具体实施方式
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/T24503-2009《矿用圆环驱动链轮》,如图1所示,链窝假想剖面齿形,θ=360°/2N,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R1相切,且齿形圆弧R1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R1圆心横坐标、纵坐标值a、b和R2圆弧与R1圆弧的切点q 的纵向坐标值为关键的编程数据。
R1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,R1与R2圆心连线长度b=R1+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)×180°÷ n ,计算出B的角度,式中n为正多边形边数(n等于链轮的齿数),再通过正玄定理
结合反正弦函数计算出R1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R1圆心横坐标值、纵坐标值。
R1与R2切点纵向坐标值计算方法:
通过上述方法计算出R1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R1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R1圆心X值与Y值之间的关系为:
x=a± ,通过上述方法计算出的R1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)
N10 R1=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=1.9 层进给量
N100 R10=25+1 刀具半径(+1为整体预留1mm)
N110 R11=360/R8
N120 R12=(R8-2)*180/R8
N130 R13=(R4+R2)*TAN(R11/2)-R5/2
N140 R14=R1+R2
N150 R15=SIN(R12)
N160 R16=R11-ASIN(R13/R14*R15)
N170 R17=R5/2+COS(R16)*R14
N180 R18=SIN(R16)*R14-R2
N190 R19=R2-R2*SIN(R16)
N200 t2
N210 m6
N220 t3
N230 G0B0
N240 ma9: R21=0
N250 g0g90 g17g54x0y0z100
N260 GOTOF ma2
N270 ma1: g1g91y=(R3-R10-R7)
N280 ma2:m3s1500f1000
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 g1g90z=R20
N340 g1g90x=(R22-R3)
N350 g2g91x0y=(R10*2-R3*2)CR=(R3-R10)
N360 g1g90x=(R3-R22)
N370 g2g91x0y=(R3*2-R10*2)CR=(R3-R10)
N380 g1g90x0
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 g1g90z=R20
N450 g1g90x=(R22-R3)
N460 g2g91x0y=(R10*2-R3*2)CR=(R3-R10)
N470 g1g90x=(R3-R22)
N480 g2g91x0y=(R3*2-R10*2)CR=(R3-R10)
N490 g1g90x0
N500 IF R20= =0 GOTOF ma11
N510 R20=R20-R9/2
N520 GOTOB ma5
N530 ma7: R20=0
N540 GOTOB ma6
N550 ma11: R21=R21+1
N560 IF R21= =2 GOTOF ma8
N570 IF R7<=0 GOTOF ma8
N580 g0g90x0y0z100
N590 GOTOB ma1
N600 ma8:R22=R22+R11
N610 IF R22>=360 GOTOF ma10
N620 g0g90z100
N630 g0b=R22
N640 GOTOB ma9
N650 ma10: 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,N10~N80为施工图纸尺寸参数;N110~N190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R1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。R1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 18i系统用户宏程序编程:
主程序O0001:
G0 G90 G54 X0 Y0
……
G0 G90 G43 H3 Z100
M3 S1200 F1200
G65 P0002 A125 E8 F0.65 H215.5 I53 K45 R13 T25 W8 Y120 Z37
……
M30
主程序自变量定义说明:
O0002 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
#26=37 起始值(起始值通过简单计算确定)
子程序(宏程序):
O0002
……
#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*COS[#10]+#1/2
#13 = #7*SIN[#10]-#18
#14 = #18-SIN[#10]*#18
N5 M5 G0 G90 X0 Y0
GOTO3
N1 G0 G90 X0 Y0
G0 G91 Y-#25
N3 G0 G90 B#16
M3
#15 = #26
G1 G91 Y[#6-#20] M8
G1 G90 Z#15
WHILE[#15 NE #14] DO1
#15 = #15-#9
IF[#15 LT #14] THEN #15=#14
#32 = #4*#4-[#15+#13]*[#15+#13]
#24= #12-SQRT[#32]
G1 G90 Z#15
X[#24-#6]
G2 G91 Y[#20*2-#6*2] R[#6-#20]
G1 G90 X[#6-#24]
G2 G91 Y[#6*2-#20*2] R[#6-#20]
G1 G90 X0
END1
WHILE[#15 NE 0] DO2
#15 = #15-#9/2
IF[ #15 LT 0]THEN#15=0
#32= #18*#18+[#15-#18]*[#15-#18]
#24= #1/2+SQRT[#32]
G1 G90 Z#15
X[#24-#6]
G2 G91 Y[#20*2-#6*2] R[#6-#20]
G1 G90 X[#6-#24]
G2 G91 Y[#6*2-#20*2] R[#6-#20]
G1 G90 X0
END2
GO G90 Z100
IF[#25 LE 0] THEN GOTO2
#31=#31+1
GOTO#31
N2 #31=0
#16=#16+#2
IF[#16 GE 360] THEN GOTO4
GOTO5
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、齿形分度均匀,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。