CN101332524A - 数控展成磨齿机及展成磨齿机的数控装置和驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控展成磨齿机、一种展成磨齿机的数控装置和一种展成磨齿机的驱动方法。本发明通过数控装置分别控制电机驱动工作台滑块作直线运动、电机驱动工作台作往复圆周摆动，而不需要由电机通过多级机械传动结构驱动工作台作往复圆周摆动，从而使得工作台滑块和工作台带动待加工齿轮所作的展成运动中，不存在由传动部件的加工精度和安装精度所导致的机械传动误差，从而提高了展成磨齿机的加工精度。而且，由于用电机替代了大量的机械传动结构，展成磨齿机发生故障的概率也大大降低。

Description

数控展成磨齿机及展成磨齿机的数控装置和驱动方法

技术领域

本发明涉及数控加工技术，特别涉及一种数控展成磨齿机、一种展成磨齿机的数控装置和一种展成磨齿机的驱动方法。

背景技术

齿轮在经过例如滚切、铣削等粗加工成形之后，往往还需要根据齿轮的实际应用情况再对其进行精加工。

对齿轮的精加工可以通过磨齿机的磨削来实现。按照磨削的原理，磨齿机可大致分为成形磨齿机和展成磨齿机两类。成形磨齿机利用形线类似于齿轮形线的砂轮对齿轮进行磨削，而展成磨齿机则是带动齿轮旋转并带动该齿轮在直线方向上移动，即带动齿轮沿着符合该齿轮渐开线的轨迹进行展成运动，同时利用形线为直线的砂轮对齿轮进行磨削。

图1为现有展成磨齿机的结构示意图。如图1所示，通常的展成磨齿机至少包括：工作台底座11、工作台滑座12、工作台13、立柱底座14、立柱15，还包括由砂轮滑板16、砂轮修整器17和砂轮18构成的砂轮组件。

工作台底座11上表面具有一导轨111，工作台滑座12安装于工作台底座11的导轨111上，能够沿导轨111水平滑动，即在X轴方向上滑动。

工作台13，通常为一个扁平圆柱体，安装于工作台滑座12上表面，且轴线C垂直于工作台滑座12上表面，使得工作台13能够绕其轴线C旋转。工作台13的上表面用于放置待加工的齿轮。

立柱底座14位于工作台底座11垂直于导轨101方向的一侧，例如如图1所示的Y轴正方向的一侧。立柱底座14上表面具有一平行于Y轴的导轨141，即导轨141与导轨111相互垂直。

立柱15安装于立柱底座14的导轨141上，能够沿导轨141水平滑动，即在Y轴方向上滑动。立柱15靠近工作台13的一侧具有一导轨151，导轨151垂直于工作台13的上表面。

砂轮滑板16安装于立柱15的导轨151上，能够沿导轨151水平滑动，即在W轴方向上滑动。砂轮修整器17安装于砂轮滑板16靠近工作台13的一面上，且能够绕轴线B旋转。砂轮18，通常为直线线形的锥形砂轮，安装于砂轮修整器17上，且砂轮18的轴线SP平行于工作台底座11的导轨111，距砂轮18有一定距离，使得砂轮18不与砂轮修整器17发生接触。

这样，将待加工齿轮平放在工作台13上，根据待加工齿轮的径向尺寸调整立柱15在Y轴方向的位置。然后由工作台滑座12带动齿轮在X轴正负方向上移动，同时由工作台13带动齿轮绕轴线C往复圆周摆动，实现待加工齿轮的展成运动，并启动砂轮组件的砂轮电机带动砂轮18绕其轴线SP旋转，根据待加工齿轮的厚度，手动带动砂轮组件、或控制砂轮组件中的另一电机，带动砂轮组件在W轴方向作控制砂轮滑板作上、下冲程运动，由砂轮18对待加工齿轮齿间的左、右两面进行磨削。

