專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于齒輪加工數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及數(shù)控滾齒機(jī)加工的編程方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，目前使用的控制系統(tǒng)一般為通用型，如車(chē)床、銑床、加工中心等，但對(duì)一些特殊的機(jī)床如專(zhuān)用磨床，專(zhuān)用位置控制設(shè)備等都需要有自己專(zhuān)用界面，這樣便于對(duì)設(shè)備的操作、管理。簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程，智能化的人機(jī)界面等是數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。齒輪及其切削刀具雖種類(lèi)很多，輪廓曲線通常也頗為復(fù)雜，但由于其工作輪廓的形成具有規(guī)律性，只用若干個(gè)參數(shù)量可以決定，故它們?cè)诹慵D紙上的描述卻比較簡(jiǎn)明，往往采用不多的一些特征參數(shù)即可清楚地表示。如加工圓柱齒輪，決定圓柱齒輪形狀的參數(shù)有分度圓螺旋角、基圓螺旋角、法面模數(shù)、端面模數(shù)、法面壓力角、端面壓力角、法面齒頂高系數(shù)、法面頂隙系數(shù)、分度圓直徑、基圓直徑、齒頂高、齒根高等；又如加工圓錐齒輪，決定圓錐齒輪的參數(shù)有分度角、分度圓、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、頂錐角、根錐角、錐距、齒頂高、齒根高、齒根角、齒寬等；再如加工鼓形齒輪，決定鼓形齒輪的參數(shù)有鼓形量、鼓形齒輪外徑、中心半徑、接近行程等。總之，雖然它們的形狀有大有小且較為復(fù)雜，但是決定其形狀的參數(shù)是有限的，只是它們?cè)跀?shù)值上有差異而已。另一方面，由于滾齒機(jī)范成加工原理所決定，要求機(jī)床的刀具主軸和工件主軸之間滿足嚴(yán)格的定比傳動(dòng)關(guān)系。故齒輪在切削成型之前，有關(guān)諸如刀具主軸轉(zhuǎn)速、吃刀深度、進(jìn)給走刀速率等切削參數(shù)的選擇、調(diào)整，需要依靠這些工件及其切削刀具的特征參數(shù)、結(jié)合機(jī)床設(shè)定的固有參數(shù)以及工件及切削刀具的安裝參數(shù)，通過(guò)分析、計(jì)算來(lái)進(jìn)行操作。故這些參數(shù)是齒輪數(shù)控加工編程的基礎(chǔ)。
現(xiàn)有齒輪加工數(shù)控機(jī)床，包括滾齒機(jī)、插齒機(jī)、剃齒機(jī)、珩齒機(jī)、倒角機(jī)、磨齒機(jī)等。一般都采用手工編程方法，機(jī)床操作人員首先分析齒輪圖樣、進(jìn)行工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編程、鍵盤(pán)輸入程序、程序校驗(yàn)等各步驟，然后齒輪加工機(jī)床按編好的加工程序完成對(duì)齒輪零件的加工。手工編程方法主要的不足之處是①對(duì)編程人員的職業(yè)技術(shù)要求比較高；②編程時(shí)容易出錯(cuò)，特別是計(jì)算和鍵盤(pán)輸入程序環(huán)節(jié)更容易出錯(cuò)，從而影響滾齒機(jī)的加工質(zhì)量；③效率比較低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，編程與機(jī)床加工的時(shí)間比平均為30∶1。
現(xiàn)有齒輪加工數(shù)控機(jī)床自動(dòng)編程方法，如“中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索”中公開(kāi)的碩士論文“齒輪加工圖形參數(shù)化自動(dòng)編程系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)”和“基于AUTOCAD的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)研究”及“基于網(wǎng)絡(luò)和AUTOCAD的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究”，有的通過(guò)AutoCAD、Pro/E等軟件在計(jì)算機(jī)上建模后，利用后續(xù)開(kāi)發(fā)軟件自動(dòng)生成NC代碼；也有的通過(guò)在計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)軟件調(diào)用繪圖軟件信息自動(dòng)生成NC加工代碼。