1 非全功能齒輪加工數控系統的結構

2 全功能齒輪加工數控系統結構

1. 基于軟件插補的齒輪加工數控系統
   這類數控系統的刀具主軸一般采用變頻裝置控制，工件主軸通過數控指令經伺服電動機直接驅動（圖3）。目前國產數控齒輪加工機床所配置的數控系統大多為國外知名品牌的通用數控系統，因而都是采用這種基于軟件插補的數控加工方式。
   根據齒輪加工過程中的參數確定刀具與工件之間的運動關系，如在滾齒機上加工圓柱齒輪時應滿足： n_B=z_C     n_Cz_B （1）式中：n_B，n_C——分別為機床刀具主軸（B軸）和工件主軸（C軸）的轉速，r/min
   z_B，z_C——分別為機床刀具齒數（頭數）和工件齒輪的齒數
   在用“有差法”加工斜齒輪時，采用對角線進給走刀的切齒時，蝸桿砂輪磨齒機深切緩進磨齒過程中等，機床工件主軸與刀具主軸之間不僅需要實現嚴格的展成分齒運動，還需完成與Z、Y軸或者Z軸和Y軸進給有關的附加合成運動。其運動關系式為 n_C=Z_Bn_B±sinbv_Z±coslv_Y       Z_{C#p#分頁標題#e#}pm_nZ_Cpm_nz_C （2）式中：v_Y、v_Z——分別為Y、Z軸的移動速度，mm/min
   b、l——分別為斜齒輪和刀具的安裝角
   m_n——為齒輪的法面模數，mm
   基于軟件插補方法的優點是工件主軸的轉速完全由數控系統的軟件控制，因此，可以通過編制適當的軟件，用通用的刀具來高精度快速地加工非圓齒輪、修形齒輪，且加工精度遠高于傳統的機械靠模加工方法。如合肥工業大學CIMS研究所為重慶機床廠YK3480CNC非圓滾齒機研制的STAR-930E數控系統，就是采用軟件插補的方法，成功地實現了非圓齒輪的高速高精度滾齒加工和插齒加工。
   目前，由于控制精度、動態響應等方面的原因，基于軟件插補的齒輪加工數控系統還不能勝任高速高精度磨齒機的要求。隨著計算機速度的不斷提高、新控制方法的出現和控制精度的提高，這種方法的應用面會越來越廣。
   

   
   圖4 基于硬件控制的齒輪機床數控系統結構

2. 基于硬件控制的齒輪加工數控系統
   在傳統齒輪機床的展成分度鏈中，刀具和工件是由同一個電動機來拖動的，傳動鏈很長，并常需要采用精度不易提高的傳動元件（如錐齒輪、萬向聯軸節等），所以提高機床精度受到限制。
   目前多采用光電盤脈沖分頻分度傳動鏈。砂輪主軸以固定轉速旋轉，并帶動發信元件（如光電盤），光電盤信號經數字分頻后，控制工件軸伺服電動機以一定的轉速旋轉以實現精確分度傳動關系。同時把機床的差動鏈也納入控制系統，系統結構如圖4所示。IPC負責控制刀具主軸的轉速和工件各進給軸的運動，而工件主軸完全由硬件控制。控制電路實現分度與差動運動，即實現式（2），其中控制電路中的差動系數和展成分度比是可調的，由IPC進行修改。
   齒輪切削加工時，工件的回轉運動與刀具的回轉運動和進給軸間運動關系嚴格按式（2）描述。把轉速換算成各軸脈沖頻率，代入式（2）得各軸脈沖頻率間關系為 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——分別為B、C軸每轉所反饋的脈沖數
   N_Y、N_Z——分別為Y、Z軸每移動1mm所反饋的脈沖數。
   式（3）由鎖相伺服系統來實現，其結構如圖5所示。
   

   
   圖5 鎖相伺服系統

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   基于硬件控制的齒輪加工數控系統的優點：采用硬件控制，特別是采用高同步精度的鎖相伺服控制時，精度高，響應速度快。缺點：結構上比較復雜，比軟件插補的方式多一個硬件控制電路部分。硬件控制的電子齒輪比[差動系數、主傳動比，即式（3）中的有關系數]目前還不能做到實時修改，即不能實時改變工件主軸的轉速，因而不能用于加工非圓齒輪等。目前國外知名品牌的齒輪加工數控機床如Gleason、Reishauer、Pfauter等基本都采用這種控制系統。

3 結論與展望