CN100419604C - 数控滚齿机加工的零编程方法 - Google Patents

Abstract

一种数控滚齿机加工的零编程方法，涉及数控滚齿机的编程方法。本发明方法利用数控系统自带的键盘及数控系统，通过对工件、刀具、加工等参数进行设置、计算和验证，最后根据数控系统的编程格式，自动生成该齿轮的NC加工代码。本发明方法可嵌入数控系统中，其人机界面和数控机床的人机界面风格一致，直接在数控滚齿机上控制加工，因此加工出齿轮的质量稳定性好、工艺成熟度高，操作简便。本发明可广泛应用加工给种类型的齿轮。

Description

数控滚齿机加工的零编程方法

技术领域

本发明属于齿轮加工数控机床技术领域，特别涉及数控滚齿机加工的编程方法。

背景技术

在数控机床领域，目前使用的控制系统一般为通用型，如车床、铣床、加工中心等，但对一些特殊的机床如专用磨床，专用位置控制设备等都需要有自己专用界面，这样便于对设备的操作、管理。简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等是数控系统的发展趋势之一。齿轮及其切削刀具虽种类很多，轮廓曲线通常也颇为复杂，但由于其工作轮廓的形成具有规律性，只用若干个参数量可以决定，故它们在零件图纸上的描述却比较简明，往往采用不多的一些特征参数即可清楚地表示。如加工圆柱齿轮，决定圆柱齿轮形状的参数有分度圆螺旋角、基圆螺旋角、法面模数、端面模数、法面压力角、端面压力角、法面齿顶高系数、法面顶隙系数、分度圆直径、基圆直径、齿顶高、齿根高等；又如加工圆锥齿轮，决定圆锥齿轮的参数有分度角、分度圆、齿顶圆直径、齿根圆直径、顶锥角、根锥角、锥距、齿顶高、齿根高、齿根角、齿宽等；再如加工鼓形齿轮，决定鼓形齿轮的参数有鼓形量、鼓形齿轮外径、中心半径、接近行程等。总之，虽然它们的形状有大有小且较为复杂，但是决定其形状的参数是有限的，只是它们在数值上有差异而已。另一方面，由于滚齿机范成加工原理所决定，要求机床的刀具主轴和工件主轴之间满足严格的定比传动关系。故齿轮在切削成型之前，有关诸如刀具主轴转速、吃刀深度、进给走刀速率等切削参数的选择、调整，需要依靠这些工件及其切削刀具的特征参数(如滚刀螺旋升角γ0等)、结合机床设定的固有参数以及工件及切削刀具的安装参数，通过分析、计算来进行操作。故这些参数是齿轮数控加工编程的基础。

现有齿轮加工数控机床，包括：滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机、倒角机、磨齿机等。一般都采用手工编程方法，机床操作人员首先分析齿轮图样、进行工艺处理、数值计算、编程、键盘输入程序、程序校验等各步骤，然后齿轮加工机床按编好的加工程序完成对齿轮零件的加工。手工编程方法主要的不足之处是：①对编程人员的职业技术要求比较高；②编程时容易出错，特别是计算和键盘输入程序环节更容易出错，从而影响滚齿机的加工质量；③效率比较低，生产周期长，据统计表明，编程与机床加工的时间比平均为30∶1。

现有齿轮加工数控机床自动编程方法，如“中国学位论文全文数据库检索”中公开的硕士论文“齿轮加工图形参数化自动编程系统的研究与开发”和“基于AUTOCAD的数控自动编程系统研究”及“基于网络和AUTOCAD的数控自动编程系统开发技术的研究”，有的通过AutoCAD、Pro/E等软件在计算机上建模后，利用后续开发软件自动生成NC代码；也有的通过在计算机上开发软件调用绘图软件信息自动生成NC加工代码。上述方法的不足之处：上述的方法都是在计算机上实现，然后还要再通过计算机和数控机床联网把在计算机上生成的NC程序传输给数控机床，这样就还要考虑计算机和数控机床联网的问题。另外，一个数控机床需要配置一台计算机，故成本也比较高，对工人的职业要求也更高，要求操作工人会使用AutoCAD软件等。

发明内容

本发明的目的是针对现有齿轮加工数控机床的手工编程及自动编程方法的不足之处，提供一种数控滚齿机加工的零编程方法，可嵌入数控系统中，直接在数控机床上实现，更加方便、快捷，具有缩短生产周期，提高齿轮加工的工艺成熟度和齿轮加工的质量稳定性等特点。