上述方法的不足之處上述的方法都是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，然后還要再通過(guò)計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)把在計(jì)算機(jī)上生成的NC程序傳輸給數(shù)控機(jī)床，這樣就還要考慮計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題。另外，一個(gè)數(shù)控機(jī)床需要配置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，故成本也比較高，對(duì)工人的職業(yè)要求也更高，要求操作工人會(huì)使用AutoCAD軟件等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有齒輪加工數(shù)控機(jī)床的手工編程及自動(dòng)編程方法的不足之處，提供一種數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程方法，可嵌入數(shù)控系統(tǒng)中，直接在數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，更加方便、快捷，具有縮短生產(chǎn)周期、提高數(shù)控滾齒機(jī)的利用率，降低機(jī)床操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及職業(yè)技術(shù)門(mén)檻，提高齒輪加工的工藝成熟度和齒輪加工的質(zhì)量穩(wěn)定性，而且也大大的提升了該齒輪數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程程序方法，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)、數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)工件、刀具、加工等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、計(jì)算和驗(yàn)證，然后根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的編程格式自動(dòng)生成該齒輪的NC加工代碼可顯示。其方法步驟如下(1)設(shè)置參數(shù)在設(shè)置參數(shù)模塊中，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)，設(shè)置加工齒輪的以下參數(shù)①設(shè)置工件參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有工件外徑、工件齒數(shù)、法向模數(shù)、法向壓力角、齒輪寬度、螺旋角、螺旋角方向、徑向變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、工件外徑修正量、下齒面與工作臺(tái)之間的距離參數(shù)；②設(shè)置刀具參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有刀具頭數(shù)、刀具外徑、法向模數(shù)、螺旋升角、螺旋方向、壓力角、是否竄刀、竄刀起點(diǎn)、竄刀終點(diǎn)、每次竄刀量、每次竄刀加工件數(shù)參數(shù)；③設(shè)置加工參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有進(jìn)給量、切齒深度、滾刀速度、切削方式、切入方式、進(jìn)給次數(shù)參數(shù)；④設(shè)置其它參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有同步取消、外支架、冷卻液、排屑、油霧分離器、夾具參數(shù)；設(shè)置參數(shù)模塊主要提供系統(tǒng)接受所需參數(shù)的人機(jī)界面，當(dāng)輸入?yún)?shù)后，控制系統(tǒng)自動(dòng)的對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行賦值，為第(2)步驗(yàn)證、第(3)步計(jì)算和第(4)步編寫(xiě)程序打下基礎(chǔ)。
(2)驗(yàn)證參數(shù)由于齒輪和滾齒加工的特殊性，通過(guò)程序在驗(yàn)證參數(shù)模塊中對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證①工件外徑驗(yàn)證Da1＝Dg+2(ha*+Xn)·Mn1-(1～2)mm式中Da1-工件外徑Xn-工件徑向變位系數(shù)ha*-工件齒頂高系數(shù)Mn1-工件法向模數(shù)Dg-工件分度圓直徑②切削全深量驗(yàn)證h＝(ha*+c*)·Mn1+(1～2)mm式中h-切削全深量c*-工件頂隙系數(shù)③滾刀與工件模數(shù)驗(yàn)證Mn0·cosα0＝Mn1·cosα1式中α1-工件法向壓力角α0-滾刀法向壓力角Mn0-滾刀法向模數(shù)④滾刀外徑驗(yàn)證Da0≥d0+(ha*+c*)·Mn2式中Da0-滾刀外徑d0-滾刀分度圓直徑⑤中心距驗(yàn)證
