嵌入式齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的研究

何 苗，曹樹(shù)嶺，簡(jiǎn)正豪

（南昌工學(xué)院，江西 南昌 330108）

嵌入式齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的研究

何 苗，曹樹(shù)嶺，簡(jiǎn)正豪

（南昌工學(xué)院，江西 南昌 330108）

隨著社會(huì)的發(fā)展，嵌入式齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)也逐步得到了完善，在加工制造的過(guò)程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。文章主要針對(duì)嵌入式的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

嵌入式；齒輪加工；數(shù)控系統(tǒng)；研究

數(shù)控加工過(guò)程中，齒輪需要采用多種設(shè)計(jì)模式全面加工。但是嵌入式齒輪加工過(guò)程中需要把握多方面，尤其是在硬件以及軟件的設(shè)計(jì)方面，需要進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)，同時(shí)在自動(dòng)化編程設(shè)計(jì)方面也需要優(yōu)化，從而有效地提升其機(jī)械制造的效率。

1 齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 嵌入式齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

嵌入式齒輪數(shù)控加工中，通常需要采用一個(gè)較好地系善體系。目前，Windows CE系統(tǒng)不僅操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，而且還具備良好的穩(wěn)定性能。能夠在WindowsCE6.0的平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)主要由FPGA、DSP、ARM等三種結(jié)構(gòu)組成。ARM微處理器能夠完成人機(jī)交換的模塊，具體的功能是輸入和存儲(chǔ)加工的參數(shù)，還能夠采用多種模式將網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行全方位的傳送，從而達(dá)到理想的信息傳遞效果。

1.2 嵌入式齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)具有可移植性和可擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⒛K間復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，結(jié)合齒輪數(shù)控進(jìn)行加工，還能夠提高程序的運(yùn)行速率和開(kāi)發(fā)的難度。數(shù)控系統(tǒng)軟件可以分為三大塊：機(jī)床IO模塊、DSP數(shù)值運(yùn)算模塊和ARM界面管理模塊。

2 齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照任務(wù)能夠?qū)X輪加工的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行劃分，從功能和任務(wù)兩方面進(jìn)行劃分，使得軟件的結(jié)構(gòu)更為清晰，功能模塊的通信接口設(shè)計(jì)更為合理，還能夠提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的擴(kuò)展性和開(kāi)放性。

2.1 自動(dòng)編程模塊的設(shè)計(jì)

一般情況下，其各齒輪之間具有較多的相近因素。加工的過(guò)程中，整體參數(shù)大致可以分為三類(lèi)。分別是：工藝參數(shù)、刀具參數(shù)和齒輪參數(shù)。操作的過(guò)程中，需要較好地切換處理機(jī)床。也要進(jìn)行處理自動(dòng)編程模板，生成數(shù)控加工的代碼，最后能夠識(shí)別數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而控制機(jī)床加工出符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的齒輪。

2.2 電子齒輪箱模塊與通訊功能

電子齒輪箱模塊是通過(guò)電路和軟件的方式取代傳統(tǒng)的機(jī)械化中的傳送鏈，通過(guò)各個(gè)數(shù)控軸之間的關(guān)系的運(yùn)動(dòng)，可以保證各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的同步關(guān)系。通訊模塊的任務(wù)就是將ARM中的數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP中，例如：NC程序數(shù)據(jù)、PLC程序數(shù)據(jù)和動(dòng)靜態(tài)參數(shù)的通訊模塊，還需要將警報(bào)信息、PLC執(zhí)行狀態(tài)以及DSP中編碼器的反饋數(shù)據(jù)傳送到ARM的顯示屏中。

