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数控齿条插齿机的几个关键控制技术

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。

起点

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

前端和后端加辅助路径的方法。加工路径如图2所示。

设起点坐标为（x，y），采用绝对坐标，则左、右滚切连续一次

的NC代码为：

N10G01x+m，y+mfxxxx

N11G01x+2m+l，y+2m+l

N12G01x+m+l，y+m+l

N13G01x，y

由NC代码可知：如果左向滚切开始有反向间隙补偿，则在N10

行代码中完成，开始执行N11行指令对工件进行加工时，已经没有反

向间隙补偿问题；由左向滚切变为右向滚切时，N12行代码已将反向

间隙补偿，执行N13行指令对工件进行加工时，同样没有反向间隙补

偿问题。因此保证了左向和右向滚切轨迹的一致性，从而保证了齿条

的齿形和精度。

4通用性技术

不同模数的齿条，采用不同的插齿刀加工。不同的插齿刀其半径

各不相同。因此，加工不同