Research and Implementation of High Speed and High Precision Electronic Gearbox Technology

Abstract

Abstract:

Division of teeth pitch and differentiation of gear cutting machine are strict with the accuracy of multi-axis speed control. The paper built a theoretical model of software EGB based on the analyses of hobbing technology. Implementation methods of software EGB in embedded NC system were researched based on the hardware of ARM+DSP+FPGA. Strategy of acceleration/deceleration was considered at the start and cancellation stages of EGB synchronization control. The data flow among the modules in NC system was analyzed in detail. Moreover the special G codes with parameters were designed, and the EGB control through NC programming was realized in a home made NC system.

Key words: electronic gearbox(EGB), gear-hobbing, inner-link transmission, acceleration and deceleration

摘要：

针对齿轮加工机床中展成和差动运动对多轴联动速度和精度的严格要求，在分析齿轮加工工艺的基础上构建了软件电子齿轮箱（EGB）的理论模型，研究了其在基于ARM+DSP+FPGA嵌入式数控系统中的实现方法及电子齿轮箱开关过程中的速度处理策略，详细分析了数控系统中数据信息的传递过程。最后，设计了专用带参数的G代码，通过NC编程实现对电子齿轮箱的控制，并在自行研发的滚齿数控系统中实现了电子齿轮箱的NC控制。

关键词: 电子齿轮箱, 滚齿, 内联传动, 加减速

CLC Number:

TP273

Tian Xiaoqing, Han Jiang, Xia Lian. Research and Implementation of High Speed and High Precision Electronic Gearbox Technology[J]. China Mechanical Engineering, 2014, 25(1): 11-16.

田晓青, 韩江, 夏链. 高速高精度电子齿轮箱技术研究及实现[J]. 中国机械工程, 2014, 25(1): 11-16.

References

[1]庄磊，王珉，左敦稳. 齿轮加工机床的发展特点及相关技术[J]. 江苏机械制造与自动化，2000(5)：9-11.
Zhuang Lei，Wang Mang，Zuo Dunwen. Developing Characteristics of Gearmaking Machine Tool and Its Correlative Techniques[J]. Jiangsu Machine Building & Automation，2000(5)：9-11.
[2]庄磊，左敦稳，王珉，等. 电子齿轮箱系统的研究与应用[J]. 机械设计与制造工程，2001(2)：48-50.
Zhuang Lei，Zuo Dunwen，Wang Mang，et al. Research and Application of Electronic Gear-Box[J]. Machine Design and Manufacturing Engineering，2001(2)：48-50.
[3]汪海波. 用840D系统改造MSZ838数控蜗杆磨齿机[J]. 设备管理与维修，2006(5)：50-53.
Wang Haibo. Improve MSZ838 Worm Gear Grinding Machine with 840D[J]. Plant Maintenance Engineering，2006(5)：50-53.
[4]梁媛，孙建业，祝辉. NUM控制系统的滚齿机数控系统开发[J]. 沈阳理工大学学报，2011(6)：70-73.
Liang Yuan，Sun Jianye，Zhu Hui. Developing of Hobbing Machine NC System Based on NUM Control System[J]. Journal of Shenyang Ligong University，2011(6)：70-73.
[5]陈时权，张明智. 重庆机床公司自主开发出YS3118CNC5高速数控滚齿机[J]. 设备管理与维修，2011(2)：67.
Chen Shiquan，Zhang Mingzhi. Chongqing Machine Company Developed the High Speed CNC Gear Hobbing Machine YS3118CNC5 [J]. Plant Maintenance Engineering，2011(2)：67.
[6]张新玉，张根保，黄强，等. 零传动滚齿机传动链精度分析[J]. 制造技术与机床，2007(10)：59-61.
Zhang Xinyu，Zhang Genbao，Huang Qiang，et al. Analysis on Transmission Error of Direct-driving Hobbing Machine[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool，2007(10)：59-61.
[7]Dinsdale J，Jones P F，Thorneycroft M，et al. The Electronic Gearbox—Computer Software Replaces Mechanical Couplings[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology，1982，31(1)：247-249.
[8]权建洲，谭伟明，殷红彦. 软件电子齿轮箱实现方法研究[J]. 机电一体化，1999(3)：20-22.
Quan Jianzhou，Tan Weiming，Yin Hongyan. Research on Realizing Method of Electronic Gearbox with Computer Software[J]. Mechatronics，1999(3)：20-22.
[9]石照耀. 英国克兰菲尔德精密工程研究所(CUPE)的超精密加工与测量技术[J]. 工具技术，1991(6)：11-14.
Shi Zhaoyao. Ultra-precision Machining and Measuring Technology of the CUPE[J]. Tool Engineering，1991(6)：11-14.
[10]庄磊. 电子齿轮箱关键控制技术及其应用研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2001.
[11]熊显文，张柱银，廖翠姣. 基于电子齿轮箱的数控插齿机内联传动结构[J]. 机械科学与技术，2008(6)：793-798.
Xiong Xianwen，Zhang Zhuyin，Liao Cuijiao. On the Inner-link Transmission Structure of a CNC Gear Shaper[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering，2008(6)：793-798.
[12]李炽岚，熊显文. 斜齿轮全数字化插齿加工运动控制方法研究[J]. 机械传动，2007(5)：30-33.
Li Chilan，Xiong Xianwen. Study on Processing Movement Controlling Method of Helical Gear Entire Digitization Slot[J]. Journal of Mechanical Transmission，2007(5)：30-33.
[13]胡赤兵，田芳勇，姜衍仓. 电子齿轮箱在非圆齿轮滚齿加工中的应用[J]. 机械设计与制造，2009(12)： 79-81.
Hu Chibin，Tian Fangyong，Jiang Yancang. Application of the Electrical Gearbox in the Hobbing Non-circular Gear[J]. Machinery Design & Manufacture，2009(12)：79-81.
[14]任锟. 高速数控加工的前瞻控制理论及关键技术研究[D]. 杭州：浙江大学，2008.
[15]Suh S，Kang S，Chung D，et al. Theory and Design of CNC Systems[M]. London：Springer，2008.