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1、浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书课题名称： 链轮数控加工与工装设计 学生姓名 卜海平 学 号 100502103210 所在学院 机械工程学院 专 业 数控技术 班 级 1032 指导教师 陈小红 吕方 起讫时间：2013年01 月07 日2013 年04 月05 日I浙江机电职业技术学院毕业设计说明书链轮数控加工与工装设计摘 要针对链轮的工艺特点，使用圆柱立铣刀数控铣削加工链轮，采用直角坐标系（直线轴）附加旋转轴的控制方式：应用直线轴控制多段曲线的连接，完成链轮轮齿轨迹的数控加工，使用数控回转工作台完成链轮零件的分齿运动，利用子程序来循环往复上述运动。此加工方式相比二维坐标轴数控加工链
2、轮的控制方式，具有更为理想的加工效果。此加工方式，在保证零件设计基准、装夹定位基准和装配基准重合的基础上，应用子程序，有效地保证了链轮各齿形尺寸精度的一致性；使用旋转坐标控制，有效地保证和降低了链轮轮齿的分齿误差。在数控铣床上使用普通圆盘工作台，利用暂停指令手动进行链轮齿形分齿运动的做法，更加完善和拓宽了数控技术具体应用的实用性。关键词：循环指令；数控加工；子程序；链轮齿形：目 录摘 要I目 录i第1章 绪论11.1 引言11.2 主要机械结构分析1第2章 结构设计32.1链轮的齿形设计32.2链轮的结构设计42.3零件图工艺分析52.4设备的选择5第3章链轮加工的工艺分析63.1加工顺序确定
3、63.2加工刀具选择63.3零件装夹与定位63.4链轮齿形的铣削加工方式8第4章切削用量的确定和程序编制94.1链轮的切削用量的确定94.2链轮齿形宏程序编程方法分析94.3链轮齿形的走刀路线和程序总体设计104.3链轮齿形铣削加工程序124.4工艺卡片13第5章 结论15参 考 文 献16致 谢17第1章 绪论1.1 引言随着现代工业行业的发展，机械行业的发展也有了质的飞跃，现代化的建设进程越来越不开机械。链轮也是现代机械的组成部分，链轮是带嵌齿式扣链齿的轮子,用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合 chain wheel一种实心或带辐条的齿轮,与(滚子)链啮合以传递运动。它被广泛应用于化
4、工、纺织机械、食品加工、仪表仪器、石油等行业的机械传动等。但是由于链轮比较复杂，加工起来比较困难，所以我们采用数控加工的方法来加工，也由于它的不规则性在加工的时候难夹紧，所以我们必须设计一种夹具来加工它，以便减少装夹时间，来提高加工速度，降低加工成本，增加企业的利润，这样可以让企业更加快速的成长。在当代信息化技术的推动和催化下，制造业正在向高效率、高精度、高自动化方向发展，机床已向高柔性化发展。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。因此采用UG的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。它的功能涵盖了三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出等等。
5、 因此基于UG对链轮进行设计、工艺工装设计有着实际性的作用和意义。本课题的设计可以让培养我们独立解决问题的能力，培养我们UG的3D造型设计、装配、自动编程，及设计工艺工装设计的能力，让我们结合课堂上所学的理论知识，充分发挥自己的想象，把所学的知识活用在现实当中，对我们来说是对自己在学校所学知识的一次检验，更是把学校与社会联系起来，对我们即将要进入社会当中是有着重要的实际意义。1.2 主要机械结构分析链轮由轮齿、轮缘、轮辐、轮毂组成，由于链轮是链传动设备上的核心零件，轮齿是链轮上每个用于啮合的凸起部分这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转。齿槽是两相邻轮齿之