(Da0+Da1)/2-h≥(Zd·Mn0sinγ0+Dg·cosα1cosα0)/2+Xn·Mn1]]>式中Zd-滾刀頭數(shù)驗(yàn)證參數(shù)模塊是根據(jù)齒輪和齒輪加工的特殊性，通過(guò)程序?qū)X輪所必須符合要求的約束關(guān)系的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣可以保證生成程序的質(zhì)量，防止誤輸入和錯(cuò)輸入，當(dāng)驗(yàn)證正確無(wú)誤時(shí)，進(jìn)行第(3)步計(jì)算；否則提示出錯(cuò)，返回第(1)步重新設(shè)置修改后的參數(shù)。
(3)計(jì)算在第(2)步驗(yàn)證正確無(wú)誤后，通過(guò)程序進(jìn)行下列計(jì)算①滾刀轉(zhuǎn)角γ計(jì)算若α、β同向時(shí)γ＝-(|α|-|β|)若α、β異向時(shí)γ＝-(|α|+|β|)式中α-齒輪螺旋角β-滾刀螺旋角②5個(gè)重要位置坐標(biāo)計(jì)算滾刀在加工時(shí)的軌跡如圖1所示，其中R為齒坯半徑，r為滾刀半徑，h為吃刀深度，B為齒厚，H為胎具高度。順序?yàn)閍→b→c→d→e。滾刀由起始點(diǎn)A(X0，Z0)快速進(jìn)刀至B(X1，Z1)位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)滾刀和主軸，工進(jìn)到加工位置C(X2，Z2)。當(dāng)滾刀進(jìn)給到D(X3，Z3)位置時(shí)，齒輪加工完畢，退刀至安全點(diǎn)E(X4，Z4)，然后快速退回起始點(diǎn)A(X0，Z0)，至此整個(gè)加工過(guò)程完畢。
顯然A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)這5個(gè)坐標(biāo)位置在數(shù)控編程中非常重要，因?yàn)樗鼈儾粌H關(guān)系到機(jī)床和滾刀的安全，而且還影響齒輪加工的精度。下面我們通過(guò)分析來(lái)計(jì)算它們與齒坯、滾刀及胎具等之間的關(guān)系。要計(jì)算上述5個(gè)重要位置的坐標(biāo)，首先建立齒坯坐標(biāo)系[OgXg，Yg，Zg]和滾刀坐標(biāo)系[OdXd，Yd，Zd](如圖2所示)，其中Yd是滾刀軸線，它與齒輪端面成γ夾角；Xd與齒輪坐標(biāo)系的XdOdYd平面平行。設(shè)刀具坐標(biāo)原點(diǎn)在齒輪坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(L，0，Z0)，其中L是滾刀和齒坯的中心距，那么我們就可以得出齒坯坐標(biāo)系和滾刀坐標(biāo)系之間有以下的轉(zhuǎn)換關(guān)系XgYgZg1=-100L0cosγsinγ00-sinγcosγZ00001XdYdZd1]]>即Xg＝L-XdYg＝Y(jié)d·cosγ+Zd·sinγZg＝-Yd·sinγ+Zd·cosγ+Z0為了提高齒輪加工的效率，需要確定滾刀開(kāi)始和工件接觸時(shí)(如圖6所示)滾刀中心和齒坯端面之間的距離ΔH。假設(shè)滾刀上F點(diǎn)最先開(kāi)始接觸齒坯，在滾刀坐標(biāo)系中，其坐標(biāo)為(x，y，z)。在工件坐標(biāo)系中，其坐標(biāo)為(x′，y′，z′)，它們有如下關(guān)系x2+z2=r2x′2+y′2=R2ΔH=y·sinγ+z·cosγ]]>
根據(jù)上述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以得出ΔH=r2-x2(cosγ-tanγ·sinγ)+R2-(L-x)2·tan,x∈(L-R,r)]]>其中L＝R+r-h，那么當(dāng)x在規(guī)定范圍內(nèi)取某值時(shí)，ΔH得到最大值ΔH′，這個(gè)距離即可避免滾刀與齒坯在加工之前發(fā)生碰撞。
下面計(jì)算A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)、E(X4，Z4)這5個(gè)重要位置(如圖4所示)的坐標(biāo)1)起始點(diǎn)A(X0，Z0)可根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)值，即為起始點(diǎn)A(X0，Z0)的坐標(biāo)位置；2)B(X1，Z1)坐標(biāo)確定X1應(yīng)大于滾刀和齒坯的中心距L，取X1=R+r-h+Δx+100Z1=H+B+ΔH′]]>式中Δx為X方向修正量3)C(X2，Z2)坐標(biāo)確定X2＝L，即X2=R+r-h+ΔxZ2=H+B+ΔH′]]>4)D(X3，Z3)