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        摘 要:針對在 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床上用宏程序?qū)︽溳嗊M(jìn)行加工的問題,詳細(xì)介紹了宏程序功能的特點和用宏程序?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例,并用數(shù)控加工仿真軟件 VERICUT 對其加工程序進(jìn)行驗證。
 
       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)的運動傳動部件,其設(shè)計是按照國標(biāo) GB / T1243-1997 完成的,被很廣泛地應(yīng)用到各種機(jī)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(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。

      為了保證鏈傳動的運動平穩(wěn)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(tǒng)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(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,這對于中小型工廠來說,無疑在鏈輪的加工方面帶來困難。
 
      數(shù)控機(jī)床為鏈輪的生產(chǎn)加工帶來了新的前景,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(jié)點坐標(biāo),工作量大而且復(fù)雜,不易實現(xiàn)。 故本文重點介紹了基于 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)先存儲在系統(tǒng)存儲器中,并通過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(jìn)行邏輯運算和算術(shù)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(jìn)行編程,而且常量之間不能進(jìn)行任何計算,編寫出來的程序只能順序執(zhí)行,缺乏通用性。
 
      用戶宏程序具有良好的易讀性和容錯性,其結(jié)構(gòu)簡單,邏輯嚴(yán)謹(jǐn),具有較強(qiáng)的通用性等特點。 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)定來設(shè)計的短節(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,該齒形是由簡單的直線和圓弧構(gòu)成,若用普通的手工編程方法,節(jié)點坐標(biāo)的計算太復(fù)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(shù)、齒槽的幾何尺寸和各基點坐標(biāo)設(shè)置成變量,編寫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,故刀具的運動路徑為 e′→c′→b′→a′→a→b→c→e,逐步對各齒進(jìn)行加工。 如圖 1 所示,先建立編程坐標(biāo)系,而編程的原點設(shè)置在鏈輪的軸孔中心,z 軸零點設(shè)在工件的上表面,故齒槽上各基點的坐標(biāo)表達(dá)式如表 2。
 
               表 2　 齒槽各基點的坐標(biāo)表達(dá)式及其變量
     
      
     加工走刀路線如圖 2 所示,A 點為起刀點,刀具從 A 點出發(fā),首先快速工進(jìn)至 e′點,建立刀具左補(bǔ)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(biāo)系旋轉(zhuǎn)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(bǔ)償。 A點 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
 
      通過以上對鏈輪各部分參數(shù)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(jié)構(gòu)簡單,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,無需再進(jìn)行對鏈輪齒形相應(yīng)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(shù)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(chǎn)有著重要意義,并給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益[7-8]。