滚齿机是用来加工各种齿轮的专用机床，可加工直齿、斜齿、人字齿等各种齿型齿轮，广泛应用于汽车、工程机械及航天工业等领域。齿轮因其形状复杂，技术问题多，制造难度较大，所以制造水平在较大程度上反映了一个国家机械工业的水平。传统的机械滚齿机床主电机不仅驱动展成分度的传动链，还要驱动差动和进给传动链，复杂的传动链导致机械结构复杂、精度低、调整困难，无法适应现代加工的需求。数控滚齿机传动比关系通过数控技术的电子齿轮实现展成运动，由于传动链的缩短简化了结构，增强了刚性，可加大切削量。

1 滚齿机硬件构成

　　滚齿机的机械部分由床身、立柱、主轴、工作台、液压系统、冷却系统及润滑系统构成，有直线轴 X、Y、Z 及旋转轴 A、C，图 1 为一个立式滚齿机结构图。滚齿是在毛坯旋转的情况下由推进齿条成型工具( 滚刀) 生成齿轮。齿轮面宽的形成由刀具与齿轮毛坯的连续同步运动完成，可生成不同的齿轮如直齿、螺旋齿或蜗型齿。滚齿机的 CNC采用法国 NUM 1040 POWER HG 控制系统，系统提供的软件工具能满足滚齿机的加工工艺要求，电齿轮箱同步功能可实现滚刀轴、Y轴、Z轴与C轴的同步关系。

图 1 滚齿机机械结构图

　　旋转角度。在滚齿时，必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致。由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上，刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直，所以必须把刀架旋转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时，旋转的角度就是滚刀的螺旋升角; 滚切斜齿轮时，还要根据斜齿轮的螺旋方向及螺旋角的大小来决定旋转角度的大小及旋转方向。

　　C 轴: 工作台回转，保证加工过程中工件的分度运动。其运动速度和滚刀的旋转速度需保持齿轮与滚刀的啮合关系。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角，即 1/z 转(z为被加工齿轮的齿数) 。

　　S 轴: 滚刀主轴绕其自身轴线的旋转运动。齿轮滚刀是一种专用刀具，每把滚刀可加工模数相同而齿数不等的各种直齿或斜齿渐开线外圆柱齿轮。

　　X 轴: 径向进给运动，径向进刀决定切深，一般为独立运动。

　　Y 轴: 切向进给运动。其移位是为满足对角线滚切和切向进给切制蜗轮的要求而设置，它要求工作台产生附加运动，并且在对角线滚切时与垂直进给运动成比例关系。

　　Z 轴: 轴向进给运动。在加工循环中通过齿轮刀具轴向移动，即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动。

2 滚齿机的软件设计

　　NUM 数控系统提供软件开发工具 PLCTOOL、MMITOOL。PLCTOOL 可方便编写 PLC 程序、零件加工程序、系统参数或进行高级语言 C 的编程，它是后台处理程序必不可少的工具。MMITOOL 主要用于创建控制系统的人机界面，它可通过内部图形库或自定义的图形库进行链接，对系统进行二次开发，可根据用户要求编辑人机对话界面，使用户更容易操作。

　　2.1 人机界面

　　滚齿机属于专用数控机床，可根据用户具体工艺要求编写针对滚齿加工的中文界面，NUM 数控系统的 MMITOOL 软件是基于 VB 控件基础上的工具软件，它可编辑与 NUM 数控系统进行通讯而获取各种变量的人性化界面，通过使用 MMITOOL 工具实现参数的输入和显示，并能直接将输入的加工参数放入指定的 E 参数，加工程序可在后台编制，对机床的编程和操作非常方便，操作者根据界面显示进行操作，非常直观简洁。图 2 为轴运动显示界面。

图 2 运动显示界面

　　图 3 为滚齿加工参数设置界面。

图3为滚齿加工参数设置界面

　　以参数“齿数”为例介绍制作方法，先在图形层建立输入框，并定义其为“齿数”; 然后在变量层建立两个请求变量，分别用于输入和显示，两个中间变量，用于数据交换; 再设置各个变量的属性，就可将操作者输入的“齿数”放入 NUM 系统的“E56001”中，并将输入的数值显示到中文界面里。

　　2.2 滚齿机加工程序

　　电子齿轮箱的编程语法: G181-C 轴与滚刀轴S 及 Z 轴同步，G185-C 轴与滚刀轴 S 及 Y 轴同步，G180-撤销同步。

　　以滚齿加工程序为例:

　　% 3000 ( 滚齿同步程序)　　L1 = E56001 ( 齿数)　　L2 = E56002 /1000 ( 模数)　　L3 = E56003 /1000 ( 齿轮螺旋角)　　L4 = E56004 ( 滚刀头数)　　G79 E56007 = 1 N20 ( 滚齿方向)　　E81974 = － 1 ( S-C 轴的同步方向)　　G79 N30

　　其中: G181 轴向同步许可;

　　D = … 齿数;　　K + / － …刀具螺纹扣数或线数。符号表明　　C 轴相对于刀具轴旋转的方向;　　P… 齿轮螺旋角的度数;　　Q… 以毫米表示的齿轮实际模数。　　% 1000 ( 滚齿加工程序)　　L1 = E56001 ( 齿数)　　L2 = E56002 /1000 ( 模数)　　L3 = E56003 /1000 ( 齿轮螺旋角)　　L4 = E56004 ( 滚刀头数)　　L5 = E56005 ( Z 轴终点坐标，mm)　　L6 = E56006 ( Z 轴每圈进刀量，mm)　　L7 = E56007 ( Z 轴切削深度，mm)　　L8 = E56008 ( 滚刀转速，r / min)　　G75 N1000 ( 紧急回退，PLC 程序中当 w3． 4 =1 时执行)　　N40 M03 SL8 ( 滚刀正转速度，r / min)　　N50 G195 FL6 ( 旋转工作台的走刀速度，mm/r)　　N60 G01 ZL5 ( Z 完成坐标，mm)　　N70 M05 ( 滚刀轴停止)　　N80 G4 F5 ( 暂停)　　N99 M02 ( 程序结束)　　N1000 G00 X3700 ( 回退位置)　　M05 ( 滚刀轴停止)　　G04 F5 ( 暂停)　　M02 ( 程序结束)

　　滚齿加工时操作者只需在滚齿参数界面设置各项参数，通过按钮同时运行滚齿同步及滚齿加工程序即可。

3 结束语

　　采用 NUM 数控系统的电子齿轮箱功能，使滚齿机不需要改变机械结构就可以加工多种类型的齿轮，简化了机床的机械传动结构，提高了机床的加工精度及柔性。编制针对滚齿机床的专用界面及加工程序，输入所需的加工参数，即可进行零件加工，实现了操作者的零编程。