完成每一个齿间的左、右两面的磨削之后，工作台13需要准确转动角度1/Z，以便磨削下一个齿间的左、右两面，即实现分齿运动。其中，Z表示待加工齿轮的齿数。

展成磨齿机最主要和最关键的动作就是带动待加工齿轮作展成运动和分齿运动。上述展成磨齿机为一种非数控机床，展成运动中的直线运动是由一个电机驱动工作台滑座13来实现的，而展成运动中的旋转和分齿运动则是由同一个电机通过各种多级机械传动结构驱动工作台13来实现的。

图2a和图2b为现有展成磨齿机中工作台滑座和工作台的运动连接结构示意图。如图2a所示，工作台滑座12和电机10通过丝杠101-螺母副102结构相连，丝杠101轴线平行于工作台底座11的导轨111，其一端与电机10的驱动轴相连，螺母副102固定在工作台滑座12的下表面；工作台13通过挂轮、行星差动机构104等多级机械传动结构与电机10相连。如图2b所示，挂轮、行星差动机构104包括：交换挂轮b、c、d和分度挂轮A、B、C、D。

电机10通过丝杠101-螺母副102结构驱动工作台滑座12沿丝杠101的轴向运动，使得工作台滑座12通过工作台13带动待加工齿轮作往复直线运动；同时，电机10通过花键套1041带动交换挂轮a、并由交换挂轮a逐级带动交换挂轮b、c、d、分度定位盘1042、内部传动齿轮1045、分度挂轮A、B、C、D、蜗杆1040，驱动工作台13带动待加工齿轮作往复圆周摆动。这两个运动在一个电机驱动下同步协调动作，使装夹在工作台13上的待加工齿轮相对砂轮18的锥面母线，在平行于工作台13上表面的水平面内作展成运动。

同理，分度运动也可以是由电机10通过多级机械传动结构驱动工作台13来实现的。还可以如图2b所示，由分度电机20与电磁离合器相连21，当需要分度运动时，电磁离合器21接合。这样，分度电机20通过花键套1043、内部传动齿轮1046、分度挂轮A、B、C、D、涡杆1040，驱动工作台13转动一定的角度，即一个齿所需的角度。

展成磨齿机中，通常还包括切向进给机构19，用于确定工作台滑座12在X方向上位移量，即对待加工齿轮左、右齿面的进给量。

然而，类似于如图1、图2a和2b所示的非数控展成磨齿机中，不论工作台与电机采用何种多级机械传动结构，传动路径长而复杂，使得需要的传动部件数量较多结构复杂，且各传动部件存在加工精度误差、安装误差等误差，从而不可避免地导致较大的传动误差，使得待加工齿轮的展成运动轨迹存在偏差，进而影响到最终的齿轮加工精度。

此外，由电机通过多级机械传动结构驱动工作台还存在以下缺点：

不同待加工齿轮的渐开线也不相同，为了使得磨齿机带动待加工齿轮所作的展成运动轨迹符合不同的渐开线，需要频繁调整多级机械传动结构中的传动部件，以调整传动比等参数。例如，根据待加工齿轮的渐开线，查表计算挂轮行星机构中所有传动齿轮的各项参数和安装位置，选择符合要求的齿轮并安装定位。但如果计算或安装出现误差，将进一步导致展成运动的轨迹与待加工齿轮的渐开线偏差，从而严重影响待加工齿轮的齿形精度等级，甚至损坏待加工齿轮。且实际加工过程中，可能由于齿轮规格有限，不一定能够及时获得符合要求的传动齿轮，从而有效无法实现对所有待加工齿轮的磨削。

可见，现有展成磨齿机的加工精度低，而且可靠性和通用性也不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种数控展成磨齿机、一种展成磨齿机的数控装置和一种展成磨齿机的驱动方法，能够提高展成磨齿机的加工精度。

