专利名称：圆环链链窝生产方法
技术领域：
本发明涉及一种链窝生产方法，特别涉及一种圆环链链窝生产方法。
背景技术：
链轮轴组件是煤矿井下刮板输送机或顺空转载机上的重要部件，链轮是链轮轴组件的关键零件，安装在刮板输送机的机头架上和减速器连接，通过减速器拖动链轮轴组件的刮板链在输送机中部孔内运转输送原煤，实现采煤工作运输机械化。链轮作为主要的核心部件，齿部多位多重渐开线的组合，齿部链窝的加工精度直接影响链轮的质量和使用寿命。传统的圆环链轮链窝加工方法是铸造/锻造加工、采用成型刀具在镗铣床或专用机床用展成法加工等，由于受加工精度的影响，传统加工方法已逐步被淘汰。目前同行业中主要采用数控机床利用CAD/CAM自动编程软件加工而成，首先对链轮进行三维建模，然后利用自动编程软件实现链窝部分编程，可直接生成所需的数控加工程序。上述方式虽然可以加工复杂曲面，但自动编程程序比较庞大，编出的程序不易修改， 只要加工过程中任何一个参数发生变化，都要重新进行建模，重新编程计算刀具轨迹，无法应用于相似类型的零件加工，加工精度和效率都很低，设备投入多，且劳动强度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆环链链窝生产方法，能够满足不同直径大小刀具加工不同种类圆环链链窝的要求，且提高了程序灵活。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案 一种圆环链链窝生产方法，其特征在于包括以下步骤
a、将圆环链轮体固定在回转工作台中心位置，链窝底部平面中心位置为编程坐标系原占.
^ \\\
b、根据施工图纸尺寸参数、刀具参数及粗加工参数赋值，编制R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序，程序计算链窝齿形圆弧圆心坐标，链窝齿形圆弧与链窝齿根圆交点的坐标值，且根据实际运算结果确定加工轨迹；
c、刀具从编程原点开始，先沿任何一侧齿面圆弧加工轨迹，加工其中一侧齿形圆弧和齿根圆弧，然后再沿另一侧齿面圆弧加工轨迹加工另一侧齿形圆弧和齿根圆弧，刀具回到编程原点，完成一个切削周期运动；
d、上述切削周期运动完成后，程序根据机床Z轴坐标值，R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序重新对齿形圆弧和齿根圆弧进行计算，根据重新计算的结果，沿着一侧齿面圆弧加工轨迹，加工其中一侧齿形圆弧和齿根圆弧，然后再沿另一侧齿面圆弧加工轨迹加工另一侧齿形圆弧和齿根圆弧，刀具回到编程原点，往复循环，直至加工完成。本发明的有益效果
(1)圆环链轮链窝部分施工图纸尺寸及刀具尺寸设为变量，编制出通用链窝加工程序，很好的解决了使用不同直径大小刀具加工不同种类、不同型号圆环链链窝的要求，无需重复编程。(2)加工程序具有极好的易修改性和易读性更简便灵活，程序短小，可加工同类型的零件，通用性及强。(3)链窝平面齿根R圆弧半径和齿面圆弧半径能过渡圆滑，且链窝形状统一、齿形分度均勻，实现了数字化、自动化，改进了传统CAD/CAM自动编程生产方法。(4)与目前的CAD/CAM软件自动编程加工相比，无需进行三维建模，减少了计算机、CAD/CAM编程软件等设备的投入，
(5)本数控加工程序可加工单链、双链链窝，加工范围广阔，在提高圆环链轮链窝加工质量的情况下，降低了加工成本。
图1为链窝假想剖面齿形及主要参数示意图。图2为链窝中心作为编程坐标系原点各个参数分析示意图。图3为链窝编程原理图。图4为粗加工用可转位直角台肩面铣刀结构示意图。图5为精加工用可转位圆鼻面铣刀结构示意图。图6链轮体假想剖面齿形尺寸及主要参数示意图。图7链轮体链窝平面圆弧主要尺寸及主要参数视图。图8为精加工编程轨迹图。
具体实施例方式为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述说明仅是示例性的。以一种中双链刮板机链轮体为例，具体加工过程如下
