn)過1一fx/T轉(zhuǎn)。當齒輪的旋向與滾刀的旋向相同時，滾刀的安裝角小，滾刀切入時間和刀齒負荷小，刀具壽命長，機床振動小。所以，我們選擇了同方向滾切。

 

　　滾齒的切削用量主要指切削速度、軸向進給量及切削深度。當齒輪的模數(shù)小于3mm時，一般一刀走完。為了滿足用戶對特殊齒輪材料和特殊齒輪精度的加工要求，我們也編制了兩次走刀程序。這時第一次走刀深度等于0.65倍的全部加工余量，第二次走刀深度等于0.35倍的全部加工余量(Liebherr數(shù)控滾齒機操作說明書)。切削速度與軸向進給量直接關(guān)系到齒輪的精度、粗糙度及加工效率，也影響著滾刀的使用壽命與機床、工件、刀具系統(tǒng)的剛度，工件的模數(shù)、齒數(shù)、材料及精度要求有關(guān)，情況比較復(fù)雜。所以，我們把手冊上提到的一些值，以數(shù)據(jù)庫的形式提供給用戶，并且用實際切削時間(tm)與期望切削時間比較，來粗略的檢驗切削用量。

 

　　L2=3m.tan((32+y.)一A跡仿真和代碼仿李的投影線為漸開iaf與理論漸開線比較，判斷切削情gHouse. 

f工件的進給量(mm/r)z―滾刀頭數(shù);k滾切中心到滾刀端面的距離;心工件分度圓螺旋角Y滾刀螺旋升角A調(diào)整參數(shù)，通常為35(mm)自動編程部分生成的G代碼文件，可通過顯示程序功能檢查代碼，還可通過軌跡仿真功能進行檢查。

 

　　在軌跡仿真部分，我們選擇了兩個平面，一個是XOZ坐標平面(見)，另一個是工件齒廓的法平面(見)。在滾刀與工件接觸之前，用XOZ坐標平面進行仿真可以清晰的展現(xiàn)刀具與工件的相對運動。在切削加工過程中，工件齒廓的法平面內(nèi)，齒輪的部分齒廓況。在此平面內(nèi)，我們還用了實際切削基節(jié)與計算基節(jié)相比較，判斷切削情況。

 

　　理論仿真是根據(jù)漸開線極坐標方程：當被加工齒輪的參數(shù)已知后，其基圓半徑、齒根圓半徑、齒頂圓半徑、基節(jié)等參數(shù)便確定下來，齒輪齒形的理論漸開線即可畫出。嚙合軌跡仿真是根據(jù)展成法原理，在齒廓的法平面內(nèi)展現(xiàn)切削軌跡。

 

　　滾刀是一個整體如果切削刃上某點的運動軌跡符合要求，滾刀的運動便符合要求。滾齒加工是按照齒輪和齒條嚙合原理進行的。通過分析知道，滾刀切削刃上各點最有效的切削軌跡是沿滾刀軸線直線運動的。所以在工件齒廓的法平面內(nèi)，我們巧妙地選用了滾刀上與基圓相切的主切削刃上一點的運動軌跡，來驗證整個滾刀的運動，并把滾刀的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，從而簡化仿真過程。

 

　　針對國內(nèi)市場的需求，本文提出一種中、小模數(shù)經(jīng)濟型多功能數(shù)控滾齒機，并對滾齒機的機械布局、運動分配、數(shù)控系統(tǒng)和電機選擇進行論述。經(jīng)多方證明，具有可行性。

 

　　自動編程與仿真軟件擴充了數(shù)控系統(tǒng)的功能，豐富了數(shù)控機床仿真操作軟件系統(tǒng)。此軟件界面友好、美觀，代碼安全穩(wěn)定，具有很強的通用性。使用效果良好。