坐標(biāo)確定當(dāng)加工完時(shí)，滾刀的位置為由圖4位置進(jìn)給至圖6位置，則Z3點(diǎn)的位置確定為X3=R+r-h+ΔxZ3=H-ΔH′]]>5)E(X4，Z4)坐標(biāo)確定退刀時(shí)X4應(yīng)大于L，X4=R+r-h+Δx+5Z4=H-ΔH′]]>③滾刀軸向進(jìn)給速度計(jì)算在滾齒加工中，主要有以下4種運(yùn)動(dòng)1)滾刀的切削運(yùn)動(dòng)Nt(r/min)；2)工件的分度運(yùn)動(dòng)Ni(r/min)；3)滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Vf(mm/min)；4)工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Nf(r/min)。
這些運(yùn)動(dòng)速度按以下公式確定由于滾刀和工件進(jìn)行的是嚙合運(yùn)動(dòng)，所以分度運(yùn)動(dòng)和切削運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式Ni＝Kd·Nt/Zd.............................①式中Kd-滾刀頭數(shù)Zd-工件齒數(shù)滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與工件運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是Vf＝fa·Nw................................②式中fa-工件每轉(zhuǎn)滾刀軸向進(jìn)給量(mm/r)Nw-工件實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工件的螺旋線導(dǎo)程和滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Vf得到Nf＝±Vf/Pz...............................③
式中的符號(hào)逆銑加工，工件螺旋方向與滾刀螺旋方向相同時(shí)取“+”號(hào)；相反時(shí)取“-”號(hào)；順銑加工，工件與滾刀螺旋方向相同時(shí)取“-”號(hào)；相反時(shí)取“+”號(hào)。
工件的螺旋線導(dǎo)程Pz由下式計(jì)算得到Pz＝Mn·π·Zd/sinβ.........................④式中Mn-工件法向模數(shù)β-工件螺旋角工件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)Nw是分度運(yùn)動(dòng)Nf和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Ni的代數(shù)和，即Nw＝Ni+Nf....................................⑤將公式①、②、③代入⑤中得滾刀與工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式Nw＝-Kd·Nt/[Zd(1±fa/Pz)]...................⑥再將公式⑥代入②中得到滾刀軸向進(jìn)給速度Vf＝fa·Nw＝-fa·Kd·Nt/[Zd(1±fa/Pz)]計(jì)算模塊是正確的計(jì)算在編程中所需的滾刀轉(zhuǎn)角γ、5個(gè)坐標(biāo)位置A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和滾刀軸向進(jìn)給速度Vf；(4)生成NC程序①生成NC程序根據(jù)第(3)-①步確定的滾刀轉(zhuǎn)角γ、第(3)-②步確定的5個(gè)重要位置坐標(biāo)A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和第(3)-③步確定的滾刀進(jìn)給速度Vf，利用數(shù)控系統(tǒng)，按照數(shù)控系統(tǒng)的編程格式，在生成程序模塊中自動(dòng)生成NC程序；②保存程序當(dāng)NC程序生成后，由操作人員選擇，當(dāng)需要保存時(shí)，先對(duì)NC程序進(jìn)行保存后再進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；當(dāng)不需要保存時(shí)，直接進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；③顯示程序生成的NC程序，最后顯示在數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上。
