專利名稱：圓環鏈鏈窩生產方法
技術領域：
本發明涉及一種鏈窩生產方法，特別涉及一種圓環鏈鏈窩生產方法。
背景技術：
鏈輪軸組件是煤礦井下刮板輸送機或順空轉載機上的重要部件，鏈輪是鏈輪軸組件的關鍵零件，安裝在刮板輸送機的機頭架上和減速器連接，通過減速器拖動鏈輪軸組件的刮板鏈在輸送機中部孔內運轉輸送原煤，實現采煤工作運輸機械化。鏈輪作為主要的核心部件，齒部多位多重漸開線的組合，齒部鏈窩的加工精度直接影響鏈輪的質量和使用壽命。傳統的圓環鏈輪鏈窩加工方法是鑄造/鍛造加工、采用成型刀具在鏜銑床或專用機床用展成法加工等，由于受加工精度的影響，傳統加工方法已逐步被淘汰。目前同行業中主要采用數控機床利用CAD/CAM自動編程軟件加工而成，首先對鏈輪進行三維建模，然后利用自動編程軟件實現鏈窩部分編程，可直接生成所需的數控加工程序。上述方式雖然可以加工復雜曲面，但自動編程程序比較龐大，編出的程序不易修改， 只要加工過程中任何一個參數發生變化，都要重新進行建模，重新編程計算刀具軌跡，無法應用于相似類型的零件加工，加工精度和效率都很低，設備投入多，且勞動強度大。
發明內容
本發明的目的是提供一種圓環鏈鏈窩生產方法，能夠滿足不同直徑大小刀具加工不同種類圓環鏈鏈窩的要求，且提高了程序靈活。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案 一種圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于包括以下步驟
a、將圓環鏈輪體固定在回轉工作臺中心位置，鏈窩底部平面中心位置為編程坐標系原占.
^ \\\
b、根據施工圖紙尺寸參數、刀具參數及粗加工參數賦值，編制R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序，程序計算鏈窩齒形圓弧圓心坐標，鏈窩齒形圓弧與鏈窩齒根圓交點的坐標值，且根據實際運算結果確定加工軌跡；
c、刀具從編程原點開始，先沿任何一側齒面圓弧加工軌跡，加工其中一側齒形圓弧和齒根圓弧，然后再沿另一側齒面圓弧加工軌跡加工另一側齒形圓弧和齒根圓弧，刀具回到編程原點，完成一個切削周期運動；
d、上述切削周期運動完成后，程序根據機床Z軸坐標值，R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序重新對齒形圓弧和齒根圓弧進行計算，根據重新計算的結果，沿著一側齒面圓弧加工軌跡，加工其中一側齒形圓弧和齒根圓弧，然后再沿另一側齒面圓弧加工軌跡加工另一側齒形圓弧和齒根圓弧，刀具回到編程原點，往復循環，直至加工完成。本發明的有益效果
(1)圓環鏈輪鏈窩部分施工圖紙尺寸及刀具尺寸設為變量，編制出通用鏈窩加工程序，很好的解決了使用不同直徑大小刀具加工不同種類、不同型號圓環鏈鏈窩的要求，無需重復編程。(2)加工程序具有極好的易修改性和易讀性更簡便靈活，程序短小，可加工同類型的零件，通用性及強。(3)鏈窩平面齒根R圓弧半徑和齒面圓弧半徑能過渡圓滑，且鏈窩形狀統一、齒形分度均勻，實現了數字化、自動化，改進了傳統CAD/CAM自動編程生產方法。(4)與目前的CAD/CAM軟件自動編程加工相比，無需進行三維建模，減少了計算機、CAD/CAM編程軟件等設備的投入，
(5)本數控加工程序可加工單鏈、雙鏈鏈窩，加工范圍廣闊，在提高圓環鏈輪鏈窩加工質量的情況下，降低了加工成本。
圖1為鏈窩假想剖面齒形及主要參數示意圖。圖2為鏈窩中心作為編程坐標系原點各個參數分析示意圖。圖3為鏈窩編程原理圖。圖4為粗加工用可轉位直角臺肩面銑刀結構示意圖。圖5為精加工用可轉位圓鼻面銑刀結構示意圖。圖6鏈輪體假想剖面齒形尺寸及主要參數示意圖。圖7鏈輪體鏈窩平面圓弧主要尺寸及主要參數視圖。圖8為精加工編程軌跡圖。
具體實施例方式為了便于本領域人員更好的理解本發明，下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，下述說明僅是示例性的。以一種中雙鏈刮板機鏈輪體為例，具體加工過程如下
1、將工件固定在基礎旋轉工作臺的中心，鏈窩平面圓弧朝向機床主軸且鏈窩底部平面與機床主軸垂直，參考附圖2，將鏈窩底部中心位置作為編程坐標系原點，參考附圖2及附圖7設置原點偏置及校正固定工件；
