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        摘 要:針對(duì)在 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床上用宏程序?qū)︽溳嗊M(jìn)行加工的問(wèn)題,詳細(xì)介紹了宏程序功能的特點(diǎn)和用宏程序?qū)︽溳嘄X形在編程中的數(shù)學(xué)分析,主要采用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的方法,實(shí)現(xiàn)多次調(diào)用單一齒槽的加工程序,最終加工出全部齒槽。 最后給出了典型的鏈輪齒形加工的實(shí)例,并用數(shù)控加工仿真軟件 VERICUT 對(duì)其加工程序進(jìn)行驗(yàn)證。
 
       關(guān)鍵詞:數(shù)控加工;宏程序;鏈輪
 
       0　 引 言
 
      鏈輪是一種標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件,其設(shè)計(jì)是按照國(guó)標(biāo) GB / T1243-1997 完成的,被很廣泛地應(yīng)用到各種機(jī)械的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)中。 而在加工制造上面有一定的難度,這是因?yàn)楫a(chǎn)品需求不同,導(dǎo)致鏈輪的規(guī)格尺寸不同,且參數(shù)較多的緣故。 鏈輪齒可以用冷沖壓、切削加工、鑄造、粉末冶金、火焰切割等多種方法進(jìn)行加工制造。

      為了保證鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和傳動(dòng)過(guò)程中噪聲小,鏈輪通常采用鋼、鑄鐵為加工材料,用切齒的方法來(lái)制造。 在傳統(tǒng)方法中,鏈輪齒形加工通常采用按展成運(yùn)動(dòng)原理用鏈輪滾刀在滾齒機(jī)上滾切和用鏈輪插刀在插齒機(jī)上插齒,或者按仿形法用成形銑刀在普通銑床上分度銑削[1]。 這兩種傳統(tǒng)的制造方法  都要用到專用的鏈輪滾刀或者銑刀,這對(duì)于中小型工廠來(lái)說(shuō),無(wú)疑在鏈輪的加工方面帶來(lái)困難。
 
      數(shù)控機(jī)床為鏈輪的生產(chǎn)加工帶來(lái)了新的前景,即在普通的數(shù)控銑床可以使用普通的銑刀就可完成對(duì)其的銑切。 在數(shù)控編程中大致可以分為兩類編程,一類是自動(dòng)編程,另一類是手工編程。 但由于鏈輪齒形的復(fù)雜,若采用 CAD / CAM 軟件的自動(dòng)編程,程序冗長(zhǎng),修改不便;若采用普通手動(dòng)編程,則需要計(jì)算大量的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),工作量大而且復(fù)雜,不易實(shí)現(xiàn)。 故本文重點(diǎn)介紹了基于 FANUC-0i 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床,利用用戶宏程序功能編制出對(duì)鏈輪齒形的加工程序。
 
      1、用戶宏程序的功能介紹
 
      用戶宏程序是指把具有某種功能的一組命令,以子程序的形式預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中,并通過(guò)主程序中的宏程序調(diào)用指令調(diào)用并執(zhí)行這些子程序[2]。用戶宏程序與普通程序的不同點(diǎn)在于,用戶宏程序在編程過(guò)程中可以使用變量,而變量不僅可以被賦值,還可以在變量之間進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算,編制出的程序簡(jiǎn)單,靈活可變;普通程序只能用常量來(lái)進(jìn)行編程,而且常量之間不能進(jìn)行任何計(jì)算,編寫(xiě)出來(lái)的程序只能順序執(zhí)行,缺乏通用性。
 
      用戶宏程序具有良好的易讀性和容錯(cuò)性,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,邏輯嚴(yán)謹(jǐn),具有較強(qiáng)的通用性等特點(diǎn)。 用戶宏程序主要適應(yīng)于形狀相同、尺寸不同的小批量生產(chǎn)零件的數(shù)控加工編程和具有數(shù)學(xué)表達(dá)式所描述的曲線以及一些復(fù)雜的曲線和曲面的零件的編程。
 