生成程序模塊是根據(jù)計(jì)算模塊輸出的結(jié)果和數(shù)控系統(tǒng)代碼格式，編寫(xiě)完整的齒輪加工NC代碼?？梢愿鶕?jù)需要保存程序，最后在數(shù)控機(jī)床顯示屏上可以看到生成的NC程序。數(shù)控滾齒機(jī)通過(guò)NC代碼控制加工齒輪。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，可嵌入數(shù)控系統(tǒng)中直接在數(shù)控滾齒機(jī)上控制加工，具有人機(jī)界面和數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面風(fēng)格一致，因此操作人員熟悉且操作簡(jiǎn)便，并降低操作人員的職業(yè)技術(shù)要求和勞動(dòng)強(qiáng)度；縮短生產(chǎn)周期，提高數(shù)控滾齒機(jī)的利用率、齒輪的質(zhì)量穩(wěn)定性和工藝成熟度，因而也會(huì)降低產(chǎn)品的成本和提升該類(lèi)數(shù)控滾齒機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于加工各類(lèi)型的齒輪。


圖1為本發(fā)明的程序流程框圖；圖2為滾齒過(guò)程軌跡圖；圖3為滾刀和齒坯坐標(biāo)圖；圖4為滾刀和齒坯剛加工時(shí)的位置示意圖；圖5圖4的俯視圖；圖6為滾刀和齒坯剛加工完成時(shí)的位置示意圖；
圖7為滾刀和齒坯運(yùn)動(dòng)分解圖。
圖中1設(shè)置參數(shù)模塊，2驗(yàn)證參數(shù)模塊，3計(jì)算模塊，4生成程序模塊，5滾刀，6齒坯，7工作臺(tái)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
如圖1-圖7所示，本實(shí)施例利用西門(mén)子(SINUMERIK 840D)數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)、數(shù)控系統(tǒng)，結(jié)合西門(mén)子HMI-OEM開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)嵌入本發(fā)明程序至SINUMERIK 840D數(shù)控軟件，通過(guò)本發(fā)明程序控制自動(dòng)生成齒輪加工NC代碼。一種數(shù)控滾齒機(jī)加工單聯(lián)圓柱直齒輪/逆銑加工/一次進(jìn)刀方式的零編程方法，其方法步驟如下(1)設(shè)置參數(shù)在設(shè)置參數(shù)模塊中，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)，設(shè)置單聯(lián)圓柱直齒輪的以下參數(shù)①設(shè)置工件參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有工件外徑、工件齒數(shù)、法向模數(shù)、法向壓力角、齒輪寬度、螺旋角、螺旋角方向、徑向變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、工件外徑修正量、下齒面與工作臺(tái)之間的距離參數(shù)；②設(shè)置刀具參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有刀具頭數(shù)、刀具外徑、法向模數(shù)、螺旋升角、螺旋方向、壓力角、是否竄刀、竄刀起點(diǎn)、竄刀終點(diǎn)、每次竄刀量、每次竄刀加工件數(shù)參數(shù)；③設(shè)置加工參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有進(jìn)給量、切齒深度、滾刀速度、切削方式、切入方式、進(jìn)給次數(shù)參數(shù)；④設(shè)置其它參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有同步取消、外支架、冷卻液、排屑、油霧分離器、夾具參數(shù)；設(shè)置參數(shù)模塊主要提供系統(tǒng)接受所需參數(shù)的人機(jī)界面，當(dāng)輸入?yún)?shù)后，控制系統(tǒng)自動(dòng)的對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行賦值，為第(2)步驗(yàn)證、第(3)步計(jì)算和第(4)步編寫(xiě)程序打下基礎(chǔ)。
(2)驗(yàn)證參數(shù)由于齒輪和滾齒加工的特殊性，通過(guò)程序在驗(yàn)證參數(shù)模塊中對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證①工件外徑驗(yàn)證Da1＝Dg+2(ha*+Xn)·Mn1-(1～2)mm式中Da1-工件外徑Xn-工件徑向變位系數(shù)ha*-工件齒頂高系數(shù)Mn1-工件法向模數(shù)Dg-工件分度圓直徑②切削全深量驗(yàn)證h＝(ha*+c*)·Mn1+(1～2)mm式中h-切削全深量c*-工件頂隙系數(shù)③滾刀與工件模數(shù)驗(yàn)證Mn0·cosα0＝Mn1·cosα1式中α1-工件法向壓力角α0-滾刀法向壓力角Mn0-滾刀法向模數(shù)
