在三軸數(shù)控銑床上使用PLC模塊控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)切錐齒輪螺紋機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯

1、Int J Adv Manuf Technol (2010) 49:10691077DOI 10.1007/s00170-009-2466-0合 肥 工 業(yè) 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 翻 譯 文 獻(xiàn)設(shè)計(jì)題目： 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化08-3班 指導(dǎo)老師： 院系名稱： 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 2012年02月12日原文：在三軸數(shù)控銑床上使用PLC模塊控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)切錐齒輪螺紋S. Mohsen Safavi & S. Saeed Mirian &Reza Abedinzadeh & Mehdi KarimianReceived: 25 November

2、 2008 / Accepted: 23 November 2009 / Published online: 5 January 2010# Springer-Verlag London Limited 2009概述 時(shí)下數(shù)控加工越來越多地使用“機(jī)電一體化”。數(shù)控技工，電氣，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相結(jié)合可導(dǎo)致新的生產(chǎn)方法。近年來，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使人們有可能進(jìn)行非線性校正的螺旋錐齒輪的切削運(yùn)動(dòng)。在本文中，我們?cè)噲D使用一個(gè)三軸數(shù)控銑床利用傳統(tǒng)的間斷多種切削的實(shí)現(xiàn)方法，通過使用一個(gè)萬能銑床的一個(gè)額外的PLC模塊接口連接牽引工作頭來制造螺旋錐齒輪。這項(xiàng)研究由（a）螺旋錐齒輪的幾何造型，（b）模擬傳統(tǒng)和新的非

3、傳統(tǒng)方法使用CAD / CAE系統(tǒng)，（c）數(shù)控加工和PLC編程的過程規(guī)劃，（d）用三軸數(shù)控銑床實(shí)驗(yàn)切削發(fā)現(xiàn)該方法的有效性組成。結(jié)果表明，發(fā)明的實(shí)驗(yàn)SBGs切割方法不僅是較先進(jìn)的數(shù)控加工更廉價(jià)，同時(shí)也與傳統(tǒng)的切削加工相比能在較短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)齒輪。因而，它是一個(gè)制造SBGs經(jīng)濟(jì)的方法。關(guān)鍵詞 齒輪制造.螺旋錐齒輪.CAD/CAM/CAE技術(shù).數(shù)控.PLC.交流電機(jī).逆變器.接近傳感器.光電傳感器.旋轉(zhuǎn)編碼器S. M. Safavi : S. S. Mirian : R. Abedinzadeh (*) :M. Karimian (*)機(jī)械工程部,伊斯法罕科技大學(xué),伊斯法罕, 伊朗e-mail: a

4、bedinzademe.iut.ac.ire-mail:m_karimian19731 引言齒輪作為傳輸并行的交叉和交錯(cuò)交叉軸的機(jī)械動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)變速的方法是重要且精密的機(jī)械。雖然在視野中中隱藏著，齒輪依然是在我們的文明中最重要的機(jī)械元件之一。他們?cè)诟鞣N各樣的條件下以極限的速度運(yùn)行。用以生產(chǎn)齒輪的機(jī)器和過程是現(xiàn)存最精致的。無論是生產(chǎn)或大或小的批量，在細(xì)胞中，或車間作業(yè)批次，齒輪制造過程的序列要求四項(xiàng)工藝過程1：1. 下料2. 齒輪切削3. 熱處理4. 研磨根據(jù)他們的類型和應(yīng)用所需的強(qiáng)度和韌性，由鑄造，擠壓，鍛造，粉末冶金，塑料模具，齒輪滾動(dòng)，和機(jī)械加工制造齒輪。在這些過程中，機(jī)械加工更加頻繁地用于