本发明的目的是这样实现的：一种数控滚齿机加工的零编程程序方法，利用数控系统自带的键盘、数控系统，通过对工件、刀具、加工等参数进行设置、计算和验证，然后根据数控系统的编程格式自动生成该齿轮的NC加工代码可显示。其方法步骤如下：

(1)设置参数

在设置参数模块中，利用数控系统自带的键盘，设置加工齿轮的以下参数：

①设置工件参数

设置内容有：工件外径、工件齿数、法向模数、法向压力角、齿轮宽度、螺旋角、螺旋角方向、径向变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、工件外径修正量、下齿面与工作台之间的距离参数；

②设置刀具参数

设置内容有：刀具头数、刀具外径、法向模数、螺旋升角、螺旋方向、压力角、是否窜刀、窜刀起点、窜刀终点、每次窜刀量、每次窜刀加工件数参数；

③设置加工参数

设置内容有：进给量、切齿深度、滚刀速度、切削方式、切入方式、进给次数参数；

④设置其它参数

设置内容有：同步取消、外支架、冷却液、排屑、油雾分离器、夹具参数；

设置参数模块主要提供系统接受所需参数的人机界面，当输入参数后，控制系统自动的对这些参数进行赋值，为第(2)步验证、第(3)步计算和第(4)步编写程序打下基础。

(2)验证参数

通过程序在验证参数模块中对以下参数进行验证：

①工件外径验证：

Da₁＝D_g+2(ha^*+Xn)·Mn₁-(1～2)mm

式中：Da₁-工件外径

      Xn-工件径向变位系数

      ha^*-工件齿顶高系数

      Mn₁-工件法向模数

      D_g-工件分度圆直径

②切削全深量验证：

h＝(ha^*+c^*)·Mn₁+(1～2)mm

式中：h-切削全深量

      c^*-工件顶隙系数

③滚刀与工件模数验证：

Mn₀·cosα₀＝Mn₁·cosα₁

式中：α₁-工件法向压力角

      α₀-滚刀法向压力角

      Mn₀-滚刀法向模数

④滚刀外径验证：

Da₀≥d₀+(ha^*+c^*)·Mn₁

式中：Da₀-滚刀外径

      d₀-滚刀分度圆直径

⑤中心距验证：

$({\mathrm{Da}}_0+{\mathrm{Da}}_1)/2-h\≥(\frac{Z_d\·{\mathrm{Mn}}_0}{{\sin \mathrm{\γ}}_0}+\frac{D_g\·{\cos \mathrm{\α}}_1}{{\cos \mathrm{\α}}_{\text{0}}})\text{/2+Xn\·}{\mathrm{Mn}}_1$

式中：Z_d-滚刀头数

验证参数模块是根据齿轮和齿轮加工的特殊性，通过程序对齿轮所必须符合要求的约束关系的参数进行验证，这样可以保证生成程序的质量，防止误输入和错输入，当验证正确无误时，进行第(3)步计算；否则提示出错，返回第(1)步重新设置修改后的参数。

(3)计算

在第(2)步验证正确无误后，通过程序进行下列计算：

①滚刀转角γ计算：

若α、β同向时

γ＝-(|α|-|β|)

若α、β异向时

γ＝-(|α|+|β|)

式中：α-齿轮螺旋角

β-滚刀螺旋角

②5个重要位置坐标计算

滚刀在加工时的轨迹如图1所示，其中R为齿坯半径，r为滚刀半径，h为吃刀深度，B为齿厚，H为胎具高度。顺序为a→b→c→d→e。滚刀由起始点A(X₀，Z₀)快速进刀至B(X₁，Z₁)位置，然后转动滚刀和主轴，工进到加工位置C(X₂，Z₃)。当滚刀进给到D(X₃，Z₃)位置时，齿轮加工完毕，退刀至安全点E(X₄，Z₄)，然后快速退回起始点A(X₀，Z₀)，至此整个加工过程完毕。

显然A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₁，Z₁)这5个坐标位置在数控编程中非常重要，因为它们不仅关系到机床和滚刀的安全，而且还影响齿轮加工的精度。下面我们通过分析来计算它们与齿坯、滚刀及胎具等之间的关系。要计算上述5个重要位置的坐标，首先建立齿坯坐标系[O_g：X_g，Y_g，Z_g]和滚刀坐标系[O_d：X_d，Y_d，Z_d](如图2所示)，其中Y_d是滚刀轴线，它与齿轮端面成γ夹角；X_d与齿轮坐标系的X_dO_dY_d平面平行。设刀具坐标原点在齿轮坐标系中的坐标为(L，O，Z₀)，其中L是滚刀和齿坯的中心距，那么我们就可以得出齿坯坐标系和滚刀坐标系之间有以下的转换关系：

