CN102764919B - 一种滚铣复合加工机床的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚铣复合加工机床及其控制方法，包括床身、位于床身两侧的双立柱和辅助立柱、置于双立柱上的垂直驱动机构、位于双立柱和辅助立柱之间的并能在垂直驱动机构驱动下做垂直上下往复调整运动的滚铣机构、位于床身上的横向驱动机构、设置在横向驱动机构上并能在横向驱动机构驱动下做横向往复运动的回转盘、设置在回转盘上的纵向驱动机构、设置在纵向驱动机构上并能在纵向驱动机构的驱动下做纵向往复运动的工作台、设置在工作台上的工件定位夹持机构；以及控制系统。有如下优点：采用模块化设计理念，增强了机床的通用性；可根据工件材料及加工工艺的不同，选择不同的加工模式，实现铣滚削齿的调用及铣滚齿功能的复合。

Description

一种滚铣复合加工机床的控制方法

技术领域

本发明涉及一种加工机床，尤其是涉及一种滚铣复合加工机床及其控制方法。 

背景技术

目前齿轮加工方式从原理上划分主要有两类，即展成法加工和成形法加工；而展成法滚齿和成形法铣齿，是所述两种加工方式的最典型、最普遍应用；一般展成法滚齿在滚齿机上完成，而成形法铣齿在万能通用铣床上完成，目前市场上尚未有将展成法滚齿和成形法铣齿复合在同一台机床上加工的装备。 

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种具有能满足成形铣齿、展成滚齿的运动链、传动系统和机床布局方式，加强了机床的功用的一种滚铣复合加工机床。 

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可根据工件材料及加工工艺的不同，选择不同的加工模式，实现铣滚齿的调用及铣滚齿功能的复合的一种滚铣复合加工机床。 

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能提高齿轮的加工效率，节约设备投入经费，能实现一机多用，降低制造成本的一种滚铣复合加工机床。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

一种滚铣复合加工机床，其特征在于，包括床身、位于床身两侧的双立柱和辅助立柱、设置在床身上的主运动部件和进给运动部件、以及用于控制所述滚铣机构、纵向驱动机构以及自动分齿分度装置的控制系统； 

所述主运动部件包括位于双立柱和辅助立柱之间的并能在一垂直驱动机构驱动下做垂直上下往复运动的滚铣机构、固定在双立柱上的主轴箱以及固定在主轴箱上的主电机，所述主轴箱内设有通过联轴器与主电机输出轴配接的输入传动轴、输出传动主轴以及减速齿轮副； 

所述进给运动部件包括置于双立柱上的垂直驱动机构、位于床身上的横向驱动机构、设置在横向驱动机构上并能在横向驱动机构驱动下做横向往复运动的横向滑板，所述横向滑板上设置有回转盘、设置在回转盘上的纵向驱动机构、设置在纵向驱动机构上并能在纵向驱动机构的驱动下做纵向往复运动的工作台、设置在工作台上的工件定位夹持机构。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述垂直驱动机构与一个垂直丝杠螺母副配接的主轴箱，所述垂直丝杠螺母副顶端还设有垂直丝杠轴承以及与垂直丝杠螺母副的垂直丝杆配接的垂直手轮，所述传动主轴两端设有主轴锥孔，所述主轴箱内壁设有轴承孔，所述轴承孔内固定有圆锥滚子轴承，所述传动主轴两端通过圆锥滚子轴承架设在主轴箱内。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述滚铣机构包括一端与主轴箱固定另一端通过辅助支承连接座与辅助支柱固定的横梁、固定在横梁上并能沿横梁做往复移动的托架、以及一端与主轴箱通过主轴锥孔定位连接另一端与托架固定的刀杆，所述刀杆上设有用于滚铣工件的刀具，所述刀杆通过设置在其末端的刀杆光电旋转编码器与上述控制系统电连接。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述横向驱动机构包括设置在床身上的横向丝杆螺母副以及通过连接件与横向丝杆螺母副配接的横向手轮，所述横向丝杆螺母副的螺母固定在上述横向滑板上，横向丝杆螺母副的丝杆通过轴承支撑在床身上。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述纵向驱动机构包括固定在回转 盘上的连接板、纵向丝杠螺母副以及设置在纵向丝杠螺母副的丝杆一端的纵向手轮，纵向丝杠螺母副的螺母固定在连接板上，纵向丝杠螺母副的丝杆两端通过支撑轴承与所述工作台固定，所述纵向手轮通过纵驱电机与纵向丝杠螺母副配接，所述纵驱电机双伸轴电机，纵驱电机一端输出轴与纵向手轮配接，另一端与纵向丝杠螺母副的丝杆配接，所述纵向丝杠螺母副另一端通过设置在其末端的进给丝杆编码器与上述控制系统电连接。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述工件定位夹持机构包括固定在工作台上尾座以及自动分齿分度装置，所述尾座和自动分齿分度装置之间设有用于夹持工件的夹具。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述自动分齿分度装置包括基座、设置在基座上的传动箱体、设置在传动箱体内的的分齿驱动电机以及与分齿驱动电机输出轴配接的蜗轮蜗杆副，上述夹具固定在所述蜗轮蜗杆副输出主轴上，所述蜗轮蜗杆副输出主轴设置有制动器，该蜗轮蜗杆副输出主轴还与一分齿主轴编码器连接，所述分齿主轴编码器与上述控制系统电连接。 