本发明提供的一种数控展成磨齿机，包括：工作台底座、工作台滑座、工作台、立柱以及砂轮组件，所述工作台滑座可滑动地安装于工作台底座上，所述工作台安装于所述工作台滑座上用来放置待加工齿轮，所述工作台可绕一旋转轴线旋转；所述数控展成磨齿机进一步包括：第一电机、第二电机和数控装置，其中，所述数控装置与所述第一电机和所述第二电机相连，用于根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座的位移与工作台旋转角度的展成比值，并控制所述第一电机和所述第二电机分别驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

该数控展成磨齿机进一步包括与所述数控装置相连的第一位置测量装置，用于测量所述工作台在所述工作台滑座带动下的直线位移，得到第一测量结果，将第一测量结果输出给所述数控装置；所述数控装置根据第一测量结果确定工作台滑座的位移补偿。

所述第一位置测量装置为光栅尺或与第一电机相连的编码器。

该数控展成磨齿机进一步包括与所述数控装置相连的第二位置测量装置，用于测量所述工作台绕所述旋转轴线的摆动角度，得到第二测量结果，将第二测量结果输出给所述数控装置；所述数控装置根据第二测量结果确定工作台的旋转角度补偿。

所述第二位置测量装置为圆光栅尺或与第二电机相连的编码器。

所述数控装置包括轨迹运算单元、控制输出单元和反馈补偿单元，其中，所述轨迹运算单元根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算得到工作台滑座的位移与工作台旋转角度的展成比值；所述反馈补偿单元与所述第一位置测量装置和所述第二位置测量装置相连，分别根据第一测量结果和第二测量结果确定工作台滑座的位移补偿和工作台的旋转角度补偿；所述轨迹运算单元进一步与所述反馈补偿单元相连，根据确定的所述位移补偿和旋转角度补偿，调整计算得到的所述展成比值；所述控制输出单元与所述轨迹运算单元相连，控制所述第一电机和所述第二电机分别驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

所述数控装置进一步包括与所述控制输出单元相连的分度控制单元，用于在完成每一个齿间的左、右两面的磨削之后，向控制输出单元输出表示工作台旋转角度1/Z的分度运动指示，其中，Z表示待加工齿轮的齿数；所述控制输出单元根据所述分度控制信号控制所述第二电机驱动工作台进行分度运动。

所述第一电机与所述工作台滑座通过蜗轮—蜗杆结构相连、或通过蜗杆—螺母副结构相连、或直接相连；所述第二电机与所述工作台通过蜗轮—蜗杆结构相连、或者直接相连。

本发明提供的一种展成磨齿机的数控装置，包括轨迹运算单元和控制输出单元，其中，所述轨迹运算单元根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算展成磨齿机的工作台滑座在直线方向上的位移与展成磨齿机的工作台绕其旋转轴线的旋转角度的展成比值；所述控制输出单元与所述轨迹运算单元相连，控制驱动工作台滑座的电机和驱动工作台的电机分别驱动所述工作台滑座和所述工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

所述数控装置进一步包括反馈补偿单元，用于接收反馈的所述工作台滑座的直线位移和所述工作台的旋转角度，确定所述工作台滑座的位移补偿和所述工作台的旋转角度补偿；所述轨迹运算单元进一步与所述反馈补偿单元相连，根据确定的所述位移补偿和旋转角度补偿，调整计算得到的所述展成比值。

所述数控装置进一步包括与所述控制输出单元相连的分度控制单元，用于在每完成一个齿间的左、右两面的磨削之后，向所述控制输出单元输出表示工作台旋转角度1/Z的分度运动指示，其中，Z表示待加工齿轮的齿数；所述控制输出单元根据接收到的分度运动指示，控制驱动工作台的电机驱动所述工作台进行分度运动。

本发明提供的一种展成磨齿机的驱动方法，用来驱动展成磨齿机的工作台滑座和工作台来加工待加工齿轮，所述工作台可绕一旋转轴线旋转，所述驱动方法包括以下步骤：根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；