2、粗加工
1)選擇粗加工用刀具，設定轉速、進刀量、走刀次數加工參數，本實施例中選擇如圖 4所示的可轉位直角臺肩面銑刀，刀具半徑小于等于所加工鏈窩平面圓弧半徑，此過程中應根據機床工藝系統剛性及刀具直角選擇最大層切削深度，以減少走刀次數，提高加工效率；
2)參考附圖6對粗加工參數賦值，根據粗加工要求，將刀具尺寸、層進給量進行賦值；
3)程序對施工圖紙參數、刀具參數、及粗加工參數進行賦值，根據編程原理自動分析運算，根據運算結果確定后續粗加工或精加工參數；
4)根據程序運算結果確定的粗加工參數開始加工第一排鏈窩的齒形圓弧部分；
5)根據程序運算結果確定的粗加工參數開始加工第一排鏈窩的齒根部圓弧部分；
6)加工完成首個鏈窩后，根據賦值施工圖紙參數判斷鏈輪體是單鏈窩還是雙鏈窩進而對如下動作進行選擇
如果是單鏈窩，則根據粗加工賦值參數判斷鏈輪體鏈窩部分粗加工是否全部加工完成，如果粗加工未全部完成，程序根據圖紙賦值加工參數計算結果旋轉工作臺，為加工下一組鏈窩做準備，進入下一組鏈窩的粗加工程序，至到粗加工全部加工完成；
如果是雙鏈窩，根據程序運算結果確定的粗加工參數開始加工第二排鏈窩的齒形圓弧部分，根據程序運算結果確定的粗加工參數開始加工第二排鏈窩的齒根部圓弧部分，至到粗加工全部加工完成；
3、精加工
a、粗加工全部完成，則選擇精加工刀具，根據精加工要求，設定精加工轉速及進給量加工參數；
b、根據鏈窩施工圖紙參數程序對精加工參數進行賦值，根據精加工要求，將刀具尺寸、 層進給量進行賦值，本實施例中選擇如圖5所示的可轉位圓鼻面銑刀
4、根據精加工賦值參數，程序判斷鏈輪體鏈窩部分精加工是否全部加工完成，如果精加工全部加工完成，機床返回參考點，程序結束；如果未全部加工完成，程序根據圖紙賦值加工參數計算結果旋轉工作臺，為加工下一組鏈窩做準備，進入下一組鏈窩的精加工程序， 至到精加工全部加工完成，機床返回參考點，程序結束。編程原理
根據GB/TM503-2009《礦用圓環驅動鏈輪》，如圖1所示，鏈窩假想剖面齒形， θ =360° /2Ν，N為鏈輪齒數，齒根圓弧半徑R2=0. 5d，d為圓環鏈直徑，齒根圓弧半徑R2與齒形圓弧Rl相切，且齒形圓弧Rl圓弧半徑的圓心在離鏈輪中心H+0. 5d直線上。根據將編程坐標系原點，設定在鏈窩底部中心位置，通過圓的標準方程式，找出坐標系中X值和Y值之間的關系，使用程序條件循環和無條件轉向改變縱向切削深度Y數值，利用數學方程式在每層深度賦值計算橫向變量賦值X。根據圓的標準方程式(X-a)2+ (y~b)2=R2，式中a為圓心橫坐標、b為圓心縱坐標，R為圓弧半徑，如圖2所示，計算出坐標系中Rl圓心橫坐標、縱坐標值a、b和R2圓弧與 Rl圓弧的切點q的縱向坐標值為關鍵的編程數據。Rl圓心橫坐標、縱坐標坐標值計算方法
兩圓相切，相切圓的圓心連線必經過切點。圖3所示，Rl與R2圓心連線長度b=Rl+R2，在離鏈輪中心H+0. 5d直線延長后相交的圖形為正多邊形，先利用正切計算出a的尺寸，再通過多邊形內角計算公式(n-2)X180 ° — ，計算出B的角度，式中η為正多邊形邊數(η等于鏈輪的齒數)，再通過正玄定理 /2 h
TT-T=TT^結合反正弦函數計算出Rl與R2圓心連線與坐標原點X軸的夾角α，最后用
三角函數余弦、正玄分別計算出Rl圓心橫坐標值、縱坐標值。Rl與R2切點縱向坐標值計算方法
通過上述方法計算出Rl與R2圓心連線與坐標X軸的夾角α后，再通過三角函數正玄計算出Rl與R2切點縱向坐標值q。由圓的標準方程式(x-a)2 + (y_b)2=R2，可推斷出圖2中，R2圓心X值與Y值和Rl圓心X值與Y值之間的關系為·λ = a± R2-(j-by，通過上述方法計算出的Rl圓心
坐標值a、b，代入式中進行編程。 具體編程程序說明如下
粗加工臥式加工中心(SIMENS 840D系統)
NlO Rl=53 齒形圓弧半徑
N20 R2=13 齒根圓弧半徑
N30 R3=45 齒面圓弧半徑
N40 R4=215. 5 鏈輪中心至鏈窩底部的距離
N50 R5=125 鏈窩中心距離
N60 R6=37 起始值(根據實際情況定)
N70 R7=120 雙排鏈窩中心距離單鏈設置為0