$\left[\begin{array}{c}{X}_g\\ Y_g\\ Z_g\\ 1\end{array}\right]\text{=}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& L\\ 0& \mathrm{cor\γ}& \sin \mathrm{\γ}& 0\\ 0& -\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& Z_0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_d\\ Y_d\\ Z_d\\ 1\end{array}\right]$

即：X_g＝L-X_d

Y_g＝Y_d·cosγ+Z_d·sinγ

Z_g＝-Y_d·sinγ+Z_d·cosγ+Z₀

为了提高齿轮加工的效率，需要确定滚刀开始和工件接触时(如图6所示)滚刀中心和齿坯端面之间的距离ΔH。假设滚刀上F点最先开始接触齿坯，在滚刀坐标系中，其坐标为(x，y，z)。在工件坐标系中，其坐标为(x′，y′，z′)，它们有如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^2+z^2\text{=}{r}^2\\ x^{\′2}\text{+}{y}^{\′2}=R^2\\ \mathrm{\ΔH}=y\·\sin \mathrm{\γ}+z\·\cos \mathrm{\γ}\end{array}\right.$

根据上述的坐标转换关系，可以得出

$\mathrm{\ΔH}=\sqrt{r^2-x^2}\·(\cos \mathrm{\γ}-\tan \mathrm{\γ}\·\sin \mathrm{\γ})+\sqrt{R^2-{(L-x)}^2}\·\tan \mathrm{\γ},x\∈(L-R,r)$

其中L＝R+r-h，那么当x在规定范围内取某值时，ΔH得到最大值ΔH′，这个距离即可避免滚刀与齿坯在加工之前发生碰撞。

下面计算A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)、E(X₄，Z₄)这5个重要位置(如图4所示)的坐标：

1)起始点A(X₀，Z₀)可根据机床运动的实际情况设定一个值，即为起始点A(X₀，Z₀)的坐标位置；

2)B(X₁，Z₁)坐标确定

X₁应大于滚刀和齿坯的中心距L，取

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=R+r-h+\Δx+100\\ Z_1=H+B+\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

式中：Δx为X方向修正量，R为工件半径，r为滚刀半径，H为胎具高度，B为齿轮厚度，ΔH′为滚刀与齿坯刚好接触时滚刀中心和齿坯端面之间的距离。

3)C(X₂，Z₂)坐标确定

X₂＝L，即

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_2=H+B+\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

4)D(X₃，Z₃)坐标确定

当加工完时，滚刀的位置由滚刀与工件切入位置进给至切出位置，则D(X₃，Z₃)点的位置确定为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_3=H-\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

5)E(X₄，Z₁)坐标确定

退刀时X₄应大于L，

$\left\{\begin{array}{c}{X}_4=R+r-h+\mathrm{\Δx}+5\\ Z_4=H-\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

③滚刀轴向进给速度计算：

在滚齿加工中，主要有以下4种运动：

1)滚刀的切削运动N_t(r/min)；

2)工件的分度运动N_i(r/min)；

3)滚刀轴向进给运动V_f(mm/min)；

4)工件的圆周进给运动N_f(r/min)。

这些运动速度按以下公式确定：

由于滚刀和工件进行的是啮合运动，所以分度运动和切削运动的关系式：

N_i＝K_d·N_t/Z_d ....................................①

式中：K_d-滚刀头数

      Z_d-工件齿数

滚刀轴向进给运动与工件运动的关系是：

V_f＝f_a·N_w........................................②

式中：f_a-工件每转滚刀轴向进给量(mm/r)

      N_w-工件实际转速(r/min)

工件的圆周进给运动，通过工件的螺旋线导程和滚刀轴向进给运动V_f得到：

N_f＝±V_f/P_z..........................................③

式中的符号：逆铣加工，工件螺旋方向与滚刀螺旋方向相同时取“+”号；相反时取“-”号；

顺铣加工，工件与滚刀螺旋方向相同时取“-”号；相反时取“+”号。

工件的螺旋线导程P_z由下式计算得到：

P_z＝M_n·π·Z_d/sinβ   ..............................④

式中：M_n-工件法向模数

      β-工件螺旋角

工件的实际运动N_w是分度运动N_f和圆周进给运动Ni的代数和，即

N_w＝N_i+N_f   .........................................⑤

将公式①、②、③代入⑤中得滚刀与工件的运动关系式：

N_w＝-K_d·N_t/[Z_d(1±f_a/P_z)]       ...................⑥

再将公式⑥代入②中得到滚刀轴向进给速度：

V_f＝f_a·N_w＝-f_a·K_d·N_t/[Z_d(1±f_a/P_z)]