④滾刀外徑驗(yàn)證Da0≥d0+(ha*+c*)·Mn2式中Da0-滾刀外徑d0-滾刀分度圓直徑⑤中心距驗(yàn)證(Da0+Da1)/2-h≥(Zd·Mn0sinγ0+Dg·cosα1cosα0)/2+Xn·Mn1]]>式中Zd-滾刀頭數(shù)驗(yàn)證參數(shù)模塊是根據(jù)齒輪和齒輪加工的特殊性，通過(guò)程序?qū)X輪所必須符合要求的約束關(guān)系的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣可以保證生成程序的質(zhì)量，防止誤輸入和錯(cuò)輸入，當(dāng)驗(yàn)證正確無(wú)誤時(shí)，進(jìn)行第(3)步計(jì)算；否則提示出錯(cuò)，返回第(1)步重新設(shè)置修改后的參數(shù)。
(3)計(jì)算在第(2)步驗(yàn)證正確無(wú)誤后，通過(guò)程序進(jìn)行下列計(jì)算①滾刀轉(zhuǎn)角γ計(jì)算若α、β同向時(shí)γ＝-(|α|-|β|)若α、β異向時(shí)γ＝-(|α|+|β|)式中α-齒輪螺旋角β-滾刀螺旋角②5個(gè)重要位置坐標(biāo)計(jì)算1)起始點(diǎn)A(X0，Z0)可根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)值，即為起始點(diǎn)A(X0，Z0)的坐標(biāo)位置；2)B(X1，Z1)坐標(biāo)確定X1應(yīng)大于滾刀和齒坯的中心距L，取X1=R+r-h+Δx+100Z1=H+B+ΔH′]]>式中Δx為X方向修正量3)C(X2，Z2)坐標(biāo)確定X2＝L，即X2=R+r-h+ΔxZ2=H+B+ΔH′]]>4)D(X3，Z3)坐標(biāo)確定當(dāng)加工完時(shí)，滾刀的位置為由圖4位置進(jìn)給至圖6位置，則Z3點(diǎn)的位置確定為X3=R+r-h+ΔxZ3=H-ΔH′]]>5)E(X4，Z4)坐標(biāo)確定退刀時(shí)X4應(yīng)大于L，X4=R+r-h+ΔxZ4=H-ΔH′]]>
③滾刀軸向進(jìn)給速度計(jì)算由于滾刀和工件進(jìn)行的是嚙合運(yùn)動(dòng)，所以分度運(yùn)動(dòng)和切削運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式Ni＝Kd·Nt/Zd...........................①式中Kd-滾刀頭數(shù)Zd-工件齒數(shù)滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與工件運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是Vf＝fa·Nw..............................②式中fa-工件每轉(zhuǎn)滾刀軸向進(jìn)給量(mm/r)Nw-工件實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工件的螺旋線導(dǎo)程和滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Vf得到Nf＝±Vf/Pz.............................③當(dāng)加工直齒輪時(shí)，Nf＝0。
工件的螺旋線導(dǎo)程Pz由下式計(jì)算得到Pz＝Mn·π·Zd/sinβ....................④式中Mn-工件法向模數(shù)β-工件螺旋角工件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)Nw是分度運(yùn)動(dòng)Nf和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Ni的代數(shù)和，即Nw＝Ni+Nf...............................⑤將公式①、②代入⑤中得滾刀與工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式Nw＝-Kd·Nt/Zd..........................⑥再將公式⑥代入②中得到直齒輪滾刀軸向進(jìn)給速度Vf＝fa·Nw＝fa·Ni＝fa·Kd·Nt/Zd計(jì)算模塊是正確的計(jì)算在編程中所需的滾刀轉(zhuǎn)角γ、5個(gè)坐標(biāo)位置A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和滾刀軸向進(jìn)給速度Vf；(4)生成NC程序①生成NC程序根據(jù)第(3)-①步確定的滾刀轉(zhuǎn)角γ、第(3)-②步確定的5個(gè)重要位置坐標(biāo)A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和第(3)-③步確定的滾刀進(jìn)給速度Vf，利用數(shù)控系統(tǒng)，按照數(shù)控系統(tǒng)的編程格式，在生成程序模塊中自動(dòng)生成的NC程序如下G00 G90 X1，Z1，AγIF 外支架M20IF 夾具M(jìn)10IF 冷卻液M7IF 竄刀R20＝竄刀起始位置，R21＝竄刀中止位置，R22＝每次竄刀量，R23＝加工多少個(gè)工件竄刀，R24＝竄不竄刀CUAN-DAOR1＝工件模數(shù)，R2＝工件齒數(shù)，R3＝工件螺旋角，R4＝滾刀頭數(shù)，R5＝滾刀升角EG-ONM3 S滾刀