在上述的一种滚铣复合加工机床，所述控制系统包括PLC控制器，I/O接口电路，以及分别通过I/O接口电路与控制器连接的驱动器、触摸屏、制动电路以及检测电路，所述制动电路与制动器电连接，所述检测电路分别与上述刀杆光电旋转编码器、进给丝杆编码器以及分齿主轴编码器电连接。 

一种滚铣复合加工机床的控制方法，其特征在于，具体方法如下，通过控制系统设定铣削加工或滚削加工，选择加工工件类型以及加工模式，并设定加工起始点和加工结束点后启动机床，所述加工刀具包括铣刀和滚刀；所述加工工件类型包括直齿、斜齿以及螺旋槽（其他需要等分的加工形面 可按直齿模式分度）；然后选择执行以下选择步骤（以下的选择操作步骤可根据具体的生产条件进行优化和调整）： 

选择步骤1：若设定加工刀具为滚刀，加工工件类型为直齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下： 

步骤1.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，由根据加工齿数和主轴速度计算出分齿驱动电机速度并驱动，确认加工， 

步骤1.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到滚刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束； 

选择步骤2：若设定加工刀具为滚刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下： 

步骤2.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器检测工作台的移动速度，由根据加工齿数和主轴速度计算出分齿驱动电机速度并驱动，确认加工， 

步骤2.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到滚刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束； 

选择步骤3：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为直齿，加工模式为点动，则具体操作步骤如下： 

步骤3.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，由根据加工参数和主轴速度计算出分齿驱动电机速度并驱动，确认加工， 

步骤3.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量并进行加工； 

步骤3.3，当一个齿形加工完成后，将工件移动至该齿加工的起始位置， 由根据加工齿数计算出分齿驱动电机速度并驱动,进行手动点动分度，加工下一个齿； 

选择步骤4：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为直齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下： 

步骤4.1，输入相应的加工参数并确定加工，设定起始点和结束点位置，确认加工， 

步骤4.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量， 

步骤4.3，通过记录工件返回起始点的走刀次数，判断一个齿形是否加工完成，若加工完成，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机速度并驱动,进行自动分度，加工下一齿； 

选择步骤5：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为点动，则具体操作步骤如下： 

步骤5.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器检测工作台的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机的跟随速度并驱动，确认加工， 

步骤5.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量， 

步骤5.3，加工完成一个齿后，将工件移动至该齿加工的起始位置，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机的速度并驱动,进行手动点动分度，加工下一个齿； 

选择步骤6：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下： 

步骤6.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器检测工作台的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机的跟随速度并驱动，设定起始点和结束点位置，确认加工， 

步骤6.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量， 

步骤6.3，通过记录工件返回起始点的走刀次数，判断一个齿形是否加工完成，若加工完成，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机速度并驱动,进行自动分度，加工下一齿； 

选择步骤7：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为螺旋槽，加工模式为自动，则具体操作步骤如下： 

