1 非全功能齿轮加工数控系统的结构

2 全功能齿轮加工数控系统结构

1. 基于软件插补的齿轮加工数控系统
   这类数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制，工件主轴通过数控指令经伺服电动机直接驱动(图3)。目前国产数控齿轮加工机床所配置的数控系统大多为国外知名品牌的通用数控系统，因而都是采用这种基于软件插补的数控加工方式。
   根据齿轮加工过程中的参数确定刀具与工件之间的运动关系，如在滚齿机上加工圆柱齿轮时应满足： n_B=z_Cn_Cz_B(1)式中：n_B，n_C——分别为机床刀具主轴(B轴)和工件主轴(C轴)的转速，r/min
   z_B，z_C——分别为机床刀具齿数(头数)和工件齿轮的齿数
   在用“有差法”加工斜齿轮时，采用对角线进给走刀的切齿时，蜗杆砂轮磨齿机深切缓进磨齿过程中等，机床工件主轴与刀具主轴之间不仅需要实现严格的展成分齿运动，还需完成与Z、Y轴或者Z轴和Y轴进给有关的附加合成运动。其运动关系式为 n_C=Z_Bn_B±sinbv_Z±coslv_YZ_Cpm_nZ_Cpm_nz_C(2)式中：v_Y、v_Z——分别为Y、Z轴的移动速度，mm/min
   b、l——分别为斜齿轮和刀具的安装角
   m_n——为齿轮的法面模数，mm
   基于软件插补方法的优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制，因此，可以通过编制适当的软件，用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮，且加工精度远高于传统的机械靠模加工方法。如合肥工业大学CIMS研究所为重庆机床厂YK3480CNC非圆滚齿机研制的STAR-930E数控系统，就是采用软件插补的方法，成功地实现了非圆齿轮的高速高精度滚齿加工和插齿加工。
   目前，由于控制精度、动态响应等方面的原因，基于软件插补的齿轮加工数控系统还不能胜任高速高精度磨齿机的要求。随着计算机速度的不断提高、新控制方法的出现和控制精度的提高，这种方法的应用面会越来越广。
   
   图4 基于硬件控制的齿轮机床数控系统结构
2. 基于硬件控制的齿轮加工数控系统
   在传统齿轮机床的展成分度链中，刀具和工件是由同一个电动机来拖动的，传动链很长，并常需要采用精度不易提高的传动元件(如锥齿轮、万向联轴节等)，所以提高机床精度受到限制。
   目前多采用光电盘脉冲分频分度传动链。砂轮主轴以固定转速旋转，并带动发信元件(如光电盘)，光电盘信号经数字分频后，控制工件轴伺服电动机以一定的转速旋转以实现精确分度传动关系。同时把机床的差动链也纳入控制系统，系统结构如图4所示。IPC负责控制刀具主轴的转速和工件各进给轴的运动，而工件主轴完全由硬件控制。控制电路实现分度与差动运动，即实现式(2)，其中控制电路中的差动系数和展成分度比是可调的，由IPC进行修改。
   齿轮切削加工时，工件的回转运动与刀具的回转运动和进给轴间运动关系严格按式(2)描述。把转速换算成各轴脉冲频率，代入式(2)得各轴脉冲频率间关系为 f_C=Z_BN_Cf_B±sinbN_Cf_Z±coslN_Cf_YK_Bf_B+K_fN_Y+K_Zf_Z Z_CN_Bpm_nZ_CN_Zpm_nz_CN_Y(3)式中：N_C、N_C——分别为B、C轴每转所反馈的脉冲数
   N_Y、N_Z——分别为Y、Z轴每移动1mm所反馈的脉冲数。
   式(3)由锁相伺服系统来实现，其结构如图5所示。
   
   图5 锁相伺服系统
   基于硬件控制的齿轮加工数控系统的优点：采用硬件控制，特别是采用高同步精度的锁相伺服控制时，精度高，响应速度快。缺点：结构上比较复杂，比软件插补的方式多一个硬件控制电路部分。硬件控制的电子齿轮比[差动系数、主传动比，即式(3)中的有关系数]目前还不能做到实时修改，即不能实时改变工件主轴的转速，因而不能用于加工非圆齿轮等。目前国外知名品牌的齿轮加工数控机床如Gleason、Reishauer、Pfauter等基本都采用这种控制系统。

3 结论与展望