计算模块是正确的计算在编程中所需的滚刀转角γ、5个坐标位置A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和滚刀轴向进给速度V_f；

(4)生成NC程序

①生成NC程序

根据第(3)-①步确定的滚刀转角γ、第(3)-②步确定的5个重要位置坐标A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和第(3)-③步确定的滚刀进给速度V_f，利用数控系统，按照数控系统的编程格式，在生成程序模块中自动生成NC程序；

②保存程序

当NC程序生成后，由操作人员选择，当需要保存时，先对NC程序进行保存后再进入第(4)-③步显示程序；当不需要保存时，直接进入第(4)-③步显示程序；

③显示程序

生成的NC程序，最后显示在数控系统的显示屏上。

生成程序模块是根据计算模块输出的结果和数控系统代码格式，编写完整的齿轮加工NC代码。可以根据需要保存程序，最后在数控机床显示屏上可以看到生成的NC程序。数控滚齿机通过NC代码控制加工齿轮。

本发明采用上述技术方案后，可嵌入数控系统中直接在数控滚齿机上控制加工，具有人机界面和数控机床的人机界面风格一致，操作简便，缩短生产周期，工艺成熟度高，加工出的齿轮质量稳定性好等特点。本发明可广泛应用于加工各类型的齿轮。

附图说明

图1为本发明的程序流程框图；

图2为滚齿过程轨迹图；

图3为滚刀和齿坯坐标图；

图4为滚刀和齿坯刚加工时的位置示意图；

图5图4的俯视图；

图6为滚刀和齿坯刚加工完成时的位置示意图；

图7为滚刀和齿坯运动分解图。

图中：1设置参数模块，2验证参数模块，3计算模块，4生成程序模块，5滚刀，6齿坯，7工作台。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

如图1-图7所示，本实施例利用西门子(SINUMERIK 840D)数控系统自带的键盘、数控系统，结合西门子HMI-OEM开发平台开发嵌入本发明程序至SINUMERIK 840D数控软件，通过本发明程序控制自动生成齿轮加工NC代码。一种数控滚齿机加工单联圆柱直齿轮/逆铣加工/一次进刀方式的零编程方法，其方法步骤如下：

(1)设置参数

在设置参数模块中，利用数控系统自带的键盘，设置单联圆柱直齿轮的以下参数：

①设置工件参数

设置内容有：工件外径、工件齿数、法向模数、法向压力角、齿轮宽度、螺旋角、螺旋角方向、径向变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、工件外径修下量、下齿面与工作台之间的距离参数；

②设置刀具参数

设置内容有：刀具头数、刀具外径、法向模数、螺旋升角、螺旋方向、压力角、是否窜刀、窜刀起点、窜刀终点、每次窜刀量、每次窜刀加工件数参数；

③设置加工参数

设置内容有：进给量、切齿深度、滚刀速度、切削方式、切入方式、进给次数参数；

④设置其它参数

设置内容有：同步取消、外支架、冷却液、排屑、油雾分离器、夹具参数；

设置参数模块主要提供系统接受所需参数的人机界面，当输入参数后，控制系统自动的对这些参数进行赋值，为第(2)步验证、第(3)步计算和第(4)步编写程序打下基础。

(2)验证参数

通过程序在验证参数模块中对以下参数进行验证：

①工件外径验证：

Da₁＝D_g+2(ha^*+Xn)·Mn₁-(1～2)mm

式中：Da₁-工件外径

      Xn-工件径向变位系数

      ha^*-工件齿顶高系数

      Mn₁-工件法向模数

      D_g-工件分度圆直径

②切削全深量验证：

h＝(ha^*+c^*)·Mn₁+(1～2)mm

式中：h-切削全深量

      c^*-工件顶隙系数

③滚刀与工件模数验证：

Mn₀·cosα₀＝Mn₁·cosα₁

式中：α₁-工件法向压力角

      α₀-滚刀法向压力角

      Mn₀-滚刀法向模数

④滚刀外径验证：

Da₀≥d₀+(ha^*+c^*)·Mn₁

式中：Da₀-滚刀外径

      d₀-滚刀分度圆直径

⑤中心距验证：

$\left({\mathrm{Da}}_0{+{\mathrm{Da}}_1}_{}\right)/2-h\≥(\frac{Z_d\·{\mathrm{Mn}}_0}{{\sin \mathrm{\γ}}_0}+\frac{D_g\·{\cos \mathrm{\α}}_1}{{\cos \mathrm{\α}}_0})/2+\mathrm{Xn}\·{\mathrm{Mn}}_1$

