Acerca de la máquina talladora de engranajes CNC

Los engranajes son piezas básicas importantes en la producción industrial, y sus técnicos de procesamiento y capacidades de procesamiento reflejan el nivel industrial de un país. Realizar la integración de la inclinación CNC y la automatización, el procesamiento y las pruebas del procesamiento de engranajes es la tendencia de desarrollo actual del procesamiento de engranajes.

Investigación sobre un sistema de tallado de engranajes CNC basado en un controlador de movimiento abierto

Resumen: Una estructura de sistema de tallado de engranajes CNC basado en un controlador de movimiento abierto. Después de una investigación en profundidad, se analiza el concepto de. Se propuso por primera vez en China una caja de cambios diferencial electrónica, se desarrolló el software de fresado de engranajes CNC correspondiente y se proporcionaron los módulos básicos del software del sistema de control de movimiento, así como la aplicación exitosa del sistema CNC. de la talladora de engranajes mecánica YG6132B

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Prefacio: Control de movimiento de máquina herramienta de fresado de engranajes CNC

Número de clasificación chino: TG659

Prólogo

Los engranajes se utilizan ampliamente en maquinaria en El sistema de transmisión del equipo, el tallado de engranajes es el método de corte de engranajes más utilizado [1]. La estructura mecánica de las máquinas herramienta de tallado de engranajes mecánicos tradicionales es muy compleja. Un motor principal no solo debe impulsar la cadena de transmisión de indexación, sino también conducir. diferencial y cadena de transmisión, el error de procesamiento de cada elemento de transmisión en cada cadena de transmisión afectará la precisión del procesamiento de los engranajes procesados. Al mismo tiempo, para procesar diferentes engranajes, es necesario reemplazar varias ruedas colgantes, lo cual es. Su ajuste es complicado y lleva mucho tiempo [2], lo que reduce en gran medida la productividad laboral.

La aparición de las máquinas talladoras de engranajes CNC, con sistemas CNC de Siemens de Alemania y FANUC de Japón como principales, ha mejorado enormemente las capacidades y la eficiencia del procesamiento de engranajes. En la actualidad, solo hay 2 o 3 fabricantes en mi país que pueden producir máquinas talladoras de engranajes CNC, y la mayoría de ellos utilizan sistemas CNC alemanes Siemens para procesar engranajes de módulo medio. No tienen tecnología central con derechos de propiedad independientes y carecen de derechos internacionales. competitividad.

Teniendo en cuenta los problemas anteriores y basándose en el rápido desarrollo reciente de la tecnología CNC, especialmente el rápido desarrollo de controladores de movimiento abiertos, este artículo tiene como objetivo los requisitos urgentes para el tallado CNC de engranajes helicoidales con módulo pequeño, número pequeño de dientes y gran ángulo de hélice. Con base en las necesidades reales de la industria, llevamos a cabo una investigación en profundidad y desarrollamos con éxito un sistema de tallado de engranajes CNC basado en un controlador de movimiento abierto y lo utilizamos en la producción real.

1 Arquitectura CNC basada en controlador de movimiento abierto

El núcleo de esta arquitectura es una tarjeta de control de movimiento multieje abierta con bus PC104 y su propio chip DSP de alta velocidad. una estructura multiprocesador con el host de PC integrado, que proporciona 4 canales de señales de control de voltaje analógico D/A de 16 bits (+/-10 V) y 4 canales de interfaces de señal de retroalimentación de codificador fotoeléctrico diferencial de frecuencia cuádruple. La frecuencia puede ser de hasta 8 MHZ, interfaces de entrada y salida aisladas fotoeléctricamente de 32 canales. PID digital programable + avance de velocidad + método de filtrado de avance de aceleración La tarjeta viene con un chip DSP para realizar funciones de cálculo e interpolación de alta velocidad en tiempo real. Puede completar la interpolación espacial lineal y de arco, lo que reduce en gran medida la carga sobre el host. también proporciona un programa El búfer reduce los requisitos de velocidad de comunicación del host [3]. La tarjeta de control de movimiento se comunica con la computadora a través del bus PC104. Por un lado, los datos recopilados de cada eje de control se envían al host para su cálculo. Por otro lado, las instrucciones de control de movimiento generadas por el host según el proceso. y el modelo matemático se procesan y envían a la computadora. El servocontrolador de cada eje completa el control de movimiento de cada eje y procesa piezas calificadas que cumplen con los requisitos del proceso. Debido a que utiliza una computadora industrial PC104 estándar como computadora host y adopta interfaces estandarizadas, los motores, los dispositivos de accionamiento y los componentes de retroalimentación se pueden seleccionar de manera flexible, y admite una variedad de redes, incluida Ethernet e incluso Internet. El protocolo y la estructura de topología pueden fácilmente. realice el control remoto y la tecnología de red es muy flexible y madura [4]. Para adaptarse a los requisitos de desarrollo futuros del CNC en red, la estructura de la parte de control del hardware del sistema se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Estructura del sistema CNC basada en un controlador de movimiento abierto

