直驱式数控滚齿机的工作原理和特点
直驱式数控滚齿机的工作原理和特点
一、直驱式数控滚齿机的工作原理
滚齿机在做展成运动时滚刀主轴和工件主轴（工作台）需要保持下式严格的运动关系：
n工作台=n滚刀×K
z
其中，n工作台：工作台转速；
K：滚刀头数；
Z：被加工齿轮齿数；
n滚刀：工作台转速；
在传统的机械传动滚齿机和2、3轴数控滚齿机上，上式的运动关系是靠滚刀主轴和工作台间的机械传动机构强制完成的。工作台和滚刀间的传动比决定了二者间的运动关系，传动精度决定了滚齿机的分度精度。当改变被加工工件的齿数时，就通过计算改变挂轮箱内的挂轮来实现。
这种传统的结构在滚刀和工作台之间有很长的传动链，机床的分度精度取决于传动链的精度。传动链中传动元件之间的间隙降低了传动刚性，并且在滚刀和工件间产生的冲击会造成滚刀的快速磨损。由于这个原因，滚齿机的设计者一直在追求缩短机床的传动链。
随着数控技术的发展，滚刀和工作台之间可以采用数控系统中的电子齿轮箱（EBG）来代替原来的分度齿轮箱（包括差动齿轮箱）。前述的蜗轮副传动和齿轮传动数控滚齿机就是应用了电子齿轮箱技术而使传动链大大缩短。
直驱式数控滚齿机是应用了内装式电机即直驱技术。滚刀主轴采用大力矩内装式伺服主轴电机，主轴尾部同轴安装一个位置编码器反馈主轴位置；工作台则采用多级大扭矩低速力矩电机驱动，和电机的转子直连一个高精度位置编码器反馈工作台的位置。这样，工作台和滚刀之间不存在任何机械传动元件，称之为“零传动”；反馈元件直接检测滚刀和工作台位置，构成了真正意义的全闭环。在设置中，滚刀作为主动轴，工作台作为跟随轴。当工作台的响应速度足够时，在电子齿轮箱的控制之下，可以得到理想的分度精度和很好的表面质量。直驱式数控
滚齿机的工作原理见下图：
直驱式数控滚齿机的工作原理
二、直驱式数控滚齿机的特点：
1、高速度：直驱式数控滚齿机的主轴转速取决于轴承的速度，在实际应用中，已达到4500rpm；工作台转速也可达到300rpm以上。高转速可以把现代齿轮刀具的高速性能淋漓尽致地发挥出来，从而获得很高的生产效率。使用“Speedcore”和硬质合金滚刀时线速度可达到300m/min，比传统滚齿机提高效率10倍以上。
2、高精度
由于分齿和差动运动采取了全闭环控制并采用的电子齿轮箱，分齿精度可达到4级或更高。在实际应用中，齿轮的加工精度受滚刀和工件装夹精度的限制，而机床精度不再是影响加工精度的因素。生产实践中，在合理的装夹和冷却条件下，在高速切削时，可以得到稳定的6级加工精度。
3、干切加工
由于零传动使机床的运动平稳性和自动移刀功能，使得直驱式滚齿机成为最适合进行高速干切滚齿加工的机床。纯机械传动或传动链较长的滚齿机不适合高速干切滚齿加工，是因为机械传动链的传动误差造成滚切加工过程中的振动，而这种振动对于高速干切、质地硬脆的刀具材料是致命的影响，振动造成刀刃的非正常磨损，刀具很快就丧失了齿形精度。
4、硬齿面加工
同样的原因，直驱式数控滚齿机可对淬硬齿轮进行高速滚切加工，齿轮硬度
可达HRC62。
5、提高刀具寿命
生产实践表明，使用直驱式全数控滚齿机，在高速加工的条件下，可比普通滚齿机提高刀具寿命10倍。
6、模块化设计
直驱式数控滚齿机的结构上各部分的联系非常简单，便于模块化设计，可以形成产品的多样化。
7、非常适宜顺铣加工。
8、丰富的附加功能：
利用数控系统中提供的平台，直驱式数控滚齿机可以开发出丰富的附加功能。 北京若垦自动化设备有限责任公司生产的YK31xxCNC6Z系列全数控高效直驱数 控滚齿机具有下列功能：
1）零编程界面
YK31xxCNC6Z系列全数控高效直驱数控滚齿机为用户提供了一个参数化的操作界面，用户根据工件情况可以选择圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮、鼓形齿轮的加工程序，输入刀具参数、工件参数、工艺参数和进给次数，系统将自动生成加工程序，不需要任何编程指令。
2）刀具管理系统
均匀窜刀是提高刀具寿命、减少刃磨量和刃磨次数的重要手段。在刀具管理系统中，可以设置大步距窜刀、小步距窜刀、循环窜刀三种窜刀模式，并可预先设置窜刀次数。当窜刀次数达到预定值时，机床停机，提示操作者检查刀具或更换刀具。对于不同的刀具，机床可以记录下刀具使用的次数，在二次使用该刀具时机床将自动移刀至未使用的部分工作。
3）机床的自适应性
在加工过程中当切削力增加到一定程度后机床将自动减少走刀速度，以防止报警停车。这个功能在粗加工硬度不均匀材料时有用。
4）防撞功能
机床在输入滚刀直径和工件直径并启用防撞功能后，可以防止程序错误造成的滚刀与工件的撞车。
5）多功能加工
在一台机床上可以实现一次装夹加工多联齿轮或进行倒角；或采用单分齿的方法采用成型铣刀铣齿，或采用附件头加工无空刀槽的人字齿；使用成型刀具可以加工端齿盘。
6）切削工艺专家系统
在系统内建立数据库，对操作人员提供经过优化的切削参数。
7）正时滚齿
可根据要求使得加工的齿槽与齿轮上的其他要素保持一定的位置关系；也可以在二次加工齿面时使滚刀与齿槽对正并使得余量均匀。