鏈輪畢業(yè)設(shè)計說明書模板

1、浙江工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱： 鏈輪數(shù)控加工與工裝設(shè)計 學(xué)生姓名 卜海平 學(xué) 號 100502103210 所在學(xué)院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 班 級 1032 指導(dǎo)教師 陳小紅 呂方 起訖時間：2013年01 月07 日2013 年04 月05 日18浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書鏈輪數(shù)控加工與工裝設(shè)計摘 要針對鏈輪的工藝特點，使用圓柱立銑刀數(shù)控銑削加工鏈輪，采用直角坐標系（直線軸）附加旋轉(zhuǎn)軸的控制方式：應(yīng)用直線軸控制多段曲線的連接，完成鏈輪輪齒軌跡的數(shù)控加工，使用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺完成鏈輪零件的分齒運動，利用子程序來循環(huán)往復(fù)上述運動。此加工方式相比二維坐標軸數(shù)控加工

2、鏈輪的控制方式，具有更為理想的加工效果。此加工方式，在保證零件設(shè)計基準、裝夾定位基準和裝配基準重合的基礎(chǔ)上，應(yīng)用子程序，有效地保證了鏈輪各齒形尺寸精度的一致性；使用旋轉(zhuǎn)坐標控制，有效地保證和降低了鏈輪輪齒的分齒誤差。在數(shù)控銑床上使用普通圓盤工作臺，利用暫停指令手動進行鏈輪齒形分齒運動的做法，更加完善和拓寬了數(shù)控技術(shù)具體應(yīng)用的實用性。關(guān)鍵詞：循環(huán)指令；數(shù)控加工；子程序；鏈輪齒形：目 錄摘 要I目 錄i第1章 緒論11.1 引言11.2 主要機械結(jié)構(gòu)分析1第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計32.1鏈輪的齒形設(shè)計32.2鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計42.3零件圖工藝分析52.4設(shè)備的選擇5第3章鏈輪加工的工藝分析63.1加工順序確

3、定63.2加工刀具選擇63.3零件裝夾與定位63.4鏈輪齒形的銑削加工方式8第4章切削用量的確定和程序編制94.1鏈輪的切削用量的確定94.2鏈輪齒形宏程序編程方法分析94.3鏈輪齒形的走刀路線和程序總體設(shè)計104.3鏈輪齒形銑削加工程序124.4工藝卡片13第5章 結(jié)論15參 考 文 獻16致 謝17第1章 緒論1.1 引言隨著現(xiàn)代工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，機械行業(yè)的發(fā)展也有了質(zhì)的飛躍，現(xiàn)代化的建設(shè)進程越來越不開機械。鏈輪也是現(xiàn)代機械的組成部分，鏈輪是帶嵌齒式扣鏈齒的輪子,用以與節(jié)鏈環(huán)或纜索上節(jié)距準確的塊體相嚙合 chain wheel一種實心或帶輻條的齒輪,與(滾子)鏈嚙合以傳遞運動。它被廣泛應(yīng)用于

4、化工、紡織機械、食品加工、儀表儀器、石油等行業(yè)的機械傳動等。但是由于鏈輪比較復(fù)雜，加工起來比較困難，所以我們采用數(shù)控加工的方法來加工，也由于它的不規(guī)則性在加工的時候難夾緊，所以我們必須設(shè)計一種夾具來加工它，以便減少裝夾時間，來提高加工速度，降低加工成本，增加企業(yè)的利潤，這樣可以讓企業(yè)更加快速的成長。在當(dāng)代信息化技術(shù)的推動和催化下，制造業(yè)正在向高效率、高精度、高自動化方向發(fā)展，機床已向高柔性化發(fā)展。人工設(shè)計、單件生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式已無法適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求。因此采用UG的技術(shù)已成為整個制造行業(yè)當(dāng)前和將來技術(shù)發(fā)展的重點。它的功能涵蓋了三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出等等