5、高精密齒輪2。在各種類型的齒輪，螺旋錐齒輪（SBG）是最復(fù)雜的類型，用于傳輸之間的角度交叉軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。SBGs有縱向沿齒的長度方向彎曲的齒。這些齒輪比直齒齒輪的主要優(yōu)勢(shì)在于，由于曲線形的原因在同一時(shí)間能保證齒的輪廓嚙合更多的齒等，嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性能得以保證3。在直升機(jī)的變速箱，摩托車齒輪，減速機(jī)，和其他工業(yè)部門中至關(guān)重要的研究齒輪應(yīng)用的問題上，螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)和制造仍然是一個(gè)熱門話題。對(duì)現(xiàn)今制造業(yè)而言，齒輪由特殊機(jī)床，滾齒機(jī)和成型機(jī)加工而成。近期，專用數(shù)控齒輪制造機(jī)床用于工業(yè)實(shí)踐。這也許可以解釋為什么關(guān)于齒輪制造的論文在開放研究領(lǐng)域的稀少。近期，基于數(shù)控技術(shù)的齒輪制造機(jī)床已被開發(fā)并且越來越多

6、地應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐中。然而，它們的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)仍然與工業(yè)數(shù)控銑床有著本質(zhì)不同，因?yàn)榍罢呤菫樘厥獾毒叨O(shè)計(jì)的。以往齒輪的研究主要關(guān)注齒輪的設(shè)計(jì)和分析。已對(duì)齒輪的幾何特征和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究48。Tsai 和 Chin 4提出了一個(gè)基于基本運(yùn)動(dòng)裝置和沿相切面為漸開線幾何形狀的錐齒輪的數(shù)學(xué)曲面模型（直線和SBGs）。后來被Al-daccak等人拿來和基于確切的球面漸開線曲線的其他模型進(jìn)行比較5。Shunmugan等人提供了一個(gè)不同的模型，它的精確性（與專用機(jī)床制造的螺旋錐齒輪相比）依照標(biāo)稱偏差所證明。對(duì)于花冠齒輪，只有幾個(gè)結(jié)果適合。Litvin和Kim 8提供一個(gè)由正齒輪修正節(jié)圓的漸開線產(chǎn)生的方法。Um

7、eyama9設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)圓的標(biāo)準(zhǔn)輪廓和一個(gè)修改螺旋齒輪傳動(dòng)誤差值測(cè)定的頂部/底部的面齒輪輪廓。Tamura等人10, 11 研究了使用一個(gè)平面齒的錐齒輪點(diǎn)接觸模型。這些研究與特殊的專門設(shè)計(jì)制造齒輪齒廓的齒輪機(jī)，如滾齒機(jī)和成型機(jī)有關(guān)。Suh等人12研究了一個(gè)曲面加工螺旋錐齒輪的制造方法的可能性，并用使用一個(gè)四軸數(shù)控銑床與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)展示工具路徑生成從而證明其可能性。還介紹了一個(gè)基于模型的螺旋錐齒輪的檢查方法13。在本文中，我們?cè)噲D提出一個(gè)在三軸數(shù)控銑床上使用PLC模塊控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來制造SBGs新的過程。在生產(chǎn)速度方面，很明顯，這種方法將低于專用機(jī)床。除產(chǎn)率外，這種方法在以下幾方面具有優(yōu)勢(shì)：（1）

8、傳統(tǒng)的方法需要大量投資獲得各類大小和幾何方面非常有限的專用機(jī)械和專用齒輪類型的齒輪類刀具；（2）通過這種方法，可以利用工業(yè)三軸數(shù)控銑床生產(chǎn)各種類型的齒輪； （3）這種方法比專用機(jī)床更具有經(jīng)濟(jì)性。開發(fā)一個(gè)自動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型來完全模擬過程并獲得加工參數(shù)是和以往的成果區(qū)分我們的工作的要點(diǎn)之一。所有以前的研究一直致力于計(jì)算復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和設(shè)計(jì)幾何模型。鑒于上述情況，實(shí)驗(yàn)測(cè)試應(yīng)給予特別重視，而不是呈現(xiàn)SBGs的幾何或數(shù)學(xué)模型。這是第一次機(jī)電工具和一個(gè)三軸數(shù)控銑床同時(shí)使用用來制造一個(gè)特殊的齒輪，甚至是機(jī)械部件。2 螺旋錐齒輪的幾何規(guī)范大多數(shù)時(shí)候，一個(gè)齒輪的幾何參數(shù)由工程圖紙?zhí)峁Ｒ恍﹨?shù)（主要參數(shù)）需要由幾

