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海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

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。

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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。

海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

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