5、。 因此基于UG對鏈輪進行設(shè)計、工藝工裝設(shè)計有著實際性的作用和意義。本課題的設(shè)計可以讓培養(yǎng)我們獨立解決問題的能力，培養(yǎng)我們UG的3D造型設(shè)計、裝配、自動編程，及設(shè)計工藝工裝設(shè)計的能力，讓我們結(jié)合課堂上所學(xué)的理論知識，充分發(fā)揮自己的想象，把所學(xué)的知識活用在現(xiàn)實當(dāng)中，對我們來說是對自己在學(xué)校所學(xué)知識的一次檢驗，更是把學(xué)校與社會聯(lián)系起來，對我們即將要進入社會當(dāng)中是有著重要的實際意義。1.2 主要機械結(jié)構(gòu)分析鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻、輪轂組成，由于鏈輪是鏈傳動設(shè)備上的核心零件，輪齒是鏈輪上每個用于嚙合的凸起部分這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續(xù)嚙合運轉(zhuǎn)。齒槽是兩相鄰輪齒

6、之間的空間，齒溝是過齒的工作段下端且垂直于通過齒槽中心的軸平面的平面與齒槽相截所形成的齒槽下部空間。齒面是位于齒頂圓柱面與齒根圓柱面之間的輪齒側(cè)表面。齒的工作段，齒形設(shè)計所規(guī)定的當(dāng)鏈條嚙入，嚙出鏈輪時，在齒面上能有效工作的區(qū)段。齒頂面是輪齒頂部的表面，齒槽底面（或線）齒槽底部的曲面（或線）。第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計（黑體，小二號）2.1鏈輪的齒形設(shè)計齒形鏈機構(gòu)是機械行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一種機構(gòu)，而鏈輪是鏈傳動的主要零件，所以鏈輪的齒形設(shè)計很重要，鏈輪齒形要滿足下列要求：1保證鏈條能平穩(wěn)而順利地進入和退出嚙合；2受力均勻，不易脫鏈；3便于加工。鏈輪的齒形有國家標準，但其設(shè)計參數(shù)如下：圖2-12.2鏈輪的

7、結(jié)構(gòu)設(shè)計1.齒面圓弧半徑re最大值0.008d1(z2+180)re最小值0.12d1(z+2)2.齒溝圓弧半徑ra最大值0.505d1+0.069×3 ra最小值0.505d13.齒溝角a最大值14090÷za最小值12090÷z4.分度圓直徑d=p÷sin(180÷z)5.齒頂圓直徑da最大值d+1.25pd1da最小值d+(11.6÷z)pd16.齒頂高ha最大值（0.625+0.8÷z)p0.5d1ha最小值0.5（d1)7.齒根圓直徑df=dd1由于鏈輪采用標準齒形，又根據(jù)這次設(shè)計給出的已知條件：1、小鏈輪齒數(shù)Z=

8、252、鏈條節(jié)距p=25.4mm3、鏈條的滾子外徑d1=15.884、內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=15.755、內(nèi)鏈板高度h2=24.13 可以知道這屬于小直徑，所以我們采用實心式的鏈輪結(jié)構(gòu)，我們可以得出如圖2-2的鏈輪結(jié)構(gòu)示意圖圖2-2 鏈輪結(jié)構(gòu)示意圖2.3零件圖工藝分析 鏈輪的內(nèi)外輪廓是由直線和圓弧組成，幾何元素之間關(guān)系描述清楚完成，鏈輪的中心孔與鏈輪齒形工作面的表面粗糙度要求較高，為Ra3.2um。鏈輪的鏈齒位置度要求較高，如果按傳統(tǒng)工藝安排，應(yīng)先銑鏈齒，劃線后加工鍵槽，但是由于加工好的鏈齒齒面為曲面，為平臺劃線和插床工序的找正帶來困難度，不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決這一加工難點，需要改變工藝安排，并設(shè)