分别驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

在所述计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值之前进一步包括：根据待加工齿轮参数，确定分度运动所需的分度定位。

在所述驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动之后进一步包括：控制工作台带动待加工齿轮进行分度运动，旋转角度1/Z，然后继续下一个齿槽对应的左右齿面的磨削加工，其中，Z为待加工齿轮的齿数。

所述待加工齿轮为圆柱齿轮，所述根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值为：通过公式 $\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_t\mathrm{Z\π}}$ 计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕所述旋转轴线旋转的展成角度；m_t为待加工齿轮的端面模数；Z为齿数；或者，所述待加工齿轮为斜齿轮，所述根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值为：通过公式 $\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_n\mathrm{Z\π}}\cos \mathrm{\β}$ 计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕所述旋转轴线旋转的展成角度；m_n为待加工齿轮的法向模数；Z为齿数；β为待加工齿轮的螺旋角。

由上述技术方案可见，本发明通过数控装置分别控制电机驱动工作台滑块作直线运动、电机驱动工作台作往复圆周摆动，而不需要由电机通过多级机械传动结构驱动工作台作往复圆周摆动，从而使得工作台滑块和工作台带动待加工齿轮所作的展成运动中，不存在由传动部件的加工精度和安装精度所导致的机械传动误差，从而提高了展成磨齿机的加工精度。而且，由于用一个电机替代了大量的机械传动结构，展成磨齿机发生故障的概率也大大降低。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有展成磨齿机的结构示意图；

图2a和2b为现有展成磨齿机中工作台滑座和工作台的运动连接结构示意图；

图3为本发明实施例中数控展成磨齿机的结构示意图；

图4a～4c为本发明实施例中数控展成磨齿机的工作台滑座和工作台的运动连接结构示意图；

图5为本发明实施例中展成磨齿机的数控装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中展成磨齿机的驱动方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例中，去除驱动工作台滑座移动的电机与工作台之间的各种机械传动结构，采用两个电机分别驱动工作台滑座的水平运动和工作台的往复圆周摆动。

其中，两个电机可以分别与工作台滑座和工作台通过单级传动的简单机械传动结构相连，或者通过类似于连轴器的机械连接结构直接相连。

图3为本发明实施例中数控展成磨齿机的结构示意图。如图3所示，本实施例中的数控展成磨齿机包括：工作台底座11、工作台滑座12、工作台13、立柱底座14、立柱15和包括砂轮18的砂轮组件。

该数控展成磨齿机中，还包括电机31、电机32和数控装置30。

数控装置30与电机31和电机32相连，同时向电机31和电机32输出控制信号，控制电机31驱动工作台滑座12带动工作台13沿工作台底座11上的导轨111作直线运动，同时控制电机32驱动工作台13绕轴线C作往复圆周摆动，从而使得放置在工作台13上的待加工齿轮能够作符合其渐开线的展成运动。

数控装置30还可以在展成完毕每一个齿间的左、右两面之后，控制电机32驱动工作台13转动角度1/Z，以便磨削下一个齿间的左、右两面，即实现分齿运动。其中，Z表示待加工齿轮的齿数。

对于展成运动：数控装置30可根据外部输入的待加工齿轮参数，例如齿数、法面模数、法面压力角、螺旋角、齿面宽、砂轮齿型角、砂轮的倾斜角、齿顶高系数、顶隙系数、齿高变位系数等，按照预设规则计算出准确的展成位置比例值，即每个单位时间内的X轴方向位移与绕旋转轴线C的旋转角度之比，并按照计算得出的比例值分别向电机31和电机32输出相应的控制信号。

对于分齿运动：数控装置30可根据外部输入的待加工齿轮的总齿数、要求的分度齿数及分度旋转方向等参数，向电机32输出相应的控制信号，驱动工作台13绕旋转轴C进行分齿运动。

