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中、小模数多功能数控滚齿机的设计

2016年01月29日 13:27  中国数控机床网  admin  人气:797

与其它数控机床相比,数控滚齿机床技术更复杂,起步较晚,但它的技术起点高,发展迅速。近年来,高水平的全数控CNC滚齿机已成为国际市场的主流。

国产滚齿机品种系列齐全,数控滚齿机所能加工圆柱齿轮的最大模数在6mm以上,但用于加工模数在3mm以上的齿轮比较合理,生产中、小模数的齿轮不但不精确,而且在性能价格比上欠缺。在激烈的市场竞争中,从事小齿轮加工的企业迫切需要成本低、效率高、加工精度高、质量稳定的新型设备来武装自己。

国外进口的数控滚齿机通常的价格多为40万美元左右。国内中、小企业一般无法接受。因此,研究开发一种中、小模数经济型多功能数控滚齿机,具有重要意义。

我们开发的数控滚齿机的加工精度为IT7,最大加工直径为80mm,最大加工模数为3mm,刀具转速在400~2000r/min最小加工齿数为3,符合上述需求。

2总体设计及机械布局6.床身7.工作台8.电机9.工件箱10.电机机床外形简图床身为板焊结构,具有轴移动的导轨,以及y轴的移动副。内部设有冷却箱,整个冷却系统位于床身内部。冷却系统的流量为15主轴系统由回转滑板、立柱、刀轴箱组成。回转滑板与床身相连,实现y轴移动。其上部为立柱回转角度调整的支撑面。立柱位于回转滑块的上部,可实现P角度的调整,作为刀轴箱体的支撑,有z轴导轨。刀轴箱通过伺服电机驱动滚珠丝杜,带动其实现z轴方向的移动,即实现径向进给或实现让刀、退刀等动作。

刀轴箱内装有主轴。主轴由伺服电机驱动,实现机床的主运动。刀轴箱与立柱有z轴检测装置。

:李清(1974-))女,助教硕士,专业方向机械制造及自动化。A11,。A,工作台与床身导轨相配合,由伺服电机接滚珠丝杠驱动,实现X轴运动。与床身有X轴检测装置。上部装有工件箱和顶尖支撑架。

工件箱为工件定位安装部件,由伺服电机接传动副驱动工件主轴,与b轴、X轴相配合,实现滚切。其后部有气动卡紧装置(特殊附件)前部为工件夹具(根据工件设计夹紧,按照用户要求提供卡紧装置)。

顶尖支撑架可沿X轴向移动、锁紧、顶尖定位。

这些动作均为手动。

2.2多功能加工的运动分配b轴接滚刀主轴,主轴箱上固定有刀架结构。主轴锥孔锥度为7:24.此刀架也可安装铣刀。b轴也可直接接镗刀杆。机床可根据用户的需要实现多功能加工。a、b、x轴作为数控联动轴,z轴用于数控进给轴,P轴用于调整刀具角度,u、v轴用于顶尖装夹工件,可实现四轴三联动的数控滚齿机的功能。b轴装上铣刀,a、x、z轴用于实现机床的进给运动,y、P、u、v轴用于手动调节,此时的机床可实现数控花键轴铣床功能。b轴装上铣刀或镗刀,x、y、z轴用于实现进给运动,a轴用于装工件数字控制,此机床可完成数控镗铣床功能。

2.3数控系统精度的确定及电机的选择常用的滚切方法有径向一轴向滚齿法和对角滚齿法。对角滚齿法加工出的齿轮,齿形精度好,表面粗糙度好,刀具磨损均匀,耐用度高,但至少需要四轴联动的数控系统。从经济角度出发,我们设计四轴三联动的数控系统,实现径向一轴向滚切法加工。滚齿机是通过连续展成运动加工工件,对各轴速度的控制精度要求较高,所以,我们设计的控制系统的分辨率为0.001mm,选用交流伺服电机作为驱动装置。

3数控系统的软件功能数控系统的软件功能,主要分为管理和控制两大类(详见)。从用户的角度说,软件的编辑功能允许输入、删除、修改和查找数据;输入机床及刀具参数;设定坐标系;控制功能实现速度控制、方向控制、位移控制;机床的手动、自动、回零及复位等调节;终端功能处理机床的急停、限位、光栅零位和伺服报警等信号。