9、計工裝。鏈輪胚的徑向基準是孔，以及鏈輪齒根園與基準孔的徑向跳動不大于，數(shù)控銑削加工中，加工的難點是鏈輪的齒形軌跡（三圓弧一線）的一致性，以及鏈輪的齒距的等分度要求。鏈輪的材料為45號鋼，切削加工性能較好。根據(jù)上述分析，鏈輪的中心孔與鏈齒齒形的加工應(yīng)分成粗、精加工兩個階段進行，以保證表面粗糙度要求。2.4設(shè)備的選擇 傳統(tǒng)的鏈輪加工工藝主要分為：鍛造熱處理粗車鉗工劃線銑拉花鍵鉗工劃線電加工鉗修。其中電加工過程中由于鏈窩的尺寸較大，電極一般采用石墨材料制作，在電加工過程中電極損耗較大，每加工23個鏈輪就要修磨一次電極，鉗工勞動強度大，工作環(huán)境較差。為了提高加工效率、降低成本，利用數(shù)控車床和數(shù)控銑床，

10、使用普通銑刀一次完成上訴外形銑削加工、電加工、鉗工修磨多道工序內(nèi)容，同時還節(jié)約了電加工電極制作和修磨時間。第3章鏈輪加工的工藝分析3.1加工順序確定 加工順序的擬定按照基面先行、先粗后精的原則確定，因此，應(yīng)先加工用作定位基準的中心孔，然后再加工鏈輪的內(nèi)外輪廓表面。為了保證加工精度，粗、精加工應(yīng)分開，其中中心孔和齒形面的加工采用粗車精車方案。3.2加工刀具選擇在數(shù)控銑削加工中，使用圓柱立銑刀直徑小于鏈輪的滾子直徑，就可以滿足鏈輪單齒齒形的加工要求（本工藝選擇直徑12mm圓柱立銑刀，加工鏈輪滾子直徑d1=16mm的鏈輪）。從零件的粗、精加工考慮，在數(shù)控銑削加工分別使用兩把相同規(guī)格尺寸的銑刀，有利于

11、齒形軌跡精度和表面粗糙度的保證，同時可以簡化程序編制的節(jié)點參數(shù)計算。其他刀具見鏈輪數(shù)控加工刀具卡片。3.3零件裝夾與定位在鏈輪胚零件的數(shù)控車削加工中，采用三爪自動定心卡盤兩次掉頭，分別裝夾零件和的外圓柱段，來進行零件的徑向裝夾定位；軸向定位基準選擇零件的右端面。但在鏈輪齒形的數(shù)控銑削加工中，鏈齒的位置度要求較高，如按傳統(tǒng)工藝安排，應(yīng)先銑鏈齒，劃線后加工鍵槽。但由于加工好的鏈齒齒面為曲面，為平臺劃線和插床工序的找正帶來難度，不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。為了解決這一加工難點，需要改變工藝編排，并設(shè)計工裝。將鏈輪精車完各部分尺寸，劃線后插鍵槽達圖紙要求，考慮到加工鏈齒時，如以鍵槽找正，由于鍵槽每邊太短，找正

12、精度不能保證，故設(shè)計如圖3-1所示的心軸，使對鏈輪的鍵槽找正，通過心軸的基面A的找正來實現(xiàn)，然后按圖3-1所示，將鏈輪裝上工裝，在數(shù)控銑床上找正夾緊后，加工鏈輪齒達圖紙要求。圖3-1在圖3-1的心軸上，在左端面留工藝夾頭，實現(xiàn)外圓面200和85和尺寸10的兩端面在一次裝夾中完成。這就使尺寸兩端面對軸心線的垂直度主要由車床的幾何精度來保證，其垂直度誤差可以控制在0.01mm內(nèi)?；鍭的加工和鍵槽的加工在同一臺銑床工序的一次裝夾中完成，同樣鍵槽和基面A的垂直度，主要由銑床的幾何精度來保證，其垂直度誤差可以控制在0.01mm內(nèi)。如圖3-2所示，先將定位塊1和定位快二固定在基礎(chǔ)件上，再將基礎(chǔ)件安放在數(shù)