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2 Software de control del sistema

Este software de control del sistema está desarrollado en El lenguaje C bajo DOS puro, la apertura, la tarea única, la gestión precisa de las interrupciones del reloj y la buena estabilidad del sistema DOS proporcionan una garantía confiable para la producción industrial. El diagrama de bloques del software se muestra en la Figura 2.

La inicialización del sistema incluye la carga de pequeñas fuentes de caracteres chinos de fabricación propia, la inicialización del modo de gráficos de pantalla, la configuración de los parámetros del filtro del controlador, etc., la función del módulo de diagnóstico del sistema es monitorear el estado de movimiento de cada control; eje, tales como: si el error de movimiento de cada eje excede el límite, alarma del servo, finalización del movimiento, acción del interruptor de límite, etc., el módulo de control en tiempo real se implementa mediante el programa de servicio de interrupción. Lee la posición de cada eje durante. cada ciclo de interrupción de reloj y calcula un nuevo movimiento de acuerdo con los requisitos de tecnología de procesamiento del objeto de procesamiento. Las instrucciones de control se envían a la máquina de movimiento para su interpretación y ejecución.

3 sistema de tallado de engranajes CNC basado en caja de cambios electrónica

La clave para el procesamiento de engranajes es realizar la relación de movimiento indexado entre la fresa y la pieza de trabajo, es decir, satisfacer con precisión los dos requisitos La relación de velocidad entre los dos, es decir, la placa gira una vez y la pieza de trabajo gira K/zc, como se muestra en la siguiente fórmula (1):

c b

. c

z

K

n

n

= (1)

donde b c n n , - son la velocidad del eje de la pieza de trabajo y la velocidad del eje de la fresa respectivamente

k zc , - son el número de dientes de la pieza de trabajo y el número del cabezal de la fresa respectivamente

Cuando se procesan helicoidales engranajes y engranajes helicoidales, los requisitos Mientras se completa el movimiento de división del diente, también se debe completar el movimiento adicional del eje Z o del eje Y. La ecuación cinemática es la siguiente:

p

p

b

c n

r

c n

z b

c

c z m

f

z m

f n

z

K

n

cos sin

± ± = (2)

En la fórmula, r z f f , - son las cantidades de avance de los ejes Z e Y respectivamente

l b, - son el ángulo de hélice y el ángulo de instalación de la herramienta del engranaje helicoidal respectivamente

n m - son la superficie normal Módulo del engranaje helicoidal.

Se puede ver en la ecuación (2) que al procesar engranajes helicoidales y engranajes helicoidales, la relación entre entrada y salida ya no es un simple problema de transmisión de relación fija de una sola entrada y una sola salida, sino un problema de múltiples entradas, un problema de salida única. El método de engranaje electrónico general no puede resolver este tipo de problema. Por esta razón, este sistema ha desarrollado con éxito la función de caja de cambios electrónica. La caja de cambios diferencial electrónica se refiere a cualquiera que convierta dos o más (incluidos dos) a través de una transmisión diferencial mecánica. Mecanismo de diferentes movimientos, según una determinada relación de transmisión de relación de velocidad

El eje de movimiento de salida combinado puede ser accionado de forma independiente mediante servomotores de CA y CC controlados por computadora, eliminando la cadena de transmisión diferencial mecánica original y a través de la. computadora lee los parámetros de movimiento (como velocidad de rotación, cantidad de alimentación, etc.) retroalimentados por los sensores instalados en cada eje de entrada y usa la programación de software para calcular el movimiento del eje de salida sintetizado en tiempo real para realizar la función del Cadena de transmisión diferencial mecánica.

