专利名称：一种数控滚齿机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用数控滚齿机。
背景技术：
工业生产用的数控设备不仅价格昂贵，因技术保密性，很难向学生展示数控设备 开发过程等细节。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉且适于展示数控 设备的软硬件组成的数控滚齿机。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数控滚齿机，包括主机和数控系 统；所述主机包括底座、设于底座一端的立柱、设于该立柱上的轴向进给组件、在该轴向 进给组件的控制下轴向位移并加工工件的滚刀组件、设于底座上的径向进给组件、在该径 向进给组件的控制下径向位移的用于放置工件的圆周进给组件；所述轴向进给组件包括轴 向进给电机，径向进给组件包括径向进给电机，滚刀组件包括用于驱动滚刀轴的滚刀电机， 圆周进给组件包括圆周进给电机；所述数控系统包括CPU，与CPU相连的系统总线，与系统 总线相连的光耦隔离I/O电路，与光耦隔离I/O电路相连的轴向进给电机驱动器、径向进给 电机驱动器、圆周进给电机驱动器和PLC，该PLC与滚刀电机驱动器相连；所述滚刀轴上设 有滚刀轴编码器，该滚刀轴编码器通过编码器计数卡与所述系统总线相连。所有电机均采用步进电机，其中滚刀轴通过PLC控制其启动、停止、定转速运动。 滚刀轴上安装光电编码器，滚齿加工时数控系统先检测出滚刀轴转角后再控制工件轴转动 角度，即通过检测滚刀轴编码器在采样周期内发出的脉冲数，再计算应该向工件轴驱动器 发出的脉冲数。进一步，所述CPU的控制端连接有数控键盘，所述光耦隔离I/O电路的控制端连接 有控制面板。进一步，所述轴向进给组件还包括设于立柱前端面上的轴向滚珠丝杠轴承座、垂 向设于该轴向滚珠丝杠轴承座中的丝杆、设于立柱前方且于丝杆两侧的一对圆柱导轨、设 于丝杆顶端的轴向编码器和与所述轴向进给电机传动相连的同步带轮；所述滚刀组件的安 装底座设于所述丝杆和圆柱导轨上。进一步，所述立柱内设有配重，该配重通过钢丝绳经设于立柱顶端的导向轮与所 述滚刀组件的安装底座相连。该配重块由两根钢丝绳经钢丝绳轮吊装在轴向滑台上，平衡 掉70-80%的滚刀组件的重量，主要为了减轻轴向进给丝杠的轴向力。使轴向进给滑台运行 灵活。进一步，所述径向进给组件还包括设于底座上的一对径向导轨和设于该对径向 导轨之间的滚珠丝杠传动机构，滚珠丝杠传动机构中的滚珠丝杠的末端设有径向编码器; 所述滚珠丝杠与所述径向进给电机传动连接。[0010]进一步，所述滚刀组件还包括通过多个固定螺栓设于所述安装底座上的转盘、在 转盘上用于设置所述滚刀轴的轴承座、设于所述滚刀轴末端的滚刀轴编码器、设于所述安 装底座上的转角刻度指示牌；所述滚刀电机与滚刀轴通过同步带传动连接。进一步，所述圆周进给组件还包括设于所述一对径向导轨上并与所述滚珠丝杠 传动机构相连的安装底板、与设于该安装底板上的所述圆周进给电机的输出轴相连的圆周 进给编码器、轴承连接在安装底板上并与圆周进给电机通过同步带传动连接的阶梯式工件 轴、设于工件轴顶端的工件夹紧机构。本实用新型具有积极的效果(1)本实用新型的数控滚齿机可为《数控技术》课 程开展实践教学环节，可用于展示数控设备组成、数控设备开发过程、数控设备机械结构设 计、数控系统硬件结构、数控系统软件结构、C语言开发实践、滚齿加工实验等教学内容。该 设备将当前滚齿加工的先进技术与教学设备的经济性相结合，在满足滚齿加工实验教学的 同时，可大大降低教学成本。本实用新型的数控滚齿机中，滚刀轴倾角调整结构简单、方便、 实用。(2)传动进给机构采用数控控制，具有高灵敏性、良好的导向精度，经济实用。基于 工业PC机的开放式数控系统，硬件采用模块化结构，大屏幕液晶显示，操作软件界面友好、 系统维护及功能扩展方便。整套设备批量生产成本较低。