13、控銑床工作臺上，用百分表找正，使定位塊1的基準面與機床工作臺的橫向誤差小于0.005mm。找正后緊固基礎(chǔ)件在工作臺上。將鏈輪裝在心軸上，并裝上鍵定位，然后用螺絲壓板緊固。將鏈輪和心軸的組件安放在基礎(chǔ)件上，使心軸的A面靠合定位塊1的基準面，這就限制了鏈輪在X和Z兩個方向的自由度。由于定位塊1的基準面與工作臺橫向運動方向平行，當(dāng)心軸A面靠合定位塊1基準面時，由于鍵槽與A面垂直，而心軸上鍵槽又與鏈輪上鍵槽通過鍵連接在一起，并且心軸在加工時，通過工藝措施保證了鍵槽和基面A的垂直度，所以，此時鍵槽中心線與機床工作臺橫向的垂直度要求可以得到保證。另外，的外圓面一點靠住定位塊2，限制了鏈輪在Y方向上的自由度

14、，尺寸右端底面放在基礎(chǔ)件上，限制了X、Y、Z3個方向的自由度，從而實現(xiàn)鏈輪的6點定位。夾緊后找正鏈輪的中心點，編程加工鏈齒達圖紙要求。加工好后吊下鏈輪，拆下心軸后，重新安裝加工下一件鏈輪，定位后不必重新找正，可以直接以前一鏈輪的中心點為基準直接加工，這就大大節(jié)約了加工輔助時間。圖3-23.4鏈輪齒形的銑削加工方式鏈輪齒可以用切削加工、冷沖壓、鑄造、火焰切割、粉末冶金等各種加工方法制造。為了保證鏈傳動在高速場合傳動平穩(wěn)、噪聲小、精密鏈輪通常采用鋼、鑄鐵或者工程塑料為材料，用機械加工切齒的方法制成。鏈輪齒形切割加工的傳統(tǒng)方法是按展成運動原理用鏈輪滾刀在滾齒上滾切、用鏈輪插刀在插齒機上插齒，或按仿形

15、法用成型銑刀在普通銑床上分度銑削。前者加工精度和生產(chǎn)效率高，適用于一般鏈輪的批量生產(chǎn)；后者加工精度和生產(chǎn)效率稍低，適用于大型鏈輪的加工或者單件小批量生產(chǎn)。兩種傳統(tǒng)鏈輪的加工方法均需專用的鏈輪滾刀或者鏈輪銑刀，這給一般工廠進行鏈輪加工帶來困難，數(shù)控機床為鏈輪加工開辟了新的途徑，在普通銑床或者加工中心上使用普通銑刀即可銑切鏈輪齒。由于鏈輪齒形復(fù)雜，如何利用數(shù)控系統(tǒng)的功能編制合理的加工程序、縮短程序長度、優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)成為編程的關(guān)鍵。鏈輪齒形的數(shù)控加工可以分為基于CAD/CAM軟件的自動編程和基于數(shù)控系統(tǒng)功能本身的手工編程兩大類。本次設(shè)計重點討論在配置FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床或者加工中心上銑

16、削鏈輪齒形，利用用戶宏程序功能編制鏈輪齒形加工宏程序的方法。FANUC-0i系統(tǒng)是目前國內(nèi)應(yīng)用的主流數(shù)控系統(tǒng)之一。第4章切削用量的確定和程序編制4.1鏈輪的切削用量的確定數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。4.2鏈輪齒形宏程序編程方法分析鏈輪齒形具有多樣性。即使最常見的傳動用短節(jié)距精密滾子鏈鏈輪，不同國家的標準中鏈輪齒形也略