式中：Z_d-滚刀头数

验证参数模块是根据齿轮和齿轮加工的特殊性，通过程序对齿轮所必须符合要求的约束关系的参数进行验证，这样可以保证生成程序的质量，防止误输入和错输入，当验证正确无误时，进行第(3)步计算；否则提示出错，返回第(1)步重新设置修改后的参数。

(3)计算

在第(2)步验证正确无误后，通过程序进行下列计算：

①滚刀转角γ计算：

若α、β同向时

γ＝-(|α|-|β|)

若α、β异向时

γ＝-(|α|+|β|)

式中：α-齿轮螺旋角

      β-滚刀螺旋角

②5个重要位置坐标计算

1)起始点A(X₀，Z₀)可根据机床运动的实际情况设定一个值，即为起始点A(X₀，Z₀)的坐标位置；

2)B(X₁，Z₁)坐标确定

X₁应大于滚刀和齿坯的中心距L，取

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=R+r-h+\mathrm{\Δx}+100\\ Z_1=H+B+\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

式中：Δx为X方向修正量，R为工件半径，γ为滚刀半径，H为胎具高度，B为齿轮厚度，ΔH′为滚刀与齿坯刚好接触时滚刀中心和齿坯端面之间的距离。

3)C(X₂，Z₂)坐标确定

X₂＝L，即

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_2=H+B+\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

4)D(X₃，Z₃)坐标确定

当加工完时，滚刀的位置由滚刀与工件切入位置进给至切出位置，则D(X₃，Z₃)点的位置确定为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_3=H-\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

5)E(X₄，Z₄)坐标确定

退刀时X₄应大于L，

$\left\{\begin{array}{c}{X}_4=R+r-h+\mathrm{\Δx}+5\\ Z_4=H-\mathrm{\ΔH}\′\end{array}\right.$

③滚刀轴向进给速度计算：

由于滚刀和工件进行的是啮合运动，所以分度运动和切削运动的关系式：

N_i＝K_d·N_t/Z_d   ....................................①

式中：N_i-工件分度运动速度

      Nt-滚刀的切削运动速度

      K_d-滚刀头数

      Z_d-工件齿数

滚刀轴向进给运动与工件运动的关系是：

V_f＝f_a·N_w .........................................②

式中：V_f-滚刀轴向进给运动速度

      f_a-工件每转滚刀轴向进给量(mm/r)

      N_w-工件实际转速(r/min)

工件的圆周进给运动，通过工件的螺旋线导程和滚刀轴向进给运动V_f得到：

N_f＝±V_f/P_z.........................................③

式中：N_t-工件的圆周进给运动速度

当加工直齿轮时，N_f＝0。

工件的螺旋线导程P_z由下式计算得到：

P_z＝M_n·π·Z_d/sinβ  ..............................④

式中：M_n-工件法向模数

      β-工件螺旋角

工件的实际运动N_w是分度运动N_f和圆周进给运动N_i的代数和，即

N_w＝N_i+N_f  .........................................⑤

将公式①、②代入⑤中得滚刀与工件的运动关系式：

N_w＝-K_d·N_t/Z_d  ....................................⑥

再将公式⑥代入②中得到直齿轮滚刀轴向进给速度：

V_f＝f_a·N_w＝f_a·N_i＝f_a·K_d·N_t/Z_d

计算模块是正确的计算在编程中所需的滚刀转角γ、5个坐标位置A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和滚刀轴向进给速度V_f；

(4)生成NC程序

①生成NC程序

根据第(3)-①步确定的滚刀转角γ、第(3)-②步确定的5个重要位置坐标A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和第(3)-③步确定的滚刀进给速度V_f，利用数控系统，按照数控系统的编程格式，在生成程序模块中自动生成的NC程序如下：

G00 G90 X₁，Z₁，Aγ

IF外支架

M20

IF夹具

M10

IF冷却液

M7

IF窜刀

R20＝窜刀起始位置，R21＝窜刀中止位置，R22＝每次窜刀量，R23＝加工多少个工件窜刀，R24＝窜不窜刀

CUAN-DAO

R1＝工件模数，R2＝工件齿数，R3＝工件螺旋角，R4＝滚刀头数，R5＝滚刀升角

EG-ON

M3  S_滚刀

G00 G90 X₂

G01 G90 Z₃

F   V_f

G00 G90 X₄

M5

X₀，Z₀

IF同步取消

EG-OFF

IF外支架

M21

IF夹具

M11

IF冷却液

M9

M2

②保存程序

当NC程序生成后，由操作人员选择保存，先对NC程序进行保存后再进入第(4)-③步显示程序；

③显示程序

生成的NC程序，最后显示在数控系统的显示屏上。

数控滚齿机通过NC代码采用逆铣加工/一次进刀方式加工单联圆柱直齿轮。

Claims (2)

