基于plc的漸開線齒輪加工系統(tǒng)設(shè)計探討

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1、基于PLC的漸開線齒輪加工系統(tǒng)設(shè)計探討 　　摘要：文章探討了一種新型的高效率、高精度的漸開線齒輪加工系統(tǒng)，能加工較多的模數(shù)，可實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和徑向進(jìn)給的精確數(shù)字控制。機(jī)床的調(diào)整采用控制面板上的按鈕，加工時通過人機(jī)界面來輸入加工數(shù)據(jù)，發(fā)出各種操作命令。數(shù)控系統(tǒng)采用可編程控制器，使齒輪加工可靠性顯著提高，有效降低成本低，且適合現(xiàn)場加工要求。在徑向進(jìn)給時，齒輪加工系統(tǒng)通過編程采用了徑向遞減切入的螺旋進(jìn)給方式，使得圓周進(jìn)給速度保持不變，徑向進(jìn)給速度隨著切齒的深入而均勻遞減，力求使機(jī)床基本保持恒力切削狀態(tài)，既有利于保證機(jī)床精度，又可提高刀具的使用壽命。 　　關(guān)鍵詞：

2、漸開線齒輪；可編程邏輯控制器；加工；設(shè)計 　　機(jī)械是人類重要的生產(chǎn)工具，是人類征服和改造自然的強(qiáng)大武器，齒輪作為現(xiàn)代機(jī)械主要的傳動方式，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、航空、儀表等行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，齒輪的加工方法也由手工挫鑿改進(jìn)為機(jī)床切削加工、鍛壓成型。隨著現(xiàn)代化的進(jìn)程，對齒輪的需要量在迅速增加，對齒輪的強(qiáng)度和精度要求也在不斷提高，齒輪加工必將得到更大的發(fā)展。 　　早在1694年，法國學(xué)者PhilippeDeLaHire首先提出漸開線可作為齒形曲線，逐漸建立了現(xiàn)代關(guān)于接觸點(diǎn)軌跡的概念，根據(jù)軌跡干涉理論加工齒輪也日益在生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著效益。近年來，由于微電子技

3、術(shù)的迅速發(fā)展和以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的高精度、高速響應(yīng)交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，為齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的的發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。高水平的全數(shù)控CNC齒輪加工機(jī)床已成為國際市場產(chǎn)品的主流。盡管數(shù)控齒輪加工機(jī)床在國內(nèi)起步較晚，但近年來受市場需求的驅(qū)動，商品化的國產(chǎn)數(shù)控齒輪機(jī)床發(fā)展很快，開發(fā)出國產(chǎn)先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)勢在必行。 　　齒輪加工技術(shù)的發(fā)展是在不斷追求加工精度的提高和加工效率的提高上，數(shù)控化、智能化、高速化、高精度、集成化、環(huán)保化、新工藝的不斷涌現(xiàn)成為當(dāng)前的主要潮流，不斷滿足齒輪加工專業(yè)化、個性化的要求。 　　PLC是綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的

4、一種新型的、通用的自動控制裝置。它采用一類可編程序的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比較，PLC控制系統(tǒng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，控制功能強(qiáng)，通用性好，編程簡單，使用、維護(hù)方便，體積小，重量輕，功耗低。利用PLC控制系統(tǒng)對現(xiàn)有齒輪加工設(shè)備進(jìn)行改造顯然是一個很好的辦法。 　　漸開線齒輪的輪齒加工方法，目前已有熱軋、冷軋、澆鑄、粉末冶金、電脈沖加工以及切削加工等數(shù)種。由于加工精度和加工成本的原因，目前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的是利用

5、成形法或范程法原理進(jìn)行切削加工。 　　漸開線齒輪加工的工作原理實(shí)際上就是漸開線齒輪的嚙合原理，在漸開線齒輪加工系統(tǒng)中，通常用包絡(luò)法來求解輪齒嚙合傳動中的幾何問題。加工齒條齒廓曲線是漸開線齒輪齒廓曲線的包絡(luò)線，因為齒條是用來加工漸開線齒輪的，所以齒條的齒廓曲線方程也就是漸開線齒輪加工的參數(shù)方程。 　　數(shù)控插齒機(jī)一般用來加工漸開線齒輪，它采用刀架擺動實(shí)現(xiàn)讓刀運(yùn)動、立柱移動做徑向進(jìn)給、立柱部件左右偏移實(shí)現(xiàn)斜向讓刀，系統(tǒng)剛性增強(qiáng)，加工效率提高；主運(yùn)動采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動的無級調(diào)速，機(jī)床X、B和C軸均由獨(dú)立交流伺服電機(jī)驅(qū)動，能實(shí)現(xiàn)X軸、B軸和C軸的聯(lián)

6、動加工，可滿足各種類型的加工需要，不但適用于汽車、拖拉機(jī)等專業(yè)齒輪廠的成批和大批量生產(chǎn)，同時也適用于機(jī)床和其他機(jī)械行業(yè)的小批量和單件生產(chǎn)。 　　數(shù)控插齒機(jī)主要由數(shù)控工作臺、主軸驅(qū)動裝置、徑向進(jìn)給滑臺等三大主要部分組成。數(shù)控工作臺和徑向進(jìn)給滑臺均采用了伺服電機(jī)加滾珠絲杠的驅(qū)動形式，主軸驅(qū)動裝置又由圓周進(jìn)給裝置、讓刀機(jī)構(gòu)和刀軸驅(qū)動裝置組成。機(jī)床工作時，刀軸驅(qū)動裝置帶動插齒刀主軸作上下往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行齒坯的切削；圓周進(jìn)給裝置和數(shù)控工作臺作展成運(yùn)動，進(jìn)行齒條的精確分齒；圓周進(jìn)給完后，徑向進(jìn)給滑臺作徑向進(jìn)刀運(yùn)動；在插齒刀的回程階段，由讓刀機(jī)構(gòu)帶動插齒刀主軸進(jìn)行擺動讓

7、刀，在沖程階段，讓刀機(jī)構(gòu)在復(fù)位彈簧的作用下，使插齒刀主軸復(fù)位。 　　用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，可以方便地將運(yùn)動控制、順序控制和邏輯控制有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的多種功能。日本三菱公司的FX2N系列的可編程控制器，具有定位控制功能、設(shè)定和顯示功能、通信功能，應(yīng)用范圍廣泛，可以在這里得到應(yīng)用。 　　根據(jù)數(shù)控插齒機(jī)加工漸開線齒輪的功能要求，插齒機(jī)的驅(qū)動元件有三相交流異步電動機(jī)，伺服電機(jī)，冷卻電機(jī)和潤滑電機(jī)。為便于手動精確定位，可以使用手搖脈沖發(fā)生器。數(shù)控插齒機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)組成主要包括PLC主控單元、伺服驅(qū)動器、主軸變頻器和操作面板等。主控單元可采用

8、模塊式結(jié)構(gòu)，各功能部件獨(dú)立封裝，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，主要由基本單?/p>