17、有區(qū)別。本次設(shè)計僅討論符合GB1244-85規(guī)定的傳動用短節(jié)距精密滾子鏈鏈輪的數(shù)控加工宏程序的編制方法。以套筒滾子鏈輪的三圓弧一直線（圖4-1）為例，雖然均由簡單的圓弧和直線組成，然而基點坐標計算復(fù)雜，采用一般方法編程時計算工作量大，且計算誤差不易控制。采用宏程序可以將各基本參數(shù)、齒槽幾何尺寸和基點坐標設(shè)為變量，編制包括變量的通用數(shù)控加工程序。對于具體的加工對象鏈輪，只需給表示基本參數(shù)的變量賦值即可。符合GB1244-85規(guī)定的傳動用短節(jié)距精密滾子三圓弧一直線齒形鏈輪的基本參數(shù)、齒槽幾何尺寸及其宏程序中的變量見表1。圖4-1 三圓弧一直線的齒槽形狀名稱變量計算公式基本參數(shù)鏈輪齒數(shù)Z#125配用

18、鏈條節(jié)距P/mm#225.4配用鏈條滾子外徑 d1/mm#315.88主要參數(shù)分度圓直徑d/mm#5d=Psin180z齒頂圓直徑da/mm#6da=P(0.54+cot180z)齒溝圓弧半徑 r1/mm#7r1=0.05025d1+0.05齒溝半角2/（º）#82=55-60z工作段圓弧中心M/mmO2的位置T/mm#9M=0.8d1sin2 ,T=0.8d1cos2#10工作段圓弧半徑r2/mm#11r2=1.3025d1+0.05工作段圓弧中心角/（º）#12=18-56z齒頂圓弧中 W/mm心O3的位置 V/mm #13W=1.3d1cos180z, V=1.3d1

19、sin180z#14齒形半角2/（º）#152=17-64z齒頂圓弧半徑r3/mm#16r3=d11.3cos2+0.8cos-1.3025-0.05工作段直線部分長度bc/mm#17bc=d1(1.3sin2-0.8sin)點e至齒溝圓弧中心連線的距離H/mm#18H=r32-(1.3d3-P2)2表1鏈輪基本參數(shù)、齒槽幾何尺寸及其變量表示4.3鏈輪齒形的走刀路線和程序總體設(shè)計如圖4-2所示，建立鏈輪編程坐標系，編程原點設(shè)于軸孔中心，z軸零點設(shè)為工件上表面，則齒槽I各基點坐標計算式見表2所示。點A為超刀點，點Ax坐標可按下式確定：XA=da2+d刀2+(510)為保證齒廓加工質(zhì)量，

20、將插補齒槽圓弧的起點和終點分別從點、移至e和e點。刀具從點A出發(fā)，首先直線工進至點e，建立刀具右補償（相當(dāng)于逆銑，刀具中心偏移移至e1），從點e開始工進切入工件，從點e切出，完成齒槽I的加工，連續(xù)順時針銑削完畢全部齒槽后，又回到點e（刀具中心至點e2），最后工進退至起刀點A，同時撤銷刀具半徑補償，若采用順銑方式，可從點e開始切入工件，從點e切出。程序設(shè)計總體思路是：首先編寫一個齒槽的加工程序，再將坐標系旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角以增量方式表示，以實現(xiàn)多次重復(fù)調(diào)用，最后加工出全部齒槽。為了提高加工效率，應(yīng)盡可能采用較大直徑的銑刀。圖4-2 鏈輪齒形銑削加工走刀路線基點變量計算公式點a坐標xa#21xa=d2-

21、r1cos2ya#22ya=r1sin2點b坐標xb#23xb=d2+T-r2cos(2+)yb#24yb=r2sin2+-M點c坐標xc #25xc=xb+bccos(180z+2)yc#26yc=yb+bcsin(180z+2)點d坐標xdxd=racosarctanWd2-V-arccosW2+da24+d2-V2-r32dad2-V2+W2ydyd=rasinarctanwd2-V-arccosW2+da24+d2-V2-r32dad2-V2+W2點e坐標xe#27xe=H+d2cos180zcos180zye#28ye=H+d2cos180zsin180z表2 齒槽各基點直角坐標及基