N80 R8=8 鏈輪齒數
N90 R9=l. 9 層進給量
NlOO R10=25+l刀具半徑(+1為整體預留lmm)
NllO Rll=360/R8
N120 R12=(R8-2)*180/R8
N130 R13=(R4+R2)*TAN(Rll/2)-R5/2
N140 R14=R1+R2
N150 R15=SIN(R12)
N160 R16=R1I-ASIN(R13/R14*R15)
N170 R17=R5/2+C0S(R16)*R14
N180 R18=SIN(R16)*R14-R2
N190 R19=R2-R2*SIN(R16)
N200 t2
N210 m6
N220 t3
N230 GOBO
N240 ma9: R21=0
N250 g0g90 gl7g54x0y0zl00
N260 GOTOF ma2
N270 mal: glg91y=(R3-R10-R7)
N280 ma2:m3sl500fl000
N290 R20=R6
N300 ma3:R20=R20-R9
N310 IF R20<R19 GOTOF ma4
N320 R22=R17-SQRT(R1*R1_(R20+R18)*(R20+R18))
N330 glg90z=R20
N340 glg90x=(R22-R3)
7N350 g2g91x0y=(R10*2_R3*2)CR=(R3-R10)
N360 glg90x=(R3-R22)
N370 g2g91x0y=(R3*2_R10*2)CR=(R3-R10)
N380 glg90x0
N390 GOTOB ma3
N400 ma4:R20=R19
N410 GOTOF ma6
N420 ma5: IF R20< 0 GOTOF ma7
N430 ma6:R22=R5/2+SQRT(R2*R2_(R20-R2)*(R20-R2))
N440 glg90z=R20
N450 glg90x=(R22-R3)
N460 g2g9IxOy=(R10*2_R3*2)CR=(R3-R10)
N470 glg90x=(R3-R22)
N480 g2g9IxOy=(R3*2_R10*2)CR=(R3-R10)
N490 glg90x0
N500 IF R20= =0 GOTOF mall
N510 R20=R20-R9/2
N520 GOTOB ma5
N530 ma7: R20=0
N540 GOTOB ma6
N550 mall: R21=R21+1
N560 IF R21= =2 GOTOF ma8
N570 IF R7<=0 GOTOF ma8
N580 g0g90x0y0zl00
N590 GOTOB mal
N600 ma8:R22=R22+Rll
N610 IF R22>=360 GOTOF malO
N620 g0g90zl00
N630 g0b=R22
N640 GOTOB ma9
N650 malO: g0g90x0y0z200
N660 m5
N670 jx630 (調用精加工程序，jx630為程序名)
程序說明參考附圖6、圖7所示，NlO N80為施工圖紙尺寸參數；NllO 附90為根據以上分析內容，計算鏈窩齒形圓弧圓心坐標步驟；N250 N390為加工齒形圓弧程序段； N400 N540為加工齒根圓弧程序段；N550 N640用于旋轉工作臺加工其他鏈窩。
精加工
如圖8所示精加工編程軌跡與粗加工編程軌跡不同，使用圓鼻面銑刀精加工編程時，齒形圓弧Rl半徑應加上刀具圓弧半徑，齒根部R2圓弧半徑應減去刀具圓弧半徑，齒面圓弧半徑應減去刀具圓弧半徑。Rl圓弧與R2圓弧交點坐標值用R2減去刀具圓弧半徑以后的數值來計算，計算方法同上，不再敘述。使用設備臥式加工中心(FANUC 18i系統)。
以FANUC 18 系統用戶宏程序編程 主程序00001 GO G90 G54 XO YO
GO G90 G43 H3 ZlOO M3 S1200 F1200
G65 P0002 A125 E8 F0. 65 H215. 5 153 K45 R13 T25 W8 Y120 Z37 M30
主程序自變量定義說明 00002 宏程序(子程序)程序名 #1=125 鏈窩中心距離 #8=8圓環鏈輪的齒數
