滾齒機(jī)是用來加工各種齒輪的專用機(jī)床，可加工直齒、斜齒、人字齒等各種齒型齒輪，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械及航天工業(yè)等領(lǐng)域。齒輪因其形狀復(fù)雜，技術(shù)問題多，制造難度較大，所以制造水平在較大程度上反映了一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)的水平。傳統(tǒng)的機(jī)械滾齒機(jī)床主電機(jī)不僅驅(qū)動(dòng)展成分度的傳動(dòng)鏈，還要驅(qū)動(dòng)差動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)鏈，復(fù)雜的傳動(dòng)鏈導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、調(diào)整困難，無法適應(yīng)現(xiàn)代加工的需求。數(shù)控滾齒機(jī)傳動(dòng)比關(guān)系通過數(shù)控技術(shù)的電子齒輪實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)，由于傳動(dòng)鏈的縮短簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了剛性，可加大切削量。

1 滾齒機(jī)硬件構(gòu)成

　　滾齒機(jī)的機(jī)械部分由床身、立柱、主軸、工作臺(tái)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及潤(rùn)滑系統(tǒng)構(gòu)成，有直線軸 X、Y、Z 及旋轉(zhuǎn)軸 A、C，圖 1 為一個(gè)立式滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)圖。滾齒是在毛坯旋轉(zhuǎn)的情況下由推進(jìn)齒條成型工具( 滾刀) 生成齒輪。齒輪面寬的形成由刀具與齒輪毛坯的連續(xù)同步運(yùn)動(dòng)完成，可生成不同的齒輪如直齒、螺旋齒或蝸型齒。滾齒機(jī)的 CNC采用法國(guó) NUM 1040 POWER HG 控制系統(tǒng)，系統(tǒng)提供的軟件工具能滿足滾齒機(jī)的加工工藝要求，電齒輪箱同步功能可實(shí)現(xiàn)滾刀軸、Y軸、Z軸與C軸的同步關(guān)系。

圖 1 滾齒機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

　　旋轉(zhuǎn)角度。在滾齒時(shí)，必須保持滾刀刀齒的運(yùn)動(dòng)方向與被切齒輪的齒向一致。由于滾刀刀齒排列在一條螺旋線上，刀齒的方向與滾刀軸線并不垂直，所以必須把刀架旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度使之與齒輪的齒向協(xié)調(diào)。滾切直齒輪時(shí)，旋轉(zhuǎn)的角度就是滾刀的螺旋升角; 滾切斜齒輪時(shí)，還要根據(jù)斜齒輪的螺旋方向及螺旋角的大小來決定旋轉(zhuǎn)角度的大小及旋轉(zhuǎn)方向。

　　C 軸: 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，保證加工過程中工件的分度運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)速度和滾刀的旋轉(zhuǎn)速度需保持齒輪與滾刀的嚙合關(guān)系。對(duì)于單線滾刀，當(dāng)滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，齒坯需轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的分度角，即 1/z 轉(zhuǎn)(z為被加工齒輪的齒數(shù)) 。

　　S 軸: 滾刀主軸繞其自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪滾刀是一種專用刀具，每把滾刀可加工模數(shù)相同而齒數(shù)不等的各種直齒或斜齒漸開線外圓柱齒輪。

　　X 軸: 徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，徑向進(jìn)刀決定切深，一般為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。

　　Y 軸: 切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其移位是為滿足對(duì)角線滾切和切向進(jìn)給切制蝸輪的要求而設(shè)置，它要求工作臺(tái)產(chǎn)生附加運(yùn)動(dòng)，并且在對(duì)角線滾切時(shí)與垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)成比例關(guān)系。

　　Z 軸: 軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在加工循環(huán)中通過齒輪刀具軸向移動(dòng)，即滾刀沿工件軸線自上而下的垂直移動(dòng)，這是保證切出整個(gè)齒寬所必須的運(yùn)動(dòng)。

2 滾齒機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

　　NUM 數(shù)控系統(tǒng)提供軟件開發(fā)工具 PLCTOOL、MMITOOL。PLCTOOL 可方便編寫 PLC 程序、零件加工程序、系統(tǒng)參數(shù)或進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言 C 的編程，它是后臺(tái)處理程序必不可少的工具。MMITOOL 主要用于創(chuàng)建控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，它可通過內(nèi)部圖形庫(kù)或自定義的圖形庫(kù)進(jìn)行鏈接，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，可根據(jù)用戶要求編輯人機(jī)對(duì)話界面，使用戶更容易操作。