除了上述基本功能外,我们还专门设计了滚齿加工的自动编程和轨迹仿真软件。此软件是在Windows操作系统下,用VisualBasic开发的。自动编程部分,由用户输入所需的工件参数、刀具参数、切削参数后,可生成加工渐开线圆柱齿轮的G代码文件,并可显示、修改文件的内容。仿真部分通过理论仿真、啮合轨4自动编程与轨迹仿真软件的设计我们以滚切斜齿圆柱齿轮为例,说明自动编程与仿真软件的实现。

数控滚齿机是通过滚刀与齿坯的展成运动和滚刀的进刀运动加工工件的。滚刀转过一转,齿坯必须转过n/z转。斜齿轮有一定的导程(T)当齿坯转一转时,滚刀与齿坯间的附加转动为fx/T转。因此,滚刀与齿轮的螺旋线方向相同时,当滚刀转z/n转时,齿坯应转过1+fx/T转。滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时,当滚刀转z/n转时,齿坯应转过1一fx/T转。当齿轮的旋向与滚刀的旋向相同时,滚刀的安装角小,滚刀切入时间和刀齿负荷小,刀具寿命长,机床振动小。所以,我们选择了同方向滚切。

滚齿的切削用量主要指切削速度、轴向进给量及切削深度。当齿轮的模数小于3mm时,一般一刀走完。为了满足用户对特殊齿轮材料和特殊齿轮精度的加工要求,我们也编制了两次走刀程序。这时第一次走刀深度等于0.65倍的全部加工余量,第二次走刀深度等于0.35倍的全部加工余量(Liebherr数控滚齿机操作说明书)。切削速度与轴向进给量直接关系到齿轮的精度、粗糙度及加工效率,也影响着滚刀的使用寿命与机床、工件、刀具系统的刚度,工件的模数、齿数、材料及精度要求有关,情况比较复杂。所以,我们把手册上提到的一些值,以数据库的形式提供给用户,并且用实际切削时间(tm)与期望切削时间比较,来粗略的检验切削用量。

L2=3m.tan((32+y.)一A迹仿真和代码仿李的投影线为渐开iaf与理论渐开线比较,判断切削情gHouse. f工件的进给量(mm/r)z―滚刀头数;k滚切中心到滚刀端面的距离;心工件分度圆螺旋角Y滚刀螺旋升角A调整参数,通常为35(mm)自动编程部分生成的G代码文件,可通过显示程序功能检查代码,还可通过轨迹仿真功能进行检查。

在轨迹仿真部分,我们选择了两个平面,一个是XOZ坐标平面(见),另一个是工件齿廓的法平面(见)。在滚刀与工件接触之前,用XOZ坐标平面进行仿真可以清晰的展现刀具与工件的相对运动。在切削加工过程中,工件齿廓的法平面内,齿轮的部分齿廓况。在此平面内,我们还用了实际切削基节与计算基节相比较,判断切削情况。

理论仿真是根据渐开线极坐标方程:当被加工齿轮的参数已知后,其基圆半径、齿根圆半径、齿顶圆半径、基节等参数便确定下来,齿轮齿形的理论渐开线即可画出。啮合轨迹仿真是根据展成法原理,在齿廓的法平面内展现切削轨迹。

滚刀是一个整体如果切削刃上某点的运动轨迹符合要求,滚刀的运动便符合要求。滚齿加工是按照齿轮和齿条啮合原理进行的。通过分析知道,滚刀切削刃上各点最有效的切削轨迹是沿滚刀轴线直线运动的。所以在工件齿廓的法平面内,我们巧妙地选用了滚刀上与基圆相切的主切削刃上一点的运动轨迹,来验证整个滚刀的运动,并把滚刀的旋转运动转化为直线运动,从而简化仿真过程。

针对国内市场的需求,本文提出一种中、小模数经济型多功能数控滚齿机,并对滚齿机的机械布局、运动分配、数控系统和电机选择进行论述。经多方证明,具有可行性。

自动编程与仿真软件扩充了数控系统的功能,丰富了数控机床仿真操作软件系统。此软件界面友好、美观,代码安全稳定,具有很强的通用性。使用效果良好。


(完)
 
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