G00 G90 X2G01 G90 Z3F VfG00 G90 X4M5X0，Z0IF 同步取消EG-0FFIF 外支架M21IF 夾具M(jìn)11IF 冷卻液M9M2②保存程序當(dāng)NC程序生成后，由操作人員選擇保存，先對(duì)NC程序進(jìn)行保存后再進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；③顯示程序生成的NC程序，最后顯示在數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上。
數(shù)控滾齒機(jī)通過(guò)NC代碼采用逆銑加工/一次進(jìn)刀方式加工單聯(lián)圓柱直齒輪。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程方法，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)、數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于方法步驟如下(1)設(shè)置參數(shù)在設(shè)置參數(shù)模塊中，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)，設(shè)置加工齒輪的以下參數(shù)①設(shè)置工件參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有工件外徑、工件齒數(shù)、法向模數(shù)、法向壓力角、齒輪寬度、螺旋角、螺旋角方向、徑向變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、工件外徑修正量、下齒面與工作臺(tái)之間的距離參數(shù)；②設(shè)置刀具參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有刀具頭數(shù)、刀具外徑、法向模數(shù)、螺旋升角、螺旋方向、壓力角、是否竄刀、竄刀起點(diǎn)、竄刀終點(diǎn)、每次竄刀量、每次竄刀加工件數(shù)參數(shù)；③設(shè)置加工參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有進(jìn)給量、切齒深度、滾刀速度、切削方式、切入方式、進(jìn)給次數(shù)參數(shù)；④設(shè)置其它參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有同步取消、外支架、冷卻液、排屑、油霧分離器、夾具參數(shù)；(2)驗(yàn)證參數(shù)由于齒輪和滾齒加工的特殊性，通過(guò)程序在驗(yàn)證參數(shù)模塊中對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證①工件外徑驗(yàn)證Da1＝Dg+2(ha*+Xn)·Mn1-(1～2)mm式中Da1-工件外徑Xn-工件徑向變位系數(shù)ha*-工件齒頂高系數(shù)Mn1-工件法向模數(shù)Dg-工件分度圓直徑②切削全深量驗(yàn)證h＝(ha*+c*)·Mn1+(1～2)mm式中h-切削全深量c*-工件頂隙系數(shù)③滾刀與工件模數(shù)驗(yàn)證Mn0·cosα0＝Mn1·cosα1式中α1-工件法向壓力角α0-滾刀法向壓力角Mn0-滾刀法向模數(shù)④滾刀外徑驗(yàn)證Da0≥d0+(ha*+c*)·Mn2式中Da0-滾刀外徑d0-滾刀分度圓直徑⑤中心距驗(yàn)證(Da0+Da1)/2-h≥(Zd·Mn0sinγ0+Dg·cosα1cosα0)/2+Xn·Mn1]]>式中Zd-滾刀頭數(shù)當(dāng)驗(yàn)證正確無(wú)誤時(shí)，進(jìn)行第(3)步計(jì)算；否則提示出錯(cuò)，返回第(1)步重新設(shè)置修改后的參數(shù)；(3)計(jì)算在第(2)步驗(yàn)證正確無(wú)誤后，通過(guò)程序進(jìn)行下列計(jì)算①滾刀轉(zhuǎn)角γ計(jì)算若α、β同向時(shí)γ＝-(|α|-|β|)若α、β異向時(shí)γ＝-(|α|+|β|)式中α-齒輪螺旋角β-滾刀螺旋角②5個(gè)重要位置坐標(biāo)計(jì)算1)起始點(diǎn)A(X0，Z0)可根