　　2.1 人機(jī)界面

　　滾齒機(jī)屬于專用數(shù)控機(jī)床，可根據(jù)用戶具體工藝要求編寫針對(duì)滾齒加工的中文界面，NUM 數(shù)控系統(tǒng)的 MMITOOL 軟件是基于 VB 控件基礎(chǔ)上的工具軟件，它可編輯與 NUM 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊而獲取各種變量的人性化界面，通過使用 MMITOOL 工具實(shí)現(xiàn)參數(shù)的輸入和顯示，并能直接將輸入的加工參數(shù)放入指定的 E 參數(shù)，加工程序可在后臺(tái)編制，對(duì)機(jī)床的編程和操作非常方便，操作者根據(jù)界面顯示進(jìn)行操作，非常直觀簡(jiǎn)潔。圖 2 為軸運(yùn)動(dòng)顯示界面。

圖 2 運(yùn)動(dòng)顯示界面

　　圖 3 為滾齒加工參數(shù)設(shè)置界面。

圖3為滾齒加工參數(shù)設(shè)置界面

　　以參數(shù)“齒數(shù)”為例介紹制作方法，先在圖形層建立輸入框，并定義其為“齒數(shù)”; 然后在變量層建立兩個(gè)請(qǐng)求變量，分別用于輸入和顯示，兩個(gè)中間變量，用于數(shù)據(jù)交換; 再設(shè)置各個(gè)變量的屬性，就可將操作者輸入的“齒數(shù)”放入 NUM 系統(tǒng)的“E56001”中，并將輸入的數(shù)值顯示到中文界面里。

　　2.2 滾齒機(jī)加工程序

　　電子齒輪箱的編程語(yǔ)法: G181-C 軸與滾刀軸S 及 Z 軸同步，G185-C 軸與滾刀軸 S 及 Y 軸同步，G180-撤銷同步。

　　以滾齒加工程序?yàn)槔?

　　% 3000 ( 滾齒同步程序)　　L1 = E56001 ( 齒數(shù))　　L2 = E56002 /1000 ( 模數(shù))　　L3 = E56003 /1000 ( 齒輪螺旋角)　　L4 = E56004 ( 滾刀頭數(shù))　　G79 E56007 = 1 N20 ( 滾齒方向)　　E81974 = － 1 ( S-C 軸的同步方向)　　G79 N30

　　其中: G181 軸向同步許可;

　　D = … 齒數(shù);　　K + / － …刀具螺紋扣數(shù)或線數(shù)。符號(hào)表明　　C 軸相對(duì)于刀具軸旋轉(zhuǎn)的方向;　　P… 齒輪螺旋角的度數(shù);　　Q… 以毫米表示的齒輪實(shí)際模數(shù)?！　? 1000 ( 滾齒加工程序)　　L1 = E56001 ( 齒數(shù))　　L2 = E56002 /1000 ( 模數(shù))　　L3 = E56003 /1000 ( 齒輪螺旋角)　　L4 = E56004 ( 滾刀頭數(shù))　　L5 = E56005 ( Z 軸終點(diǎn)坐標(biāo)，mm)　　L6 = E56006 ( Z 軸每圈進(jìn)刀量，mm)　　L7 = E56007 ( Z 軸切削深度，mm)　　L8 = E56008 ( 滾刀轉(zhuǎn)速，r / min)　　G75 N1000 ( 緊急回退，PLC 程序中當(dāng) w3． 4 =1 時(shí)執(zhí)行)　　N40 M03 SL8 ( 滾刀正轉(zhuǎn)速度，r / min)　　N50 G195 FL6 ( 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的走刀速度，mm/r)　　N60 G01 ZL5 ( Z 完成坐標(biāo)，mm)　　N70 M05 ( 滾刀軸停止)　　N80 G4 F5 ( 暫停)　　N99 M02 ( 程序結(jié)束)　　N1000 G00 X3700 ( 回退位置)　　M05 ( 滾刀軸停止)　　G04 F5 ( 暫停)　　M02 ( 程序結(jié)束)

　　滾齒加工時(shí)操作者只需在滾齒參數(shù)界面設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，通過按鈕同時(shí)運(yùn)行滾齒同步及滾齒加工程序即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　采用 NUM 數(shù)控系統(tǒng)的電子齒輪箱功能，使?jié)L齒機(jī)不需要改變機(jī)械結(jié)構(gòu)就可以加工多種類型的齒輪，簡(jiǎn)化了機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床的加工精度及柔性。編制針對(duì)滾齒機(jī)床的專用界面及加工程序，輸入所需的加工參數(shù)，即可進(jìn)行零件加工，實(shí)現(xiàn)了操作者的零編程。