步骤7.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器检测工作台的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机的跟随速度并驱动，设定起始点和结束点位置，确认加工， 

步骤7.2，通过纵向驱动机构将工作台移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束， 

步骤7.3，若加工多头螺旋槽，分度时，将工件移动至加工的起始位置后，进入分度模式，进行手动分度操作， 

步骤7.4，再进入螺旋槽加工模式，进行下一个螺旋槽的加工。 

应当注意的是，加工时，对于回转盘的调整方法是： 

1.铣削加工时，根据工件齿形的螺旋角的大小和方向进行调整； 

2.滚削加工时，根据滚到螺旋角大小和旋向，以及工件齿形螺旋角大小和旋向进行调整。 

因此，本发明具有如下优点：1.采用模块化设计理念，增强了机床的通用性。本发明综合考虑了成形铣齿粗精加工、展成滚齿的加工特点，合理布置了具有能满足成形铣齿、展成滚齿的运动链，加强了机床的功用；2.可根据工件材料及加工工艺的不同，选择不同的加工模式，实现铣滚齿的调用及铣滚齿功能的复合。本发明主要包括两个系列：粗铣与精铣复合加工机床；粗铣与精滚复合加工机床，即用铣削功能对齿轮进行铣削加工，再用滚削功能对齿轮进行精加工；3.具有高效的铣齿粗加工、成形铣齿精加工与精密展成滚齿加工的复合功能，能提高齿轮的加工效率，节约设备投入经费，能实现一机多用，降低制造成本。 

附图说明

图1是本发明的传动系统原理图。 

图2是本发明的控制电路图。 

图3是本发明的PLC与驱动器连接图。 

图4A是本发明的整个控制系统方法流程示意图。 

图4B是图4A中分度的方法流程示意图。 

图4C是图4A中采用滚直齿①处的方法流程示意图。 

图4D是图4A中采用滚斜齿②处的方法流程示意图。 

图4E是图4A中采用铣直齿点动③处的方法流程示意图。 

图4F是图4A中采用铣直齿自动④处的方法流程示意图。 

图4G是图4A中采用铣斜齿点动⑤处的方法流程示意图。 

图4H是图4A中采用铣斜齿自动⑥处的方法流程示意图。 

图4I是图4A中采用铣螺旋槽⑦处的方法流程示意图。 

图5是本发明的触摸屏界面设计图。 

图6是本发明中采用计数器C253加减计数的原理示意图滚削加工直齿模式。 

图7是本发明中螺旋线加工工艺的原理示意图以螺旋槽为例。 

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，床身1、双立柱2、主轴箱3、垂直丝杠螺母副4、联轴器5、主电机6、减速齿轮副7、输出传动主轴8、垂直丝杠轴承9、垂直手轮10、主轴锥孔11、横梁12、刀杆13、尾座14、刀具15、工件16、夹具17、托架18、刀杆传感器19、蜗轮蜗杆副20、自动分齿装置21、制动器22、分齿主轴传感器23、辅助支承连接座24、辅助支柱25、控制系统26、分齿驱动电机27、进给丝杆传感器28、工作台29、纵向丝杠螺母副30、横向手轮31、横向丝杆螺母副32、回转盘33、纵向手轮34、横向滑板35、连接板36、输入传动轴37。 

实施例： 

首先介绍一下本发明的机械结构：如图1所示，包括床身1、位于床身1两侧的双立柱2和辅助立柱25、设置在床身1上的主运动部件和进给运动部件、以及用于控制所述滚铣机构、纵向驱动机构以及自动分齿分度装置21的控制系统26； 

1.首先，介绍主运动部件。 

主运动部件包括位于双立柱2和辅助立柱25之间的并能在一垂直驱动机构驱动下做垂直上下往复运动的滚铣机构、固定在双立柱2上的主轴箱3以及固定在主轴箱3上的主电机6，所述主轴箱3内设有通过联轴器5与主电机6输出轴配接的输入传动轴37、输出传动主轴8以及减速齿轮副7； 

