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数控齿条插齿机的几个关键控制技术 1 引言 传统机械齿条插齿机因为带入了传动链误差，且结构复杂，故精度难以保证，而数控齿 条插齿机在精度等级和生产效率上比普通机械齿条插齿机要高。 根据齿条插齿原理，数控齿条插齿机主要运动包括如下几个方面。 切削主运动（主轴）：插齿刀沿刀轴轴线方向（齿宽方向）作快速垂直往复运动，每分 钟往复运动的次数被称为冲程数。在齿条加工中，根据模数和材料等不同，冲程数是不同的。 刀轴的旋转运动（刀轴）和工件的直线运动（工作台）：工作台的直线运动跟刀轴的旋 转运动之间实现齿轮啮合运动，加工成齿。 径向进给运动（进给轴）：控制刀轴的旋转运动和工件的直线运动的啮合深度，加工正 确的齿高。 让刀运动：插齿刀沿刀轴轴线方向作快速垂直往复运动时，向下为有效切削。为了保证 插齿刀向上运动不会擦伤已加工好的齿面，向上运动时插齿刀需与齿坯保持一定距离，即让 刀运动。 主轴由交流变频器驱动交流电动机实现冲程数的改变；刀轴、工件台和进给轴由交流伺 服系统驱动，组成三轴控制两轴联动数控系统；让刀运动则由机械结构实现。 2 数控齿条插齿机的控制系统结构 HYK58150数控齿条插齿机的控制系统结构框图如图1所示。 单轴定 操作面板 进给轴交流伺服驱动器 进给轴伺服电动机 位模块 触 摸 屏 可 交流变频器 主轴电动机 机床信号 编 程 冷却电动机 控 手 制 摇 器 润滑电动机 脉 冲 发 工作台交流伺服驱动器 工作台伺服电动机 两轴定 生 位模块 器 刀轴交流伺服驱动器 刀轴伺服电动机 图1 数控齿条插齿机的控制系统结构 由图可知：插齿机的主控装置为PLC ，PLC 的两轴联动定位模块分别控制工作台直线运 动与刀轴的旋转运动；单轴定位模块控制进给轴运动，PLC 的高速输出端输出PWM波形， 实现交流变频器的变频调速。 触摸屏作为人机界面用来输入加工参数和各种参数、工作状态的显示。 此外，为便于手动精确定位，使用了一台手摇脉冲发生器。 3 反向间隙补偿技术 加工一根齿条一般要经过左、右多次连续滚切，由于工作台和刀轴的机械结构完全不同， 两个轴的间隙误差是不相同的，加上加工齿条的特殊性，反向间隙补偿问题不同于普通数控 设备。 假设现要加工一根长度为l 的齿条，要求左、右各滚切一次成型。不论成品齿条的模数 是多少，数控系统应控制工作台的直线移动位移量和刀轴的等效直线运动位移量相等，即数 控系统控制工作台和刀轴的运动轨迹是斜率为450 的直线。 首先进行左向滚切，工作台和刀轴的位移量均为l 。当左向滚切改为右向滚切时，工作 台和刀轴均要反向。按照通用数控间隙误差的补偿方法，反向后经补偿后两坐标的实际位移 量分别为（l ＋a ）和（l ＋b ），由于工作台的反向间隙a 不等于刀轴的反向间隙b ，虽然保证 了左向滚切的起点位置和右向滚切的终点位置重合，但左右滚切的轨迹并不能重合，大大影 响了齿条的齿形和精度。 由上分析可知：当两个轴的反向间隙不相同时，齿轮在啮合加工中不能进行反向间隙补 偿，在 HYK58150 数控插齿机中采用了工件的前端和