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

 

　　國產(chǎn)滾齒機(jī)品種系列齊全，數(shù)控滾齒機(jī)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(jià)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(jìn)口的數(shù)控滾齒機(jī)通常的價(jià)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(jì)型多功能數(shù)控滾齒機(jī)，具有重要意義。

 

　　我們開發(fā)的數(shù)控滾齒機(jī)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(jì)及機(jī)械布局6.床身7.工作臺(tái)8.電機(jī)9.工件箱10.電機(jī)機(jī)床外形簡圖床身為板焊結(jié)構(gòu)，具有軸移動(dòng)的導(dǎo)軌，以及y軸的移動(dòng)副。內(nèi)部設(shè)有冷卻箱，整個(gè)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。回轉(zhuǎn)滑板與床身相連，實(shí)現(xiàn)y軸移動(dòng)。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(shí)現(xiàn)P角度的調(diào)整，作為刀軸箱體的支撐，有z軸導(dǎo)軌。刀軸箱通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杜，帶動(dòng)其實(shí)現(xiàn)z軸方向的移動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給或?qū)崿F(xiàn)讓刀、退刀等動(dòng)作。

 

　　刀軸箱內(nèi)裝有主軸。主軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)。刀軸箱與立柱有z軸檢測裝置。

 

　　：李清(1974-))女，助教碩士，專業(yè)方向機(jī)械制造及自動(dòng)化。A11，。A，工作臺(tái)與床身導(dǎo)軌相配合，由伺服電機(jī)接滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X軸運(yùn)動(dòng)。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(jī)接傳動(dòng)副驅(qū)動(dòng)工件主軸，與b軸、X軸相配合，實(shí)現(xiàn)滾切。其后部有氣動(dòng)卡緊裝置(特殊附件)前部為工件夾具(根據(jù)工件設(shè)計(jì)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(dòng)、鎖緊、頂尖定位。

 

　　這些動(dòng)作均為手動(dòng)。

 

　　2.2多功能加工的運(yùn)動(dòng)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(jī)床可根據(jù)用戶的需要實(shí)現(xiàn)多功能加工。a、b、x軸作為數(shù)控聯(lián)動(dòng)軸，z軸用于數(shù)控進(jìn)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(shí)現(xiàn)四軸三聯(lián)動(dòng)的數(shù)控滾齒機(jī)的功能。b軸裝上銑刀，a、x、z軸用于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，y、P、u、v軸用于手動(dòng)調(diào)節(jié)，此時(shí)的機(jī)床可實(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，a軸用于裝工件數(shù)字控制，此機(jī)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(jī)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(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，我們設(shè)計(jì)四軸三聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)徑向一軸向滾切法加工。滾齒機(jī)是通過連續(xù)展成運(yùn)動(dòng)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(jì)的控制系統(tǒng)的分辨率為0.001mm，選用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)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(jī)床及刀具參數(shù);設(shè)定坐標(biāo)系;控制功能實(shí)現(xiàn)速度控制、方向控制、位移控制;機(jī)床的手動(dòng)、自動(dòng)、回零及復(fù)位等調(diào)節(jié);終端功能處理機(jī)床的急停、限位、光柵零位和伺服報(bào)警等信號(hào)。

 

　　除了上述基本功能外，我們還專門設(shè)計(jì)了滾齒加工的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)編程與軌跡仿真軟件的設(shè)計(jì)我們以滾切斜齒圓柱齒輪為例，說明自動(dòng)編程與仿真軟件的實(shí)現(xiàn)。

 

　　數(shù)控滾齒機(jī)是通過滾刀與齒坯的展成運(yùn)動(dòng)和滾刀的進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)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(dǎo)程(T)當(dāng)齒坯轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，滾刀與齒坯間的附加轉(zhuǎn)動(dòng)為fx/T轉(zhuǎn)。因此，滾刀與齒輪的螺旋線方向相同時(shí)，當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)z/n轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)z/n轉(zhuǎn)時(shí)，齒坯應(yīng)轉(zhuǎn)過1一fx/T轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪的旋向與滾刀的旋向相同時(shí)，滾刀的安裝角小，滾刀切入時(shí)間和刀齒負(fù)荷小，刀具壽命長，機(jī)床振動(dòng)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(jìn)給量及切削深度。當(dāng)齒輪的模數(shù)小于3mm時(shí)，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(shí)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(jī)操作說明書)。切削速度與軸向進(jìn)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(jī)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(shí)際切削時(shí)間(tm)與期望切削時(shí)間比較，來粗略的檢驗(yàn)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(jìn)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(dòng)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(jìn)行檢查。

 

　　在軌跡仿真部分，我們選擇了兩個(gè)平面，一個(gè)是XOZ坐標(biāo)平面(見)，另一個(gè)是工件齒廓的法平面(見)。在滾刀與工件接觸之前，用XOZ坐標(biāo)平面進(jìn)行仿真可以清晰的展現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)。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(shí)際切削基節(jié)與計(jì)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(biāo)方程：當(dāng)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(gè)整體如果切削刃上某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡符合要求，滾刀的運(yùn)動(dòng)便符合要求。滾齒加工是按照齒輪和齒條嚙合原理進(jìn)行的。通過分析知道，滾刀切削刃上各點(diǎn)最有效的切削軌跡是沿滾刀軸線直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，來驗(yàn)證整個(gè)滾刀的運(yùn)動(dòng)，并把滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，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(jì)型多功能數(shù)控滾齒機(jī)，并對滾齒機(jī)的機(jī)械布局、運(yùn)動(dòng)分配、數(shù)控系統(tǒng)和電機(jī)選擇進(jìn)行論述。經(jīng)多方證明，具有可行性。

 

　　自動(dòng)編程與仿真軟件擴(kuò)充了數(shù)控系統(tǒng)的功能，豐富了數(shù)控機(jī)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(qiáng)的通用性。使用效果良好。