该数控展成磨齿机中，还可以包括用于提高定位精度的位置测量装置33和位置测量装置34，均与数控装置30相连。

位置测量装置33，测量工作台13在工作台滑座12的带动下，沿工作台底座11上的导轨111的位移量，并将测量得到的位移量输出给数控装置30。

位置测量装置34，测量工作台13绕轴线C的旋转角度，并将测量得到的旋转角度输出给数控装置30。

数控装置30接收位置测量装置33输出的位移量和位置测量装置34输出的旋转角度，根据接收到的位移量和旋转角度，对工作台13和工作台滑座12联合的展成运动进行位置补偿，并生成相应的控制信号输出给控制电机31和电机32。

其中，控制信号可以包括脉冲频率、脉冲数量和电机转向。

上述数控展成磨齿机中，位置测量装置33可以为实现闭环反馈的光栅尺或半闭环反馈的编码器，如果是光栅尺，则可以固定在平行于工作台底座11的导轨111的任何位置，能够测量工作台滑座12带动工作台13在导轨111方向上的位移大小，如果是编码器，则可以与电机31相连，测量电机31的转数；位置测量装置34可以为实现闭环反馈的圆光栅尺或实现半闭环反馈的编码器，如果是圆光栅尺，则可按照其轴线与工作台13的旋转轴线C重合的方式固定，如果是编码器，则可以与电机32相连，测量电机32的转数；电机31和电机32可以本别为交流伺服电机、步进电机等；电机31和电机32可以分别与工作台滑座和工作台通过各种单级传动的简单机械传动结构或直接相连。

图4a～4c为本发明实施例中数控展成磨齿机的工作台滑座和工作台的运动连接结构示意图。

如图4a所示，工作台滑座12与电机31通过丝杠101-螺母副102结构相连，丝杠101一端固定于工作台底座11上，另一端与电机31的驱动轴相连，丝杠101的轴线平行于工作台底座11的导轨111，螺母副102固定在工作台滑座12的下表面；工作台13下表面与蜗杆332相连，蜗杆332的轴线与工作台13的旋转轴线C重合，蜗杆332与固定在电机32驱动轴上的蜗轮331相连。

如图4b所示，工作台滑座12下表面安装一蜗轮321，蜗轮321的轴线平行于工作台13的上表面，且蜗轮321不与工作台滑座12下表面发生接触，蜗轮321与蜗杆322相连，蜗杆322的轴线平行于工作台底座11的导轨111，蜗杆322-端与电机31的驱动轴相连；工作台13下表面具有一轴线与旋转轴线C重合的圆柱凸台334，通过连轴器333直接与电机32的驱动轴相连。

如图4c所示，电机31为一直线电机，直接与工作台滑座12相连；电机32为-力矩电机，直接与工作台13相连。

除上述连接方式之外，还可以采用各种单级传动的机械传动结构或其它直接相连的方式，实现电机31与工作台滑座12的连接、电机32与工作台13的连接。例如，还可将电机32的驱动轴焊接在工作台13的下表面，且使得该驱动轴的轴线与旋转轴线C重合。

本发明实施例中的数控装置30可以为数控系统内部的一个功能单元，也可以为一个独立的装置。具体应用中，数控系统可以为例如SIEMENS 840D等各种数控系统。

图5为本发明实施例中展成磨齿机的数控装置的结构示意图。如图5所示，本实施例中的数控装置30包括：轨迹运算单元301、反馈补偿单元302、控制输出单元303和分度控制单元304。

轨迹运算单元301，根据输入的待加工齿轮参数，确定待加工齿轮的渐开线轨迹；根据确定的渐开线轨迹，计算工作台滑座12在直线方向上的位移与工作台13旋转角度的展成比值。

