摘 要:針對在 FANUC 數控系統的機床上用宏程序對鏈輪進行加工的問題,詳細介紹了宏程序功能的特點和用宏程序對鏈輪齒形在編程中的數學分析,主要采用坐標系旋轉的方法,實現多次調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例,并用數控加工仿真軟件 VERICUT 對其加工程序進行驗證。
關鍵詞:數控加工;宏程序;鏈輪
0 引 言
鏈輪是一種標準的運動傳動部件,其設計是按照國標 GB / T1243-1997 完成的,被很廣泛地應用到各種機械的運動傳動中。 而在加工制造上面有一定的難度,這是因為產品需求不同,導致鏈輪的規格尺寸不同,且參數較多的緣故。 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行加工制造。
為了保證鏈傳動的運動平穩性和傳動過程中噪聲小,鏈輪通常采用鋼、鑄鐵為加工材料,用切齒的方法來制造。 在傳統方法中,鏈輪齒形加工通常采用按展成運動原理用鏈輪滾刀在滾齒機上滾切和用鏈輪插刀在插齒機上插齒,或者按仿形法用成形銑刀在普通銑床上分度銑削[1]。 這兩種傳統的制造方法 都要用到專用的鏈輪滾刀或者銑刀,這對于中小型工廠來說,無疑在鏈輪的加工方面帶來困難。
數控機床為鏈輪的生產加工帶來了新的前景,即在普通的數控銑床可以使用普通的銑刀就可完成對其的銑切。 在數控編程中大致可以分為兩類編程,一類是自動編程,另一類是手工編程。 但由于鏈輪齒形的復雜,若采用 CAD / CAM 軟件的自動編程,程序冗長,修改不便;若采用普通手動編程,則需要計算大量的節點坐標,工作量大而且復雜,不易實現。 故本文重點介紹了基于 FANUC-0i 數控系統的數控銑床,利用用戶宏程序功能編制出對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,以子程序的形式預先存儲在系統存儲器中,并通過主程序中的宏程序調用指令調用并執行這些子程序[2]。用戶宏程序與普通程序的不同點在于,用戶宏程序在編程過程中可以使用變量,而變量不僅可以被賦值,還可以在變量之間進行邏輯運算和算術運算,編制出的程序簡單,靈活可變;普通程序只能用常量來進行編程,而且常量之間不能進行任何計算,編寫出來的程序只能順序執行,缺乏通用性。
用戶宏程序具有良好的易讀性和容錯性,其結構簡單,邏輯嚴謹,具有較強的通用性等特點。 用戶宏程序主要適應于形狀相同、尺寸不同的小批量生產零件的數控加工編程和具有數學表達式所描述的曲線以及一些復雜的曲線和曲面的零件的編程。
2、齒形在編程中的數學分析
主要討論根據 GB1243-1997 中規定來設計的短節距滾子鏈鏈輪關于數控加工中[3],利用宏程序進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,該齒形是由簡單的直線和圓弧構成,若用普通的手工編程方法,節點坐標的計算太復雜,工作量也很大,且容易出錯。 而用宏程序來編程的話,則可以將基本參數、齒槽的幾何尺寸和各基點坐標設置成變量,編寫出含變量的加工程序[4]。 符合 GB1243-1997 規定的三圓弧一直線齒形鏈輪的基本參數、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、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,故刀具的運動路徑為 e′→c′→b′→a′→a→b→c→e,逐步對各齒進行加工。 如圖 1 所示,先建立編程坐標系,而編程的原點設置在鏈輪的軸孔中心,z 軸零點設在工件的上表面,故齒槽上各基點的坐標表達式如表 2。
表 2 齒槽各基點的坐標表達式及其變量
加工走刀路線如圖 2 所示,A 點為起刀點,刀具從 A 點出發,首先快速工進至 e′點,建立刀具左補償,刀具中心偏移至 e′點,由 e′ 點切入工件至 e 點切出,這樣就完成了一個齒槽的加工,通過坐標系旋轉法,逆時針銑削完全部齒槽,最終回到 e′點(刀具中心偏移至 e2 點) ,最后退回到 A 點,同時取消刀具補償。 A點 y 坐標可按下式確定[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
5、鏈輪齒形加工實例及仿真
某鏈輪節距 P = 15. 875 mm,齒數 z = 17,滾子外徑 d1= 10. 16 mm,齒寬 b1= 9. 4 mm,采用立銑刀(T01)進行加工,鏈輪中心為工件坐標系原點。數控加工的程序如下:
利用 VERICUT 數控仿真軟件進行驗證程序,VERICUT 是一款專為制造業設計的 CNC 數控機床加工仿真和優化軟件,此軟件不能生產程序,只能模擬 G 代碼程序,包括子程序、宏程序、循環、跳轉、變量等。 因此對所編制的鏈輪宏程序進行仿真,其仿真結果如圖 3 所示。
圖 3 仿真結果
6 、結 論
通過以上對鏈輪各部分參數的分析和計算,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的程序,結構簡單,具有良好的易修改性和易讀性,并且程序的通用性強,只要對主程序中齒形的基本參數的賦值進行修改,并按照齒數來確定調用坐標旋轉宏程序的次數,就可以加工出形狀相同,規格不同的一系列鏈輪,無需再進行對鏈輪齒形相應點的計算。此宏程序可以作為子程序予以保存起來。因此,給中小型工廠對鏈輪在數控銑床上的加工,尤其是對大型鏈輪的單件或者小批量生產有著重要意義,并給企業帶來了經濟效益[7-8]。
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