国内外齿轮理论与齿轮加工中电子齿轮箱概况

1、国内外齿轮理论与齿轮加工中电子齿轮箱概况齿轮是机械传动中最巫要的形式之一，其传动效率高、结构紧凑、传动比稳定、工作可靠.应用广泛，特别是近年来随着中国汽军工业、航空、航天以及淸洁能源凤电的咼速发展諄.对高精度齿轮的褊求量不断增大*但处由于齿轮的形状复朵*參数多，依靠传统滚齿机床制遣齿轮效率低.精度低。齿轮加工数控化便滚齿加工效率和椿度加工大幅堤高*戏着计算机技术的不断深入发展、基于工控机(1PCInduwialCompinw)架构的开放式数控系统的发展正在得到广大企业的不断认可.越来毬蚩的基flPCjg构的开放式数控不斷岀现.基于IPC架构的开放式数控系统结合运动控制卡成为开发高性陡数控滚齿机

2、床的有效手段之一.运动控制卡在这类数控结构中起着承上启下的重雯作用为满足滚齿的对传动特殊册要.滚齿运动控制卡把传统滾齿中的机械传动链以电子齿轮箱的形式代替，这正是滚齿数控化的关键的问题，这也是普通的数控机床运动控制卡所不具有的，因此研制用于齿轮加工的滾齿动控制卡对提高齿轮制造具有電婆意义.数控技术作为现优先进制适系统中不町缺少的一项基本技术.正在向着开放式体系结构发展儿开放式结构的运动控制系统可以充分利用PC机的瓷源，可以利用第三方的软件费源禿成用户应用程序的开发，开放式数控系统是个不断发展的概念，目前樹未确切的定义，但是根抵IEEE(国际电气电子工程肺协会)对开放式数控系统是这样定义的：An

3、opensystemprovidescapabilitiesthatenableproperlyimpiementedapplicationcorunonavarietyofplatfcrnisfrommultipledcr$interoperatewithothersystemsapplicationsiandpresenraconsianistyleofinteractionwiththeuser即具有下列待性的系统可以被称为开放式系统；符合系统規范的应用可以运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它的系统应用互撵作，并且具有一致风格的用户交互界血开放式数控系统的优点由于封闭式数控系统这些弊

4、端20世纪90年代各贤达倒家争先开始硏制开放成数控系统，开放式数控系统的本质特性数控系统底层技术的开放性，其念义定数控系统的开发可以在统一的平合上*面向机床厂家和最终用户*通过改、增加*或裁减功能模块，形成系列化，并可將用户的特殊应用集成到控制系统中*实现不同品种、不同档次的开放式数控系统.开放式数控系统具有开放性、模块化、可移植性、可扩展行、可伸缩性、互操作性等优点.开放式网络化己经成为当前数控系统发展的主要趋势，为更好地利用IPC强大的软、硬件资源，使用通用计算机硬件减低成本，数控技术强国也都十分注重开放式数控系统的发展，例如美国AN1LAM公司的1100、1200系列，意大利FIDIA公

5、司10、20、30系列也是采用1PC作为基板來开发自己数控系统以及法国的FAROR公司等，数控大厂日本FANUC和德国SIEMENS也都强调自己数控系统的开放性，其中西门子SINUMER1K840D数控具有用于加工齿轮的电子齿轮箱功能。在对齿轮理论研究中原苏联人李特文编写了齿轮啮合原理和齿轮几何学与应用理论，对齿轮唯合中的数学理论进行了深入研究，被公认为齿轮加工理论研究的开创者.在齿轮加工与齿轮机床制造方面，国际上以Gleason/Pfauter/Hurth.SIGMA&POOL、KAPP/N1LES三大齿轮加工与齿轮机床制造为主，共占70%市场份额，其余为包括我国及其他国家齿轮制造商

6、市场份额。在对圆柱齿轮及非圆齿轮数控化加工技术研究中，国内的广大科技工作者的不斯攻关取得了巨大的成绩，其中西安交通大学吴序堂教授编写了齿轮啮合原理详细地研究了齿轮的数学模型，并与秦川发展集团合作研制了数控锥齿轮铳齿机.在齿轮加工电了齿轮箱研制方面，兰州理工大学的胡赤兵，谭伟明，阎树田，郭再新对齿轮加工数控系统体系结构进行研究，在“八五”科技攻关项冃“齿轮加工CNC系统”研制了电子齿轮功能模块与脉冲频率合成电路槐块，运用脉冲频率的函数变换与加减合成，实现滾齿机分齿运动与差动运动，采用二进制比例集法器构成硬件分频器，较早地实现了齿轮与非圆齿轮的数控加工，以及齿轮加工参数化编程等合肥工业大学的吴炭明