其中，待加工齿轮参数通常包括：齿数、法面模数、法面压力角、螺旋角、齿面宽、砂轮齿型角、砂轮的倾斜角、齿顶高系数、顶隙系数、齿高变位系数等。

反馈补偿单元302，根据位置测量单元33反馈的位移量和位置测量单元34反馈的旋转角度，确定对工作台滑座12的位移补偿和对工作台13的旋转角度补偿。

运动运算单元301还与反馈补偿单元302相连，接收确定的位移补偿和旋转角度补偿；根据接收到的位移补偿和旋转角度补偿，调整计算得到的展成比值。

控制输出单元303与轨迹运算单元301相连，接收工作台滑座12的直线位移与工作台13旋转角度的展成比值，分别向电机31和电机32输出符合展成比值的展成运动控制信号。

分度控制单元304与控制输出单元303相连，完成每一个齿间的左、右两面的磨削之后或其他任意时刻接收到的外部输入信号，向控制输出单元303输出表示工作台13旋转角度1/Z的分度运动指示，其中，Z表示待加工齿轮的齿数。

此时，控制输出单元303根据接收到的分度控制信号，向所述电机32输出分度运动控制信号。

上述数控装置30中，还可以包括控制砂轮组件中的砂轮电机的功能单元，从而实现对展成磨齿机中所有部件的数字化控制；轨迹运算单元301、反馈补偿单元302和分度控制单元304可以由计算机控制代码(Numerical Code，NC)来实现；控制输出单元303可以由可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)来实现。

实际应用中，上述数控装置30能够在展成磨削待加工齿轮时，分别控制工作台滑座12和工作台13在X轴方向上和绕轴线C旋转的方向上，按照计算得到的展成比值进行恒线性运动并确定实际行程。但是某些特定情况下，也可以取消X轴方向和绕轴线C旋转的方向的展成关系，即由控制输出单元303单独向电机31或电机32输出相应的控制信号。例如，在需要绕轴线C单独旋转进行分度运动，或者需要在X轴方向上单独移动进行切向消隙进给运动。

针对不同规格的齿轮，其展成比值不同。这样，如果数控装置30为SIEMENS 840D数控系统中的功能单元，还可利用SIEMENS 840D数控系统的多种数据选择功能，使展成运动的特性在加工不同齿轮时均能达到最佳状态。在磨削加工过程中，还可选择不同的位置环增益、速度环增益等参数，进而使展成运动的动态特性、跟随误差保持一致。

考虑到加工过程中的实际操作情况，本实施例中的数控展成磨齿机还可以通过手动操作实现部分功能。

基于操作方便准确的要求，在手动操作时，操作者可以按照待加工齿轮的不同情况，在保证每个齿槽对准砂轮18的前提下，根据齿数任意确定分齿定位、以及磨削时左右齿面的切向进给量。为保证待加工齿轮能够在工作台13的带动下旋转，在校正加工位置时，操作者需要确保待加工齿轮与工作台13旋转轴线C的同轴度。

以上是对本发明实施例中数控展成磨齿机及其数控装置和内部连接结构的详细说明。下面，再对本发明实施例中展成磨齿机的数控方法进行说明。

图6为本发明实施例中展成磨齿机的驱动方法的流程示意图。如图6所示，本实施例中展成磨齿机的驱动方法包括以下步骤：

步骤601，根据待加工齿轮参数，确定该齿轮的渐开线轨迹，并确定分度定位。

步骤602，根据确定的渐开线轨迹，计算工作台滑座12在直线方向上的位移与工作台13旋转角度的展成比值。

步骤603，分别驱动工作台滑座12和驱动工作台13进行符合展成比值的展成运动。

步骤604，完成当前齿槽对应的左右齿面的磨削加工后，驱动工作台13带动待加工齿轮进行分度运动，旋转角度1/Z，然后返回步骤602继续下一个齿槽对应的左右齿面的磨削加工。

其中，Z为待加工齿轮的齿数。

本步骤之前，如果已完成对当前待加工齿轮所有齿面的加工，则直接结束本流程。

上述流程中，步骤602计算展成比值的过程可以表示为如下公式：

对于圆柱齿轮：

$\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_t\mathrm{Z\π}}$

其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕C轴旋转的展成角度；m_t为待加工齿轮的端面模数；Z为齿数。