该套设备作为教学用实例，可大 幅提高学生学习兴趣及学习效果。(3)整机床身设计成立柱与底座用螺栓联接，便于加工 与安装，立柱与底座均为封闭框架焊接结构，保证有足够刚度，工艺性良好且节省材料。滚 刀轴采用双支承结构，以成对的高精度向心推力球轴承作支承，刚性好、能消除间隙，满足 了滚齿机对滚刀高刚度、轴向定位对刀要求高的要求。轴向及径向进给机构采用高精度精 密滚珠丝杠副，丝杠以成对的高精度向心推力球轴承作支承，灵敏、无间隙、刚性好。轴向及 径向进给滑台采用高精度的圆柱直线导轨和直线轴承，有足够的运动精度及良好的导向精 度，经济适用。丝杠由步进电机驱动，采用同步带传动作一级减速，实现降速增大转矩。
图1为本实用新型的数控滚齿机的结构示意图。图2为图1中的数控滚齿机的A向视图。图3为图1中的数控滚齿机的俯视图。图4为本实用新型的数控滚齿机中的数控系统的结构示意图。
具体实施方式
见图1-图4，本实施例的数控滚齿机包括主机和数控系统；所述主机包括底座 5、设于底座5 —端的立柱1、设于该立柱1上的轴向进给组件2、在该轴向进给组件2的控 制下轴向位移并加工工件11的滚刀组件3、设于底座5上的径向进给组件6、在该径向进给 组件6的控制下径向位移的用于放置工件11的圆周进给组件4 ；所述轴向进给组件2包括 轴向进给电机21，径向进给组件6包括径向进给电机61，滚刀组件3包括用于驱动滚刀轴 33的滚刀电机31，圆周进给组件4包括圆周进给电机41 ；所述数控系统包括CPU，与CPU 相连的系统总线，与系统总线相连的光耦隔离I/O电路，与光耦隔离I/O电路相连的轴向进 给电机驱动器、径向进给电机驱动器、圆周进给电机驱动器和PLC，该PLC与滚刀电机驱动 器相连；所述滚刀轴33上设有滚刀轴编码器，该滚刀轴编码器通过编码器计数卡与所述系统总线相连。光耦隔离I/O电路即为光耦隔离的信号输入输出电流。所述CPU的控制端连接有数控键盘，所述光耦隔离I/O电路的控制端连接有控制 面板。所述轴向进给组件2还包括设于立柱1前端面上的轴向滚珠丝杠轴承座观、垂 向设于该轴向滚珠丝杠轴承座28中的丝杆沈(即X轴)、设于立柱1前方且于丝杆沈两侧 的一对圆柱导轨25、设于丝杆沈顶端的轴向编码器22和与所述轴向进给电机21传动相连 的同步带轮27 ；所述滚刀组件3的安装底座30设于所述丝杆沈和圆柱导轨25上。所述立柱1内设有配重对，该配重M通过钢丝绳23经设于立柱1顶端的导向轮 与所述滚刀组件3的安装底座30相连。所述径向进给组件6还包括设于底座5上的一对径向导轨62和设于该对径向导 轨62之间的滚珠丝杠传动机构63，滚珠丝杠传动机构63中的滚珠丝杠(即Z轴)的末端设 有径向编码器64。所述滚刀组件3还包括通过多个固定螺栓设于所述安装底座30上的转盘32、在 转盘32上用于设置所述滚刀轴33的轴承座36、设于所述滚刀轴33末端的滚刀轴编码器 35、设于所述安装底座30上的转角刻度指示牌34 ；所述滚刀电机31与滚刀轴33通过同步 带传动连接。所述圆周进给组件4还包括设于所述一对径向导轨62上并与所述滚珠丝杠传动 机构63相连的安装底板40、与设于该安装底板40上的所述圆周进给电机41的输出轴相连 的圆周进给编码器45、轴承连接在安装底板40上并与圆周进给电机41通过同步带传动连 接的阶梯式工件轴43、设于工件轴43顶端的工件夹紧机构47。主机的支承系统为型材框架焊接结构，结构紧凑、刚度高、工艺性良好。双支承的 滚刀轴，轴向定位串刀方便准确。滚刀轴倾角调整结构简单、方便、实用。轴向及径向进给机 构采用步进电机、同步带、滚珠丝杠副和圆柱直线导轨，具有高灵敏性、良好的导向精度， 经济实用。数控装置所有功能集中在一台标准PC-610工业机箱中，数字量输入输出卡、编 码器采集卡安装在母板插槽中，机箱前面板上安装手轮、数字键盘、点动按键、急停按钮； 上盖板外表面上安装各种控制信号连接器，内表面安装接线端子。采用电子盘，在安装普通 硬盘位置安装PLC。