1、将工件固定在基础旋转工作台的中心，链窝平面圆弧朝向机床主轴且链窝底部平面与机床主轴垂直，参考附图2，将链窝底部中心位置作为编程坐标系原点，参考附图2及附图7设置原点偏置及校正固定工件；
2、粗加工
1)选择粗加工用刀具，设定转速、进刀量、走刀次数加工参数，本实施例中选择如图 4所示的可转位直角台肩面铣刀，刀具半径小于等于所加工链窝平面圆弧半径，此过程中应根据机床工艺系统刚性及刀具直角选择最大层切削深度，以减少走刀次数，提高加工效率；
2)参考附图6对粗加工参数赋值，根据粗加工要求，将刀具尺寸、层进给量进行赋值；
3)程序对施工图纸参数、刀具参数、及粗加工参数进行赋值，根据编程原理自动分析运算，根据运算结果确定后续粗加工或精加工参数；
4)根据程序运算结果确定的粗加工参数开始加工第一排链窝的齿形圆弧部分；
5)根据程序运算结果确定的粗加工参数开始加工第一排链窝的齿根部圆弧部分；
6)加工完成首个链窝后，根据赋值施工图纸参数判断链轮体是单链窝还是双链窝进而对如下动作进行选择
如果是单链窝，则根据粗加工赋值参数判断链轮体链窝部分粗加工是否全部加工完成，如果粗加工未全部完成，程序根据图纸赋值加工参数计算结果旋转工作台，为加工下一组链窝做准备，进入下一组链窝的粗加工程序，至到粗加工全部加工完成；
如果是双链窝，根据程序运算结果确定的粗加工参数开始加工第二排链窝的齿形圆弧部分，根据程序运算结果确定的粗加工参数开始加工第二排链窝的齿根部圆弧部分，至到粗加工全部加工完成；
3、精加工
a、粗加工全部完成，则选择精加工刀具，根据精加工要求，设定精加工转速及进给量加工参数；
b、根据链窝施工图纸参数程序对精加工参数进行赋值，根据精加工要求，将刀具尺寸、 层进给量进行赋值，本实施例中选择如图5所示的可转位圆鼻面铣刀
4、根据精加工赋值参数，程序判断链轮体链窝部分精加工是否全部加工完成，如果精加工全部加工完成，机床返回参考点，程序结束；如果未全部加工完成，程序根据图纸赋值加工参数计算结果旋转工作台，为加工下一组链窝做准备，进入下一组链窝的精加工程序， 至到精加工全部加工完成，机床返回参考点，程序结束。编程原理
根据GB/TM503-2009《矿用圆环驱动链轮》，如图1所示，链窝假想剖面齿形， θ =360° /2Ν，N为链轮齿数，齿根圆弧半径R2=0. 5d，d为圆环链直径，齿根圆弧半径R2与齿形圆弧Rl相切，且齿形圆弧Rl圆弧半径的圆心在离链轮中心H+0. 5d直线上。根据将编程坐标系原点，设定在链窝底部中心位置，通过圆的标准方程式，找出坐标系中X值和Y值之间的关系，使用程序条件循环和无条件转向改变纵向切削深度Y数值，利用数学方程式在每层深度赋值计算横向变量赋值X。根据圆的标准方程式(X-a)2+ (y~b)2=R2，式中a为圆心横坐标、b为圆心纵坐标，R为圆弧半径，如图2所示，计算出坐标系中Rl圆心横坐标、纵坐标值a、b和R2圆弧与 Rl圆弧的切点q的纵向坐标值为关键的编程数据。Rl圆心横坐标、纵坐标坐标值计算方法
两圆相切，相切圆的圆心连线必经过切点。图3所示，Rl与R2圆心连线长度b=Rl+R2，在离链轮中心H+0. 5d直线延长后相交的图形为正多边形，先利用正切计算出a的尺寸，再通过多边形内角计算公式(n-2)X180 ° — ，计算出B的角度，式中η为正多边形边数(η等于链轮的齿数)，再通过正玄定理 /2 h
TT-T=TT^结合反正弦函数计算出Rl与R2圆心连线与坐标原点X轴的夹角α，最后用
三角函数余弦、正玄分别计算出Rl圆心横坐标值、纵坐标值。Rl与R2切点纵向坐标值计算方法
通过上述方法计算出Rl与R2圆心连线与坐标X轴的夹角α后，再通过三角函数正玄计算出Rl与R2切点纵向坐标值q。由圆的标准方程式(x-a)2 + (y_b)2=R2，可推断出图2中，R2圆心X值与Y值和Rl圆心X值与Y值之间的关系为·λ = a± R2-(j-by，通过上述方法计算出的Rl圆心
