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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
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 (1)
引言 (1)
主要机械结构分析 (1)
第2章结构设计 (3)
(3)
(4)
(5)
(5)
第3章链轮加工的工艺分析 (6)
(6)
(6)
(6)
(8)
第4章切削用量的确定和程序编制 (9)
(9)
(9)
(10)
(12)
(13)
第5章结论 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
第1章绪论
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。

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。

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）
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2-1
re最大值＝(z2+180)
re最小值＝(z+2)
ra最大值＝+×3
ra最小值＝
a最大值＝140－90÷z
a最小值＝120－90÷z
d=p÷sin(180÷z)
da最大值＝d+－d1
da最小值＝d+(1－÷z)p－d1
ha最大值＝（+÷z)p－
ha最小值＝（Ｐ－d1)
df=d－d1
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=25
2、链条节距p=
3、链条的滚子外径d1=
4、内节内宽b1=
5、内链板高度h2=
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
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，。

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，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。

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2—3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电极制作和修磨时间。

第3章链轮加工的工艺分析
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。

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加工刀具卡片。

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Φ200和Φ85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，。

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，。

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，。

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⌒、Z→3个方向的自由度，从而实现链轮的6点定位。

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3-2
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；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
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。

对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

链轮齿形具有多样性。

即使最常见的传动用短节距精密滚子链链轮，不同国家的标准中链轮齿形也略有区别。

本次设计仅讨论符合GB1244-85规定的传动用短节距精密滚子链链轮的数控加工宏程序的编制方法。

以套筒滚子链轮的三圆弧一直线（图4-1）为例，虽然均由简单的圆弧和直线组成，然而基点坐标计算复杂，采用一般方法编程时计算工作量大，且计算误差不易控制。

采用宏程序可以将各基本参数、齿槽几何尺寸和基点坐标设为变量，编制包括变量的通用数控加工程序。

对于具体的加工对象链轮，只需给表示基本参数的变量赋值即可。

符合GB1244-85规定的传动用短节距精密滚子三圆弧一直线齿形链轮的基本参数、齿槽几何尺寸及其宏程序中的变量见表1。

如图4-2所示，建立链轮编程坐标系，编程原点设于轴孔中心，z轴零点设为工件上表面，则齿槽I各基点坐标计算式见表2所示。

点A为超刀点，点A x 坐标可按下式确定：
X A=d a
2
+
d
刀
2
+(5~10)
为保证齿廓加工质量，将插补齿槽圆弧的起点和终点分别从点ɑ、ɑˊ移至
e和eˊ点。

刀具从点A出发，首先直线工进至点e，建立刀具右补偿（相当于逆铣，刀具中心偏移移至e1），从点e开始工进切入工件，从点eˊ切出，完成齿槽I的加工，连续顺时针铣削完毕全部齿槽后，又回到点e（刀具中心至点e2），最后工进退至起刀点A，同时撤销刀具半径补偿，若采用顺铣方式，可从点eˊ开始切入工件，从点e切出。

程序设计总体思路是：首先编写一个齿槽的加工程序，再将坐标系旋转，旋转角以增量方式表示，以实现多次重复调用，最后加工出全部齿槽。

为了提高加工效率，应尽可能采用较大直径的铣刀。

图4-2 链轮齿形铣削加工走刀路线
表2 齿槽各基点直角坐标及基变量表示
根据上面可以知道所设计的链轮节距P=, 链条的滚子外径d
1
=，小链轮齿
数Z=25，内节内宽b
1=，内链板高度h
2
=。

选用图1所示的三圆弧一直线齿形，
链轮中心为工件坐标系原点，齿槽I各点绝对坐标列于表2。

采用12立铣刀（T06），刀具长度补偿号H01，刀具半径补偿号D01。

加工后的效果图如图4-3。

O0001；
T06M06；
S1000M03；
G54G90G00X125Y0；
G43Z50HD1；
Z-33；
;
G90G01G40X120Y0;
G00Z50M05M09;
G49Z200;
G28G91Z0;
G28X0Y0;
M30;
O0100;
#5=#2/SIN[180/#1];
#6=#2*[+1/TAN[180/#1];
#7=*#3+;
#8=55-60/#1;
#9=*#3*SIN[#8];
#10=*#3*COS[#8];
#11=*#3+;
#12=18-56/#1;
#13=*#3+COS[180/#1];
#14=*#3-SIN[180/#1];
#15=17-64/#1;
#16=#3*[*COS[#15]+*COS[#12]]
#17=#3+[[#15]*SIN[#12];
#18=SQRT[#16*#16-[*#3-#2/2]*[*#3-#2/2]]; #21=#5/2-#7*COS[#8]；
#22=#7SIN[#8];
#23=#5/2+#10-#11*COS[#8+#12];
#24=#11*SIN[#8+#12]-#9;
#25=#23+#17*COS[180/#1+#15];
#26=#24+#17*SIN[180/#1+#15];
#27=[#8+#5/2*COS[180/#1]]*COS[180/#1]; #28=[#18+#5/2*COS[180/#1]*SIN[180/#1]；G41G01X#27Y#28D01F200;
M98PO200;
M98P24O300;
M99;
O0300;
G68X0Y0G91R[-360/#1];
M98PO200;
G69;
M99;
O0200;
G02X#25Y#26R#16;
G01X#23Y#24;
G03X#21Y#22R#11;
Y[-#22]R#7F#4;
X#23Y[-#24]R#11;
G01X#25Y[-#26];
G02X#27Y[-#28]R#16;
M99;
另附
图4-3零件效果图
第5章结论
（1）采用用户宏程序功能编制链轮齿形数控加工程序，程序结构简明，逻辑严密，具有良好的易读性和易改性。

程序通用性强，对于基本参数不同的链轮，只要在主程序中改变齿形基本参数变量赋值，并根据链轮齿数改变坐标旋转宏程序的调用次数，即可满足新的加工对象的要求。

利用数控铣床加工链轮的方法尤其适合于大型链轮的单件、小批量生产。

（2）采用上面的加工方法在数控铣床上进行加工，每天可以加工20多个链轮，采用电加工每天只能加工4-5个，数控加工的效率远远高于普通的电加工，而且产品质量明显提高。

参考文献
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北京：机械工业出版社，2000。

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致谢
经过两个月的学习和努力，本次的毕业设计接近尾声了，作为一个快要踏入社会的毕业生，我想说的是，这一次毕业设计让我更加了解我的专业，也让我明白机械设计人的不容易，他们经历了太多的枯燥乏味的设计生活，只是为了让我们的生活的更好，在此我向他们表示衷心的感谢。

在这一次的毕业设计中我遇到了很多困难，很多专业上的知识都不了解，依靠着老师的悉心指导和网上信息的共享完成了本次的毕业设计，在此我衷心的感谢指导老师的悉心指导和感谢那些在一线搞设计工作的网友们能在网上分享着他们的经验和想法，给我很多的灵感。

我相信通过这一次的毕业设计，我已经做好了踏入社会奉献自己的准备了，我一定会用自己所学的知识来设计更多好的机械产品来让我们的社会更加的美好，和谐。

让我在一次感谢我们的指导老师们，是他们忘寝废食的帮助我克服在设计时所遇到的难题，谢谢你们，敬爱的老师们！。