滚铣机构包括一端与主轴箱3固定另一端通过辅助支承连接座24与辅助支柱25固定的横梁12、固定在横梁12上并能沿横梁12做往复移动的托架18、以及一端与主轴箱3通过主轴锥孔定位连接另一端与托架18固定的刀杆13，所述刀杆13上设有用于滚铣工件的刀具15，所述刀杆13通过设 置在其末端的刀杆光电旋转编码器19与上述控制系统26电连接。 

2.其次介绍进给运动部件。 

进给运动部件包括置于双立柱2上的垂直驱动机构、位于床身1上的横向驱动机构、设置在横向驱动机构上并能在横向驱动机构驱动下做横向往复运动的横向滑板35，所述横向滑板35上设置有回转盘33、设置在回转盘33上的纵向驱动机构、设置在纵向驱动机构上并能在纵向驱动机构的驱动下做纵向往复运动的工作台29、设置在工作台29上的工件定位夹持机构。 

垂直驱动机构与一个垂直丝杠螺母副4配接的主轴箱3，所述垂直丝杠螺母副4顶端还设有垂直丝杠轴承9以及与垂直丝杠螺母副4的垂直丝杆配接的垂直手轮10，所述传动主轴8两端设有主轴锥孔11，所述主轴箱3内壁设有轴承孔，所述轴承孔内固定有圆锥滚子轴承，所述传动主轴8两端通过圆锥滚子轴承架设在主轴箱3内。 

横向驱动机构包括设置在床身1上的横向丝杆螺母副32以及通过连接件与横向丝杆螺母副32配接的横向手轮31，所述横向丝杆螺母副32的螺母固定在上述横向滑板35上，横向丝杆螺母副32的丝杆通过轴承支撑在床身1上。 

纵向驱动机构包括固定在回转盘33上的连接板36、纵向丝杠螺母副30以及设置在纵向丝杠螺母副30的丝杆一端的纵向手轮34，纵向丝杠螺母副30的螺母固定在连接板36上，纵向丝杠螺母副30的丝杆两端通过支撑轴承与所述工作台29固定，所述纵向手轮34通过纵驱电机与纵向丝杠螺母副30配接，所述纵驱电机双伸轴电机，纵驱电机一端输出轴与纵向手轮34配接，另一端与纵向丝杠螺母副30的丝杆配接，所述纵向丝杠螺母副30另一端通过设置在其末端的进给丝杆编码器28与上述控制系统26电 连接。 

3.其他的结构部件。 

工件定位夹持机构包括固定在工作台29上尾座14以及自动分齿分度装置21，所述尾座14和自动分齿分度装置21之间设有用于夹持工件16的夹具17。 

自动分齿分度装置21包括基座、设置在基座上的传动箱体、设置在传动箱体内的的分齿驱动电机27以及与分齿驱动电机27输出轴配接的蜗轮蜗杆副20，上述夹具17固定在所述蜗轮蜗杆副20输出主轴上，所述蜗轮蜗杆副20输出主轴设置有制动器22，该蜗轮蜗杆副20输出主轴还与一分齿主轴编码器23连接，所述分齿主轴编码器23与上述控制系统26电连接。 

4.最后介绍一下控制系统。 

控制系统26包括PLC控制器，I/O接口电路，以及分别通过I/O接口电路与控制器连接的驱动器、触摸屏、制动电路以及检测电路，所述制动电路与制动器22电连接，所述检测电路分别与上述刀杆光电旋转编码器19、进给丝杆编码器28以及分齿主轴编码器23电连接。 

下面介绍本发明控制系统26的具体结构，如图1所示，控制系统26包括PLC控制器，I/O接口电路，以及分别通过I/O接口电路与控制器连接的驱动器、触摸屏、制动电路以及检测电路，所述制动电路与制动器22电连接，所述检测电路分别与上述刀杆传感器19、进给丝杆传感器28以及分齿主轴传感器23电连接。安装在主轴上的刀杆传感器19检测主轴转速；由安装在横向进给运动丝杠上的进给丝杆传感器28检测工作台位移；由安装在自动分度装置21上的分齿主轴传感器23进行分齿检测。光电旋转编码器的信号输入给控制系统，由控制系统处理后输出脉冲信号，控制分齿驱动电机驱动分度头转动，用于完成工件加工。 

