本發(fā)明涉及到齒輪數(shù)控加工控制領(lǐng)域，具體地說是一種用于齒輪毛坯與工件一體加工的控制方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，人們對(duì)齒輪加工的精度及生產(chǎn)效率也有了更高的要求。在傳統(tǒng)的齒輪加工方法中，以廣泛應(yīng)用的滾齒加工為例，其加工步驟一般是先由銑床或車床加工齒輪毛坯件，再由滾齒機(jī)將毛坯件加工成齒輪工件。在加工過程中就存在著對(duì)毛坯件的拆卸和重新裝夾，不僅降低了生產(chǎn)效率，重復(fù)定位精度與同軸度也都難以保證，影響了最后加工出的齒輪工件的精度，增大了齒面跳動(dòng)。

針對(duì)目前情況，已經(jīng)有了一些解決方法，較為成熟的觀點(diǎn)主要體現(xiàn)在對(duì)裝夾機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝夾方式的創(chuàng)新，以及對(duì)新的誤差補(bǔ)償算法的不斷探究。這些方法起到了一定的作用，但實(shí)際加工效果一般，工件精度的提升程度并不十分明顯，生產(chǎn)效率也沒有明顯進(jìn)步，依然有很大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前齒輪加工的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)有方法中所存在的弊端，本發(fā)明提出了一種用于齒輪毛坯與工件一體加工的控制方法，通過對(duì)加工機(jī)床雙切削機(jī)構(gòu)的智能控制，銑刀切削機(jī)構(gòu)銑削齒輪毛坯，滾刀切削機(jī)構(gòu)滾切齒輪工件，使其完成各加工階段的不同工作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了在同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)齒輪毛坯與齒輪工件的一體加工，保證了重復(fù)定位精度和同軸度，無需對(duì)齒輪毛坯件進(jìn)行拆卸和重新裝夾，在有效提升齒輪加工精度、減小齒面跳動(dòng)的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種用于齒輪毛坯與工件一體加工的控制方法，包括以下步驟：

設(shè)置控制條件：通過圖形編輯與尺寸標(biāo)注的方式描述毛坯輪廓、通過齒輪 參數(shù)設(shè)置的方式描述工件特征、通過加工參數(shù)設(shè)置的方式描述設(shè)備信息；

對(duì)控制條件進(jìn)行解析，生成相應(yīng)的命令指令；

對(duì)解析出來的命令指令進(jìn)行整合、修改、重新排列，生成由多個(gè)指令單元構(gòu)成的有序命令集合，并添加各指令單元的派發(fā)條件，組建工藝加工隊(duì)列；

建立命令派發(fā)機(jī)制，逐條判斷隊(duì)列中各指令單元的派發(fā)條件，完成控制指令的派發(fā)。

所述對(duì)控制條件進(jìn)行解析包括兩個(gè)階段：

一次解析階段：解析毛坯輪廓、工件特征、設(shè)備信息，規(guī)劃加工軌跡，建立與外部設(shè)備的接口函數(shù)，生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令及相關(guān)的I/O輸出指令；

二次解析階段：根據(jù)一次解析出來的信息和工藝要求生成切削機(jī)構(gòu)切換相關(guān)的運(yùn)動(dòng)指令，并確定不同指令的組合規(guī)則。

所述不同指令的組合規(guī)則，是指通過解析對(duì)某幾個(gè)具有相同任務(wù)目標(biāo)的指令進(jìn)行標(biāo)記，并將它們列入到相同的指令單元，不能將存在干涉或有前后關(guān)系的兩條指令放入相同的指令單元。

所述組建工藝加工隊(duì)列包括：

根據(jù)二次解析中確定的指令組合規(guī)則，把所有指令劃分成若干個(gè)指令單元；

對(duì)每個(gè)指令單元所完成的任務(wù)以文字信息的形式加以概括，并將文字信息添加到指令單元中，使其能夠在加工過程中實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前加工狀態(tài)；