9、何定義。圖1顯示模數(shù)，螺旋角，齒輪的齒數(shù)。表1總結(jié)了這些參數(shù)，包括在我們測(cè)試中已生產(chǎn)齒輪的參數(shù)之間的關(guān)系。要計(jì)算這些參數(shù)，我們使用叫GearTrax 的“驅(qū)動(dòng)器組件開發(fā)軟件”。螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)需要高精度的數(shù)學(xué)計(jì)算，生成這種齒輪傳動(dòng)不僅要求高品質(zhì)的設(shè)備和齒輪傳動(dòng)裝置的制造工具，也需要特殊機(jī)床設(shè)置的發(fā)展。這種標(biāo)準(zhǔn)不是規(guī)范的，但必須在每個(gè)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量有保證（取決于齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)和生成工具）的情況下決定的。圖1 模塊，螺旋角，齒輪的齒數(shù)表1 齒輪數(shù)據(jù)3 制造SBG像在引言中所討論的，通過機(jī)械加工，各種類型和尺寸的齒輪都能制造，機(jī)械加工因?yàn)槠涓呔纫彩俏幢怀降?。銑削是制造任何類型的齒輪中

10、最常見的加工過程 14。刀具有相同的形式，如鄰齒之間的空隙。標(biāo)準(zhǔn)刀具通常受聘于標(biāo)準(zhǔn)齒輪的切割。在美國，這些刀具由各類徑節(jié)分為八類，并根據(jù)齒數(shù)表示標(biāo)準(zhǔn)表切齒輪。 格利森公司使用的面對(duì)滾齒過程是由基于可以分別考慮交配齒輪和小齒輪的錐齒輪的一般概念所生成，并由互補(bǔ)花冠齒輪所產(chǎn)生15。產(chǎn)生的冠齒輪的齒面由如圖2所示工具刀片的切削刃的軌跡做成形運(yùn)動(dòng)加工而成。 由公式. 1所示，面對(duì)滾齒過程中的比例速度取決于工具的齒數(shù)和成型齒輪：wt和wc表示該工具的角速度和發(fā)電齒輪；Nt 和 Nc表示刀片組的數(shù)量和發(fā)電齒輪的齒數(shù)。圖2 生成擴(kuò)展外擺線成形齒輪滾動(dòng)節(jié)圓的半徑和工具由式2和3決定：S為機(jī)徑向設(shè)置。 成形冠齒

11、輪，可以被看作一個(gè)錐齒輪90 俯仰角的特殊情況。因此，一個(gè)通用術(shù)語“成形齒輪”由此而來。互補(bǔ)成形冠齒輪的概念被理解為當(dāng)配套成形小齒輪的成形齒面和齒輪嚙合時(shí)。在實(shí)踐中，為了引入交配齒面的錯(cuò)配，成形齒輪的小齒輪和齒輪可能不互補(bǔ)相同。成形齒輪的旋轉(zhuǎn)是由一個(gè)雙曲線齒輪成型器的旋轉(zhuǎn)支架所產(chǎn)生的（圖3）。 為了利用三軸數(shù)控銑床制造SBGs，我們首先發(fā)展由幾何造型及圖形仿真模塊組成的的CAD / CAM系統(tǒng)測(cè)試過程。商業(yè)軟件Solidworks被用作創(chuàng)建CAD模型和MSC。Visual NASTRAN 4D（通過三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析機(jī)構(gòu)的CAE系統(tǒng)）用作模擬齒輪制造過程及其分析結(jié)果（圖4）。至于機(jī)床結(jié)構(gòu)而