1. 一种数控滚齿机加工的零编程方法，利用数控系统自带的键盘、数控系统，其特征在于方法步骤如下：

(1)设置参数

在设置参数模块中，利用数控系统自带的键盘，设置加工齿轮的以下参数：

①设置工件参数

设置内容有：工件外径、工件齿数、法向模数、法向压力角、齿轮宽度、螺旋角、螺旋角方向、径向变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、工件外径修正量、下齿面与工作台之间的距离参数；

②设置刀具参数

设置内容有：刀具头数、刀具外径、法向模数、螺旋升角、螺旋方向、压力角、是否窜刀、窜刀起点、窜刀终点、每次窜刀量、每次窜刀加工件数参数；

③设置加工参数

设置内容有：进给量、切齿深度、滚刀速度、切削方式、切入方式、进给次数参数；

④设置其它参数

设置内容有：同步取消、外支架、冷却液、排屑、油雾分离器、夹具参数；

(2)验证参数

通过程序在验证参数模块中对以下参数进行验证：

①工件外径验证：

Da₁＝D_g+2(ha^*+Xn)·Mn₁-(1～2)mm

式中：Da₁-工件外径

Xn-工件径向变位系数

ha^*-工件齿顶高系数

Mn₁-工件法向模数

D_g-工件分度圆直径

②切削全深量验证：

h＝(ha^*+c^*)·Mn₁+(1～2)mm

式中：h-切削全深量

c^*-工件顶隙系数

③滚刀与工件模数验证：

Mn₀·cosα₀＝Mn₁·cosα₁

式中：α₁-工件法向压力角

α₀-滚刀法向压力角

Mn₀-滚刀法向模数

④滚刀外径验证：

Da₀≥d₀+(ha^*+c^*)·Mn₁

式中：Da₀-滚刀外径

d₀-滚刀分度圆直径

⑤中心距验证：

$({\mathrm{Da}}_0+{\mathrm{Da}}_1)/2-h\≥(\frac{Z_d\·{\mathrm{Mn}}_0}{{\sin \mathrm{\γ}}_0}+\frac{D_g\·{\cos a}_1}{{\cos a}_0})/2+\mathrm{Xn}\·{\mathrm{Mn}}_1$

式中：Z_d-滚刀头数

当验证正确无误时，进行第(3)步计算；否则提示出错，返回第(1)步重新设置修改后的参数；

(3)计算

在第(2)步验证正确无误后，通过程序进行下列计算：

①滚刀转角γ计算：

若α、β同向时

γ＝-(|α|-|β|)

若α、β异向时

γ＝-(|α|+|β|)

式中：α-齿轮螺旋角

β-滚刀螺旋角

②5个重要位置坐标计算

1)起始点A(X₀，Z₀)可根据机床运动的实际情况设定一个值，即为起始点A(X₀，Z₀)的坐标位置；

2)B(X₁，Z₁)坐标确定

X₁应大于滚刀和齿坯的中心距L，取

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=R+r-h+\mathrm{\Δx}+100\\ Z_1=H+B+{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

式中：Δx为X方向修正量，R为工件半径，r为滚刀半径，H为胎具高度，B为齿轮厚度，ΔH′为滚刀与齿坯刚好接触时滚刀中心和齿坯端面之间的距离。

3)C(X₂，Z₂)坐标确定

X₂＝L，即

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_2=H+B+{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

4)D(X₃，Z₃)坐标确定

当加工完时，滚刀的位置由滚刀与工件切入位置进给至切出位置，则D(X₃，Z₃)点的位置确定为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_3=H-{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

5)E(X₄，Z₄)坐标确定

退刀时X₄应大于L，

$\left\{\begin{array}{c}{X}_4=R+r-h+\mathrm{\Δx}+5\\ Z_4=H-{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