#9=0. 68 層切削深度(根據實際情況確定) #11=215.5 鏈輪中心至鏈窩底部的距離 #4=53 齒形圓弧半徑尺寸 #6=45 鏈窩平面圓弧半徑尺寸 #18=13 齒根圓弧半徑尺寸 #20=25 刀具半徑尺寸 #23=8 刀具前端圓鼻圓弧半徑為R8 #25=120 并排雙鏈窩的中心距，單鏈設為0 #沈=37 起始值(起始值通過簡單計算確定) 子程序(宏程序) 00002
#4=#4+#23 #6=#6 — #23 #18=#18 — #23 #20=#20 — #23 IF[#18 LT 0]THEN GOTO 4 #16 = 0 #2=360/#8
#3 = #1/2 — [#11+#18]* TAN[#2/2] #5 = [#8 — 2]*180/#8 #7 = #18+#4 #33 = SIN[#5]#10 = #2 - ASIN[#33/#7*#3] #12 = #7*C0S[#10]+#l/2 #13 = #7*SIN[#10] - #18 #14 = #18 - SIN[#10]*#18 N5 M5 GO G90 XO YO G0T03
Nl GO G90 XO YO GO G91 Y - #25 N3 GO G90 B#16 M3
#15 = #26
Gl G91 Y[#6 — #20] M8
Gl G90 Z#15
WHILE[#15 NE #14] DOl
#15 = #15 - #9
IF[#15 LT #14] THEN #15=#14
#32 = #4*#4 - [#15+#13]*[#15+#13]
#24= #12 - SQRT[#32]
Gl G90 Z#15
X [#24 - #6]
G2 G91 Y [#20*2 一 #6*2] R[#6 一 #20]
Gl G90 X[#6 — #24]
G2 G91 Y [#6*2 一 #20 ] R[#6 一 #20]
Gl G90 XO
ENDl
WHILE[#15 NE 0] D02
#15 = #15 - #9/2
IF[ #15 LT 0]THEN#15=0
#32= #18*#18+[#15 — #18]*[#15 — #18]
#24= #l/2+SQRT[#32]
Gl G90 Z#15
X [#24 - #6]
G2 G91 Y [#20*2 一 #6*2] R[#6 一 #20]
Gl G90 X[#6 — #24]
G2 G91 Y [#6*2 一 #20 ] R[#6 一 #20]
Gl G90 XO
END2
GO G90 ZlOO
IF[#25 LE 0] THEN G0T02#31=#31+1 G0T0#31 N2 #31=0 #16=#16+#2
IF[#16 GE 360] THEN G0T04 G0T05
N4 M5 GO G90 Z200 M98
程序說明編程原理同SIEMENS 840D大體相同，不再重復敘述。采用R代碼編程和用戶宏程序加工，將施工圖紙尺寸設為變量，程序X軸方向、Z軸方向編程設計采用G90絕對值編程，Y軸方向和齒面圓弧部分編程設計采用G91增量值編程，相互切換，加工鏈窩的位置不受編程原點的限制，很好的解決了使用不同直徑大小刀具加工不同種類、不同型號圓環鏈鏈窩的要求，鏈窩平面齒根R圓弧半徑和齒型圓弧半徑能過渡圓滑，且鏈窩形狀統一、齒形分度均勻，實現了數字化、自動化。通過以上數控程序實際加工生產，在提高鏈輪加工質量的情況下，降低了加工成本，此生產方法及加工程序具有較高的推廣價值。以上實施例僅用于說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管通過實施例對本發明進行了詳細說明，所屬領域人員應當能夠參照本發明的具體方式進行修改或對部分技術特征進行等同替換，但是在不脫離本發明技術方案的精神下，上述改動或等同替換應該屬于本發明請求保護的技術方案范圍中。
權利要求