坐标值a、b，代入式中进行编程。 具体编程程序说明如下
粗加工卧式加工中心(SIMENS 840D系统)
NlO Rl=53 齿形圆弧半径
N20 R2=13 齿根圆弧半径
N30 R3=45 齿面圆弧半径
N40 R4=215. 5 链轮中心至链窝底部的距离
N50 R5=125 链窝中心距离
N60 R6=37 起始值(根据实际情况定)
N70 R7=120 双排链窝中心距离单链设置为0
N80 R8=8 链轮齿数
N90 R9=l. 9 层进给量
NlOO R10=25+l刀具半径(+1为整体预留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 (调用精加工程序，jx630为程序名)
程序说明参考附图6、图7所示，NlO N80为施工图纸尺寸参数；NllO 附90为根据以上分析内容，计算链窝齿形圆弧圆心坐标步骤；N250 N390为加工齿形圆弧程序段； N400 N540为加工齿根圆弧程序段；N550 N640用于旋转工作台加工其他链窝。
精加工
如图8所示精加工编程轨迹与粗加工编程轨迹不同，使用圆鼻面铣刀精加工编程时，齿形圆弧Rl半径应加上刀具圆弧半径，齿根部R2圆弧半径应减去刀具圆弧半径，齿面圆弧半径应减去刀具圆弧半径。Rl圆弧与R2圆弧交点坐标值用R2减去刀具圆弧半径以后的数值来计算，计算方法同上，不再叙述。使用设备卧式加工中心(FANUC 18i系统)。
以FANUC 18 系统用户宏程序编程 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
主程序自变量定义说明 00002 宏程序(子程序)程序名 #1=125 链窝中心距离 #8=8圆环链轮的齿数
#9=0. 68 层切削深度(根据实际情况确定) #11=215.5 链轮中心至链窝底部的距离 #4=53 齿形圆弧半径尺寸 #6=45 链窝平面圆弧半径尺寸 #18=13 齿根圆弧半径尺寸 #20=25 刀具半径尺寸 #23=8 刀具前端圆鼻圆弧半径为R8 #25=120 并排双链窝的中心距，单链设为0 #沈=37 起始值(起始值通过简单计算确定) 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
程序说明编程原理同SIEMENS 840D大体相同，不再重复叙述。采用R代码编程和用户宏程序加工，将施工图纸尺寸设为变量，程序X轴方向、Z轴方向编程设计采用G90绝对值编程，Y轴方向和齿面圆弧部分编程设计采用G91增量值编程，相互切换，加工链窝的位置不受编程原点的限制，很好的解决了使用不同直径大小刀具加工不同种类、不同型号圆环链链窝的要求，链窝平面齿根R圆弧半径和齿型圆弧半径能过渡圆滑，且链窝形状统一、齿形分度均勻，实现了数字化、自动化。通过以上数控程序实际加工生产，在提高链轮加工质量的情况下，降低了加工成本，此生产方法及加工程序具有较高的推广价值。以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管通过实施例对本发明进行了详细说明，所属领域人员应当能够参照本发明的具体方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，但是在不脱离本发明技术方案的精神下，上述改动或等同替换应该属于本发明请求保护的技术方案范围中。
权利要求