下面介绍一下本发明的工作原理以及流程： 

参见图2，一种滚铣复合加工机床的控制系统电路图，控制系统由PLC，触摸屏，电机，驱动器，编码器，开关，指示灯，蜂鸣器等构成。PLC根据位移检测装置提供的机床工作台位移信息向驱动器输出信号，驱动器控制机床实时自动分度装置的步进电机或伺服电机。分度加工过程中，机床工作台的运动位置、速度、方向由位移检测转转检测，并将检测信号输入PLC，PLC按照触摸屏上设定的工作模式、分度参数和起始条件进行实时处理和运算，运算结果和指令送入驱动器来控制步进电机或伺服电机的运行。步进电机或伺服电机经过传动机构驱动分度主轴，然后通过工件夹持机构带动工件进行实时自动分度。 

参见图3，由于PLC的输出电压是24V，而电机驱动器的电压为5V，两者不兼容，同时由于电机驱动器是电流信号控制，因此只要设法改变电流状态，通过外接限流电阻的方法。驱动器和PLC输出有其各自的特性，如下： 

驱动器选择DMDT68A和DMD403A，两者输入参数一致如下： 

（1）DMDT68A/DMD403A输入限流电阻270Ω，有效安全电流6～30mA2PLC输入限流电阻3.3KΩ，PLC Y000，Y001作定位指令时需高速响应，使用10~100mA的电流为安全有效电流。 

驱动器输入逻辑电流为I_min=6mA，I_class=10mA，I_max=30mA，而当PLCY000，Y001作高速口时，使用10~100mA安全有效电流输出，于是有： 

$\frac{24V}{R+R^{\′}+270\mathrm{\Ω}}\∈[10\mathrm{mA}~30\mathrm{mA}]$

由上式即得： 

800Ω≦R+R′≦2400Ω 

考虑裕量应取I位于15mA~20mA较为合适，可取R=1000Ω，此时 

$I=\frac{24V}{1270\mathrm{\Ω}}=18.9\mathrm{mA}\∈[10\mathrm{mA}~30\mathrm{mA}]$

由上述驱动器和PLC的特性可以得出 

$10\mathrm{mA}\≤\frac{24V}{R}\≤100\mathrm{mA},$

$6\mathrm{mA}\≤\frac{24V}{R}\≤30\mathrm{mA},$

所以回路中总电阻R满足： 

$10\mathrm{mA}\≤\frac{24V}{R}\≤30\mathrm{mA},$

即： 

800Ω≦R≦2400Ω， 

取电流15mA，则 

所以：R=1330Ω。 

由上面的计算可以推得串联一个1KΩ的电阻和一个变阻器，这个即可满足PLC和驱动器两者对脉冲电流的要求。并且，这样也可以通过对3296变阻的调节方便的调节电机的相关性能，便于调试。 

参见图4A，滚铣复合加工机床，可以根据不同需要，进行铣削加工与滚削加工，具体表述为铣削加工沟槽、螺旋槽、齿轮、蜗杆等零件；滚削加工圆柱齿轮、蜗轮等零件。当需要进行铣削加工时，需要通过纵向进给运动部件将工作台移动到铣刀位置如果进行斜齿的加工是还需要通过旋转部件将工作台旋转一定角度，同时通过垂直进给运动部件调整加工量。当需要进行滚削加工时，需要通过纵向进给运动部件将工作台移动到滚刀位置如果进行斜齿的加工是还需要通过旋转部件该旋转部件即回转盘将工作台旋转一定角度，同时通过垂直进给运动部件调整加工量。以下将详细介绍本机床的各种加工方法。通过触摸屏界面的操作选择，可以根据需求进 入不同刀具的加工界面。由于该机床配置了自动分齿分度装置，还可以进行某些非对称结构的分度，自由度较大。根据选择的刀具不同，分别进入铣削加工界面和滚削加工界面，在铣削加工界面中需要选择进入铣削直齿或铣削斜齿模式；在滚削加工界面中需要选择进入滚削直齿或滚削斜齿模式。在铣削直齿或铣削斜齿模式下，分别提供点动或者自动两种模式。由于铣削螺旋槽的功能和点动铣削斜齿相同，故将其归为一类加以实现。 