結(jié)合加工工藝，對(duì)各指令單元進(jìn)行重新排序，并將每個(gè)指令單元的派發(fā)條件添加到指令單元中。

所述建立派發(fā)機(jī)制包括：

當(dāng)工藝加工隊(duì)列組建完成后，從隊(duì)列的第一個(gè)指令單元開始，判斷是否滿足該指令單元的派發(fā)條件；

如果條件不滿足，就等待一個(gè)周期后再進(jìn)行判斷，直到條件成立后，派發(fā)該指令單元的命令；

判斷隊(duì)列是否已空，如果不為空，則轉(zhuǎn)入對(duì)下一個(gè)指令單元的派發(fā)條件判斷；

重復(fù)上述過程，直到隊(duì)列流空。

所述派發(fā)條件包括對(duì)上一指令單元的任務(wù)完成情況的要求及對(duì)機(jī)床設(shè)備工作狀態(tài)的要求。

所述控制指令派發(fā)完成后，采用相應(yīng)的切削機(jī)構(gòu)進(jìn)行齒輪毛坯銑削階段和齒輪工件滾切階段的加工；

所述齒輪毛坯銑削階段是用銑刀切削機(jī)構(gòu)將齒輪原始棒料銑削成預(yù)設(shè)形狀齒輪毛坯的過程；

所述齒輪工件滾切階段是用滾刀切削機(jī)構(gòu)將加工完成的齒輪毛坯滾切成目標(biāo)齒輪工件的過程。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.齒輪加工精度提高，齒面跳動(dòng)明顯減小。與傳統(tǒng)的滾齒加工方法相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)齒輪毛坯與工件的加工，保證了重復(fù)定位精度和同軸度，加工精度與齒面跳動(dòng)得到明顯改善。

2.大幅提升了生產(chǎn)效率。本發(fā)明無需將加工完成的齒輪毛坯進(jìn)行拆卸和重新裝夾，使加工過程變得更加簡(jiǎn)單、高效。

3.節(jié)約了生產(chǎn)成本。在傳統(tǒng)的滾齒加工方法中，其加工步驟一般是先由銑床或車床加工齒輪毛坯件，再由滾齒機(jī)將毛坯件加工成齒輪工件。而本發(fā)明則可在同一臺(tái)機(jī)床完成對(duì)齒輪毛坯與工件的加工，有效地節(jié)約了成本。

4.加工過程智能、靈活。本發(fā)明可通過簡(jiǎn)單的圖形編輯、參數(shù)配置完成對(duì)齒輪毛坯輪廓、工件特性的描述及對(duì)生產(chǎn)過程的控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的控制原理圖；

圖2為本發(fā)明方法的控制流程圖；

圖3為本發(fā)明方法中組建工藝加工隊(duì)列過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明適用于對(duì)圓柱齒輪、錐齒輪、鼓形齒輪等常見齒輪類型工件的一體加工。

圖1從總體上概況了本發(fā)明的控制原理。

本發(fā)明中的齒輪加工過程可分為兩個(gè)階段：齒輪毛坯銑削階段和齒輪工件滾切階段。

齒輪毛坯銑削階段是用銑刀切削機(jī)構(gòu)將齒輪原始棒料銑削成預(yù)設(shè)形狀齒輪毛坯的過程。所述銑刀切削機(jī)構(gòu)與三軸銑床類似，控制電氣方面包括：控制銑刀沿X、Y、Z三軸方向運(yùn)動(dòng)的伺服，控制銑刀做旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)的變頻器，以及其他相關(guān)外部輸出設(shè)備。通過對(duì)以上電氣的控制，實(shí)現(xiàn)該階段的加工任務(wù)，完成齒輪毛坯的加工。

齒輪工件滾切階段是用滾刀切削機(jī)構(gòu)將加工完成的齒輪毛坯滾切成目標(biāo)齒輪工件的過程。所述滾刀切削機(jī)構(gòu)與滾齒機(jī)類似，控制電氣方面包括：控制滾刀沿X、Y、Z三軸方向運(yùn)動(dòng)的伺服，控制滾刀做旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)的伺服，控制滾刀做切削角度擺動(dòng)的伺服，以及其他相關(guān)外部輸出設(shè)備。通過對(duì)以上電氣的控制，實(shí)現(xiàn)該階段的加工任務(wù)，完成齒輪工件的加工。

本發(fā)明通過控制銑刀切削機(jī)構(gòu)和滾刀切削機(jī)構(gòu)，在各加工階段完成不同的加工任務(wù)，并能在加工階段改變時(shí)完成兩個(gè)切削機(jī)構(gòu)的自動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)齒輪毛坯與工件的一體加工。在加工過程中的任一時(shí)刻，最多只能有一個(gè)切削機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài)。

