基于PC+DSP的插齿加工数控系统研究
摘要
在现代机械、仪表等行业，斜齿轮的应用越来越普遍。目前国内插削加工斜齿轮没有完全实现全数字控制加工，较多的仍然是利用螺旋导轨实现附加转动来加工斜齿轮，但是螺旋导轨制造要求工艺复杂，成本很高，且通用性差，磨损不能得到补偿等缺点。运用DSP芯片MCX314的高速数据处理能力，来开发一种斜齿轮插齿加工系统，利用驱动伺服系统取代螺旋导轨，简化传动机构，从而达到全数字化插削加工斜齿轮，具有重要的实用价值和实际意义。
本论文主要内容包括：
(1)介绍了齿轮加工技术及齿轮加工机床的发展现状及趋势。
(2)分析了斜齿轮成形特点，进行斜齿轮插削加工原理研究及进行加工中的动力学分析，提出了无差动法插削斜齿轮的理论。
(3)根据开放式数控系统思想，开发了基于工业PC和DSP的插齿加工数控系统，进行硬件结构和接口设计。根据硬件结构，在Windows平台下设计了系统软件系统。初步实现了斜齿轮的全数字化控制插削加工。
In modern machinery and instrument industries,the application of bevel gear is increasing.Though numerical control processing is not fully realized in the current process of slotting bevel gear. Spiral guide is still used more to achieve additional rotation to machine bevel gear.But Spiral guide has many defects,such as complex technology required to manfacture it, high-cost, bad universal property, not getting compensation for abrasion.Utilizing the capability of high-speed digital signal-processing(DSP) chip of MCX314 to develop a bevel gear shaper processing system, replacing screw-driven servo system for the spiral guide, simplifying transmission mechanism, this has a very important practical significance and value.
The following is the main content of this paper:
(1) Introducing the current development of gear machining technology and the gear machining tool.
(2) Analyzing the characteristics of forming a bevel gear; analyzing the bevel gear slotting process and dynamic analysis in the process.Putting forward the theory that uses undifferentiated methord to slot bevel gears.
(3) According to idea of open CNC system, developing a bevel gear slotting numerical control system based on DSP and industry PC.Designing the hardware architecture and interfaces. On the basis of the hardware, designing system software control system on the Windows platform.Preliminary achieving slotting the bevel gear under numerical control processing.
本论文主要内容包括：
(1)介绍了齿轮加工技术及齿轮加工机床的发展现状及趋势。
(2)分析了斜齿轮成形特点，进行斜齿轮插削加工原理研究及进行加工中的动力学分析，提出了无差动法插削斜齿轮的理论。
(3)根据开放式数控系统思想，开发了基于工业PC和DSP的插齿加工数控系统，进行硬件结构和接口设计。根据硬件结构，在Windows平台下设计了系统软件系统。初步实现了斜齿轮的全数字化控制插削加工。
In modern machinery and instrument industries,the application of bevel gear is increasing.Though numerical control processing is not fully realized in the current process of slotting bevel gear. Spiral guide is still used more to achieve additional rotation to machine bevel gear.But Spiral guide has many defects,such as complex technology required to manfacture it, high-cost, bad universal property, not getting compensation for abrasion.Utilizing the capability of high-speed digital signal-processing(DSP) chip of MCX314 to develop a bevel gear shaper processing system, replacing screw-driven servo system for the spiral guide, simplifying transmission mechanism, this has a very important practical significance and value.
The following is the main content of this paper:
(1) Introducing the current development of gear machining technology and the gear machining tool.
(2) Analyzing the characteristics of forming a bevel gear; analyzing the bevel gear slotting process and dynamic analysis in the process.Putting forward the theory that uses undifferentiated methord to slot bevel gears.
(3) According to idea of open CNC system, developing a bevel gear slotting numerical control system based on DSP and industry PC.Designing the hardware architecture and interfaces. On the basis of the hardware, designing system software control system on the Windows platform.Preliminary achieving slotting the bevel gear under numerical control processing.