4 ejemplos de aplicación

El sistema de tallado de engranajes CNC anterior se ha aplicado con éxito a la transformación de una máquina talladora de engranajes mecánica de módulo pequeño YG3612B producida por Ningjiang Machine Tool Factory. Antes de la transformación, La máquina talladora de engranajes utilizada es adecuada para la producción en masa de ejes de engranajes helicoidales con módulo 1, número de dientes 4 y ángulo de hélice superior a 20 grados, ya que nuestro país aún no cuenta con una máquina talladora de engranajes CNC adecuada para módulos tan pequeños y pequeños. número de dientes de piezas de trabajo, para este tipo de pieza de trabajo, esta máquina talladora de engranajes mecánica es actualmente el equipo de tallado de engranajes con la mayor precisión de procesamiento, pero la tasa de rendimiento de las piezas procesadas por ella es solo alrededor del 80%, lo que genera un gran desperdicio. Al mismo tiempo, es necesario reemplazar tediosamente varios colgadores al cambiar las variedades de procesamiento, lo que reduce en gran medida la eficiencia de la producción. Por esta razón, los fabricantes requieren encarecidamente la transformación CNC para mejorar la precisión del procesamiento y la eficiencia de la producción.

Después del análisis, las principales razones de la baja precisión del procesamiento de las piezas son las siguientes:

(1) Los errores de procesamiento y ensamblaje de cada elemento de transmisión entre la placa y las piezas de transmisión en ambos extremos de la pieza de trabajo directamente afecta la precisión de la división, por lo tanto afecta la precisión del mecanizado de la pieza de trabajo

(2) El error de mecanizado de cada elemento de transmisión entre la pieza de trabajo y las piezas de transmisión en ambos extremos del eje de alimentación Z afecta directamente la precisión del ángulo de hélice de la pieza de trabajo que se está procesando

(3) Dado que se trata de un engranaje helicoidal con 4 dientes, la pieza de trabajo debe girar 90 grados cada vez que gira la fresa de un solo cabezal. El par de transmisión final entre la fresa y la pieza de trabajo no se puede usar como una máquina talladora de engranajes normal. Se puede usar un par de transmisión helicoidal con una gran relación de reducción de velocidad para reducir en gran medida el impacto del error del par de transmisión frontal en el. relación de expansión [5] (por ejemplo, si se utiliza un par de transmisión de tornillo sin fin con una relación de reducción de velocidad grande como par de transmisión final, la rotación de alta velocidad del tornillo sin fin provocará un desgaste rápido y pérdida de precisión), por lo que la máquina herramienta utiliza un par de pares de engranajes helicoidales impulsados ​​por ejes que se cruzan en un espacio de 19/76 = 1/4 como par de transmisión final, lo que hace que los dos puntos anteriores (1) y (2) se conviertan en la clave para afectar la precisión de el eje del engranaje que se está procesando.

A la vista de los problemas anteriores, y considerando la preocupación del fabricante de que si la modificación no tiene éxito, la máquina herramienta será desechada, en este artículo se procesará un molde pequeño que cumpla con los requisitos de precisión con los mínimos cambios y la menor inversión

Figura 2 Diagrama de bloques del software de control

Inicialización del sistema

Modificación de parámetros del proceso

Diagnóstico del sistema

Módulo de control principal

Control de interrupciones en tiempo real

Visualización de coordenadas de cada eje

Modificación de parámetros PID

Retroalimentación de la posición de la cola de instrucciones de cada eje

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Como objetivo de los engranajes helicoidales con un número reducido de dientes y un gran ángulo de hélice, se estableció creativamente el siguiente plan de transformación:

(1) Desconecte completamente el eje de la pieza de trabajo del eje de la encimera, el eje de la pieza de trabajo y la conexión de transmisión mecánica original entre los ejes de alimentación, excepto la cadena de transmisión diferencial original

(2) Conserve el par de transmisión del extremo 19/76 entre el eje de la encimera y el eje de la pieza de trabajo, y el eje de la pieza de trabajo. El servomotor de CA se instala directamente en el eje de transmisión de nivel superior para impulsar el eje de la pieza de trabajo de forma independiente

(3) La rotación de la encimera y el eje Z la alimentación todavía es impulsada por el motor ordinario original

(4) Se instala una escala de rejilla A de alta resolución a lo largo de la dirección de alimentación del tornillo del eje Z para proporcionar retroalimentación de alimentación directamente desde la pieza final, eliminando así el impacto. del error de la cadena de transmisión de alimentación en el ángulo de hélice de la pieza de trabajo

( 5) Instale un disco de codificación fotoeléctrica B de alta resolución en el eje del volante superior del eje de la placa para proporcionar retroalimentación de la velocidad de la placa. La estructura mecánica modificada es. como se muestra en la Figura 3. Este sistema CNC lee la codificación fotoeléctrica mediante interrupción en tiempo real. Las lecturas del disco B y la escala de rejilla A son sintetizadas y procesadas automáticamente por la caja de cambios diferencial electrónica, y luego la tarjeta de control de movimiento emite instrucciones para controlar la operación. del servomotor y finalmente procesa los productos que cumplen con los requisitos de precisión del eje del engranaje y hace que la tasa de calificación del producto alcance más del 96%.