③滚刀轴向进给速度计算：

由于滚刀和工件进行的是啮合运动，所以分度运动和切削运动的关系式：

N_i＝K_d·N_t/Z_d....................................①

式中：N_i-工件分度运动速度

      Nt-滚刀的切削运动速度

      K_d-滚刀头数

      Z_d-工件齿数

滚刀轴向进给运动与工件运动的关系是：

V_f＝f_a·N_w................................................②

式中：V_f-滚刀轴向进给运动速度

f_a-工件每转滚刀轴向进给量(mm/r)

N_w-工件实际转速(r/min)

工件的圆周进给运动，通过工件的螺旋线导程和滚刀轴向进给运动V_f得到：

N_f＝±V_f/P_z..............................................③

式中：N_f-工件的圆周进给运动速度

式中的符号：逆铣加工，工件螺旋方向与滚刀螺旋方向相同时取“+”号；相反时取“-”号；

顺铣加工，工件与滚刀螺旋方向相同时取“-”号；相反时取“+”号。

工件的螺旋线导程P_z由下式计算得到：

P_z＝M_n·π·Z_d/sinβ...................................④

式中：M_n-工件法向模数

      β-工件螺旋角

工件的实际运动N_w是分度运动N_f和圆周进给运动N_i的代数和，即

N_w＝N_i+N_f............................................⑤

将公式①、②、③代入⑤中得滚刀与工件的运动关系式：

N_w＝-K_d·N_t/[Z_d(1±f_a/P_z)]............................⑥

再将公式⑥代入②中得到滚刀轴向进给速度：

V_f＝f_a·N_w＝-f_a·K_d·N_t/[Z_d(1±f_a/P_z)]

(4)生成NC程序

①生成NC程序

根据第(3)-①步确定的滚刀转角γ、第(3)-②步确定的5个重要位置坐标A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和第(3)-③步确定的滚刀进给速度V_f，利用数控系统，按照数控系统的编程格式，在生成程序模块中自动生成NC程序；

②保存程序

当NC程序生成后，由操作人员选择，当需要保存时，先对NC程序进行保存后再进入第(4)-③步显示程序；当不需要保存时直接进入第(4)-③步显示程序；

③显示程序

生成的NC程序，最后显示在数控系统的显示屏上。

2. 按照权利要求1所述的数控滚齿机加工的零编程方法，其特征在于一种数控滚齿机加工单联圆柱齿轮/逆铣加工/一次进刀方式的零编程方法，利用SINUMERIK 840D数控系统自带的键盘、数控系统，结合西门子HMI-OEM开发平台开发嵌入本发明程序至SINUMERIK840D数控软件，其方法步骤如下：

(1)设置参数

在设置参数模块中，利用数控系统自带的键盘，设置加工单联圆柱直齿轮的以下参数：

①设置工件参数

设置内容有：工件外径、工件齿数、法向模数、法向压力角、齿轮宽度、螺旋角、螺旋角方向、径向变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、工件外径修正量、下齿面与工作台之间的距离参数；

②设置刀具参数

设置内容有：刀具头数、刀具外径、法向模数、螺旋升角、螺旋方向、压力角、是否窜刀、窜刀起点、窜刀终点、每次窜刀量、每次窜刀加工件数参数；

③设置加工参数

设置内容有：进给量、切齿深度、滚刀速度、切削方式、切入方式、进给次数参数；

④设置其它参数

设置内容有：同步取消、外支架、冷却液、排屑、油雾分离器、夹具参数；

(2)验证参数

通过程序在验证参数模块中对以下参数进行验证：

①工件外径验证：

Da₁＝D_g+2(ha^*+Xn)·Mn₁-(1～2)mm

式中：Da₁-工件外径

      Xn-工件径向变位系数

      ha^*-工件齿顶高系数

      Mn₁-工件法向模数

      D_g-工件分度圆直径

②切削全深量验证：

h＝(ha^*+c^*)·Mn₁+(1～2)mm

式中：h-切削全深量

      c^*-工件顶隙系数

③滚刀与工件模数验证：

Mn₀·cosα₀＝Mn₁·cosα₁

式中：α₁-工件法向压力角

      α₀-滚刀法向压力角

      Mn₀-滚刀法向模数

④滚刀外径验证：

Da₀≥d₀+(ha^*+c^*)·Mn₁

式中：Da₀-滚刀外径

      d₀-滚刀分度圆直径

⑤中心距验证：

$({\mathrm{Da}}_0+{\mathrm{Da}}_1)/2-h\≥(\frac{Z_d\·{\mathrm{Mn}}_0}{\sin {\mathrm{\γ}}_0}+\frac{D_g\·{\cos a}_1}{{\cos a}_0})/2+\mathrm{Xn}\·{\mathrm{Mn}}_1$