12、言，很明顯，工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是為數(shù)控加工SBGs的需要。基于可加工性分析16，數(shù)控加工SBGs一個(gè)工步至少需要四軸控制。因此，需要一個(gè)接有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三軸銑床。成形切割或成形銑在我們的測(cè)試使用。刀具是呈放射狀從輪毛坯中心向所需齒根齒寬，然后穿過整個(gè)齒面，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)則繞工件中心回轉(zhuǎn)，以獲得所需的的齒寬。圖3 錐齒輪切削的概念當(dāng)一個(gè)齒的間隙已經(jīng)完成，該刀具被撤回，齒輪毛坯使用分度頭連接，下齒間隙被切斷。基本上，這是一種簡單靈巧地用機(jī)械加工制造SBGs的方法。需要的設(shè)備和刀具相對(duì)簡單，并使用標(biāo)準(zhǔn)的三軸數(shù)控銑床。然而，刀具在每一步的進(jìn)給值應(yīng)當(dāng)很小并且相當(dāng)謹(jǐn)慎以防任何刮傷。 我們用GearTrax創(chuàng)建螺旋

13、錐齒輪來模擬操作順序，然后估計(jì)一些加工參數(shù)，如立銑刀的初始高度，位置接近傳感器，電機(jī)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)頻率。例如，在SolidWorks中，我們用來定位的主軸沿Z軸垂直的立銑刀和SBG頂點(diǎn)之間的距離為14.7毫米。圖4 切削齒輪的仿真圖5 CAE系統(tǒng)所取得的電機(jī)角速度圖此外，根據(jù)我們使用CAE系統(tǒng)的圖形報(bào)告，電機(jī)角速度和電機(jī)扭矩分別為1rpm和48牛米（圖5和6）。 Mastercam軟件是一種機(jī)械的軟件，可以用來生成加工刀具路徑。根據(jù)面齒輪的整個(gè)深度和寬度，在切削過程中刀具路徑設(shè)計(jì)為一個(gè)矩形輪廓。其他加工參數(shù)和工具的規(guī)格也已提交給軟件的刀具路徑菜單。在輪廓窗口（圖7），我們使用的有兩種選擇

14、：1. 多路徑讓刀具有多步驟加工，從而能更好地進(jìn)行切削加工。2. 在進(jìn)入/退出動(dòng)作之前，導(dǎo)入/出已延長或已縮短的刀具路徑不會(huì)生成額外的幾何體，這有助于控制補(bǔ)償工作時(shí)，使人們有可能在更短的時(shí)間內(nèi)編寫的固定的輪廓刀具路徑（圖8）。雖然這種齒輪切割的形式目前在萬能銑床上使用索引頭實(shí)現(xiàn)，但這個(gè)過程是緩慢的，需要熟練的工人和操作員。圖9顯示在通用機(jī)器上完成工作時(shí)車間的布置安排。圖6 CAE系統(tǒng)所取得的電機(jī)扭矩圖圖7 設(shè)置輪廓參數(shù)如其所示，刀具安裝在一個(gè)心軸上，分度頭用于旋轉(zhuǎn)（切削齒輪齒廓）導(dǎo)引齒輪毛坯?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)定一個(gè)角等于螺旋角（35），分度頭與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的縱向進(jìn)給螺桿齒輪連接，使齒坯縱向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

15、圖10展示了上文提到的傳統(tǒng)切割的模擬。在所提出的方法中，我們已經(jīng)使用交流電（AC）電機(jī)與蝸輪蝸桿減速對(duì)接。蝸輪齒輪箱用于減少交流電機(jī)的輸出速度并且調(diào)節(jié)節(jié)圓錐元素和齒軌跡之間的角度，其角度稱作螺旋角17。 由于需要刀具路徑規(guī)劃和向外軸的蝸輪蝸桿減速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的同步，應(yīng)使用機(jī)電一體化系統(tǒng)來控制所有的四軸（一根軸控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)其他三軸控制切削工具）同時(shí)使用。 機(jī)電系統(tǒng)包含五個(gè)主要部分：1. 可編程序控制器，電子設(shè)備，它可以被稱為一個(gè)“序控制器?！彼褂脙?nèi)部的微處理器根據(jù)序列的編碼器和傳感器的輸入信號(hào)中的狀態(tài)和值來執(zhí)行計(jì)算工作。2. 變頻驅(qū)動(dòng)（VFD），是通過控制向電動(dòng)機(jī)提供的電力頻率來控制交