参见图4B至图4D以及图5的A图，是滚铣复合加工机床的通用分度模式。该模式用于加工直齿、斜齿、螺旋槽等具有对称等分特征的工件，即利用分度装置实现等分地对工件进行加工，工件上的等分加工部位可以是齿、槽、孔等不同形状。加工具有对称等分特征的工件通常需要由机床实时分度装置的分度主轴旋转一定角度完成，该机床的实时分度装置还能在系统控制装置支持下令分度主轴整周连续转动、换向转动，以便进行特殊工艺加工。同时该机床的实时分度装置还可以按任意角度进行分度，用以某些非标准件的加工。具体操作如下：进入通用分度模式，输入分度角度，点击确认分度。由PLC计算分度角度对应的分度头驱动脉冲数并驱动点电机，如分度完成，则返回初始值并结束；如分度未完成，则继续分度。具体到该滚铣复合加工机床，计算关系如下：指定角度分度：θ，d_分为分度头电机驱动器细分设定。 

在此系统中分度头蜗轮蜗杆传动比假设为1:36，若需要转动θ角，则分度头转过θ/360°圈，分度头电机转过 

圈 

分度头电机共需要脉冲数设d_分＝1000： 

即分度θ需要向分度头电机发送100·θ个脉冲； 

设定θ的值存在D100数据寄存器中，因而脉冲数为： 

([]表示读取PLC内部寄存器的值) 

考虑到不至于脉冲丢失导致分度失准，同时，为了保护分度系统，采取加减速方法实现，让电机在加减速中实现100θ脉冲数转动。 

参见图4B至图4D以及图5的D图，是滚铣复合加工机床的滚削加工直齿模式。该模式即为滚削加工直齿。滚直齿采用展成法加工，故只要能满足滚齿加工的运动链即可完成齿形的加工。其主要关系为：刀齿旋进的速度应该恰好等于工件齿轮转动的速度，即工件每转过一个齿，刀具旋进一个齿，也就是主轴旋转一周。具体操作如下：输入相应的加工参数并确定加工，主轴编码器检测主轴转速，由根据加工齿数主轴速度计算出分度头电机速度并驱动，确认加工并直到结束，否则继续加工。相关计算关系如下：分度头转速n_分，主轴转速n_主有： 

而 

主轴速度n_主为编码器测得，每秒测一次，则 

所以 

若主轴测速时间间隔为△t，则 

此外，加工前需要设定加工起始点和加工结束点，加工的起始点与结束对滚齿加工精度不产生影响，是起到安全加工的功能。这里采用双相计数，对工作台移动作加减计数，工作台正向移动计数器C253加计数，工作台反向移动C253减计数，这样，如图6所示，可知，当计数值再次回到0的时候即表示工件回到起始点，开始分度。 

而对于加工结束情况则刚好相反，一般只有当加工结束后才会移动,故而这里C253增加并大于0，故而可把此作为加工结束的条件。 

参见图4B至图4D以及图5的E图，是滚铣复合加工机床的滚削加工斜齿模式。该模式即为滚削加工斜齿。滚斜齿采用展成法加工，与滚直齿的运动关系区别的是，工作台运动带来的附加运动，可表述为工作台移动一个导程，分度头转一圈即构成螺旋运动传动链。具体操作如下：输入相应的加工参数并确定加工，编码器检测主轴转速，编码器检测工作台进给速度，PLC根据加工齿数和主轴速度、工作台进给速度计算出分度头电机速度并驱动，如加工完成，则加工结束；否则继续加工直到加工完成。在参数设定中区别于滚直齿的是需要输入导程和齿轮旋向，同时工作台也要根据加工齿轮的要求转动一定角度即实现滚刀安装角的调整。相关计算关系如下： 

(n_台为工作台丝杆转速，L_台为丝杆导程，L为工件导程) 

