基于PC和运动控制器的数控滚齿机开发

2017-09-14毕加龙

科学中国人 2017年24期

关键词：工控机伺服电机机床

毕加龙

河海大学机电工程学院

基于PC和运动控制器的数控滚齿机开发

毕加龙

河海大学机电工程学院

为解决难加工齿轮的加工问题，缩短加工不同齿轮的准备时间，提高效率，基于工控机（IPC）和运动控制器搭建与开发一种可适应各种齿轮加工的数控滚齿机。机床以IPC和运动控制器为核心，由IPC传递指令给运动控制器，经伺服驱动器实时控制伺服电机，实现机床的各种工作状态。以C#为开发语言制作控制系统，实现齿轮加工的传动比要求，提高了齿轮加工的柔性和时效性。

数控滚齿机；工控机；运动控制器；程序设计

引言

随着数控技术和伺服驱动技术的发展与应用，将计算机技术与制造技术相融合成为一种主流研究方向。为实现滚刀旋转运动与毛胚旋转运动间的内传动关系，需使用大量齿轮传动机构。不仅难加工大质数齿轮，且柔性差，效率低。由于CNC系统具有灵活性、可靠性、使用和维修较为方便的特点，数控滚齿机解决了在加工不同指数齿轮时需要更换挂轮，改变内传动链的问题，大幅缩短生产时间，减少成本。

本文主要介绍了一种基于工控机和运动控制器的多功能数控滚齿机的构建。

1 数控滚齿机整体结构设计

根据滚齿机加工原理，得到数控滚齿机执行件分配图。由运动控制卡控制各伺服电机，四个伺服电机分别控制工作台水平方向的运动，刀架竖直方向的运动，从而实现滚刀与齿轮间定位要求，工件的旋转进给运动以及刀架的旋转定位。由变频器直接控制滚刀旋转运动，编码器将角位移转换为电信号。

图1 滚齿执行件分配图

2 数控滚齿机控制系统的硬件设计

数控滚齿机是工控机通过PCI总线技术向运动控制芯片传输数据，数据通过运动控制卡传输给伺服电机，并由伺服驱动器直接给伺服电机提供动力和控制信号。

该系统硬件全部安装在一台工控机内部，运动控制卡和运动控制芯片通过PCI总线技术和工控机联系起来。

3 使用界面设计

用C#进行界面的排版及编制，得到如图2交互界面。齿数的设置用于加工各种齿数的难加工齿轮；模数和厚度的设置用于满足各种加工要求；斜齿轮螺旋角与旋向的设置用于加工各种条件的斜齿轮；此外还可设置滚刀的参数和进给量以满足各种生产要求。

图2 交互界面设计

4 数控滚齿机控制系统的软件设计

此数控系统采用DOS平台，用C++语言编写。需完成以参数化输入（齿轮的模数、齿数、进给速度），并且所输入的参数要反馈到屏幕上，使用户得到结果的反馈。

图3 软件程序结构

此程序中最关键的是展成运动与附加运动的关系，对于不同的滚刀与工件，两者的运动合成是不一样的，其具体的判别如图3所示，由程序依次判定是否使用顺滚，是否使用右旋滚刀，是否加工右旋齿轮，再进行展成运动和附加运动的合成。

输入参数，如滚刀头数、旋向、转速、工件旋向等，采用右旋滚刀顺滚加工右旋齿轮时，工作台转速=展成运动产生的脉冲-附加运动产生的脉冲，，左旋齿轮，则工作台转速=展成运动产生的脉冲+附加运动产生的脉冲，其都通过运动控制器发送正向脉冲（顺时针转动）；若采用左旋滚刀顺滚加工，结果则是通过运动控制器发送反向脉冲（逆时针转动）；逆滚加工时情况类似。