16、流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一個(gè)系統(tǒng)18?？勺冾l率驅(qū)動(dòng)器是一種特定類型的調(diào)速驅(qū)動(dòng)。變頻驅(qū)動(dòng)器也被稱為可調(diào)變頻器，變速驅(qū)動(dòng)器，交流驅(qū)動(dòng)器，微型硬盤，或逆變器驅(qū)動(dòng)器。由于電壓隨頻率的變化，這些可變頻率驅(qū)動(dòng)器有時(shí)也被稱為變壓變頻器19。我們使用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為PLC和交流電機(jī)之間的中間設(shè)備。圖8導(dǎo)入/輸出參數(shù)圖9一張萬能銑床上手動(dòng)切割的照片圖10 Visual Nastran 4D在萬能銑床上使用引導(dǎo)頭進(jìn)行傳統(tǒng)手動(dòng)切割模擬 一些被用來配置交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的變量如下：1. 最大輸出頻率(Fmax=60 Hz)這個(gè)參數(shù)決定交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最大輸出頻率（0至+10 V，4至20毫安，-10+10 V）。2. 最大電壓頻

17、率(Fbase=60 Hz)設(shè)定此值應(yīng)根據(jù)電機(jī)銘牌上電機(jī)額定頻率。最大電壓頻率決定伏每赫茲。對(duì)于60 Hz的設(shè)置，變頻器將保持恒定為7.66V / Hz(460 V/60 Hz=7.66 V/Hz)。此參數(shù)值必須等于或大于中點(diǎn)頻率。3. 最大輸出電壓(Vmax=220 V)此參數(shù)確定交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最大輸出電壓。最大輸出電壓設(shè)置必須小于或等于電機(jī)的額定電壓電機(jī)銘牌上所標(biāo)明的電壓。此參數(shù)值必須等于或大于中點(diǎn)電壓。4. 中點(diǎn)頻率(Fmid=.5 Hz) 此參數(shù)設(shè)定V / F曲線的中點(diǎn)頻率。使用此設(shè)定，最小頻率和中點(diǎn)頻率之間的V / F比可確定。此參數(shù)必須等于或小于最大電壓頻率。5. 中點(diǎn)電壓(Vm

18、id=220 V) 此參數(shù)設(shè)定任意V/ F曲線的中點(diǎn)電壓。使用此設(shè)定，最低頻率之間的V / F比可確定。此參數(shù)必須等于或大于最小輸出電壓且等于或小于最大輸出電壓。然而，當(dāng)V / F曲線設(shè)定為1至4時(shí)這個(gè)參數(shù)是無效的。6. 最低輸出頻率(Fmin=0.5 Hz) 此參數(shù)設(shè)定交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最低輸出頻率。此參數(shù)必須等于或小于中點(diǎn)頻率。7. 最小輸出電壓(Vmin=1.1 V)此參數(shù)設(shè)定交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最低輸出電壓。此參數(shù)必須等于或小于中點(diǎn)電壓。如式4所示有一個(gè)不同參數(shù)之間的交流驅(qū)動(dòng)器中的邏輯關(guān)系：其中T是扭矩，是通量，I是安培，V和F代表的電壓和頻率。在圖11中，已示 V/F曲線。在一個(gè)變頻器里，

19、電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過改變頻率改變。因?yàn)樗扇〉娜魏危ú灰欢ū匾┕ぷ黝l率以提供最大扭矩，變頻器設(shè)計(jì)成使磁通密度在每一個(gè)工作頻率相同。變頻驅(qū)動(dòng)有時(shí)在不增加電壓的情況下，在正常的最高頻率以上操作。在正常頻率的1.5至2倍，可用扭矩往往隨著曲線減少，以提供足夠的恒功率運(yùn)行。3. 旋轉(zhuǎn)編碼器，也稱為軸角編碼器，是用模擬或數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換成一個(gè)軸或軸角位置的機(jī)電設(shè)備，使它成為一個(gè)角度傳感器。它可以判斷向外軸的位置，或測(cè)量工件裝上外向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖11 V/F 曲線圖12 編碼器的工作原理 一般來說，如圖12所示，由LED發(fā)出的光通過狹縫的旋轉(zhuǎn)磁盤和一個(gè)固定的罩子，一個(gè)光電二極管陣列根據(jù)磁盤上的圖案產(chǎn)生一個(gè)電子輸出。