故 

若取△t=1s=1000ms，则 

同样滚斜齿加工前也需要设定加工起始点和加工结束点。 

参见图4E至图4G以及图5的B图，是滚铣复合加工机床的铣削加工直齿模式。进入该模式可以选择点动或自动两种模式。点动模式，即加工完成一个齿后，需要确认分度，进而加工下一个齿。自动模式通过设定走刀次数来判断一个齿形是否加工完成，是否需要分度；通过设定加工起始点和加工结束点来判断加工是否结束。具体操作如下：点动模式，输入加工参数并开始加工，如加工完成，检测主轴转速，PLC根据加工齿数和主轴速度计算出分度头电机速度并驱动；自动模式，需要输入齿数，走刀次数，设定加工起始点和结束点，加工时如果走刀次数记录的工件返回起始点的次数完成，则进行分度进行下一齿加工，如未计数完成，则继续加工；如运动到加工结束点，加工结束。相关计算关系如下： 

分度脉冲数为： 

(N为齿数，存放在D105数据寄存器中) 

则分度脉冲数为: 

自动分度铣直齿就是点动铣直齿的情况加上一个分度开始的条件和对分度结束的判断，由于分度的起始点与结束对铣直齿加工精度不产生影响，故而判断相对简单。 

这里采用双相计数，对工作台移动作加减计数，工作台正向移动计数器C253加计数，工作台反向移动C253减计数，这样，如图6所示，可知，当计数值再次回到0的时候即表示工件回到起始点，开始分度。 

而对于分度结束情况则刚好相反，一般只有当分度结束后才会移动,故而这里C253增加并大于0，故而可把此作为分度结束的条件。 

而走刀次数则放到D115寄存器中，通过计数器C8对到达起始点的次数进行计数，这样，每当计数满后即进行分度。 

参见图4H、4I和以及图5的C图，是滚铣复合加工机床的铣削加工斜齿模式。由于加工螺旋槽的原理和铣削加工斜齿的原理一样，故将此功能归于铣斜齿模式。铣斜齿和铣直齿的分度情况是相同的，仅有的区别在于铣斜齿的时候分度头有一个由工作台移动带来的附加速度，即工作台移动一个导程，分度头转一周即实现螺旋运动。进入该模式可以选择点动或自动两种模式。点动模式，即加工完成一个齿后，需要确认分度，进而加工下一个齿。自动模式通过设定走刀次数来判断一个齿形是否加工完成，是否需要分度；通过设定加工起始点和加工结束点来判断加工是否结束。具体操作如下：点动模式，选择齿轮旋向，工作台根据齿轮参数旋转一定角度，输入加工参数并开始加工，检测工作台移动速度，PLC根据检测工作台移动速度计算出分度头电机速度并驱动，走刀加工一个齿，如加工完成，回到加工起始点分度，否则继续加工；自动模式，需要输入齿数，走刀次数，设定加工起始点和结束点，加工时如果走刀次数记录的工件返回起始点的次数完成，则进行分度进行下一齿加工，如未计数完成，则继续加工；如运动到加工结束点，加工结束。相关计算关系如下：加工每个齿只需两 个步骤： 

1、分度：执行铣直齿相同的分度算法 

2、跟随走螺旋线：分度完成后，分度速度跟随工作台，实现螺旋走线而跟随情况下只需满足： 

并且分度头的方向跟随工作台的方向，这里分度头的方向由C253计数监视继电器输出。 

图7为螺旋槽与螺旋齿加工走线圆柱面展开图，其二者在加工方面上唯一的区别就是单头螺旋槽实质上是只有一个齿的螺旋齿轮。 

故而，此处以螺旋槽为例说明螺旋线加工工艺： 

要加工出螺旋线，其实就是要刀具沿着螺旋线走刀，假设刀具与工件夹角已经设为θ，则只需保证： 

(V_工为工件加工面移动速度，V_台为工作台移动速度) 

也就是说：工作台移动一个螺旋槽导程L，分度头刚好转过一圈。 

由于工作台的丝杆传动恰好可以将线速度的比较转化为角速度的比较，计工作台移动一个导程L，则分度头转一圈，故有： 

n_台·L_台＝L(n_台为工作台丝杆转动圈数，L_台位工作台丝杆导程) 

n_分＝1 

于是有： 

（L_台=5mm） 

(f_台编为工作台编码器输出脉冲频率，d_分＝1000) 

