畢加龍

河海大學機電工程學院

基于PC和運動控制器的數(shù)控滾齒機開發(fā)

畢加龍

河海大學機電工程學院

為解決難加工齒輪的加工問題，縮短加工不同齒輪的準備時間，提高效率，基于工控機（IPC）和運動控制器搭建與開發(fā)一種可適應各種齒輪加工的數(shù)控滾齒機。機床以IPC和運動控制器為核心，由IPC傳遞指令給運動控制器，經(jīng)伺服驅(qū)動器實時控制伺服電機，實現(xiàn)機床的各種工作狀態(tài)。以C#為開發(fā)語言制作控制系統(tǒng)，實現(xiàn)齒輪加工的傳動比要求，提高了齒輪加工的柔性和時效性。

數(shù)控滾齒機；工控機；運動控制器；程序設(shè)計

引言

隨著數(shù)控技術(shù)和伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與應用，將計算機技術(shù)與制造技術(shù)相融合成為一種主流研究方向。為實現(xiàn)滾刀旋轉(zhuǎn)運動與毛胚旋轉(zhuǎn)運動間的內(nèi)傳動關(guān)系，需使用大量齒輪傳動機構(gòu)。不僅難加工大質(zhì)數(shù)齒輪，且柔性差，效率低。由于CNC系統(tǒng)具有靈活性、可靠性、使用和維修較為方便的特點，數(shù)控滾齒機解決了在加工不同指數(shù)齒輪時需要更換掛輪，改變內(nèi)傳動鏈的問題，大幅縮短生產(chǎn)時間，減少成本。

本文主要介紹了一種基于工控機和運動控制器的多功能數(shù)控滾齒機的構(gòu)建。

1 數(shù)控滾齒機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)滾齒機加工原理，得到數(shù)控滾齒機執(zhí)行件分配圖。由運動控制卡控制各伺服電機，四個伺服電機分別控制工作臺水平方向的運動，刀架豎直方向的運動，從而實現(xiàn)滾刀與齒輪間定位要求，工件的旋轉(zhuǎn)進給運動以及刀架的旋轉(zhuǎn)定位。由變頻器直接控制滾刀旋轉(zhuǎn)運動，編碼器將角位移轉(zhuǎn)換為電信號。

圖1 滾齒執(zhí)行件分配圖

2 數(shù)控滾齒機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

數(shù)控滾齒機是工控機通過PCI總線技術(shù)向運動控制芯片傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過運動控制卡傳輸給伺服電機，并由伺服驅(qū)動器直接給伺服電機提供動力和控制信號。

該系統(tǒng)硬件全部安裝在一臺工控機內(nèi)部，運動控制卡和運動控制芯片通過PCI總線技術(shù)和工控機聯(lián)系起來。

3 使用界面設(shè)計

用C#進行界面的排版及編制，得到如圖2交互界面。齒數(shù)的設(shè)置用于加工各種齒數(shù)的難加工齒輪；模數(shù)和厚度的設(shè)置用于滿足各種加工要求；斜齒輪螺旋角與旋向的設(shè)置用于加工各種條件的斜齒輪；此外還可設(shè)置滾刀的參數(shù)和進給量以滿足各種生產(chǎn)要求。

圖2 交互界面設(shè)計

4 數(shù)控滾齒機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

此數(shù)控系統(tǒng)采用DOS平臺，用C++語言編寫。需完成以參數(shù)化輸入（齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、進給速度），并且所輸入的參數(shù)要反饋到屏幕上，使用戶得到結(jié)果的反饋。

圖3 軟件程序結(jié)構(gòu)

此程序中最關(guān)鍵的是展成運動與附加運動的關(guān)系，對于不同的滾刀與工件，兩者的運動合成是不一樣的，其具體的判別如圖3所示，由程序依次判定是否使用順滾，是否使用右旋滾刀，是否加工右旋齒輪，再進行展成運動和附加運動的合成。

輸入?yún)?shù)，如滾刀頭數(shù)、旋向、轉(zhuǎn)速、工件旋向等，采用右旋滾刀順滾加工右旋齒輪時，工作臺轉(zhuǎn)速=展成運動產(chǎn)生的脈沖-附加運動產(chǎn)生的脈沖，，左旋齒輪，則工作臺轉(zhuǎn)速=展成運動產(chǎn)生的脈沖+附加運動產(chǎn)生的脈沖，其都通過運動控制器發(fā)送正向脈沖（順時針轉(zhuǎn)動）；若采用左旋滾刀順滾加工，結(jié)果則是通過運動控制器發(fā)送反向脈沖（逆時針轉(zhuǎn)動）；逆滾加工時情況類似。

5 結(jié)束語

數(shù)控滾齒機的構(gòu)建，有效解決了現(xiàn)有齒輪加工中存在的問題，在節(jié)約加工成本，提高加工效率的同時，使機床具有較高的柔性，通用性。具有可行的研發(fā)前景。

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