式中：Z_d-滚刀头数

当验证正确无误时，进行第(3)步计算；否则提示出错，返回第(1)步重亲设置修改后的参数。

(3)计算

在第(2)步验证正确无误后，通过程序进行下列计算：

①滚刀转角γ计算：

若α、β同向时

γ＝-(|α|-|β|)

若α、β异向时

γ＝-(|α|+|β|)

式中：α-齿轮螺旋角

      β-滚刀螺旋角

②5个重要位置坐标计算

1)起始点A(X₀，Z₀)可根据机床运动的实际情况设定一个值，即为起始点A(X₀，Z₀)的坐标位置；

2)B(X₁，Z₁)坐标确定

X₁应大于滚刀和齿坯的中心距L，取

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=R+r-h+\mathrm{\Δx}+100\\ Z_1=H+B+{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

式中：Δx为X方向修正量，R为工件半径，r为滚刀半径，H为胎具高度，B为齿轮厚度，ΔH′为滚刀与齿坯刚好接触时滚刀中心和齿坯端面之间的距离。

3)C(X₂，Z₂)坐标确定

X₂＝L，即

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_2=H+B+{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

4)D(X₃，Z₃)坐标确定

当加工完时，滚刀的位置由滚刀与工件切入位置进给至切出位置，

则D(X₃，Z₃)点的位置确定为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=R+r-h+\mathrm{\Δx}\\ Z_3=H-{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

5)E(X₄，Z₄)坐标确定

退刀时X₄应大于L，

$\left\{\begin{array}{c}{X}_4=R+r-h+\mathrm{\Δx}+5\\ Z_4=H-{\mathrm{\ΔH}}^{\′}\end{array}\right.$

③滚刀轴向进给速度计算：

由于滚刀和工件进行的是啮合运动，所以分度运动和切削运动的关系式：

N_i＝K_d·N_t/Z_d....................................①

式中：N_i-工件分度运动速度

      Nt-滚刀的切削运动速度

      K_d-滚刀头数

      Z_d-工件齿数

滚刀轴向进给运动与工件运动的关系是：

V_f＝f_a·N_w....................................②

式中：V_f-滚刀轴向进给运动速度

      f_a-工件每转滚刀轴向进给量(mm/r)

      N_w-工件实际转速(r/min)

工件的圆周进给运动，通过工件的螺旋线导程和滚刀轴向进给运动V_f得到：

N_f＝±V_f/P_z....................................③

式中：N_f-工件的圆周进给运动速度

      当加工直齿轮时，N_f＝0。

      工件的螺旋线导程P_z由下式计算得到：

P_z＝M_n·π·Z_d/sinβ....................................④

式中：M_n-工件法向模数

      β-工件螺旋角

工件的实际运动N_w是分度运动N_f和圆周进给运动N_i的代数和，即

N_w＝N_i+N_f....................................⑤

将公式①、②代入⑤中得滚刀与工件的运动关系式：

N_w＝-K_d·N_t/Z_d....................................⑥

再将公式⑥代入②中得到直齿轮滚刀轴向进给速度：

V_f＝f_a·N_w＝f_a·N_i＝f_a·K_d·N_t/Z_d

(4)生成NC程序

①生成NC程序

根据第(3)-①步确定的滚刀转角γ、第(3)-②步确定的5个重要位置坐标A(X₀，Z₀)、B(X₁，Z₁)、C(X₂，Z₂)、D(X₃，Z₃)及E(X₄，Z₄)和第(3)-③步确定的滚刀进给速度V_f，利用数控系统，按照数控系统的编程格式，在生成程序模块中自动生成的NC程序如下：

G00 G90 X₁，Z₁，Aγ

IF外支架

M20

IF夹具

M10

IF冷却液

M7

IF窜刀

R20＝窜刀起始位置，R21＝窜刀中止位置，R22＝每次窜刀量，R23＝加工多少个工件窜刀，R24＝窜不窜刀

CUAN-DAO

R1＝工件模数，R2＝工件齿数，R3＝工件螺旋角，R4＝滚刀头数，R5＝滚刀升角

EG-ON

M3 S_滚刀

G00 G90 X₂

G01 G90 Z₃

F V_f

G00 G90 X₄

M5

X₀，Z₀

IF同步取消

EG-OFF

IF外支架

M21

IF夹具

M11

IF冷却液

M9

M2

②保存程序

当NC程序生成后，由操作人员选择保存，先对NC程序进行保存后再进入第(4)-③步显示程序；

③显示程序

生成的NC程序，最后显示在数控系统的显示屏上。

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