2.3 加工控制模塊

加工控制模塊分為以下三個(gè)部分：報(bào)警信息監(jiān)控、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控和加工圖形監(jiān)控。加工圖形監(jiān)控的主要任務(wù)是跟蹤各個(gè)數(shù)控軸和運(yùn)行坐標(biāo)的誤差；機(jī)床狀態(tài)的監(jiān)控主要是對(duì)機(jī)床的本體和附件狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；報(bào)警信息監(jiān)控能夠監(jiān)控歷史記錄查詢、報(bào)警后自診斷以及報(bào)警的內(nèi)容。

3 滾齒自動(dòng)編程研究發(fā)現(xiàn)

加工齒輪常見(jiàn)方法是滾齒加工，具有對(duì)角、切向、軸向、徑向等方法。軸向滾切法可以加工圓錐齒輪、圓柱齒輪等外齒輪。文章以軸向滾切的方法來(lái)舉例說(shuō)明。

3.1 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

（1）確定滾齒對(duì)刀點(diǎn)。為了能夠保證工件的加工精度，需要對(duì)刀準(zhǔn)確、方便，避免嵌入的空行程和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在進(jìn)行加工時(shí)，將滾刀對(duì)準(zhǔn)齒胚的上頂面，確定豎直方向的位置。在進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，讓滾刀在齒胚的圓柱表面運(yùn)動(dòng)一周，檢查齒胚的運(yùn)動(dòng)軌跡是否正確。

（2）確定滾刀加工的軌跡和計(jì)算關(guān)鍵坐標(biāo)點(diǎn)。滾刀的加工軌跡是零到一到二到三到四到一。通常情況下，其滾刀的起點(diǎn)位置可以視為零點(diǎn)。在加速運(yùn)動(dòng)一段距離之后，其會(huì)自動(dòng)歸為到位置一。在經(jīng)過(guò)齒輪箱的過(guò)濾以及完善之后，其會(huì)逐漸地歸位到起點(diǎn)二的位置。在進(jìn)行切片寬度的調(diào)整時(shí)，將滾刀軸運(yùn)動(dòng)到三的位置，最后再退刀至位置四，制作加工就能夠結(jié)束。這是數(shù)控齒輪加工的五個(gè)基礎(chǔ)位置點(diǎn)，在進(jìn)行數(shù)控體系加工的過(guò)程中，其需要進(jìn)行全面的應(yīng)用，從而達(dá)到理想的加工效果。

3.2 構(gòu)建系統(tǒng)坐標(biāo)

用（X0，Z0）來(lái)表示滾刀的起始位置，通過(guò)具體的加工情況，滾刀零點(diǎn)的位置為：（X0=L，Z0=W），用（X1，Z1）來(lái)表示關(guān)鍵點(diǎn)1，在實(shí)際操作時(shí)，滾刀的循環(huán)切削的起始位置是關(guān)鍵點(diǎn)1。為了能夠使得其切入的精度得到全面的控制，需要對(duì)其不同的位置點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)劃分，可以把位置點(diǎn)1作為滾刀切削刃在X軸方向的具體位置，通過(guò)其運(yùn)動(dòng)的速率，能夠了解Z軸的切入行程。并確定關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行嵌入式的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的控制過(guò)程中，其通常需要結(jié)合多方面的因素進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)其硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化。在自動(dòng)編程的控制方面，其需要做好數(shù)控的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行全面的構(gòu)建，讓嵌入式齒輪加工的效率得到全面的加強(qiáng)。

[1]田曉青,韓江,夏鏈.高速高精度電子齒輪箱技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)機(jī)械工程.2014,(1).

[2]呂明,梁國(guó)星.硬齒面齒輪加工技術(shù)進(jìn)展及展望[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào).2012,(3).

[3]劉更,王清理,孟偉,等.基于ARM和FPGA的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì).2012,(4).

TG659

A

2096-2789（2016）11-0102-01

何苗（1984-），男，江西南昌人，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)方向。

曹樹(shù)嶺（1986-），男，江西九江人，助教，研究方向：加工裝備、加工工藝。

簡(jiǎn)正豪（1981-），男，江西贛州人，講師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。