数控系统软件设计，数控系统软件基于DOS平台，用C语言开发上层管 理软件，用汇编开发多轴联动实时控制软件。为了降低制造成本，所有电机均采用步进电机，其中滚刀轴通过PLC控制其启动、 停止、定转速运动。滚刀轴上安装光电编码器，滚齿加工时数控系统先检测出滚刀轴转角后 再控制工件轴转动角度，即通过检测滚刀轴编码器在采样周期内发出的脉冲数，再计算应 该向工件轴驱动器发出的脉冲数。Z、x轴安装光电编码器，用于零点的准确定位。步进电机与工件轴间用同步带实现传动。同步带传动基于其具有齿轮传动的准确 传动比，又有带传动中心距的灵活性。根据同步带所需传递的扭矩，选HTD圆弧齿形带一 HTD-475-5M-20 (节线长为475 mm、齿数为95、型号为5M、带宽20 mm)。同步带主动带轮为 20-5M-25F，被动带轮为72-5M-25F。主动带轮齿数为Z主=20，被动带轮齿数为Ztt=72，实现 传动比i=72/20=3. 6的降速传动。步进电机90BYG350C，经细分电路控制可达10000个脉冲电机转 一转。而工件轴的分度精度为0.01° /脉冲。即转一转所需的脉冲数为N=360° /0.01° =36000=4X2500X3. 6,即在同步带传动(传动比i=3. 6)下，实现了电机转 四转，工件轴转一转。工件轴采用常规的阶梯轴，用轴承7106GB^7-84 (Φ30ΧΦ55Χ17) 实现双支承。上部加工出定位用心轴及外螺纹M16，用作齿轮加工时的定位与夹紧。轴承 7106GB297-84可借助修磨端盖垫片来消除轴的径向及轴向的间隙，以提高轴的运动精度及
动、静刚度。径向进给滑台主要由进给传动(即滚珠丝杠传动机构)及径向滑台支承导轨组成。 径向进给滑台的导轨采用直线轴承与直线圆柱导轨15。直线轴承变滑动为滚动，使磨擦力 大大降低，提高了导轨的灵敏性，避免了爬行，提高了导轨使用寿命。配重块由两根钢丝绳经钢丝绳轮吊装在轴向滑台上，平衡掉70-80%的滑台及回 转盘等的重量，主要为了减轻轴向进给丝杠的轴向力。使轴向进给滑台运行灵活。滚刀摆动角度由一手动调整机构实现。要调整滚刀轴与工件轴的角度时，先松开3 个转盘固定螺栓5，手动将转盘2转过一所需角度，所转角度由转角刻度指示牌3指示。然 后再拧紧3个固定螺栓5。本实施例的数控滚齿机在开机后首先进入机床调整模块并进行回参考点操作，回 参考点是指移动部件退到机床坐标系中的一个固定不变的极限点，从而建立机床坐标系。 回参考点操作通过接近开关粗定位，然后由编码器零位脉冲精定位。回参考点时机床以设 定速度向机床参考点运动，当接近开关挡块遮住接近开关的感应头时，机床减速进入低速 运动阶段，此时数控系统不断查询编码器零位脉冲信号，当读到零位脉冲信号后，机床立刻 停止运动，丝杠(编码器)准确停在圆周方向固定位置一编码器零位，此时机床准确停在机 床参考点。本实施例的数控滚齿机具有点动功能按住数控系统操作面板各点动键可对Z、 X、工件轴随意移动，当松开点动键即停止运动。本实施例的数控滚齿机具有手轮功能通过手轮实现对各轴微调，进入机床调整 模块后，选择某个轴手轮功能后，再选择手轮倍率。然后转动手轮，数控系统软件每检测到 手轮发出一个脉冲即向对应的轴的驱动器发出η (n=l X手轮倍率)个脉冲。滚齿加工前，先进入参数输入模块，设齿轮参数(齿数、模数、齿宽)、加工进给速 度。滚齿加工模块，首先径向进刀，在轴向进刀，再加工开始，PLC驱动滚刀轴旋转，工件跟 随主轴旋转，Z轴按设定加工速度进给。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而 并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明 的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以 穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型 的保护范围之中。