引文
[1] 刘献忠．圆齿轮数控加工过程的计算机仿真研究[J]．计算机应用，2003．2
[2] 吴焱明，陶晓杰．齿轮数控加工技术的研究[M]．合肥工业大学出版社，2006．1-47，97-114
[3] 庄磊等．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
[4] 李立斌，谢丽丽．高速切削技术与数控机床发展趋势[J]．机械设计，2003．7
[5] 乐美豪．我国齿轮机床市场的现状和展望[J]．制造技术与机床，1999年第1期
[6] 丁富强等．基于PC机的高性能数控系统的研究[J]．机械与电子，2000年第1期
[7] 孙德茂．对开放型数控系统的认识[J]．制造技术与机床．1999年第10期
[8] 陆启建，刘明灯．数控技术的新进展[J]．制造技术与机床，2002年第5期
[9] 谢容见．浅谈数控机床研究现状及发展趋势[J]．池州师专学报，2002．8
[10] 李华敏等．渐开线齿轮的几何原理与计算[M]．机械工业出版社，1985．11：198-236
[11] (苏联)．李特文著．卢贤占，高业田，王树人译．齿轮啮合原理[M]．上海科学技术出版社，1984．12．68-206
[12] 四川省机械工业局编．复杂刀具设计手册[M]．机械工业出版社，1982．379-455
[13] 邵才．插齿技术．机械工业出版社[M]．1987
[14] 刘喜平．斜齿轮的插削原理与方法[J]．佳木斯大学学报(自然科学版)，2001．3
[15] 刘喜平．斜齿轮插削加工的CNC系统[J]．机械研究与应用，2001(7)
[16] 陈连，王元文．斜齿圆柱齿轮的无差动滚切法及其挂轮选择[J]．机械制造．2001．2
[17] 王保民等．斜齿轮数控插削加工[J]．现代制造工程．2004．9
[18] 金艳丽．球头刀铣削过程物理仿真的研究[D]．河北工业大学硕士学位论文，2004．3
[19] 陈金成等．机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析[J]．机械工程学报，2002．1
[20] 包世华．结构动力学[M]．武汉理工大学出版社，2005．9：120-235
[21] 商向东．齿轮加工精度[M]．机械工业出版社．2000．1：54-194
[22] 赵妙霞等．机床传动链误差对齿轮加工精度的影响及控制[J]．工业科技．2005．6
[23] 梁士宝．斜齿轮加工中齿向误差产生的原因及消除方法[J]．电气开关，2004．2
[24] 何淑菊，邱英．圆柱齿轮加工误差分析[J]．应用科技．2003．6
[25] 卢胜利，王睿鹏，祝玲．现代数控系统原理、构成与实例[M]．机械工业出版社，2006．6：262-354
[26] The Data Book of MCX314[M], NOVA Electronics Inc.Japan
[27] 张雄伟，陈亮，徐光辉．DSP芯片的原理与开发应用(第3版)[M]．电子工业出版社．2004．2：1-52
[28] 叶佩青，汪劲松．MCX314运动控制芯片与数控系统设计[M]．北京航空航天大学出 版社，2002．11：83-92
[29] 濮良贵，纪名刚．机械设计(第七版)[M]．高等教育出版社，2001．6：140-233
[30] 李宏宇．基于PCI总线的多轴运动控制器的研究与开发[D]．吉林大学硕士学位论文．2003．10
[31] 邓星钟．机电传动控制[M]．华中科技大学出版社，2001．3：292-346
[32] 松下MINAS A系列交流伺服电机使用手册[M]．2003
[33] 廖效果，刘又午．数控技术[M]．湖北科学技术出版社，2000．7：80-294
[34] 秦曾煌主编．电工学下册(第五版)[M]．高等教育出版社，1999．9：28-266
[35] 王仲生编．智能检测与控制技术[M]．西北工业大学出版社，2002．9：226-256
[36] 宋勇强．现场数采设备的抗干扰[J]．录井技术，1998．1
[37] 龚盛耀．孙浩．印刷电路板抗干扰性能研究[J]．仪表技术，2001．3
[38] 张常年，郭书军，左岐．计算机通信与工业控制[M]．化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心，2001．6：155-162
[39] David J．Kruglinski[美]．Visual C++技术内幕(第四版)[M]．潘爱民，王国印(译)．清华大学出版社，2004．3：209—225，209-211
[40] 陈华生，张岳新．Visual C++程序设计基础．苏州大学出版社[M]，2000．2：201-363
[41] 尤晋元，史美林．Windows操作系统原理[M]．机械工业出版社，2001．1：89—121
[42] Edward Yourdan，Carl Argila．殷人昆，田金兰，马晓勤译．实用面向对象软件工程教程[M]．电子工业出版社，1999．3
[43] 王建宾．数控焊接机的研制开发与应用[D]．合肥工业大学硕士学位论文，2006：1—51
[44] 樊天放等．基于Windows9x系统实时中断的控制的实现[J]．辽宁大学学报(自然科学版)，2005．3
[45] 李喆．三轴数控铣床开放式控制系统的开发研究[D]．沈阳工业大学硕士学位论文．2004．14-25
[46] 林剑豪．基于运动控制芯片的数控高速仿形运动控制卡研究[D]．福州大学硕士学位论文．2005．12
[47] 黄艳等．CNC系统型曲线加减速算法的设计与实现[J]．设计与研究，2005．3
[48] 程治．螺旋齿圆柱齿轮插齿数控加工技术研究[D]．合肥工业大学硕士学位论文．2006．4
[49] 周文庆等．基于TMS320LF2407的PCI总线通用运动控制卡设计[J]．微电机，2004．3