20、最常見的編碼器為每個(gè)計(jì)算的解析位置提供了一個(gè)數(shù)字脈沖并引用到位置。這些數(shù)字脈沖接著送入位于驅(qū)動(dòng)器或控制器接口的高速計(jì)數(shù)器模塊。4. 接近傳感器，如果金屬物體（在我們實(shí)驗(yàn)中的成形銑刀進(jìn)入其振蕩的電磁場(chǎng)其將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，兩個(gè)接近傳感器被放置在系統(tǒng)定義的刀具路徑的開始和結(jié)束處。在此過程中，兩個(gè)指標(biāo)的看臺(tái)已被用來以更自由地控制接近傳感器的位置(圖13)。5. 光電傳感器，通過使用光發(fā)射機(jī)（包括位于視線內(nèi)發(fā)射線的接收器）檢測(cè)對(duì)象存在的設(shè)備。表2顯示了我們?cè)诒狙芯恐惺褂玫墓怆妭鞲衅鞯幕疽?guī)格。電源供給有光亮模式和黑暗模式兩個(gè)狀態(tài)。在第一狀態(tài)，控制輸出打開接收光變成中斷光。在第二狀態(tài)，控制輸出關(guān)閉接收光

21、線和打開中斷光。在這種模式下，當(dāng)光束被阻斷從發(fā)射到接收時(shí)檢測(cè)到一個(gè)對(duì)象。這些傳感器應(yīng)安裝在輸出軸一環(huán)同心；這個(gè)套圈作為摩擦軸承和旋轉(zhuǎn)外圈。輸出軸及以上環(huán)使用的樞紐系統(tǒng)連接。圖13 在SolidWorks中接近傳感器和指示燈的位置表2 光電傳感器規(guī)格型號(hào)電纜長度(L)檢測(cè)目標(biāo)(mm)每分鐘檢測(cè)目標(biāo)FT-320-052 m150D0.5 光束從發(fā)射器穿過軸的軌道到對(duì)面的接收器上。它分別依據(jù)光的透射或堵塞評(píng)估其存在與否。 我們用梯形圖，普通編程語言操作如圖14所示的在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的PLC。 基于梯形圖PLC的操作如下：步驟1 讀取外部輸入信號(hào)，如傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器 的狀態(tài)。步驟2 計(jì)算輸出信號(hào)，

22、根據(jù)在第1步輸入信號(hào)的值，并將其發(fā)送到交流傳動(dòng)（變頻器），向前進(jìn)/后退的方向運(yùn)行交流電機(jī)或使用旋轉(zhuǎn)編碼器讓電機(jī)打開一個(gè)特殊的角度（圓節(jié)距）。設(shè)定完數(shù)控銑床，完成整個(gè)系統(tǒng)的程序分為五個(gè)階段：階段1 成形銑刀到達(dá)第一個(gè)接近傳感器（如圖16中所示橘黃色的）。一旦傳感器1檢測(cè)到成形銑刀，+5 V信號(hào)發(fā)送到PLC。如同之前提到的，PLC發(fā)出一個(gè)輸出信號(hào)，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按前進(jìn)方向運(yùn)行電機(jī)。階段2 成形銑刀機(jī)的旋轉(zhuǎn)工件與刀具路徑已經(jīng)在Mastercam中生成。階段3 刀具到達(dá)第二個(gè)接近傳感器（綠色的）。傳感器2檢測(cè)成形銑刀，它發(fā)出的第二個(gè)信號(hào)給PLC，PLC發(fā)送一個(gè)停止的命令給變頻器。階段4 銑刀撤回停止工

