应用卧式加工中心快速镗铣各种圆环链链轮链窝的通用编程方法研究

赵忠刚 鲁磊 李文华

摘 要：文章结合卧式加工中心镗铣圆弧的编程原理和链轮链窝成形的规则及笔者多年从事加工中心编程及绘图和以前对链轮链窝的镗铣经验，针对以往铣削镗铣圆环链链轮链窝的方法进行了改进，总结发明了借助CAD绘图对链轮链窝镗铣轨迹进行找点的实用编程方法，使镗削链轮链窝的编程变得易学、易懂，并较好地提高了镗铣链轮链窝的效率。

关键词：圆环链链轮；链窝；CAD；G18；编程；镗铣

中图分类号：TD528+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-0089-02

1 背景概述

山东能源重型装备制造集团新汶分公司常年设计制造各类矿用设备，包含各类刮板机，其中刮板机的各类驱动链轮链窝的镗铣却是机械加工行业的难点，也是公司的重点加工工序，笔者在1995年设制了镗铣圆环链链轮链窝的专用工装，使用效果很好，并在2005年第8期《煤矿机械》杂志发表了加工驱动链轮齿形专用工装的设计与应用一文。随着近些年数控加工中心设备的购置，公司员工通过运用编程方式在加工中心上对链轮链窝进行了镗铣，但笔者近期发现当前镗铣链窝的程序存在较多的往复循环空运行轨迹，并且是利用铣削模具的小刀具采用“跑广场”式的逐渐进给镗铣的编程方式对链窝进行加工的，致使镗铣链窝的效率较低。为此，笔者经过分析研究，重新编制了利用成形刀具镗铣各类圆环链链轮链窝的通用加工程序，使铣削过程中的空运行轨迹降到最少，可使加工链窝的效率提高一倍以上。应用该程序时只需将链轮链窝的基本尺寸代入即可。

2 圆环链链轮链窝的主要尺寸关系与成形原理

链轮链窝的形状是以R的中心为圆心，在轮齿外圆与节圆之间所画出的圆弧。如图1所示，此弧的成形方式有两种：刀具以R的中心为圆心对链窝进行镗铣，链轮静止；链轮以其链窝齿形的R中心为圆心旋转进行镗铣，刀具只作旋转运动（该方式在“驱动链轮齿形专用工装的设计与应用”一文中已经论述并使用）。不论采取那种方式镗铣链轮链窝，R的中心点是至关重要的。根据圆环链链轮的制造标准语要求可知，R的中心点在与链轮配套的链条的扁平链环的中心线上，其中心线平行于链窝的底平面，距离链轮的中心为：H+0.5d（H是链轮中心至链窝底平面的距离，d是配套圆环链链条的公称直径，H语d的实际数值在其制造和设计标准中可根据链轮的型号直接查得）。在镗铣链窝时，还要注意链窝的长度L，其值为：

L=1.075p+2d（p为圆环链的公称节距，其具体数值也可在链轮的制造和设计标准中根据链轮的型号查得）。

式中的φ是链窝的直径尺寸，也是铣刀的直径尺寸。刀片的圆弧半径既是0.5 d。

3 圆环链链轮链窝的镗铣轨迹

首先，利用CAD按照链轮图纸尺寸绘制链窝图形，如图1所示；其次，按照每次镗铣吃刀深度为5～6 mm的数值依次增大R值，并绘制各R（R1、R2、R3、R4、R5、……）图形；然后，根据刀具运行无障碍原则，依据略大于链窝实际尺寸的情况截取各圆弧的实际切削运行轨迹，如图2所示，R1上截取的圆弧轨迹为EJ（是镗铣链窝的最终编程运行轨迹，R1的数值等于图1中的R值），R2上截取的圆弧轨迹为DI，R3上截取的圆弧轨迹伟CH，R4上截取的圆弧轨迹为BG，R5上截取的圆弧轨迹为AF，这里的A、B、C、D、E对应圆弧的起点，F、G、H、I、J对应圆弧的终点。

刀具运行圆弧的多少决定了镗铣链轮链窝的走到次数，链轮链窝的尺寸决定着刀具运行圆弧的多少，可根据具体情况均分吃刀深度，但必须保证在镗铣链窝过程中工艺系统不发生震颤现象。

4 圆环链链轮链窝的加工中心镗铣编程

首先，根据图2的内容，将工件坐标系ZOX原点O设置在临齿链窝底平面的中心上，并分别直接标出各圆弧起点和终点分别到原点O在Z向和X向上的数值，并做好记录，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，采取起点、终点和圆弧半径相结合的编程方式对镗铣链窝轨迹进行编程，由于链轮在加工中心上采取水平放置的情况，镗铣链轮链窝的轨迹必然在G18平面内，要先设置G18平面，建立G54工件坐标系。

编程如下：

N10 G0 G54 G18 G90 XA ZA M03 S；

N20 G02 XF ZF CR=R5 F；镗铣R5圆弧轨迹的程序段，F为进给率，R5取正值，因为刀具轨迹的圆弧夹角小于180 °；

N30 G0 Z（这是必须具备的程序段，以防止铣刀直接到达下一圆弧起点过程中发生“碰刀”现象，且Z值必须大于链轮齿的Z向深度）；

N40 G0 XB ZB ；

N50 G02 XG ZG CR=R4 F：镗铣R4圆弧轨迹的程序段，F为进给率；

N60 G0 Z；

……按照同样方式依次编制后续各圆弧镗铣程序段；

N200 M30；

然后，再用类似编程方式编程镗铣临齿的链窝即可。

每镗铣完一对链窝，只需将装夹链轮工台带动链轮旋转 N °（N=360 °/齿数Z），即可依次重复执行上述程序镗铣后续链窝。

5 应用加工中心镗铣圆环链链轮链窝的过程

圆形链链轮窝镗铣示意图如图3所示，首先，将转盘底座紧固在机床工台上，参照图2和图1的内容，按照通常确定工件坐标系的方法确定好此时的工件坐标系原点；其次，把链轮安装在转盘上，使链轮内孔中的键槽扣在转盘的键块上（防止链轮在镗铣链窝的过程中发生转动现象），适当转动转盘，同时并左右开动机床工台，使链轮靠近主轴侧的相邻两个轮齿的顶端与机床主轴中的专用铣刀在Z向的距离一致后，锁紧转盘，记下此时转盘的刻度，并用螺栓、压板紧固链轮；然后，按照上述编程方式编程，镗铣该链轮链窝即可。并依次转动转盘，将链轮的链窝逐个镗铣完成。

镗铣链窝过程中必须打开冷却液，防止烧刀。镗铣完成后，链窝淬火前，要先修磨链轮齿部的棱角，防止淬火时轮齿发生裂纹。

6 结 语

该编程方式完全按照链轮链窝的成形原理进行镗铣的，编程较为科学，刀具运行轨迹简短，加工效率较高，加工质量可靠，且该编程方式通俗易懂、方便易学，很值得在业内推广应用。

参考文献：

[1] 赵玉刚.数控技术[M].北京：机械工业出版社， 2011.

[2] 李书全.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2000.