[2] 吴焱明，陶晓杰．齿轮数控加工技术的研究[M]．合肥工业大学出版社，2006．1-47，97-114
[3] 庄磊等．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
[4] 李立斌，谢丽丽．高速切削技术与数控机床发展趋势[J]．机械设计，2003．7
[5] 乐美豪．我国齿轮机床市场的现状和展望[J]．制造技术与机床，1999年第1期
[6] 丁富强等．基于PC机的高性能数控系统的研究[J]．机械与电子，2000年第1期
[7] 孙德茂．对开放型数控系统的认识[J]．制造技术与机床．1999年第10期
[8] 陆启建，刘明灯．数控技术的新进展[J]．制造技术与机床，2002年第5期
[9] 谢容见．浅谈数控机床研究现状及发展趋势[J]．池州师专学报，2002．8
[10] 李华敏等．渐开线齿轮的几何原理与计算[M]．机械工业出版社，1985．11：198-236
[11] (苏联)．李特文著．卢贤占，高业田，王树人译．齿轮啮合原理[M]．上海科学技术出版社，1984．12．68-206
[12] 四川省机械工业局编．复杂刀具设计手册[M]．机械工业出版社，1982．379-455
[13] 邵才．插齿技术．机械工业出版社[M]．1987
[14] 刘喜平．斜齿轮的插削原理与方法[J]．佳木斯大学学报(自然科学版)，2001．3
[15] 刘喜平．斜齿轮插削加工的CNC系统[J]．机械研究与应用，2001(7)
[16] 陈连，王元文．斜齿圆柱齿轮的无差动滚切法及其挂轮选择[J]．机械制造．2001．2
[17] 王保民等．斜齿轮数控插削加工[J]．现代制造工程．2004．9
[18] 金艳丽．球头刀铣削过程物理仿真的研究[D]．河北工业大学硕士学位论文，2004．3
[19] 陈金成等．机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析[J]．机械工程学报，2002．1
[20] 包世华．结构动力学[M]．武汉理工大学出版社，2005．9：120-235
[21] 商向东．齿轮加工精度[M]．机械工业出版社．2000．1：54-194
[22] 赵妙霞等．机床传动链误差对齿轮加工精度的影响及控制[J]．工业科技．2005．6
[23] 梁士宝．斜齿轮加工中齿向误差产生的原因及消除方法[J]．电气开关，2004．2
[24] 何淑菊，邱英．圆柱齿轮加工误差分析[J]．应用科技．2003．6
[25] 卢胜利，王睿鹏，祝玲．现代数控系统原理、构成与实例[M]．机械工业出版社，2006．6：262-354
[26] The Data Book of MCX314[M], NOVA Electronics Inc.Japan
[27] 张雄伟，陈亮，徐光辉．DSP芯片的原理与开发应用(第3版)[M]．电子工业出版社．2004．2：1-52
[28] 叶佩青，汪劲松．MCX314运动控制芯片与数控系统设计[M]．北京航空航天大学出 版社，2002．11：83-92
[29] 濮良贵，纪名刚．机械设计(第七版)[M]．高等教育出版社，2001．6：140-233
[30] 李宏宇．基于PCI总线的多轴运动控制器的研究与开发[D]．吉林大学硕士学位论文．2003．10
[31] 邓星钟．机电传动控制[M]．华中科技大学出版社，2001．3：292-346
[32] 松下MINAS A系列交流伺服电机使用手册[M]．2003
[33] 廖效果，刘又午．数控技术[M]．湖北科学技术出版社，2000．7：80-294
[34] 秦曾煌主编．电工学下册(第五版)[M]．高等教育出版社，1999．9：28-266
[35] 王仲生编．智能检测与控制技术[M]．西北工业大学出版社，2002．9：226-256
[36] 宋勇强．现场数采设备的抗干扰[J]．录井技术，1998．1
[37] 龚盛耀．孙浩．印刷电路板抗干扰性能研究[J]．仪表技术，2001．3
[38] 张常年，郭书军，左岐．计算机通信与工业控制[M]．化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心，2001．6：155-162
[39] David J．Kruglinski[美]．Visual C++技术内幕(第四版)[M]．潘爱民，王国印(译)．清华大学出版社，2004．3：209—225，209-211
[40] 陈华生，张岳新．Visual C++程序设计基础．苏州大学出版社[M]，2000．2：201-363
[41] 尤晋元，史美林．Windows操作系统原理[M]．机械工业出版社，2001．1：89—121
[42] Edward Yourdan，Carl Argila．殷人昆，田金兰，马晓勤译．实用面向对象软件工程教程[M]．电子工业出版社，1999．3
[43] 王建宾．数控焊接机的研制开发与应用[D]．合肥工业大学硕士学位论文，2006：1—51
[44] 樊天放等．基于Windows9x系统实时中断的控制的实现[J]．辽宁大学学报(自然科学版)，2005．3
[45] 李喆．三轴数控铣床开放式控制系统的开发研究[D]．沈阳工业大学硕士学位论文．2004．14-25
[46] 林剑豪．基于运动控制芯片的数控高速仿形运动控制卡研究[D]．福州大学硕士学位论文．2005．12
[47] 黄艳等．CNC系统型曲线加减速算法的设计与实现[J]．设计与研究，2005．3
[48] 程治．螺旋齿圆柱齿轮插齿数控加工技术研究[D]．合肥工业大学硕士学位论文．2006．4
[49] 周文庆等．基于TMS320LF2407的PCI总线通用运动控制卡设计[J]．微电机，2004．3