$\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_n\mathrm{Z\π}}\cos \mathrm{\β}$

其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕C轴旋转的展成角度；m_n为待加工齿轮的法向模数；Z为齿数；β为待加工齿轮的螺旋角。

由上述实施例可见，本发明将现有工作台滑块和工作台的运动结构简化为：一个电机直接驱动工作台滑块带动工作台作往复直线运动，其位置精度可根据光栅尺或编码器等位置测量装置的反馈来控制；另一个电机直接驱动圆工作台作往复圆周摆动，其位置精度可根据圆光栅尺或编码器等位置测量装置的反馈来控制。从而上述方案使得基于机械传动结构的传动路径大为缩短，几乎消除了所有传动部件的制造误差、安装误差对齿轮加工误差的影响，大大提高展成磨齿机的加工精度。而且，由于去除了大量的机械传动结构，展成磨齿机发生故障的概率也将大大降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种数控展成磨齿机，包括：工作台底座(11)、工作台滑座(12)、工作台(13)、立柱(15)以及砂轮组件，

所述工作台滑座(12)可滑动地安装于工作台底座(11)上，所述工作台(13)安装于工作台滑座(12)上用来放置待加工齿轮，所述工作台(13)可绕一旋转轴线旋转；

其特征在于，所述数控展成磨齿机进一步包括：第一电机(31)、第二电机(32)和数控装置(30)，其中，

所述数控装置(30)与所述第一电机(31)和所述第二电机(32)相连，用于根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座(12)的位移与工作台(13)旋转角度的展成比值，并控制所述第一电机(31)和所述第二电机(32)分别驱动工作台滑座(12)和工作台(13)进行符合所述展成比值的展成运动。

2.如权利要求1所述的数控展成磨齿机，其特征在于，进一步包括与所述数控装置(30)相连的第一位置测量装置(33)，用于测量所述工作台(13)在所述工作台滑座(12)带动下的直线位移，得到第一测量结果，将第一测量结果输出给所述数控装置(30)；

所述数控装置(30)根据第一测量结果确定工作台滑座(12)的位移补偿。

3.如权利要求2所述的数控展成磨齿机，其特征在于，所述第一位置测量装置(33)为光栅尺或与第一电机(31)相连的编码器。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的数控展成磨齿机，其特征在于，进一步包括与所述数控装置(30)相连的第二位置测量装置(34)，用于测量所述工作台(13)绕所述旋转轴线的摆动角度，得到第二测量结果，将第二测量结果输出给所述数控装置(30)；

所述数控装置(30)根据第二测量结果确定工作台(13)的旋转角度补偿。

5.如权利要求4所述的数控展成磨齿机，其特征在于，所述第二位置测量装置(34)为圆光栅尺或与第二电机(32)相连的编码器。

6.如权利要求4所述的数控展成磨齿机，其特征在于，所述数控装置(30)包括轨迹运算单元(301)、控制输出单元(303)和反馈补偿单元(302)，其中，

所述轨迹运算单元(301)根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算得到工作台滑座(12)的位移与工作台(13)旋转角度的展成比值；

所述反馈补偿单元(302)与所述第一位置测量装置(33)和所述第二位置测量装置(34)相连，分别根据第一测量结果和第二测量结果确定工作台滑座(12)的位移补偿和工作台(13)的旋转角度补偿；

所述轨迹运算单元(301)进一步与所述反馈补偿单元(302)相连，根据确定的所述位移补偿和旋转角度补偿，调整计算得到的所述展成比值；

所述控制输出单元(303)与所述轨迹运算单元(301)相连，控制所述第一电机(31)和所述第二电机(32)分别驱动工作台滑座(12)和工作台(13)进行符合所述展成比值的展成运动。

