基于PC和運動控制器的數控滾齒機開發

畢加龍

河海大學機電工程學院

基于PC和運動控制器的數控滾齒機開發

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一種可適應各種齒輪加工的數控滾齒機。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，經伺服驅動器實時控制伺服電機，實現機床的各種工作狀態。以C#為開發語言制作控制系統，實現齒輪加工的傳動比要求，提高了齒輪加工的柔性和時效性。

數控滾齒機；工控機；運動控制器；程序設計

引言

隨著數控技術和伺服驅動技術的發展與應用，將計算機技術與制造技術相融合成為一種主流研究方向。為實現滾刀旋轉運動與毛胚旋轉運動間的內傳動關系，需使用大量齒輪傳動機構。不僅難加工大質數齒輪，且柔性差，效率低。由于CNC系統具有靈活性、可靠性、使用和維修較為方便的特點，數控滾齒機解決了在加工不同指數齒輪時需要更換掛輪，改變內傳動鏈的問題，大幅縮短生產時間，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控滾齒機的構建。

1 數控滾齒機整體結構設計

根據滾齒機加工原理，得到數控滾齒機執行件分配圖。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，從而實現滾刀與齒輪間定位要求，工件的旋轉進給運動以及刀架的旋轉定位。由變頻器直接控制滾刀旋轉運動，編碼器將角位移轉換為電信號。

圖1 滾齒執行件分配圖

2 數控滾齒機控制系統的硬件設計

數控滾齒機是工控機通過PCI總線技術向運動控制芯片傳輸數據，數據通過運動控制卡傳輸給伺服電機，并由伺服驅動器直接給伺服電機提供動力和控制信號。

該系統硬件全部安裝在一臺工控機內部，運動控制卡和運動控制芯片通過PCI總線技術和工控機聯系起來。

3 使用界面設計

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

圖2 交互界面設計

4 數控滾齒機控制系統的軟件設計

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

圖3 軟件程序結構

此程序中最關鍵的是展成運動與附加運動的關系，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。

輸入參數，如滾刀頭數、旋向、轉速、工件旋向等，采用右旋滾刀順滾加工右旋齒輪時，工作臺轉速=展成運動產生的脈沖-附加運動產生的脈沖，，左旋齒輪，則工作臺轉速=展成運動產生的脈沖+附加運動產生的脈沖，其都通過運動控制器發送正向脈沖（順時針轉動）；若采用左旋滾刀順滾加工，結果則是通過運動控制器發送反向脈沖（逆時針轉動）；逆滾加工時情況類似。

5 結束語

數控滾齒機的構建，有效解決了現有齒輪加工中存在的問題，在節約加工成本，提高加工效率的同時，使機床具有較高的柔性，通用性。具有可行的研發前景。

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