探析链轮的数控铣削工艺

链轮是链传动的齿形零件，它的齿形是由几段圆弧组成的，小型链轮是用成形铣刀在万能铣床上借助分度头进行加工的，所以，要加工不同的链轮廓，就要设计不同的链轮铣刀。如果是大型链轮，就要设计大的链轮铣刀。图2-3所示的链轮，齿形最大圆周弧长为292mm，其设计的指状铣刀直径要300mm，制造成本高，很不经济。

图2-3 链轮

1—轮芯 2—轮圈

如果采用数控程序加工，就可以用普通圆柱铣刀加工链轮的齿形，节省专用刀具的设计和制造费用，还可以缩短生产准备周期。

1.零件加工工艺分析

（1）结构分析 此零件为焊接结构，轮芯为45钢，是典型的套类零件。成形轮廓的结构形状并不复杂，但齿形的精度要求很高，根据零件尺寸和调质硬度要求，要在粗加工后进行调质处理，链轮的齿形加工是重要工序，工件的加工可考虑数控车削加工中心、数控铣床或加工中心，粗铣链轮齿的刀具可考虑用“硬质合金螺旋齿”铣刀，精铣链轮齿用“钴高速钢螺旋齿”铣刀，以减小刀具的磨损，保证齿形的精度。

（2）精度分析 链轮齿形的轨迹精度要求高。在数控铣削加工中，该零件属等分回转类等分控制加工。零件圆周上的齿沟轮廓由曲线轨迹连接组成，齿沟形状复杂，有严格的齿形等分要求，并且要求曲线必须圆滑连接过渡，加工精度高。所以该零件铣削加工的轮廓轨迹复杂，加工难度大，尺寸精度和几何精度要求较高。

在数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有 齿顶圆和φ260H7的圆柱孔，零件轴向与径向加工部位的尺寸按d8级精度取值即可。在数控车削加工中零件的轴向定位以零件右端面为准，在数控铣削加工中，零件重要的加工部位是链轮的齿形。查阅《链轮轮齿加工手册》，可得链轮零件基准孔φ260H7的公差为0.063mm，齿顶圆φ1300mm的公差为0.30mm，分度圆尺寸为φ1152.38mm，齿根圆 的径向圆跳动为0.60mm，链轮齿形的径向圆跳动为0.15mm。

（3）毛坯余量分析 毛坯零件由车削加工完成，所以数控铣削加工部位为链轮轮齿，链轮轮齿各处的切削余量不均匀，尤其是齿沟处切削余量较大，在切削过程中会产生变形。因此，轮齿的加工应该分粗铣加工和精铣加工。

（4）技术要求与工艺性分析 零件的技术要求：链轮材料为40Cr，调质硬度为235～256HB，齿表面淬火至40～45HRC。零件被加工表面轮廓的最大高度为240mm，零件轮廓的加工高度为56mm，由此可以判断，其铣削工艺性较好，并制订出其加工工艺过程为：焊—粗车—调质—精车—钻孔—铣齿—钳工—装配，再将零件数控加工工序和加工中的其他工序相互衔接好。

（5）零件装夹方式分析 零件的周边轮廓由曲线构成，要求的精度较高。根据数控加工的特点，可以采用下列方式来进行零件轮廓的数控铣削加工。

装夹方式Ⅰ：

将零件装夹在自定心卡盘上，再将自定心卡盘固定在铣床工作台上，利用X轴、Y轴联动运行直线圆弧轨迹，用多段曲线连接来完成零件一个轮齿形状的数控加工，而后依次在零件圆周处进行各轮齿的数控加工。采用装夹方式Ⅰ装夹加工零件的优点是简便易行，敞开了加工中铣刀运行的空间，所以轮廓精度较为理想。不足之处是，由于轮齿在链轮圆周上呈均匀等分分布，所以曲线节点的计算异常复杂，而且轮廓曲线的各节点均应呈现为圆滑相切过渡，这就加大了轨迹曲线各节点坐标（包括圆心坐标、圆弧半径）的计算量，而且存在加工轨迹的计算误差。这是一般情况下采用的装夹方式。

装夹方式Ⅱ：

将零件固定在数控回转工作台上，再将数控回转工作台固定在铣床工作台上，利用X轴、Y轴联动运行直线圆弧轨迹，用多段曲线连接来完成零件一个轮齿形状的数控加工后，再利用数控回转工作台的旋转运动，完成链轮的分齿运动；重复上述运动直至完成链轮齿形的全部加工。采用装夹方式Ⅱ，零件轮廓精度较为理想，计算简单，而且加工误差小。装夹方式Ⅱ适合单件和中小批量的链轮加工。

显而易见，装夹方式Ⅱ优于装夹方式Ⅰ。采用装夹方式Ⅱ进行链轮的数控铣削加工如图2-4所示，先将底座装夹在工作台合适位置上用压紧螺钉4紧固工件。用固定螺钉7压紧。然后安放链轮和压盖，以外圆和端面找正。在链轮定位和夹紧后，要用百分表或寻边器（一种用于对刀、工件定位的精密仪器）建立工件坐标系，使主轴对准孔中心，获得X、Y的机床零点偏移值；将主轴端面的零点设置在孔的端面上。

图2-4 采用装夹方式Ⅱ进行链轮的数控铣削加工

1—工作台 2—工件 3—压盖 4—压紧螺钉 5—铣刀 6—底座 7—固定螺钉(www.xing528.com)

2.加工使用的设备、辅具与材料

1）此实例在SIEMENS数控系统的立式数控铣床上进行实际调试和加工。

2）配备零件毛坯一件。

3）配备数控回转工作台、螺栓、垫铁、压板、压紧螺栓等相关的装夹工装辅具。

4）配备刀具：粗铣链轮齿用“硬质合金螺旋齿”铣刀，精铣链轮齿用“钴高速钢螺旋齿”铣刀，选φ90mm链轮指形铣刀2把，用于粗铣、半精铣加工。

点评

1.工艺分析项目

1）尽量统一凹圆弧半径的尺寸，即使不能完全统一，也应力求局部统一。

2）各要素的形状是否简单，加工面积是否小，规格标准是否统一。

3）刀具是否容易进入，退出和顺利通过加工表面。

4）加工面与非加工面是否明显分开，加工面之间是否明显。

5）零件结构上对刀具数量或工件装夹次数的影响。

6）零件结构刚性，是否容易变形。

零件工艺结构性分析对制造质量、成本影响很大，需要重视。

2.尺寸标注应符合数控加工的特点

在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。

3.分析几何元素的给定条件是否充分

常常出现参数不全或不清楚，或图样上给定几何条件自相矛盾的情况，如圆弧与直线圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图样时，一定要仔细。