所以： 

(△t为工作台编码器脉冲计数时间间隔，) 

取△t=10ms，则得： 

(C_台编为△t时间内测得工作台编码器脉冲计数) 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

尽管本文较多地使用了床身1、双立柱2、主轴箱3、垂直丝杠螺母副4、联轴器5、主电机6、减速齿轮副7、输出传动主轴8、垂直丝杠轴承9、垂直手轮10、主轴锥孔11、横梁12、刀杆13、尾座14、刀具15、工件16、夹具17、托架18、刀杆传感器19、蜗轮蜗杆副20、自动分齿装置21、制动器22、分齿主轴传感器23、辅助支承连接座24、辅助支柱25、控制系统26、分齿驱动电机27、进给丝杆传感器28、工作台29、纵向丝杠螺母副30、横向手轮31、横向丝杆螺母副32、回转盘33、纵向手轮34、横向滑板35、连接板36、输入传动轴37等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。 

Claims (1)

1.一种滚铣复合加工机床的控制方法，其特征在于，具体方法如下，通过控制系统（26）设定铣削加工或滚削加工，选择加工工件类型以及加工模式，并设定加工起始点和加工结束点后启动机床，所述加工刀具包括铣刀和滚刀；所述加工工件类型包括直齿、斜齿以及螺旋槽；然后选择执行以下选择步骤：

选择步骤1：若设定加工刀具为滚刀，加工工件类型为直齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下：

步骤1.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（19）检测主轴转速，由根据加工齿数和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动，确认加工，

步骤1.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到滚刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束；

选择步骤2：若设定加工刀具为滚刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下：

步骤2.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（27）检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器（28）检测工作台（29）的移动速度，由根据加工齿数和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动，确认加工，

步骤2.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到滚刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束；

选择步骤3：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为直齿，加工模式为点动，则具体操作步骤如下：

步骤3.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（27）检测主轴转速，由根据加工参数和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动，确认加工，

步骤3.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量并进行加工；

步骤3.3，当一个齿形加工完成后，将工件移动至该齿加工的起始位置，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动,进行手动点动分度，加工下一个齿；

选择步骤4：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为直齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下：

步骤4.1，输入相应的加工参数并确定加工，设定起始点和结束点位置，确认加工，

步骤4.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量，

步骤4.3，通过记录工件返回起始点的走刀次数，判断一个齿形是否加工完成，若加工完成，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动,进行自动分度，加工下一齿；

选择步骤5：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为点动，则具体操作步骤如下：

步骤5.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（27）检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器（28）检测工作台（29）的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）的跟随速度并驱动，确认加工，

步骤5.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量，

步骤5.3，加工完成一个齿后，将工件移动至该齿加工的起始位置，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机（27）的速度并驱动,进行手动点动分度，加工下一个齿；

选择步骤6：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为斜齿，加工模式为自动，则具体操作步骤如下：

步骤6.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（27）检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器（28）检测工作台（29）的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）的跟随速度并驱动，设定起始点和结束点位置，确认加工，

步骤6.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量，

步骤6.3，通过记录工件返回起始点的走刀次数，判断一个齿形是否加工完成，若加工完成，由根据加工齿数计算出分齿驱动电机（27）速度并驱动,进行自动分度，加工下一齿；

选择步骤7：若设定加工刀具为铣刀，加工工件类型为螺旋槽，加工模式为自动，则具体操作步骤如下：

步骤7.1，输入相应的加工参数并确定加工，刀杆光电旋转编码器（27）检测主轴转速，纵向进给丝杠编码器（28）检测工作台（29）的移动速度，由根据加工参数、工作台速度和主轴速度计算出分齿驱动电机（27）的跟随速度并驱动，设定起始点和结束点位置，确认加工，

步骤7.2，通过纵向驱动机构将工作台（29）移动到铣刀位置，同时通过垂直驱动机构调整加工量直到结束，

步骤7.3，若加工多头螺旋槽，分度时，将工件移动至加工的起始位置后，进入分度模式，进行手动分度操作，

步骤7.4，再进入螺旋槽加工模式，进行下一个螺旋槽的加工。

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