齿轮倒角机专用数控系统的研究与开发

摘要

齿轮倒角广泛应用于汽车、摩托车、农机等行业的变速箱换挡齿轮，由于国内齿轮倒角加工的研究开发较少，齿轮倒角机加工的调整参数较为复杂，因此严重影响齿轮倒角加工的效率。目前，市场上对数控系统不仅要在成本上有优势，更要在功能多样性上有需求。所以，针对齿轮倒角加工的缺陷问题以及市场上对数控系统的要求，本论文对齿轮倒角机专用数控系统进行研究与开发。
　　专用数控系统在对数控齿轮倒角机的数控装置、伺服进给系统、工件箱系统、刀轴系统、机床床身和其他辅助设备等的分析基础上，并且提出齿轮倒角机专用数控系统的倒角加工原理，搭建了齿轮倒角机专用数控系统的整体方案，其中，专用数控系统的硬件采用ARM+FPGA的嵌入式双处理器硬件结构平台，专用数控系统的软件采用Linux+Xenomai构成的多任务实时平台的软件构架。着重从人机界面、任务管理模块、运动控制模块、PLC模块介绍专用数控系统软件模块的功能，其中，给出了PLC部分开发程序。整个平台方案具有配置性能高、结构灵活紧凑、实时稳定性好等特点。
　　齿轮倒角加工的倒角实现由刀具横向运动和工件旋转运动组成，两轴联动插补实现齿轮倒角的尖角、连续圆弧倒角形式，另外一个轴只是实现一个到齿轮工件的运动。这样的加工方式能够保证齿轮倒角机加工的广泛适应性及高效性。
　　齿轮倒角机的进给运动具有高速间歇性，合理的加减速控制方法能够减少冲击、失步、超程、振动等不良的现象出现。本文结合齿轮倒角加工要具有实时性、运算量少、具有足够的柔性等特点，选择了插补后加减速控制方法。同时，在分析直线加减速、三角函数加减速、指数加减速、S曲线加减速等控制方法的基础上，提出适用专用数控系统的基于简化的五段S曲线柔性加减速控制模型方法，并且给予五段S曲线柔性加减速控制模型适当的修正，能够完全适合齿轮倒角机专用数控系统。
　　从齿轮倒角机专用数控系统加工的实用性角度出发，搭建了齿轮倒角机的坐标系，提出齿轮倒角机首件调整的具体步骤，构建齿轮倒角机的加工模型。通过在主轴箱上安装待检测工件的传感器，能够做到自动对工件，测量齿的位置，计算出主轴的起点，大大降低齿轮倒角机位姿的调整参数的复杂程度。给出尖角倒角加工宏变量含义、连续圆弧倒角加工宏变量含义，相应的开发出尖角倒角、连续圆弧倒角的宏程序。最后，开发的专用数控系统在浙江温岭宇弘机械设备有限公司得到验证，给出了应用加工出来的产品。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源及研究背景、意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景和意义

1．2 齿轮倒角加工技术的分析

1．2．1 国外齿轮倒角加工的现状

1．2．2 国内齿轮倒角加工的现状

1．3 本文的主要研究内容与工作

第二章 数控齿轮倒角机的工作原理以及控制要求

2．1 数控齿轮倒角机的结构

2．2 数控齿轮倒角机的工作原理

2．3 数控齿轮倒角机的运动控制要求及其难点

2．3．1 数控齿轮倒角机技术指标

2．3．2 数控齿轮倒角机控制要求及难点

2．4 本章总结

第三章 齿轮倒角机专用数控系统的总体方案

3．1 齿轮倒角机专用数控系统的硬件搭建平台

3．2 齿轮倒角机专用数控系统的软件总体设计方案

3．2．1 齿轮倒角机专用数控系统软件结构

3．2．2 齿轮倒角机专用数控系统软件功能

3．3 本章总结

第四章 齿轮倒角机专用数控系统的关键技术的实现

4．1 齿轮倒角机倒角控制流程

4．2 齿轮倒角机柔性加减速控制

4．2．1 数控系统加减速概述

4．2．2 数控系统柔性加减速控制技术

4．2．3 基于五段S曲线柔性加减速控制方法

4．2．4 五段S曲线柔性加减速具体控制方法

4．3 本章总结

第五章 齿轮倒角机专用数控系统加工功能的实现

5．1 数控齿轮倒角机加工控制模型的建立

5．1．1 坐标系的建立

5．1．2 齿轮倒角机倒角加工模型

5．1．3 齿轮倒角机首件调整

5．2 数控齿轮倒角机加工程序的实现

5．2．1 数控齿轮倒角机尖角倒角加工

5．2．2 数控齿轮倒角机连续圆弧倒角加工

5．2．3 齿轮倒角机专用数控系统加工测试结果

5．3 本章总结

第六章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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