1.一种圆环链链窝生产方法，其特征在于包括以下步骤a、将圆环链轮体固定在回转工作台中心位置，链窝底部平面中心位置为编程坐标系原点；b、根据施工图纸尺寸参数、刀具参数及粗加工参数赋值，编制R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序，通过程序计算链窝齿形圆弧圆心坐标值、链窝齿形圆弧与链窝齿根圆交点的坐标值，且根据运算结果确定加工轨迹；c、刀具从编程原点开始，先沿任何一侧齿面圆弧加工轨迹，加工其中一侧齿形圆弧和齿根圆弧，然后再沿另一侧齿面圆弧加工轨迹加工另一侧齿形圆弧和齿根圆弧，刀具回到编程原点，完成一个切削周期运动；d、上述切削周期运动完成后，程序根据机床Z轴坐标值，R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序重新对齿形圆弧和齿根圆弧进行计算，根据重新计算的结果，确定精加工参数，沿着一侧齿面圆弧加工轨迹，加工其中一侧齿形圆弧和齿根圆弧，然后再沿另一侧齿面圆弧加工轨迹加工另一侧齿形圆弧和齿根圆弧，刀具回到编程原点，往复循环，直至加工完成。
2.根据权利要求1所述圆环链链窝生产方法，其特征在于编制R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序过程如下1)根据GB/TM503-2009《矿用圆弧驱动链轮》，链窝假想剖面齿形确定，齿根圆弧与齿形圆弧相切，齿根圆弧半径为R2=0. 5d，齿根圆弧圆心在离链轮中心距离为H+0. 5d的直线上，其中H为链轮中心至链窝底部的距离；2)齿根圆弧圆心与齿形圆弧圆心连接的直线、离链轮中心距离为H+0.5d的直线延长线，和齿形圆弧圆心与链窝假想剖面齿形连接直线构成一个三角形，计算出齿根圆弧圆心和三角形顶点之间的距离，其中三角形顶点为离链轮中心距离为H+0. 5d的直线延长线的点；3)计算与齿根圆弧圆心与齿形圆弧圆心连接的直线相对的三角形的夹角，计算公式为 (η-2) Χ180 + Π，其中η为链轮齿数；4)利用正弦公式计算出齿根圆弧圆心与齿形圆弧圆心连接的直线和坐标轴的夹角；5)利用三角函数的余弦函数及正弦函数分别计算出齿形圆弧圆心横坐标值及纵坐标值，然后计算齿根圆弧与齿形圆弧切点的坐标值；6)由圆的标准方程式(x-a)2+ (y-b) 2=R2推导出坐标系中X值和Y值之间的关系为χ=a士 ^R2-(y-h")2 ,其中a、b为齿形圆弧圆心横坐标值及纵坐标值，通过程序循环运算改变纵向切削深度Y数值，利用方程式在每层深度赋值计算横向变量赋值X。
3.根据权利要求1或2所述圆环链链窝生产方法，其特征在于精加工编程中齿形圆弧半径应该在计算的值上加上刀具圆弧半径，齿根圆弧半径应该在计算的值上减去刀具圆弧半径。
4.根据权利要求1或2所述圆环链链窝生产方法，其特征在于施工图纸尺寸参数包括齿形圆弧半径、齿根圆弧半径、齿面圆弧半径、链轮中心到链窝底部的距离、链窝中心距离和链轮齿数，刀具参数包括刀具半径尺寸，粗加工参数包括层进给量，精加工参数包括层切削深度。
5.根据权利要求1或2所述圆环链链窝生产方法，其特征在于粗加工刀具为可转位直角台肩面铣刀，精加工刀具为可转位圆鼻面铣刀。
全文摘要
本发明公开了一种圆环链链窝生产方法，包括以下步骤链窝底部平面中心位置为编程坐标系原点；编制R代码程序或FANUC数控系统用户宏程序，程序计算链窝齿形圆弧圆心坐标，链窝齿形圆弧与链窝齿根圆交点的坐标值，且确定加工轨迹；刀具从编程原点开始，完成一个切削周期运动；上述切削周期运动完成后，程序重新对齿形圆弧和齿根圆弧进行计算，沿着一侧齿面圆弧加工轨迹，加工其中一侧齿形圆弧和齿根圆弧，然后再沿另一侧齿面圆弧加工轨迹加工另一侧齿形圆弧和齿根圆弧，刀具回到编程原点，往复循环，直至加工完成。加工程序具有极好的易修改性和易读性更简便灵活，程序短小，可加工同类型的零件，通用性及强。
文档编号G05B19/4093GK102528174SQ20121000612
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者刘丽, 曹学亮, 李刚, 梁峰, 王玲 申请人:山东能源机械集团有限公司