22、變量表示4.3鏈輪齒形銑削加工程序根據(jù)上面可以知道所設(shè)計的鏈輪節(jié)距P=25.4, 鏈條的滾子外徑d1=15.88，小鏈輪齒數(shù)Z=25，內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=15.75，內(nèi)鏈板高度h2=24.13。選用圖1所示的三圓弧一直線齒形，鏈輪中心為工件坐標系原點，齒槽I各點絕對坐標列于表2。采用12立銑刀（T06），刀具長度補償號H01，刀具半徑補償號D01。加工后的效果圖如圖4-3。O0001；T06M06；S1000M03；G54G90G00X125Y0；G43Z50HD1；Z-33；G65PO100A25B25.4C15.88;G90G01G40X120Y0;G00Z50M05M09;G49Z200;G2

23、8G91Z0;G28X0Y0;M30;O0100;#5=#2/SIN180/#1;#6=#2*0.54+1/TAN180/#1;#7=0.5025*#3+0.005;#8=55-60/#1;#9=0.8*#3*SIN#8;#10=0.8*#3*COS#8;#11=1.3025*#3+0.05;#12=18-56/#1;#13=1.3*#3+COS180/#1;#14=1.3*#3-SIN180/#1;#15=17-64/#1;#16=#3*1.3*COS#15+0.8*COS#12-1.3025-0.05#17=#3+1.3SIN#15-0.8*SIN#12;#18=SQRT#16*#16-1

24、.3*#3-#2/2*1.3*#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*COS180/#1+#15;#26=#24+#17*SIN180/#1+#15;#27=#8+#5/2*COS180/#1*COS180/#1;#28=#18+#5/2*COS180/#1*SIN180/#1；G41G01X#27Y#28D01F200;M98PO200;M98P24O300;M99;O0300;G68X0Y0G91R-360/#1;M98PO200;G6

25、9;M99;O0200;G02X#25Y#26R#16;G01X#23Y#24;G03X#21Y#22R#11;Y-#22R#7F#4;X#23Y-#24R#11;G01X#25Y-#26;G02X#27Y-#28R#16;M99;4.4工藝卡片另附圖4-3零件效果圖第5章 結(jié)論（1）采用用戶宏程序功能編制鏈輪齒形數(shù)控加工程序，程序結(jié)構(gòu)簡明，邏輯嚴密，具有良好的易讀性和易改性。程序通用性強，對于基本參數(shù)不同的鏈輪，只要在主程序中改變齒形基本參數(shù)變量賦值，并根據(jù)鏈輪齒數(shù)改變坐標旋轉(zhuǎn)宏程序的調(diào)用次數(shù)，即可滿足新的加工對象的要求。利用數(shù)控銑床加工鏈輪的方法尤其適合于大型鏈輪的單件、小批量生產(chǎn)。（2）

26、采用上面的加工方法在數(shù)控銑床上進行加工，每天可以加工20多個鏈輪，采用電加工每天只能加工4-5個，數(shù)控加工的效率遠遠高于普通的電加工，而且產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。參 考 文 獻1 張耀宸，機械加工工藝設(shè)計手冊，航空工業(yè)出版社，1987。2 艾興 肖詩綱編，切削用量簡明手冊M。北京：機械工業(yè)出版社，2000。3 王麗潔主編。數(shù)控加工工藝與裝備M.北京：清華大學(xué)出版社，2006。4 顧京主編.數(shù)控機床加工程序編制M.北京：機械工業(yè)出版社，2004。5 孫已德，機床夾具圖冊，北京：機械工業(yè)出版社，1984。6 貴州工學(xué)院機械制造工藝教研室，機床夾具結(jié)構(gòu)圖冊，貴陽：貴州任命出版社，1983。7 機械工程基礎(chǔ)與通用標準實用叢書編委會，形狀和位置公差，北京：中國計劃出版社，2004。8 淘濟賢等，機床夾具設(shè)計，北京：機械工業(yè)出版社，1986。