1.一種圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于包括以下步驟a、將圓環鏈輪體固定在回轉工作臺中心位置，鏈窩底部平面中心位置為編程坐標系原點；b、根據施工圖紙尺寸參數、刀具參數及粗加工參數賦值，編制R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序，通過程序計算鏈窩齒形圓弧圓心坐標值、鏈窩齒形圓弧與鏈窩齒根圓交點的坐標值，且根據運算結果確定加工軌跡；c、刀具從編程原點開始，先沿任何一側齒面圓弧加工軌跡，加工其中一側齒形圓弧和齒根圓弧，然后再沿另一側齒面圓弧加工軌跡加工另一側齒形圓弧和齒根圓弧，刀具回到編程原點，完成一個切削周期運動；d、上述切削周期運動完成后，程序根據機床Z軸坐標值，R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序重新對齒形圓弧和齒根圓弧進行計算，根據重新計算的結果，確定精加工參數，沿著一側齒面圓弧加工軌跡，加工其中一側齒形圓弧和齒根圓弧，然后再沿另一側齒面圓弧加工軌跡加工另一側齒形圓弧和齒根圓弧，刀具回到編程原點，往復循環，直至加工完成。
2.根據權利要求1所述圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于編制R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序過程如下1)根據GB/TM503-2009《礦用圓弧驅動鏈輪》，鏈窩假想剖面齒形確定，齒根圓弧與齒形圓弧相切，齒根圓弧半徑為R2=0. 5d，齒根圓弧圓心在離鏈輪中心距離為H+0. 5d的直線上，其中H為鏈輪中心至鏈窩底部的距離；2)齒根圓弧圓心與齒形圓弧圓心連接的直線、離鏈輪中心距離為H+0.5d的直線延長線，和齒形圓弧圓心與鏈窩假想剖面齒形連接直線構成一個三角形，計算出齒根圓弧圓心和三角形頂點之間的距離，其中三角形頂點為離鏈輪中心距離為H+0. 5d的直線延長線的點；3)計算與齒根圓弧圓心與齒形圓弧圓心連接的直線相對的三角形的夾角，計算公式為 (η-2) Χ180 + Π，其中η為鏈輪齒數；4)利用正弦公式計算出齒根圓弧圓心與齒形圓弧圓心連接的直線和坐標軸的夾角；5)利用三角函數的余弦函數及正弦函數分別計算出齒形圓弧圓心橫坐標值及縱坐標值，然后計算齒根圓弧與齒形圓弧切點的坐標值；6)由圓的標準方程式(x-a)2+ (y-b) 2=R2推導出坐標系中X值和Y值之間的關系為χ=a士 ^R2-(y-h")2 ,其中a、b為齒形圓弧圓心橫坐標值及縱坐標值，通過程序循環運算改變縱向切削深度Y數值，利用方程式在每層深度賦值計算橫向變量賦值X。
3.根據權利要求1或2所述圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于精加工編程中齒形圓弧半徑應該在計算的值上加上刀具圓弧半徑，齒根圓弧半徑應該在計算的值上減去刀具圓弧半徑。
4.根據權利要求1或2所述圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于施工圖紙尺寸參數包括齒形圓弧半徑、齒根圓弧半徑、齒面圓弧半徑、鏈輪中心到鏈窩底部的距離、鏈窩中心距離和鏈輪齒數，刀具參數包括刀具半徑尺寸，粗加工參數包括層進給量，精加工參數包括層切削深度。
5.根據權利要求1或2所述圓環鏈鏈窩生產方法，其特征在于粗加工刀具為可轉位直角臺肩面銑刀，精加工刀具為可轉位圓鼻面銑刀。
全文摘要
本發明公開了一種圓環鏈鏈窩生產方法，包括以下步驟鏈窩底部平面中心位置為編程坐標系原點；編制R代碼程序或FANUC數控系統用戶宏程序，程序計算鏈窩齒形圓弧圓心坐標，鏈窩齒形圓弧與鏈窩齒根圓交點的坐標值，且確定加工軌跡；刀具從編程原點開始，完成一個切削周期運動；上述切削周期運動完成后，程序重新對齒形圓弧和齒根圓弧進行計算，沿著一側齒面圓弧加工軌跡，加工其中一側齒形圓弧和齒根圓弧，然后再沿另一側齒面圓弧加工軌跡加工另一側齒形圓弧和齒根圓弧，刀具回到編程原點，往復循環，直至加工完成。加工程序具有極好的易修改性和易讀性更簡便靈活，程序短小，可加工同類型的零件，通用性及強。
文檔編號G05B19/4093GK102528174SQ20121000612
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉麗, 曹學亮, 李剛, 梁峰, 王玲 申請人:山東能源機械集團有限公司