所述一體加工，是指無需將加工完成的齒輪毛坯進(jìn)行拆卸和重新裝夾，通過對(duì)不同切削機(jī)構(gòu)的切換控制，在同一臺(tái)機(jī)床上一次性完成對(duì)齒輪毛坯與工件的加工。

從控制方法上看，為實(shí)現(xiàn)所述一體加工過程，可將問題轉(zhuǎn)化為：如何控制銑刀切削機(jī)構(gòu)的相關(guān)電氣實(shí)現(xiàn)齒輪毛坯的銑削；如何控制滾刀切削機(jī)構(gòu)的相關(guān) 電氣實(shí)現(xiàn)齒輪工件的滾切；如何控制兩個(gè)切削機(jī)構(gòu)的自動(dòng)切換；如何連貫整個(gè)加工過程做到真正連續(xù)的一體加工。

針對(duì)以上問題，本發(fā)明提出了一種控制方法，處理流程如圖2所示。

首先，需要完成對(duì)本發(fā)明中控制條件的設(shè)置，包括以下三個(gè)方面：

①毛坯輪廓的描述

完成圖形編輯與尺寸標(biāo)注，描述毛坯輪廓。本發(fā)明通過銑刀切削機(jī)構(gòu)完成對(duì)齒輪毛坯的加工，而銑刀切削機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)三軸銑床。與傳統(tǒng)三軸銑床中編寫G代碼完成加工的方法不同，本發(fā)明提供了一種圖形編輯方法，采用簡(jiǎn)單圖形設(shè)計(jì)的方式描述毛坯輪廓，并對(duì)該圖形進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注，而后對(duì)設(shè)定好的輪廓特征進(jìn)行解析，不需要G代碼編程，自動(dòng)生成加工步驟，完成對(duì)齒輪毛坯的加工。

②工件特征的描述

設(shè)置齒輪參數(shù)，描述工件特征。本發(fā)明通過滾刀切削機(jī)構(gòu)完成對(duì)齒輪工件的加工，而滾刀切削機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一臺(tái)滾齒機(jī)。本發(fā)明采用配置齒輪參數(shù)的方式對(duì)工件特征進(jìn)行描述，其中齒輪參數(shù)包括齒輪類型、模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角等齒輪的必要信息，通過對(duì)配置的齒輪參數(shù)進(jìn)行解析，不需要G代碼編程，自動(dòng)生成加工步驟，完成對(duì)齒輪工件的加工。

③設(shè)備信息的描述

設(shè)置加工參數(shù)，描述設(shè)備信息。所述的設(shè)備信息包括加工中所需的外部I/O設(shè)備接口信息、工藝需求及銑刀與滾刀退刀位置等外部設(shè)備相關(guān)參數(shù)。通過對(duì)設(shè)備信息的解析，生成對(duì)外部輸出設(shè)備的控制指令及非獨(dú)立派發(fā)的設(shè)備信息指令，配合各階段完成各自的加工任務(wù)及切削機(jī)構(gòu)的切換控制。本發(fā)明可通過添加或刪除接口信息的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)某外部設(shè)備是否參與加工、設(shè)備I/O點(diǎn)位的調(diào)整與修改，不需要編寫或修改PLC程序，使加工過程更加靈活。

在完成以上的控制條件設(shè)置之后，就需要對(duì)這些信息進(jìn)行解析，生成相應(yīng)的命令指令，實(shí)現(xiàn)各部分功能。

解析的過程包括兩個(gè)階段，稱為一次解析階段和二次解析階段。

其中，一次解析階段包括以下三個(gè)方面：

①解析毛坯輪廓

結(jié)合銑床加工工藝對(duì)己設(shè)定好的齒輪毛坯輪廓特征進(jìn)行分析，規(guī)劃出合理的加工軌跡，生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令。

②解析工件特征

結(jié)合滾齒加工工藝對(duì)已設(shè)定好的齒輪工件特征進(jìn)行分析，計(jì)算出各軸的聯(lián)動(dòng)關(guān)系并進(jìn)行軌跡規(guī)劃，生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令。