7.如权利要求6所述的数控展成磨齿机，其特征在于，所述数控装置(30)进一步包括与所述控制输出单元(303)相连的分度控制单元(304)，用于在完成每一个齿间的左、右两面的磨削之后，向控制输出单元(303)输出表示工作台(13)旋转角度1/Z的分度运动指示，其中，Z表示待加工齿轮的齿数；

所述控制输出单元(303)根据所述分度控制信号控制所述第二电机(32)驱动工作台(13)进行分度运动。

8.如权利要求1所述的数控展成磨齿机，其特征在于，所述第一电机(31)与所述工作台滑座(12)通过蜗轮一蜗杆结构相连、或通过蜗杆一螺母副结构相连、或直接相连；

所述第二电机(32)与所述工作台(13)通过蜗轮一蜗杆结构相连、或者直接相连。

9.一种展成磨齿机的数控装置，其特征在于，包括轨迹运算单元(301)和控制输出单元(303)，其中，

所述轨迹运算单元(301)根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算展成磨齿机的工作台滑座在直线方向上的位移与展成磨齿机的工作台绕其旋转轴线的旋转角度的展成比值；

所述控制输出单元(303)与所述轨迹运算单元(301)相连，控制驱动工作台滑座的电机和驱动工作台的电机分别驱动所述工作台滑座和所述工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

10.如权利要求9所述的数控装置，其特征在于，所述数控装置进一步包括反馈补偿单元(302)，用于接收反馈的所述工作台滑座的直线位移和所述工作台的旋转角度，确定所述工作台滑座的位移补偿和所述工作台的旋转角度补偿；

所述轨迹运算单元(301)进一步与所述反馈补偿单元(302)相连，根据确定的所述位移补偿和旋转角度补偿，调整计算得到的所述展成比值。

11.如权利要求9或10所述的数控装置，其特征在于，所述数控装置进一步包括与所述控制输出单元相连的分度控制单元(304)，用于在每完成一个齿间的左、右两面的磨削之后，向所述控制输出单元(303)输出表示工作台旋转角度1/Z的分度运动指示，其中，Z表示待加工齿轮的齿数；

所述控制输出单元(303)根据接收到的分度运动指示，控制驱动工作台的电机驱动所述工作台进行分度运动。

12.一种展成磨齿机的驱动方法，用来驱动展成磨齿机的工作台滑座和工作台来加工待加工齿轮，所述工作台可绕一旋转轴线旋转，其特征在于：

根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；分别驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动。

13.如权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，在所述计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值之前进一步包括：

根据待加工齿轮参数，确定分度运动所需的分度定位。

14.如权利要求13所述的驱动方法，其特征在于，在所述分别驱动工作台滑座和工作台进行符合所述展成比值的展成运动之后进一步包括：

控制工作台带动待加工齿轮进行分度运动，旋转角度1/Z，然后继续下一个齿槽对应的左右齿面的磨削加工，其中，Z为待加工齿轮的齿数。

15.如权利要求12至14中任意一项所述的驱动方法，其特征在于，所述待加工齿轮为圆柱齿轮，所述根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值为：

通过公式 $\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_l\mathrm{Z\π}}$ 计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；

其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕所述旋转轴线旋转的展成角度；m_l为待加工齿轮的端面模数；Z为齿数；

或者，所述待加工齿轮为斜齿轮，所述根据待加工齿轮的渐开线轨迹，计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值为：

通过公式 $\frac{\mathrm{\Δc}}{\mathrm{\Δx}}=\frac{360}{m_n\mathrm{Z\π}}\cos \mathrm{\β}$ 计算工作台滑座在直线方向上的位移与工作台旋转角度的展成比值；

其中，Δx为X轴方向上的展成位移；Δc为绕所述旋转轴线旋转的展成角度；m_n为待加工齿轮的法向模数；Z为齿数；β为待加工齿轮的螺旋角。

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