6、间的空间，齿沟是过齿的工作段下端且垂直于通过齿槽中心的轴平面的平面与齿槽相截所形成的齿槽下部空间。齿面是位于齿顶圆柱面与齿根圆柱面之间的轮齿侧表面。齿的工作段，齿形设计所规定的当链条啮入，啮出链轮时，在齿面上能有效工作的区段。齿顶面是轮齿顶部的表面，齿槽底面（或线）齿槽底部的曲面（或线）。第2章 结构设计（黑体，小二号）2.1链轮的齿形设计齿形链机构是机械行业中应用非常广泛的一种机构，而链轮是链传动的主要零件，所以链轮的齿形设计很重要，链轮齿形要满足下列要求：1保证链条能平稳而顺利地进入和退出啮合；2受力均匀，不易脱链；3便于加工。链轮的齿形有国家标准，但其设计参数如下：图2-12.2链轮的结
7、构设计1.齿面圆弧半径re最大值0.008d1(z2+180)re最小值0.12d1(z+2)2.齿沟圆弧半径ra最大值0.505d1+0.0693 ra最小值0.505d13.齿沟角a最大值14090za最小值12090z4.分度圆直径d=psin(180z)5.齿顶圆直径da最大值d+1.25pd1da最小值d+(11.6z)pd16.齿顶高ha最大值（0.625+0.8z)p0.5d1ha最小值0.5（d1)7.齿根圆直径df=dd1由于链轮采用标准齿形，又根据这次设计给出的已知条件：1、小链轮齿数Z=252、链条节距p=25.4mm3、链条的滚子外径d1=15.884、内节内宽b1=1
8、5.755、内链板高度h2=24.13 可以知道这属于小直径，所以我们采用实心式的链轮结构，我们可以得出如图2-2的链轮结构示意图图2-2 链轮结构示意图2.3零件图工艺分析 链轮的内外轮廓是由直线和圆弧组成，几何元素之间关系描述清楚完成，链轮的中心孔与链轮齿形工作面的表面粗糙度要求较高，为Ra3.2um。链轮的链齿位置度要求较高，如果按传统工艺安排，应先铣链齿，划线后加工键槽，但是由于加工好的链齿齿面为曲面，为平台划线和插床工序的找正带来困难度，不能保证产品质量，为了解决这一加工难点，需要改变工艺安排，并设计工装。链轮胚的径向基准是孔，以及链轮齿根园与基准孔的径向跳动不大于，数控铣削加工中，
9、加工的难点是链轮的齿形轨迹（三圆弧一线）的一致性，以及链轮的齿距的等分度要求。链轮的材料为45号钢，切削加工性能较好。根据上述分析，链轮的中心孔与链齿齿形的加工应分成粗、精加工两个阶段进行，以保证表面粗糙度要求。2.4设备的选择 传统的链轮加工工艺主要分为：锻造热处理粗车钳工划线铣拉花键钳工划线电加工钳修。其中电加工过程中由于链窝的尺寸较大，电极一般采用石墨材料制作，在电加工过程中电极损耗较大，每加工23个链轮就要修磨一次电极，钳工劳动强度大，工作环境较差。为了提高加工效率、降低成本，利用数控车床和数控铣床，使用普通铣刀一次完成上诉外形铣削加工、电加工、钳工修磨多道工序内容，同时还节约了电加工
10、电极制作和修磨时间。第3章链轮加工的工艺分析3.1加工顺序确定 加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定，因此，应先加工用作定位基准的中心孔，然后再加工链轮的内外轮廓表面。为了保证加工精度，粗、精加工应分开，其中中心孔和齿形面的加工采用粗车精车方案。3.2加工刀具选择在数控铣削加工中，使用圆柱立铣刀直径小于链轮的滚子直径，就可以满足链轮单齿齿形的加工要求（本工艺选择直径12mm圆柱立铣刀，加工链轮滚子直径d1=16mm的链轮）。从零件的粗、精加工考虑，在数控铣削加工分别使用两把相同规格尺寸的铣刀，有利于齿形轨迹精度和表面粗糙度的保证，同时可以简化程序编制的节点参数计算。其他刀具见链轮数控