③解析設(shè)備信息

對(duì)已設(shè)定好的設(shè)備信息進(jìn)行分析，建立與外部設(shè)備的接口函數(shù)，生成相關(guān)的I/O輸出指令，該步驟的作用類似于傳統(tǒng)的PLC邏輯所實(shí)現(xiàn)的功能。另外，生成的指令中也包括對(duì)設(shè)備與工藝控制要求的信息描述指令，這類指令不能單獨(dú)派發(fā)，通常與其他指令聯(lián)合使用，組成具有完整意義的控制指令。

二次解析階段是對(duì)一次解析出來的三方面信息進(jìn)行綜合分析，根據(jù)工藝要求生成切削機(jī)構(gòu)切換相關(guān)的運(yùn)動(dòng)指令，并確定不同指令的組合規(guī)則。

所述不同指令的組合規(guī)則，是指對(duì)某幾個(gè)具有相同任務(wù)目標(biāo)的指令進(jìn)行標(biāo)記，將它們列入到相同的指令單元。需要注意的是，不能將存在干涉或有前后關(guān)系的兩條指令放入到相同的指令單元。組合指令單元很有必要，因?yàn)樵谝淮谓馕鲭A段所生成的指令有一些是不完整的，并不能直接派發(fā)完成加工任務(wù)。例如在銑削加工時(shí)，解析毛坯輪廓生成的指令中沒有各軸速度相關(guān)的信息，而這些信息需要解析設(shè)備信息后才能獲得，只有對(duì)指令進(jìn)行組合，才能獲得完整的控制指令。

通過兩個(gè)階段的解析后，還需要對(duì)這些解析出來的命令進(jìn)行整合、修改以及重新排列，組建一個(gè)可實(shí)現(xiàn)一體加工控制功能的工藝加工隊(duì)列，并制定合理的命令派發(fā)機(jī)制完成整個(gè)控制過程。

所述工藝加工隊(duì)列是通過對(duì)齒輪毛坯輪廓、齒輪工件特征及外部設(shè)備相關(guān) 參數(shù)等信息的解析與整合，生成的有序命令集合，其內(nèi)容包括對(duì)各軸的運(yùn)動(dòng)控制指令及對(duì)外部設(shè)備的輸出控制指令，并將每條指令信息以文字形式顯示，更直觀地展現(xiàn)了整個(gè)加工過程。

圖3展示了工藝加工隊(duì)列的組建過程。

將兩次解析生成的指令匯總，根據(jù)二次解析中確定的指令組合規(guī)則，把所有指令劃分成若干個(gè)指令單元，并對(duì)每個(gè)指令單元所完成的任務(wù)以文字信息的形式加以概括，將這些文字信息也添加到該指令單元中，使其能夠在加工過程中實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前加工狀態(tài)，更加直觀地展示了整個(gè)加工過程。而后，結(jié)合加工工藝，對(duì)各指令單元進(jìn)行重新排序，并將每個(gè)指令單元的派發(fā)條件添加到指令單元中。這樣就得到了一個(gè)包含有完整控制指令、指令信息、指令派發(fā)條件的有序的指令單元集合，工藝加工隊(duì)列組建完成。

在工藝加工隊(duì)列組建完成后，所有的控制指令都已準(zhǔn)備就緒，需要建立派發(fā)機(jī)制，逐條判斷隊(duì)列中各指令單元的派發(fā)條件，合理有序地完成控制指令的派發(fā)。

從圖2的控制流程中可以看出，當(dāng)工藝加工隊(duì)列組建完成后，從隊(duì)列的第一個(gè)指令單元開始，判斷是否滿足該指令單元的派發(fā)條件。所述派發(fā)條件包括對(duì)上一指令單元的任務(wù)完成情況的要求及對(duì)機(jī)床設(shè)備工作狀態(tài)的要求。如果條件不滿足，就等待一個(gè)周期后再進(jìn)行判斷，直到條件成立后，派發(fā)該指令單元的命令。然后判斷隊(duì)列是否已空，如果不為空，則轉(zhuǎn)入對(duì)下一個(gè)指令單元的派發(fā)條件判斷，重復(fù)上述控制過程，直到隊(duì)列流空。當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，說明所有的指令單元均以派發(fā)完成。

最后，將派發(fā)的指令單元轉(zhuǎn)化成輸出脈沖數(shù)、電壓值、開關(guān)量等對(duì)電氣設(shè)備的控制信號(hào)，完成整個(gè)加工控制過程。