7、，王治淼I”】在黄研制的YK348非圆滾齿机控制系统中使用带询馈的模糊积分器伺服控制系统，研制了基于Windows+RTX模块研制成功了齿轮数控加工系统，并且可以加工非圆齿轮，取得了良好的效果，并将其应用fYKA7232数控磨齿机中.前者在控制中侧重了硬件电路的实现，后者在齿轮控制方面用软件定时的方式来实现非圆齿轮加工变速比控制，电子齿轮箱研究槪况为实现两种特定比关系的高精度传动，电子齿轮箱成为齿轮加工数控化的关键行问题，电子齿轮箱一即把大果的机械传动链集成在运动控制卡系统中实现，用硬件电路实规复杂机械传动链功能，电子齿轮箱可以有效减少中间传动链的环节，诚少传动中的误差.国外微电子技术发展迅速

8、.对于齿轮加工中的关键技术电子齿轮箱在国外数控中己有使用，1968年英国CoventryGauge&ToolCompany最早将电子齿轮箱用在其生产的MatrixGlOi/卧齿轮磨床1987年日本学者K.Sawai设计了数字式硬件电子式齿轮箱).Gleason公司使用西门了SINUMERIK840D数控系统的数控滚齿机，该数控系统基于PC基本，系统内部妖有用于齿轮加工的电子齿轮箱，用户直接填写齿轮参数即可完成齿轮加工，真正体现了齿轮数控加工的特色，但是西门子对其电子齿轮箱技术严格控制，市场上也未见关于电子齿轮箱产品的报道。国内学者在电子齿轮箱理论及实现方法的研究中也取得了较大进展，兰州

9、理工大学(IOJ4J5)在“八五”科技攻关中较早地实现了基于锁相坏原理的传动比可刷新的滚齿联动控制方案，该方案被证明杲目前滚齿联动中最理想的控制方案.南京航空航天大学庄SM±lK40J.对电子齿轮箱的结构进行全面深入研究，研究了采用电子锁相环原理的齿轮加工电子齿轮箱原理，并研究了用于加工非圆齿轮的变速比电子齿轮箱结构.重庆大学张结合零传动宜驱技术，利用计算机轶件定时的方式结合西门子数控电主轴实现滚齿中的电子齿轮箱功能，实现较宽的传动比范禺.合肥工业大学在研制数控齿轮加工系统时也采用锁相环原理，并研制基于Windows+RTX实时操作模块的滾齿加工的滾齿数控系统和软件锁相坏，以软件形式

10、实现电子齿轮箱，并实现加工非圆齿轮滚齿加工，但是软件算法受限于计算机处理能力与算法本身，其实时性还不及硬件电路式的，在应用商精度于非圆齿轮加工控制方面还有不足，该文指出电子齿轮箱的发展方向应该是软件与硬件结合的方式。杜建铭对YG3162滚齿机数控化改造采用DSP芯片用软件电子齿轮箱的方武取代机床齿轮机械传动链，实现高精度的滚齿联动，既有软件的灵活性有具有硬件的快速性方涌奎刀】分析了蜗轮砂轮锁相环高精度磨削控制原理文献13对数控磨齿机伺服系统研究中设计联合江南计篦机研究所共同设计了计算机锁相伺服数控系统.文献63对滚齿运动控制卡中滚切圆柱斜齿轮时电子齿轮箱的基于FPGA的电子脉冲合成做了深入的研

11、究并进行电路仿真。齿轮加工中高精度电子齿轮箱实现方式现状为实现电子齿轮箱屮B、C轴之间的高精度特定传动比的关系.原本用于通讯领域的锁相环技术在实现特定比传动中显示了极大的优越性l32J5J.肖本贤国用一片I6bit的8098单片机及两片8253芯片在YKA7232数控蜗杆砂轮磨齿机中采用锁相伺服驱动，单片机8098负责接受上位机指令做整体协调工作.两片8253芯片分别完成分频和计数等工作，实现了相对比较高的分齿运动.但是由于单片机的时钟频率有限，在处理复杂的非圆齿轮加工数据处理方面还不能够完全胜任，而且其内部资源有限。文献8和9在研制齿轮加工机床时候也都用到锁相何服技术在齿轮加工的优点，不同的

12、是文献9和文献9是侧重软件方面的实现，肖本贤I却设计了星于16bil的STD工控机的软件变速比控制系统，用于YK3480非圆齿轮滚齿系统。文献41采用DSP和FPGA模式来实现对无刷直流电机的高速高精度锁相控制，其检测实现也证明了锁相技术在伺服电机中高梢度控制的优点，但是其鉴频鉴框部分杲在DSP模块中以软件编程的方式实现，以DSP内部的定时单元根据相位差比较计数结果输出不同占空比的PWM来对跟踪的电机调速的，实现了0.01%误差的高精度无刷直流电机控制.文献28采用单片DSPTM320LF2407A来实现对直流电机鉴相后驱动ML4428S实现直流电机的锁相控制，由于DSP处理是流水线处理，软件计算过程受DSP时钟周期影响，冯显英卩刃用89C51组成双闭环的锁相系统改造前苏联产5833型数控磨齿机，形成分齿的两个电机联动精度达到±0.2%的，齿轮加工蒂度65级，由于其在滤波环路中仍使用了低通滤波器，而且使用倍频编码器，虽然避免小数分频但是89C51承担了较大的分数分频计算，分频占用单片机时钟周期长