权利要求1.一种数控滚齿机，其特征在于包括主机和数控系统；所述主机包括底座、设于底座一端的立柱、设于该立柱上的轴向进给组件、在该轴向 进给组件的控制下轴向位移并加工工件的滚刀组件、设于底座上的径向进给组件、在该径 向进给组件的控制下径向位移的用于放置工件的圆周进给组件；所述轴向进给组件包括轴向进给电机，径向进给组件包括径向进给电机，滚刀组件包 括用于驱动滚刀轴的滚刀电机，圆周进给组件包括圆周进给电机；所述数控系统包括CPU，与CPU相连的系统总线，与系统总线相连的光耦隔离I/O电 路，与光耦隔离I/O电路相连的轴向进给电机驱动器、径向进给电机驱动器、圆周进给电机 驱动器和PLC，该PLC与滚刀电机驱动器相连；所述滚刀轴上设有滚刀轴编码器，该滚刀轴编码器通过编码器计数卡与所述系统总线 相连。
2.根据权利要求1所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述CPU的控制端连接有数 控键盘，所述光耦隔离I/O电路的控制端连接有控制面板。
3.根据权利要求2所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述轴向进给组件还包括设 于立柱前端面上的轴向滚珠丝杠轴承座、垂向设于该轴向滚珠丝杠轴承座中的丝杆、设于 立柱前方且于丝杆两侧的一对圆柱导轨、设于丝杆顶端的轴向编码器和与所述轴向进给电 机传动相连的同步带轮；所述滚刀组件的安装底座设于所述丝杆和圆柱导轨上。
4.根据权利要求3所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述立柱内设有配重，该配重 通过钢丝绳经设于立柱顶端的导向轮与所述滚刀组件的安装底座相连。
5.根据权利要求2所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述径向进给组件还包括设 于底座上的一对径向导轨和设于该对径向导轨之间的滚珠丝杠传动机构，滚珠丝杠传动机 构中的滚珠丝杠的末端设有径向编码器；所述滚珠丝杠与所述径向进给电机传动连接。
6.根据权利要求2所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述滚刀组件还包括通过多 个固定螺栓设于所述安装底座上的转盘、在转盘上用于设置所述滚刀轴的轴承座、设于所 述滚刀轴末端的滚刀轴编码器、设于所述安装底座上的转角刻度指示牌；所述滚刀电机与 滚刀轴通过同步带传动连接。
7.根据权利要求2所述的一种数控滚齿机，其特征在于所述圆周进给组件还包括设 于所述一对径向导轨上并与所述滚珠丝杠传动机构相连的安装底板、与设于该安装底板上 的所述圆周进给电机的输出轴相连的圆周进给编码器、轴承连接在安装底板上并与圆周进 给电机通过同步带传动连接的阶梯式工件轴、设于工件轴顶端的工件夹紧机构。
专利摘要本实用新型提供了一种数控滚齿机，其包括主机和数控系统；主机包括底座、设于底座一端的立柱、设于该立柱上的轴向进给组件、在该轴向进给组件的控制下轴向位移并加工工件的滚刀组件、设于底座上的径向进给组件、在该径向进给组件的控制下径向位移的用于放置工件的圆周进给组件；本数控滚齿机可为《数控技术》课程开展实践教学环节，可用于展示数控设备组成、数控设备开发过程、数控设备机械结构设计、数控系统硬件结构、数控系统软件结构、C语言开发实践、滚齿加工实验等教学内容。该设备将当前滚齿加工的先进技术与教学设备的经济性相结合，在满足滚齿加工实验教学的同时，可大大降低教学成本。
文档编号G09B25/02GK201868023SQ20102064662
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者丁仕燕, 刘祖朋, 毛建秋, 黄志荣 申请人:常州工学院