應用臥式加工中心快速鏜銑各種圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的通用編程方法研究

趙忠剛 魯磊 李文華

摘 要：文章結合臥式加工中心鏜銑圓弧的編程原理和鏈輪鏈窩成形的規(guī)則及筆者多年從事加工中心編程及繪圖和以前對鏈輪鏈窩的鏜銑經驗，針對以往銑削鏜銑圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的方法進行了改進，總結發(fā)明了借助CAD繪圖對鏈輪鏈窩鏜銑軌跡進行找點的實用編程方法，使鏜削鏈輪鏈窩的編程變得易學、易懂，并較好地提高了鏜銑鏈輪鏈窩的效率。

關鍵詞：圓環(huán)鏈鏈輪；鏈窩；CAD；G18；編程；鏜銑

中圖分類號：TD528+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0089-02

1 背景概述

山東能源重型裝備制造集團新汶分公司常年設計制造各類礦用設備，包含各類刮板機，其中刮板機的各類驅動鏈輪鏈窩的鏜銑卻是機械加工行業(yè)的難點，也是公司的重點加工工序，筆者在1995年設制了鏜銑圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的專用工裝，使用效果很好，并在2005年第8期《煤礦機械》雜志發(fā)表了加工驅動鏈輪齒形專用工裝的設計與應用一文。隨著近些年數(shù)控加工中心設備的購置，公司員工通過運用編程方式在加工中心上對鏈輪鏈窩進行了鏜銑，但筆者近期發(fā)現(xiàn)當前鏜銑鏈窩的程序存在較多的往復循環(huán)空運行軌跡，并且是利用銑削模具的小刀具采用“跑廣場”式的逐漸進給鏜銑的編程方式對鏈窩進行加工的，致使鏜銑鏈窩的效率較低。為此，筆者經過分析研究，重新編制了利用成形刀具鏜銑各類圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的通用加工程序，使銑削過程中的空運行軌跡降到最少，可使加工鏈窩的效率提高一倍以上。應用該程序時只需將鏈輪鏈窩的基本尺寸代入即可。

2 圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的主要尺寸關系與成形原理

鏈輪鏈窩的形狀是以R的中心為圓心，在輪齒外圓與節(jié)圓之間所畫出的圓弧。如圖1所示，此弧的成形方式有兩種：刀具以R的中心為圓心對鏈窩進行鏜銑，鏈輪靜止；鏈輪以其鏈窩齒形的R中心為圓心旋轉進行鏜銑，刀具只作旋轉運動（該方式在“驅動鏈輪齒形專用工裝的設計與應用”一文中已經論述并使用）。不論采取那種方式鏜銑鏈輪鏈窩，R的中心點是至關重要的。根據(jù)圓環(huán)鏈鏈輪的制造標準語要求可知，R的中心點在與鏈輪配套的鏈條的扁平鏈環(huán)的中心線上，其中心線平行于鏈窩的底平面，距離鏈輪的中心為：H+0.5d（H是鏈輪中心至鏈窩底平面的距離，d是配套圓環(huán)鏈鏈條的公稱直徑，H語d的實際數(shù)值在其制造和設計標準中可根據(jù)鏈輪的型號直接查得）。在鏜銑鏈窩時，還要注意鏈窩的長度L，其值為：

L=1.075p+2d（p為圓環(huán)鏈的公稱節(jié)距，其具體數(shù)值也可在鏈輪的制造和設計標準中根據(jù)鏈輪的型號查得）。

式中的φ是鏈窩的直徑尺寸，也是銑刀的直徑尺寸。刀片的圓弧半徑既是0.5 d。

3 圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的鏜銑軌跡

首先，利用CAD按照鏈輪圖紙尺寸繪制鏈窩圖形，如圖1所示；其次，按照每次鏜銑吃刀深度為5～6 mm的數(shù)值依次增大R值，并繪制各R（R1、R2、R3、R4、R5、……）圖形；然后，根據(jù)刀具運行無障礙原則，依據(jù)略大于鏈窩實際尺寸的情況截取各圓弧的實際切削運行軌跡，如圖2所示，R1上截取的圓弧軌跡為EJ（是鏜銑鏈窩的最終編程運行軌跡，R1的數(shù)值等于圖1中的R值），R2上截取的圓弧軌跡為DI，R3上截取的圓弧軌跡偉CH，R4上截取的圓弧軌跡為BG，R5上截取的圓弧軌跡為AF，這里的A、B、C、D、E對應圓弧的起點，F(xiàn)、G、H、I、J對應圓弧的終點。