11、加工刀具卡片。3.3零件装夹与定位在链轮胚零件的数控车削加工中，采用三爪自动定心卡盘两次掉头，分别装夹零件和的外圆柱段，来进行零件的径向装夹定位；轴向定位基准选择零件的右端面。但在链轮齿形的数控铣削加工中，链齿的位置度要求较高，如按传统工艺安排，应先铣链齿，划线后加工键槽。但由于加工好的链齿齿面为曲面，为平台划线和插床工序的找正带来难度，不能保证产品的质量。为了解决这一加工难点，需要改变工艺编排，并设计工装。将链轮精车完各部分尺寸，划线后插键槽达图纸要求，考虑到加工链齿时，如以键槽找正，由于键槽每边太短，找正精度不能保证，故设计如图3-1所示的心轴，使对链轮的键槽找正，通过心轴的基面A的找正来
12、实现，然后按图3-1所示，将链轮装上工装，在数控铣床上找正夹紧后，加工链轮齿达图纸要求。图3-1在图3-1的心轴上，在左端面留工艺夹头，实现外圆面200和85和尺寸10的两端面在一次装夹中完成。这就使尺寸两端面对轴心线的垂直度主要由车床的几何精度来保证，其垂直度误差可以控制在0.01mm内。基面A的加工和键槽的加工在同一台铣床工序的一次装夹中完成，同样键槽和基面A的垂直度，主要由铣床的几何精度来保证，其垂直度误差可以控制在0.01mm内。如图3-2所示，先将定位块1和定位快二固定在基础件上，再将基础件安放在数控铣床工作台上，用百分表找正，使定位块1的基准面与机床工作台的横向误差小于0.005m
13、m。找正后紧固基础件在工作台上。将链轮装在心轴上，并装上键定位，然后用螺丝压板紧固。将链轮和心轴的组件安放在基础件上，使心轴的A面靠合定位块1的基准面，这就限制了链轮在X和Z两个方向的自由度。由于定位块1的基准面与工作台横向运动方向平行，当心轴A面靠合定位块1基准面时，由于键槽与A面垂直，而心轴上键槽又与链轮上键槽通过键连接在一起，并且心轴在加工时，通过工艺措施保证了键槽和基面A的垂直度，所以，此时键槽中心线与机床工作台横向的垂直度要求可以得到保证。另外，的外圆面一点靠住定位块2，限制了链轮在Y方向上的自由度，尺寸右端底面放在基础件上，限制了X、Y、Z3个方向的自由度，从而实现链轮的6点定位。
14、夹紧后找正链轮的中心点，编程加工链齿达图纸要求。加工好后吊下链轮，拆下心轴后，重新安装加工下一件链轮，定位后不必重新找正，可以直接以前一链轮的中心点为基准直接加工，这就大大节约了加工辅助时间。图3-23.4链轮齿形的铣削加工方式链轮齿可以用切削加工、冷冲压、铸造、火焰切割、粉末冶金等各种加工方法制造。为了保证链传动在高速场合传动平稳、噪声小、精密链轮通常采用钢、铸铁或者工程塑料为材料，用机械加工切齿的方法制成。链轮齿形切割加工的传统方法是按展成运动原理用链轮滚刀在滚齿上滚切、用链轮插刀在插齿机上插齿，或按仿形法用成型铣刀在普通铣床上分度铣削。前者加工精度和生产效率高，适用于一般链轮的批量生产；
15、后者加工精度和生产效率稍低，适用于大型链轮的加工或者单件小批量生产。两种传统链轮的加工方法均需专用的链轮滚刀或者链轮铣刀，这给一般工厂进行链轮加工带来困难，数控机床为链轮加工开辟了新的途径，在普通铣床或者加工中心上使用普通铣刀即可铣切链轮齿。由于链轮齿形复杂，如何利用数控系统的功能编制合理的加工程序、缩短程序长度、优化程序结构成为编程的关键。链轮齿形的数控加工可以分为基于CAD/CAM软件的自动编程和基于数控系统功能本身的手工编程两大类。本次设计重点讨论在配置FANUC-0i数控系统的数控铣床或者加工中心上铣削链轮齿形，利用用户宏程序功能编制链轮齿形加工宏程序的方法。FANUC-0i系统是目前国内应用的主流数控系统之一。第4章切削用量的确定和程序编制4