      2、齒形在編程中的數(shù)學(xué)分析
 
      主要討論根據(jù) GB1243-1997 中規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)的短節(jié)距滾子鏈鏈輪關(guān)于數(shù)控加工中[3],利用宏程序進(jìn)行編制加工程序的方法。 以鏈輪的三圓弧一直線齒形為例,如圖 1 所示,該齒形是由簡(jiǎn)單的直線和圓弧構(gòu)成,若用普通的手工編程方法,節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算太復(fù)雜,工作量也很大,且容易出錯(cuò)。 而用宏程序來(lái)編程的話,則可以將基本參數(shù)、齒槽的幾何尺寸和各基點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置成變量,編寫(xiě)出含變量的加工程序[4]。 符合 GB1243-1997 規(guī)定的三圓弧一直線齒形鏈輪的基本參數(shù)、齒槽幾何尺寸及其在宏程序的變量表示如表 1。
  
     

                      圖 1　 三圓弧一直線齒形的齒槽形狀

  
              表  1　 鏈輪基本參數(shù)、齒槽幾何尺寸及其變量表示

      
     
     
       3、齒形在編程中的加工分析
 
      從圖 1 可看出三圓弧一直線齒形的齒槽由圓弧段 e′c′、b′a′、a′a、ab、ce 和直線段 c′b′、bc 組成。 根據(jù)金屬的切削原理可知,為了降低表面的粗糙度,提高
加工效率,加工中采用逆銑的方式,故刀具的運(yùn)動(dòng)路徑為 e′→c′→b′→a′→a→b→c→e,逐步對(duì)各齒進(jìn)行加工。 如圖 1 所示,先建立編程坐標(biāo)系,而編程的原點(diǎn)設(shè)置在鏈輪的軸孔中心,z 軸零點(diǎn)設(shè)在工件的上表面,故齒槽上各基點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式如表 2。
 
               表 2　 齒槽各基點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式及其變量
     
      
     加工走刀路線如圖 2 所示,A 點(diǎn)為起刀點(diǎn),刀具從 A 點(diǎn)出發(fā),首先快速工進(jìn)至 e′點(diǎn),建立刀具左補(bǔ)償,刀具中心偏移至 e′點(diǎn),由 e′ 點(diǎn)切入工件至 e 點(diǎn)切出,這樣就完成了一個(gè)齒槽的加工,通過(guò)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)法,逆時(shí)針銑削完全部齒槽,最終回到 e′點(diǎn)(刀具中心偏移至 e2 點(diǎn)) ,最后退回到 A 點(diǎn),同時(shí)取消刀具補(bǔ)償。 A點(diǎn) y 坐標(biāo)可按下式確定[5-6]:
  
     
 

    
                  圖 2　 鏈輪齒形銑削加工走刀路線
 
     4　、鏈輪齒形加工宏程序
  
        
       

             

      6　、結(jié) 論
 
      通過(guò)以上對(duì)鏈輪各部分參數(shù)的分析和計(jì)算,證明所編制的宏程序使用效果良好。 采用用戶宏程序編制出來(lái)的程序,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有良好的易修改性和易讀性,并且程序的通用性強(qiáng),只要對(duì)主程序中齒形的基本參數(shù)的賦值進(jìn)行修改,并按照齒數(shù)來(lái)確定調(diào)用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)宏程序的次數(shù),就可以加工出形狀相同,規(guī)格不同的一系列鏈輪,無(wú)需再進(jìn)行對(duì)鏈輪齒形相應(yīng)點(diǎn)的計(jì)算。此宏程序可以作為子程序予以保存起來(lái)。因此,給中小型工廠對(duì)鏈輪在數(shù)控銑床上的加工,尤其是對(duì)大型鏈輪的單件或者小批量生產(chǎn)有著重要意義,并給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益[7-8]。