基于PLC技术的数控齿条插齿机的优化设计分析

摘要：随着时代经济的快速发展以及科学技术的日新月异，齿条被广泛的应用于初械行业、航空行业以及仪表行业等，同时在对齿条进行数控化加工最主要的目的则是将齿条加工的精度以及其加工的效率最大程度上提高。尤其是基于PLC技术的数控齿条插齿机的优化设计，不仅仅缩短了机械传动链，同时在某种程度上将结构简化、减少传动链的误差以及提高精度，从根本上将加工的效率提高和将机床的调整时间减少。本文首先对数控齿条插齿机加工运动的原理以及其运动作了主要的分析，并从硬件设计和软件设计角度出发作了主要的研究，最后探讨总结了基于PLC技术的数控齿条插齿机优化设计的设计要点。

就目前而言，时代经济的快速发展以及科学技术的日新月异，进而对基于PLC技术的数控齿条插齿机的设计提出了更高的要求，因此本文对基于PLC技术的数控齿条插齿机的优化设计进行探讨分析有一定的经济价值和现实意义。

1.数控齿条插齿机加工运动的原理以及其运动分析

1.1.数控齿条插齿机加工原理

数控齿条插齿机加工运动时，在插齿的过程中，插齿刀主要做上下往复的切削运动，并且工件在某种程度上与插齿刀主要做展成运动，而进给轴主要做进给运动。就其实质性而言，刀后的工件位置主要作为工件运动的初始位置。当齿轮刀具与齿条工件进行吻合的过程中，一方面刀具主要是做定轴转动，另一方面工件则主要做直线移动，并且与分度线移动的方向相平行。总之齿轮刀具和齿轮工件的吻合传动在某种程度上完全符合齿廓啮合的基本定律。

1.2.数控齿条插齿机的运动分析

数控齿条插齿机的运动主要有切削主运动、工件的直线运动、刀轴的旋转运动、径向进给运动以及让刀运动五个。齿条在加工的过程中，冲程数在某种程度上受到模数和材料等的直接影响。而刀轴的旋转运动往往需要直接的与工件直线运动啮合，最终实现展成运动。

1.3.数控齿条插齿机的控制方式

一般来说，数控齿条插齿机主要有运动控制和加工控制两种。而其运动控制主要有切削主运动控制、工件直线运动控制、刀轴旋转运动控制、径向进给运动控制以及让刀运动控制五种。数控齿条插齿机加工方法的控制主要是对结合手动控制和自动化控制，从根本上完成加工的过程。

2.基于PLC技术的数控齿条插齿机的优化设计

2.1.数控系统硬件的优化设计

数控齿条插齿机的硬件结构设计主要是对可编程序控制系统的采用，其主要的组成部分有基本单元和两个定位模块，两个定位模块主要为FX2N 10GM，FX2-20GM，各个特殊模块与基本单元主要是通过连电缆FX2N-GM-5EC实现连接的，两个定位模块主要是对单轴和两轴定位的控制。人机界面主要是提供加工参数的输入，并对加工位置实时显示，其输入信号不仅仅有着各种机床反馈信号，同时也有着一定的面板输入信号。

可编程控制器作为一种数字运算操作的电子系统，通过对可编程序的存储器加以采用，并通过相应的数字式以及模拟式的输入输出，对各类机械的生产过程加以控制，同时其PLC基本结构中，最主要的组成部分有中央处理单元CPU、存储器、输入端以及输出端等部分，相互间主要是通过总线的方式进行连接的。PLC对于各伺服电机的控制并没有直接的涉及影响作用。可编程控制器在实际的运行过程中，其输入端信号首先被成批的输入映像存储区，当信号成批的输出时，为了防止输入信号受到其他因素的影响，往往在可编程控制器的输入继电器中设置一定的滤波器。DC5～30V为其内部电源，响应的时间

触摸器和主轴控制系统的优化设计最主要的目的一方面将生产成本降低，另一方面则要将整套设备的附加价值进行提高，最终实现齿条插齿机的运行。一般来说，变频器最主要的四个组成部分为整流、中间直流环节、逆变以及控制。其主要的输入单元为触摸屏，主控单位则为PLC，通过对变频器进行控制，进而实现三项异步电动机的调速。

伺服驱动系统主要对定位模块设计和伺服驱动系统10000脉冲/转分辨率的增量位置编码器加以采用，并高精度的进行定位处理，其常用的检测方法为半闭环检测方式。

2.2.数控系统软件的优化设计

数控系统软件的总体构造设计主要有可编程控制器程序、定位模块以及触摸屏程序三个部分。二轴数控插齿机加工主要有单向、连续两种加工方式。程序在实际的运行过程中，首先就要检测定位模块以及伺服驱动器，并进行初始化处理，及时的对诸多输入的信息进行一定的数值处理，对加工量进行确定，最终实现加工的过程。

可编程控制器在实际的程序处理过程中，不仅仅仅要实现初始化运行环境、点动操作、自动操作以及断点运行，同时还要实现数值的处理以及控制主轴运动。

定位模块的优化设计主要是对cod语言和顺序语言的采用，并通过借助于PLC程序进行调用控制，从根本上将各轴的精确定位实现。插齿机通过对定位模块的使用，进而使得FX2N10GM模块控制进给伺服电机，FX2N 20GM控制工作台伺服电机和刀轴伺服电机。

人机界面的优化设计主要是对触摸屏软件的设置，其触摸较为常见的集中功能则是指示灯、开关、各种动态图表、数据显示、数据输入、异常报警以及静态显示几种。通过对触摸屏的采用，从根本上实现人机的交互，就其实质性而言，加工方式以及加工参数主要为输入方式，而当前加工位置主要为其输出。

2.3.基于PLC技术的数控齿条插齿机的设计要点。

基于PLC技术的数控齿条插齿机的设计要点首先在齿条加工的过程中就要保证工作台的移动在某种程度上与插齿刀轴旋转所形成的合成运动为展成运动。在其径向进给运动的过程中，就要保证齿条插齿机的编程是对径向递减切入螺旋进给方式的采用，同时要对加工齿形的精确性加以保证。

3.结束语

总而言之，基于PLC技术的数控齿条插齿机的优化设计往往需要从实际出发，在一定程度上缩短了机械传动链，并将结构简化、减少传动链的误差以及提高精度，从根本上将加工的效率提高和将机床的调整时间减少，进而使得其有着更加广阔的应用前景。

参考文献：

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[2]张智华.基于PLC控制技术的渐开线齿轮加工系统设计研究[D].天津大学，2010.

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