刀具運行圓弧的多少決定了鏜銑鏈輪鏈窩的走到次數(shù)，鏈輪鏈窩的尺寸決定著刀具運行圓弧的多少，可根據(jù)具體情況均分吃刀深度，但必須保證在鏜銑鏈窩過程中工藝系統(tǒng)不發(fā)生震顫現(xiàn)象。

4 圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的加工中心鏜銑編程

首先，根據(jù)圖2的內容，將工件坐標系ZOX原點O設置在臨齒鏈窩底平面的中心上，并分別直接標出各圓弧起點和終點分別到原點O在Z向和X向上的數(shù)值，并做好記錄，即XA/ZA和XF/ZF、XB/ZB和XG/ZG、XC/ZC和XH/ZH、XE/ZE和XI/ZI、XE/ZE和XJ/ZJ；其次，采取起點、終點和圓弧半徑相結合的編程方式對鏜銑鏈窩軌跡進行編程，由于鏈輪在加工中心上采取水平放置的情況，鏜銑鏈輪鏈窩的軌跡必然在G18平面內，要先設置G18平面，建立G54工件坐標系。

編程如下：

N10 G0 G54 G18 G90 XA ZA M03 S；

N20 G02 XF ZF CR=R5 F；鏜銑R5圓弧軌跡的程序段，F(xiàn)為進給率，R5取正值，因為刀具軌跡的圓弧夾角小于180 °；

N30 G0 Z（這是必須具備的程序段，以防止銑刀直接到達下一圓弧起點過程中發(fā)生“碰刀”現(xiàn)象，且Z值必須大于鏈輪齒的Z向深度）；

N40 G0 XB ZB ；

N50 G02 XG ZG CR=R4 F：鏜銑R4圓弧軌跡的程序段，F(xiàn)為進給率；

N60 G0 Z；

……按照同樣方式依次編制后續(xù)各圓弧鏜銑程序段；

N200 M30；

然后，再用類似編程方式編程鏜銑臨齒的鏈窩即可。

每鏜銑完一對鏈窩，只需將裝夾鏈輪工臺帶動鏈輪旋轉 N °（N=360 °/齒數(shù)Z），即可依次重復執(zhí)行上述程序鏜銑后續(xù)鏈窩。

5 應用加工中心鏜銑圓環(huán)鏈鏈輪鏈窩的過程

圓形鏈鏈輪窩鏜銑示意圖如圖3所示，首先，將轉盤底座緊固在機床工臺上，參照圖2和圖1的內容，按照通常確定工件坐標系的方法確定好此時的工件坐標系原點；其次，把鏈輪安裝在轉盤上，使鏈輪內孔中的鍵槽扣在轉盤的鍵塊上（防止鏈輪在鏜銑鏈窩的過程中發(fā)生轉動現(xiàn)象），適當轉動轉盤，同時并左右開動機床工臺，使鏈輪靠近主軸側的相鄰兩個輪齒的頂端與機床主軸中的專用銑刀在Z向的距離一致后，鎖緊轉盤，記下此時轉盤的刻度，并用螺栓、壓板緊固鏈輪；然后，按照上述編程方式編程，鏜銑該鏈輪鏈窩即可。并依次轉動轉盤，將鏈輪的鏈窩逐個鏜銑完成。

鏜銑鏈窩過程中必須打開冷卻液，防止燒刀。鏜銑完成后，鏈窩淬火前，要先修磨鏈輪齒部的棱角，防止淬火時輪齒發(fā)生裂紋。

6 結 語

該編程方式完全按照鏈輪鏈窩的成形原理進行鏜銑的，編程較為科學，刀具運行軌跡簡短，加工效率較高，加工質量可靠，且該編程方式通俗易懂、方便易學，很值得在業(yè)內推廣應用。

參考文獻：

[1] 趙玉剛.數(shù)控技術[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2011.

[2] 李書全.機械工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.