鼓形齒輪（lún）是一種廣泛用於齒（chǐ）式聯（lián）軸器、齒式（shì）接軸等基礎件中的重要零件。加工這種齒輪,除了可用較昂貴的數控滾齒機外（wài）, 許多廠（chǎng）家都采用在普通滾齒機上安裝仿（fǎng）形板並手（shǒu）搖機床立柱來實現。這種方（fāng）法存在立柱進給靈敏度差、工件齒麵粗糙度高、仿形板規（guī）格繁多（duō）、操作費精力等弊端, 特別是工件尺寸愈大, 弊端愈突出。

      隨著數控技術的發展, 近10 年來（lái）部分高校和廠家開始探索數控改造普通滾（gǔn）齒機加（jiā）工鼓形齒輪, 為這一問題的解決開辟了新的途（tú）徑。

      1.基本原理

      根據鼓形齒輪的（de）成形原理, 在普通（tōng）滾（gǔn）齒機原分齒傳動鏈的基礎上, 按照數控理論中兩坐（zuò）標圓弧（hú）插補原理, 對機床的刀架（jià）垂直進給和立柱水平（píng）進給進行微機控製（zhì）改造, 實現鼓形齒輪加工。

      Y 38 A 最大加工直徑為小s o o m m , 最大滾切（qiē）模（mó）數為m 6 , 滾刀轉速為4 7. 5 ~ 1 9 2 r / m in , 刀架垂直進給量為0. 25 ~ 3. o m m / r 。工件模（mó）數為（wéi）m Z ~ m 6 , 直徑一般不超過爭5 5 o m m , 齒根母（mǔ）線輪廓度允差為士0. 03 ~ 士0. l om m , 對（duì）稱度允差為1 ~3 m m。按工件精（jīng）度和切削力的計算一, 參考國內外數控滾齒機的拖動方式, 采用步進電機驅動的（de）開環伺（sì）服係統。改造原理如圖（tú）1 所示。

      綜（zōng）合考（kǎo）慮滾切中對機械進給係統跟隨性、快速性的要求及改造成（chéng）本等因（yīn）素（sù）, 係統的主要參數（shù）定為: (l) 係統脈衝當量δp. 0.05 m m /s t e p ; (2 ) 步進電機步距角φ=1. 5 ° ; (3 ) 起動時間常數r=25 m s ; (4) 空載快速移動Vr =0. 8m / m in 。

       2.機（jī）械改造

       數（shù）控機（jī）床的進給係統應滿足無間隙、低摩擦、高剛度（dù）、高諧（xié）振（zhèn）等基本要求。由此可知, 需（xū）要（yào）完成的機械改造（zào）主要包括滑動絲杠（gàng）改滾珠絲杠、蝸杆一蝸輪副改為雙導程漸開線蝸杆一斜齒輪（lún）副和傘（sǎn）齒輪副中增加（jiā）軸向調整環節（jiē）、滑動軸承均改（gǎi）為滾動軸承、增加兩個單級減速機, 滿足係統脈衝當量。改（gǎi）造後的進給係統, 起動力矩小, 傳動精度高, 絲杠剛度好, 各齒輪齧合間隙均可（kě）調整。

      通過切削力計算、水平進給計算（suàn）, 選1 3 o BF 0 01 型反（fǎn）應式步進電機。由啟動矩（jǔ）頻特性可知, 在2 6 6 7H z 下啟動時扭（niǔ）矩不（bú）到ZN·m , 不能滿足拖動需要。所（suǒ）以電機（jī）驅動采用高、低壓功（gōng）放電路, 並設置（zhì）速度控製子程序, 以避免啟動時產生失步。

     3.硬件電路

     硬件電（diàn）路由微機(單板機)、外設（shè）、信號變換電路及輔助電路幾部分組成, 構成一（yī）個（gè）完整的簡易數控係統, 完成程序（xù）的輸入與處理、顯（xiǎn）示、電機驅動等一係列功能。