Para mejorar aún más la máquina talladora de engranajes CNC anteriormente renovada para procesar módulos pequeños, una pequeña cantidad de dientes y grandes ángulos de hélice, se deben considerar los siguientes aspectos:

(1) En el eje de la encimera se instala un motor de husillo de CC o CA en el eje B de nivel superior para cumplir con los requisitos de procesamiento de gran potencia de salida, amplio rango de ajuste de velocidad y velocidad aún más estable [6]

( 2) El eje del motor servoaccionador de la pieza de trabajo y solo hay un par de transmisión de engranajes reductores de alta precisión entre el eje de la pieza de trabajo, el eje del motor de accionamiento de la encimera y el eje de la encimera. Estos dos pares de transmisión de engranajes deben procesarse para eliminar el juego. , como el uso de dos dispositivos de eliminación de juego de resorte de engranaje delgado

(3) Reemplace el tornillo ordinario en el eje Z de alimentación axial con un tornillo de bolas con funciones de precarga y antijuego, y use un servomotor de CA para accionar directamente el husillo de bolas para lograr una alimentación uniforme, eliminando la necesidad de avance lento

(4) Si necesita mejorar aún más la capacidad de procesamiento de la máquina talladora (procesamiento de dientes en forma de tambor, no circulares engranajes, etc.), mejoran aún más la eficiencia de producción y reducen la intensidad de la mano de obra, puede alimentar radialmente el eje X, el eje Y de alimentación tangencial y el ángulo de movimiento del cabezal de corte del eje A están controlados por servomotores separados. No existen dificultades teóricas ni técnicas en estos. Los usuarios sólo deben tomar decisiones en función de las necesidades y los costos.

5 Conclusiones

(1) Se ha demostrado que este sistema CNC es un sistema exitoso y práctico después de la transformación de la máquina talladora de engranajes mecánica de módulo pequeño YG3612B, y el sistema es simple. para operar y confiable en funcionamiento

(2) Este sistema es el primero en China en proponer el concepto de caja de cambios diferencial electrónica que es diferente de los engranajes electrónicos

(3) Este sistema utiliza tarjetas de control de movimiento abiertas nacionales para eliminar las restricciones de importación extranjera

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(4) Aprovechar al máximo las ventajas del software y el hardware en la plataforma de PC, enriqueciendo y mejorando el entorno de desarrollo.

(5) Apoyar el mayor desarrollo de las máquinas herramienta CNC en la dirección de la inteligencia, la integración y la creación de redes.

Referencias

1 Comité editorial del Manual de fabricación de engranajes. Beijing: Machinery Industry Press 1997

2 Estructura de las máquinas herramienta para corte de metales. y diseño. Prensa de la industria de defensa nacional. 1991

3 Googol Company. Manual de usuario del controlador de movimiento de cuatro ejes GT-400-SV, 2001

4 Estructura del software CNC de la máquina herramienta. System. Journal of Mechanical Engineering. 2000.36(7):48-51

5 Toshio Aida [Japón]. Fabricación de engranajes cilíndricos. China Agriculture Machinery Press. Sun Hanqing. Principio y mantenimiento de la máquina herramienta CNC. China FAW Group Corporation 1998

ESTUDIO SOBRE EL TALLADO DE ENGRANES DE CONTROL NUMÉRICO

SISTEMA BASADO EN CONTROLADOR DE MOVIMIENTO ABIERTO.

Du Jianming WuXutang

(Universidad Xi'an Jiaotong)

Wu Hong

(Instituto de Tecnología Luo yang)

Resumen: A Tallado de engranajes de control numérico

Figura 3 Estructura de la máquina herramienta después de su modificación

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Se analiza la arquitectura del sistema basado en un controlador de movimiento abierto mediante un estudio profundo del mismo. , se propone una idea de caja de cambios diferencial electrónica principalmente en nuestro país. Se desarrolla el software de tallado de engranajes de control numérico para el sistema de control de movimiento y un ejemplo exitoso de que las máquinas herramienta de tallado de engranajes modelo YG3612B se cambian mediante el control numérico.

Palabra clave: Control numérico Tallado de engranajes

Máquinas herramienta Control de movimiento

Sobre el autor: Du Jianming, hombre, nacido en 1963, senior. ingeniero, candidato a doctorado, China Excelentes expertos de First Tractor Group Company, dedicados principalmente a la investigación sobre tecnología CNC, servocontrol de posición de alta precisión y superficies curvas complejas