23、件并返回到第一位置。同時(shí)，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按反方向運(yùn)動(dòng)，直到軸達(dá)到第一處位置，光電傳感器通過輸出軸傳遞的縱向裂縫接收到傳輸?shù)妮椛?。階段5 1到4個(gè)階段連續(xù)進(jìn)行，直到第一個(gè)齒隙被切除。PLC為上述四個(gè)階段計(jì)數(shù)直到達(dá)到預(yù)定的加工順序的數(shù)目。然后，它向交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出了一個(gè)信號(hào)導(dǎo)引齒輪相同徑節(jié)，接著所有上述階段將被再次重復(fù)。徑節(jié)由1,024脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量。圖14 一張電器面板的照片，包括PLC和變頻器圖15 一張實(shí)驗(yàn)切削的照片圖16 一張機(jī)械加工SBG的照片圖17切割螺旋錐齒輪的大致過程 傳統(tǒng)程序（圖9）是相當(dāng)緩慢的，需要相當(dāng)謹(jǐn)慎操作。同樣，在一個(gè)普遍銑床上利用的過程基本是一樣的。相反，在

24、安裝后，各項(xiàng)操作均完全自動(dòng)完成。實(shí)驗(yàn)切削加工配置和復(fù)印件如圖15和所示16。 根據(jù)本發(fā)明該方法的最大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在加工時(shí)間上。例如，只用了2分鐘，就能完全切削一個(gè)齒隙。同時(shí)，用傳統(tǒng)方法切削相同齒隙要花半個(gè)多小時(shí)。 本方法更大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在手動(dòng)切割上，它能在結(jié)束切削過程之前瞬間設(shè)定刀頭角度補(bǔ)償。4 加工策略工件是木材，加工坯料由車削圓錐（面角的齒輪）預(yù)機(jī)械加工成形。在我們的實(shí)驗(yàn)中使用的5號(hào)標(biāo)準(zhǔn)刀具安裝在機(jī)床主軸上，齒輪毛坯安裝在蝸輪蝸桿減速齒輪的外軸。其后工具送入（約30個(gè)加工順序，以防破損）齒輪坯的中心所需的齒深度。當(dāng)一個(gè)齒隙已經(jīng)完成，該工具被撤銷；基于程序使用交流電機(jī)導(dǎo)引齒輪毛坯然后再切割下牙間隙。

25、 看過上述提到的所有階段，下面的圖表可以被視為本方法的大致過程（圖17）。5 結(jié)論在本文中，我們?cè)噲D使用一個(gè)三軸數(shù)控銑床利用成形銑削方法制造螺旋錐齒輪。對(duì)于這樣一個(gè)目的，我們研究了切割過程的CAD / CAM模型和刀具路徑計(jì)算算法。所有以前的工作一直關(guān)注使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)程序設(shè)計(jì)方面，但對(duì)實(shí)驗(yàn)的制造方法尚未注意?；旧希褂贸尚吻懈畹姆椒ㄟM(jìn)行齒輪加工簡單而靈活。需要的設(shè)備和刀具相對(duì)簡單經(jīng)濟(jì)，且使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控銑床。因此，它并不需要熟練的操作員設(shè)置系統(tǒng)。與需要專用機(jī)床的傳統(tǒng)的齒輪切割方法相比，所提出的方法可以很容易地被修改，以產(chǎn)生任何類型和規(guī)模的的SBGs或任何其他類型的齒輪。在手動(dòng)切割相比，它是一個(gè)

26、完整的自動(dòng)方法，即從計(jì)算機(jī)模型派生的所有加工參數(shù)。它也是一個(gè)多合成的系統(tǒng)（用到了機(jī)電一體化和數(shù)控系統(tǒng)），也是一個(gè)動(dòng)力和不斷發(fā)展的技術(shù)。參考文獻(xiàn)1. De Garmo EP, Black JT (1957) Materials and processes in manufacturing. PrenticeHall, New York2. Shigley JE (1986) Mechanical engineering design. McGraw-Hill, New York3. Maitra GM(1994)Handbook of gear design. McGraw-Hill, New

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