[发明专利]一种弧齿锥齿轮机床数控系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床领域，确切地说是指一种弧齿锥齿轮机床数控系统及控制方法。

背景技术

众所周知，齿轮是最基础的机械传动元件，其使用量大面广。而齿轮机床是机床工业公认技术含量最高、零部件最多、结构最复杂的产品之一。它广泛应用于汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。弧齿锥齿轮以其良好的动态性能，在机械行业中占有相当重要的地位。但由于弧齿锥齿轮的齿面形状复杂，齿面计算公式是超越非线性方程组，从而给弧齿锥齿轮的加工带来了困难。

当前，配套齿轮加工机床的数控系统有的选用四轴联动加工中心，编程在UG环境下进行，直接利用了UG提供的刀轨生成功能。采用特殊手段进行后置处理，最后生成相应加工中心下加工弧齿锥齿轮的数控代码。这种思路操作麻烦，难度较高，一般操作人员很难掌握，且针对每种齿轮生产加工的调试周期较长，从而给配套机床的应用推广带来困难。

弧齿锥齿轮的加工设备大多采用湿式加工且生产效率偏低，从使用的机床来看，大多数是进口机械式铣齿机(多半来自美国或前苏联)，且多半是国外淘汰的二手设备，其价格不菲，生产调试非常麻烦，每生产一种规格齿轮，都要进行繁杂计算或频繁更换挂轮，要使整个齿轮副达到啮合要求，就要不断的试切、修正和调整，整个过程繁杂冗长，计算量大，对操作人员的相关知识要求高，计算结果有一点出错，就要重新计算，这使得加工一对齿轮的周期长且成本高。而且这种机床的数量也越来越少，根本满足不了市场需求；进口先进的弧齿锥齿轮数控加工设备不仅价格昂贵，而且维修保养困难，一般中小企业无力购置使用。一些配套进口数控系统的中小规模机床制造商，其不具备软件开发能力，只能手动编制宏程序进行加工，在操作、编程及维护方面不易掌握，加工调试周期长，分齿精度达不到预定的要求，使用效果大打折扣，缺乏竞争力，致使产品难易普及和推广。更值得一提的是，若控制系统不能引入修正项，对于弧齿锥齿轮其齿面曲率修正量的选择十分困难，可能要经过多次试切加工，才能获得理想的啮合质量，而且对操作人员经验的依赖性很大。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种弧齿锥齿轮机床数控系统，简化了传统的机械传动，无需更换挂轮，缩短了机床调整时间，简化了机械传动链，获得更高的加工精度和稳定的加工质量，而且机床调整方便，可根据不同切削方法的要求，对滚切、分齿、切齿进给、铣刀转速、摇台反向进行参数设定，同时可大大提高机床加工效率。另外，本发明提供的弧齿锥齿轮机床数控系统控制方法，无需编程，缩短调试周期，方便普通齿轮加工机床的数控化改造，齿轮加工参数在一个画面下完成，引入齿面曲率修正值，调整更准确、更快速、更方便，适合小批量及大规模生产。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的弧齿锥齿轮机床数控系统，包括交流伺服驱动器、交流伺服电机、数控装置和机床，其中：

机床，包括A轴、B轴、C轴、Y轴、S轴，A轴为控制摇台回转，B轴为工件箱旋转，C轴为工件主轴回转，Y轴为床鞍进给，S轴为铣刀盘轴，A轴、B轴、C轴、Y轴四轴联动；机床床身上设有一组平行于铣刀盘轴线的导轨，床鞍在导轨上沿Y轴方向运动，使工件齿轮能与铣刀盘啮合或分离；工件主轴绕C轴转动与铣刀盘绕A轴的旋转运动构成工件齿轮的齿形；工件箱可以在圆弧导轨上绕B轴转动，用于调整工件齿轮的安装角；

交流伺服驱动器，接收数控装置的位置信息指令驱动各自相连电机运转，并将其控制电机的位置信息反馈给数控装置；

数控装置，将编制好的数控程序控制交流伺服驱动器，再由交流伺服驱动器控制交流伺服电机的运转来完成弧齿锥齿轮的加工工作；

交流伺服电机，机床的A轴、B轴、C轴、Y轴通过联轴器将涡轮蜗杆或滚珠丝杆与交流伺服电机连接。

优选地，所述铣刀盘轴安装在摇台上的偏心鼓轮上，铣刀盘轴的旋转由变频电机控制，数控装置通过控制模拟量对其实现无级调速控制。

优选地，所述数控装置包括用于显示程序输入的控制面板。

优选地，所述交流伺服驱动器和所述交流伺服电机分别为4台。

另外，本发明还提供一种弧齿锥齿轮机床数控系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)设置齿轮加工参数：加工齿数、冠轮齿数、A轴摆角、C轴摆角修正值、切齿速度、回退速度、跳齿数等；

(2)选择合适的刀具转速，启动铣刀盘旋转，开冷却；

(3)等待床鞍进到位后，铣刀盘和齿轮工件接近；

(4)A轴、C轴按切齿速度同步做范成运动，直到加工完当前齿；