      單板機及（jí）外設 專用單板機主要由微處理器、存儲（chǔ）器、輸入輸出接口及總線等組成,它（tā）也可（kě）用T B 80 1 改製而成（chéng）。微（wēi）處理器（qì）選用機床改造中常用（yòng）的8 位芯（xīn）片Z so C PU , 其時鍾頻率為ZM H z ; 存儲器選用ZK x s 位的6 1 1 6 R A M 2片、ZK x s 位的2 7 1 6 E PR O M 3 片, 6 1 1 6 用於調試程序, 2 7 1 6 用於（yú）存放監控程序、功能子程序及加（jiā）工程序; I/ O 接口（kǒu）選（xuǎn）用Z s o PIO Z 片, 一片用於步進電機功放電路聯接, 另一片用於輔助（zhù）電路(如行程控製、指示（shì）等) 聯接; 內存譯碼器和（hé）1/ 0 譯碼器均選用74 L S 1 38。

     外設主要（yào）有28 鍵鍵盤和2 x 6 個7 段數字管(L E D ) , 6 個數字管中, 第（dì）1 位顯示（shì）正負號,第2 、3 、4 位顯示整（zhěng）數, 第5 、6 位顯示小數。

      (2 ) 驅動電（diàn）路步進電機啟動（dòng）過程中, 為了使勵磁電流保持（chí）一定的上升速度, 保證電機具有較（jiào）大的輸出（chū）扭矩。驅動電路采用雙電（diàn）源（yuán）功放電路, 即（jí）在勵磁初期的短時間內用高電壓驅（qū）動（dòng）, 達到額定電流時切（qiē）換到低電壓。本改造中（zhōng）選用w BQ Z 一0 3 型五相步進電機（jī）驅動電源,其高壓驅動電路由預置放（fàng）大、微分電路、前置放（fàng）大、高壓功（gōng）放組成, 低壓（yā）驅動電路由預置放大、射極輸出器、低壓功放組（zǔ）成。為了防止強電及幹擾信號通過1/ 0 回路進入微機而影響正常工（gōng）作, 在1/ 0 接口與驅動電路、輔助電路之間均設有G O 1 01 三極管光隔離器, 以阻斷幹擾信（xìn）號的傳導（dǎo）。

     4.軟件設計

     整個軟件係（xì）統采用模塊化設計（jì）, 它包括主程序模塊、子程序模塊及加工程序模塊（kuài）三大部分。主程序中有監控程序和初始化程序, 前者包括L E D 顯示管理程序、鍵盤管理程序、二進製與十進製轉換程序等, 後者包括PI O 初始化、C T C 初始化、鍵盤和L E D 緩衝區初始（shǐ）化及標誌位初始化程序等。子程序包括中斷子程序、行程控製子程序及報警子程序等。

      加工程序按被加工零件的加工工藝編製,這裏包括圓弧插（chā）補程序、環形分配子（zǐ）程序及延時子程序等。

       ( 1 ) 插補計算滾切鼓形齒時, 滾刀中心的運動軌跡為半徑R 的圓弧

     運（yùn）用逐點比較法, 可計算出滾刀中心軌（guǐ）跡I 和N象限中的圓弧插補值, 其結果如（rú）下表:

     (2)電機控製與加工程序框圖步進電機（jī）用內存中的控製字F CW 控製運行（háng）狀態。在8位FCW 中（zhōng）, D 。和D Z 分別為X 向和（hé）Z 向的轉（zhuǎn）動與停止控製位, D l 和（hé）D 3 分別為X 向和Z 向的方向控製位。

     電機通電方式為五相五拍, 采用軟件環形分配器實現（xiàn）, 通電狀（zhuàng）態用I/ O 口的輸（shū）出數據控製, 即一（yī）個輸出數據對應一（yī）種通電狀態。欲使電機正向連續轉動, 1/ 0 口循環輸出01 H →o ZH → o 4 H →o 8 H →lo H →o 1 H ⋯ ⋯ 各狀態碼。

      欲反（fǎn）向轉動（dòng）, 狀態碼順序相反。改變各狀態碼之間的間隔時間, 可改變電機轉速, 以滿足各種切削（xuē）進給速（sù）度。

     間隔時間由延長子程序控製,也（yě）可利用C T C 定時器控製。加工程序中的圓弧插補主程序（xù）框圖如圖2 所示。