鼓形齒輪是一（yī）種廣泛用於齒式聯軸器、齒式接軸等基礎件中的（de）重要零件。加（jiā）工這種齒輪,除了可用較昂貴的數控（kòng）滾齒機外, 許多廠家都采用在普通滾（gǔn）齒機上安裝（zhuāng）仿形板並手搖機床立柱來實（shí）現。這種方法存在立柱進給靈敏度差、工件齒麵粗糙度（dù）高、仿形板規（guī）格繁多、操作費精力等弊（bì）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 年來部分高校和廠家開始探索數控改造普通滾齒機加工鼓形齒輪, 為這一問題的解決開辟了新的途徑。

      1.基本原理

      根（gēn）據鼓形齒輪的成（chéng）形原理, 在普通滾齒機原分齒傳動鏈的基礎（chǔ）上, 按照數控理論中兩坐（zuò）標（biāo）圓弧插補原（yuán）理, 對機床（chuáng）的刀架垂直進給（gěi）和立柱水平進給（gěi）進行微（wēi）機控製改造（zào）, 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（gǔn）切模數為（wéi）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 。工件模數為（wéi）m Z ~ m 6 , 直（zhí）徑一般不超過爭5 5 o m m , 齒（chǐ）根母線輪廓度允差為士0. 03 ~ 士0. l om m , 對稱度允差為1 ~3 m m。按工件精度和切削力（lì）的計算一, 參考國內外數控滾齒機的拖動方式, 采用（yòng）步進電機驅動的（de）開環伺服係（xì）統。改造原理如圖1 所示。

      綜合考（kǎo）慮滾切中對機械進（jìn）給係統跟隨性、快速性的要求及改造成本等因素, 係統的主要（yào）參（cān）數定為: (l) 係統脈衝當量δp. 0.05 m m /s t e p ; (2 ) 步進電機（jī）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.機械改造

       數控機床的進給係統應滿足無間隙、低（dī）摩擦、高剛度、高諧振（zhèn）等基本要求。由此可知, 需要完成的機械改（gǎi）造主要包括滑動絲杠改滾珠絲杠、蝸杆一（yī）蝸輪副改為雙導（dǎo）程漸開（kāi）線蝸杆一斜齒輪（lún）副和傘齒輪副中增加軸向調整環節、滑動軸承均改為滾動軸承、增（zēng）加兩個（gè）單級減速機, 滿足係統脈衝當量。改造後（hòu）的進給係統, 起動力矩（jǔ）小, 傳動（dòng）精度高, 絲杠（gàng）剛度好, 各齒輪（lún）齧合間隙均（jun1）可調整。

      通過切削力計算、水平進給計算, 選1 3 o BF 0 01 型反（fǎn）應式步進電機。由啟動矩頻特性可知, 在2 6 6 7H z 下啟動時扭矩不到ZN·m , 不能滿足拖動需要。所以電機驅動采用（yòng）高、低壓功放電路, 並（bìng）設置速度控製子程序（xù）, 以避免啟動時產生失步。

     3.硬件電路

     硬件電路由微機(單板機)、外設（shè）、信號變換電路及輔助電路幾部分組成, 構成一個完整的簡易數控係統, 完成程（chéng）序的輸入（rù）與處理、顯示、電機驅動等一係列功能。

      單板機及外設 專用（yòng）單板機主要由微處理器、存儲器、輸入輸出接口及總線等組成,它也可用T B 80 1 改製而成。微（wēi）處理器選用機床改造中常用的8 位芯片（piàn）Z so C PU , 其時鍾頻率為ZM H z ; 存儲器選（xuǎn）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（piàn）, 6 1 1 6 用於調試程（chéng）序, 2 7 1 6 用於存放監控（kòng）程序、功能子程序及加工程序; I/ O 接口選用Z s o PIO Z 片, 一片（piàn）用於步進電（diàn）機功放電路聯接（jiē）, 另一片用於輔助電路(如行程（chéng）控製（zhì）、指示等) 聯接; 內存（cún）譯碼器和1/ 0 譯碼器均選用74 L S 1 38。

     外設主要有28 鍵鍵盤和2 x 6 個7 段數字（zì）管(L E D ) , 6 個數字管中, 第1 位顯示正負號,第2 、3 、4 位顯示整數（shù）, 第（dì）5 、6 位顯示小數。

      (2 ) 驅動電路步進電機（jī）啟動過程中, 為了使勵磁電流保持一定的上升速度（dù）, 保證電（diàn）機具有（yǒu）較大的輸出扭（niǔ）矩。驅動電路采用雙電（diàn）源功放電路, 即在勵磁初（chū）期的短時間內用高電壓驅動, 達到額定（dìng）電流時切換到低電壓。本改造中選用w BQ Z 一0 3 型五相步進電機驅動電源,其高壓驅動電路由預置放大、微分電路、前置放大、高壓功放組成, 低壓驅動電路由預置放大、射極輸出器（qì）、低（dī）壓功放組成。為了防止強電及幹擾信號通過（guò）1/ 0 回（huí）路進入微機而（ér）影響正常工作, 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（guǎn）光隔離器, 以阻斷幹擾信號的傳導。

     4.軟（ruǎn）件設計

     整個軟件係統采用模塊化設計, 它包括主程序模塊、子程（chéng）序模塊及（jí）加工程序模（mó）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 緩衝區初始化（huà）及標誌位初始化程序等。子（zǐ）程序包括中斷（duàn）子程序、行程控製子程序及報（bào）警子程序等（děng）。

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

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

     運用逐（zhú）點比較法, 可（kě）計算出滾刀中心軌跡I 和N象限中的圓弧插補值, 其結果如下表:

     (2)電機控製與加工程序框圖步進（jìn）電機用內存中（zhōng）的控製字F CW 控製運行狀態。在8位（wèi）FCW 中, D 。和D Z 分別為X 向和Z 向的轉動與停止控製（zhì）位, D l 和D 3 分（fèn）別為（wéi）X 向和Z 向的方向控製位。

     電（diàn）機通電方式為（wéi）五相五拍, 采用軟件環形（xíng）分配器（qì）實現, 通電狀態用I/ O 口的（de）輸出數據控製, 即一個輸出（chū）數（shù）據對應一種（zhǒng）通（tōng）電（diàn）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。

      欲反向轉動, 狀態碼順序相反。改變各狀態碼之間的間隔時間, 可改變（biàn）電機轉速, 以滿（mǎn）足各種切削進（jìn）給速度。

     間隔時間由延長子程（chéng）序控製,也可利用C T C 定時器（qì）控製。加工程序中（zhōng）的圓弧插補主程（chéng）序框圖如圖2 所示。