(1)滚刀至工件两末端传动件之间各传动元件的加工、装配误差直接影响了展成分度的精度,从而影响工件的加工精度
(2)工件至Z进给轴两末端传动件之间各传动元件的加工误差直接影响了被加工工件螺旋角的准确性
(3)由于是加工4个齿的斜齿轮,单头滚刀每转1转工件要转过90 度,这就决定了滚刀到工件之间的末端传动副不能像通常的滚齿机那样使用大降速比的蜗轮-蜗杆传动副,以便大大降低前面传动副的误差对展成分度的影响〔5 〕(如采用大降速比的蜗轮-蜗杆传动副作末端传动副,蜗杆的高速转动将造成其迅速磨损而失去精度),因此该机床采用了一对19/76=1/4 的空间相交轴传动的螺旋齿轮副作末端传动副,从而使得上述(1)、(2)两点成为影响被加工齿轮轴精度的关键 。
针对以上问题,同时考虑生产厂家担心改造后一旦不成功将造成机床报废的顾虑,本文把以最少的改动、最小的投入加工出满足精度要求的小模
图2 控制软件框图
系统初始化
工艺参数修改
系统诊断
主控模块
实时中断控制
各轴坐标显示
PID 参数修改
指令队列各轴位置反馈
3
数、少齿数、大螺旋角斜齿轮作为目标,创造性地建立了如下的改造方案:
(1)彻底断开工件轴和滚刀轴、工件轴和进给轴之间原有的机械传动联系,除去原有的差动传动链
(2)保留滚刀轴至工件轴之间19/76 的末端传动副,在工件轴的上一级传动轴上直接安装交流伺服电机,单独驱动工件轴
(3)滚刀转动和Z轴进给仍采用原来普通电机带动
(4)沿Z轴丝杆进给方向加装高分辨率光栅尺A,直接从末端件提供进给量反馈,从而排除了进给传动链误差对工件螺旋角的影响
(5)在滚刀轴的上一级飞轮轴上加装高分辨率的光电编码盘B,提供滚刀转速反馈改造后的机械结构如图3所示,本数控系统通过实时中断读取光电编码盘B和光栅尺A的读数,由电子差动齿轮箱自动进行合成、数据处理后,经
运动控制卡发出指令,控制伺服电机的运转,最终加工出满足精度要求的齿轮轴,并使产品合格率达到96%以上 。
对以上改造的加工小模数、少齿数、大螺旋角数控滚齿机的进一步完善,应从以下几个方面着手:
(1)在滚刀轴的上一级B轴上加装直流或交流主轴电机,以满足输出功率大,调速范围宽,进一步稳定转速的加工要求〔6〕
(2)工件伺服驱动电机轴与工件轴之间,滚刀驱动电机轴与滚刀轴之间都只保留一对高精度降速齿轮传动,这两对齿轮传动副要进行消隙处理,如采用两薄片齿轮弹簧消隙装置
(3)将轴向进给Z轴上的普通丝杠换成具有预紧、消隙功能的滚珠丝杠,并用交流伺服电机直接驱动滚珠丝杠实现匀速进给,消除进给爬行
(4)如需进一步提高该滚齿机的加工能力(加工鼓形齿、非园齿轮等),进一步提高生产效率,降低劳动强度的话,可对径向进给X轴,切向进给Y轴和滚刀刀盘搬角度A轴,都采用单独的伺服电机控制,但这些已不存在原理和技术上的难点,用户只需根据需求和成本进行取舍 。
5结论
(1)本数控系统经小模数机械滚齿机YG3612B改造证明是成功的实用系统,且该系统操作简单,运行可靠
(2)本系统在国内首先提出了区别于电子齿轮的电子差动齿轮箱概念
(3)本系统采用国产开放式运动控制卡摆脱了国外进口的限制
(4)充分发挥了PC 平台上的软硬件优势,丰富和改善了开发环境 。
(5)支持数控机床进一步向的智能化、集成化、网络化方向发展 。
参考文献
1 齿轮制造手册编辑委员会.齿轮制造手册.北京:机械工业出版社. 1997
2 韩彦成.金属切削机床构造与设计. 国防工业出版社.1991
3 固高公司.GT-400-SV 四轴运动控制器用户手册,2001
4 毛军红. 机床数控软件化结构体系. 机械工程学报.2000.36(7):48-51
5 会田俊夫〔日〕.圆柱齿轮的制造.中国农业机械出版社.北京.1984
6 孙汉卿.数控机床原理与维修.中国第一汽车集团公司.1998
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