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)值，即為起始點(diǎn)A(X0，Z0)的坐標(biāo)位置；2)B(X1，Z1)坐標(biāo)確定X1應(yīng)大于滾刀和齒坯的中心距L，取X1=R+r-h+Δx+100Z1=H+B+ΔH′]]>式中Δx為X方向修正量3)C(X2，Z2)坐標(biāo)確定X2＝L，即X2=R+r-h+ΔxZ2=H+B+ΔH′]]>4)D(X3，Z3)坐標(biāo)確定當(dāng)加工完時(shí)，滾刀的位置為由圖4位置進(jìn)給至圖6位置，則Z3點(diǎn)的位置確定為X3=R+r-h+ΔxZ3=H-ΔH′]]>5)E(X4，Z4)坐標(biāo)確定退刀時(shí)X4應(yīng)大于L，X4=R+r-h+Δx+5Z4=H-ΔH′]]>③滾刀軸向進(jìn)給速度計(jì)算由于滾刀和工件進(jìn)行的是嚙合運(yùn)動(dòng)，所以分度運(yùn)動(dòng)和切削運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式Ni＝Kd·Nt/Zd...........................①式中Kd-滾刀頭數(shù)Zd-工件齒數(shù)滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與工件運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是Vf＝fa·Nw..............................②式中fa-工件每轉(zhuǎn)滾刀軸向進(jìn)給量(mm/r)Nw-工件實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工件的螺旋線導(dǎo)程和滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Vf得到Nf＝±Vf/Pz.............................③式中的符號(hào)逆銑加工，工件螺旋方向與滾刀螺旋方向相同時(shí)取“+”號(hào)；相反時(shí)取“-”號(hào)；順銑加工，工件與滾刀螺旋方向相同時(shí)取“-”號(hào)；相反時(shí)取“+”號(hào)。工件的螺旋線導(dǎo)程Pz由下式計(jì)算得到Pz＝Mn·π·Zd/sinβ.........................④式中Mn-工件法向模數(shù)β-工件螺旋角工件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)Nw是分度運(yùn)動(dòng)Nf和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Ni的代數(shù)和，即Nw＝Ni+Nf....................................⑤將公式①、②、③代入⑤中得滾刀與工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式Nw＝-Kd·Nt/[Zd(1±fa/Pz)]...................⑥再將公式⑥代入②中得到滾刀軸向進(jìn)給速度Vf＝fa·Nw＝-fa·Kd·Nt/[Zd(1±fa/Pz)](4)生成NC程序①生成NC程序根據(jù)第(3)-①步確定的滾刀轉(zhuǎn)角γ、第(3)-②步確定的5個(gè)重要位置坐標(biāo)A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和第(3)-③步確定的滾刀進(jìn)給速度Vf，利用數(shù)控系統(tǒng)，按照數(shù)控系統(tǒng)的編程格式，在生成程序模塊中自動(dòng)生成NC程序；②保存程序當(dāng)NC程序生成后，由操作人員選擇，當(dāng)需要保存時(shí)，先對(duì)NC程序進(jìn)行保存后再進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；當(dāng)不需要保存時(shí)直接進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；③顯示程序生成的NC程序，最后顯示在數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程方法，其特征在于一種數(shù)控滾齒機(jī)加工單聯(lián)圓柱齒輪/逆銑加工/一次進(jìn)刀方式的零編程方法，利用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)、數(shù)控系統(tǒng)，結(jié)合西門(mén)子HMI-OEM開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)嵌入本發(fā)明程序至SINUMERIK840D數(shù)控軟件，其方法步驟如下(1)設(shè)置參數(shù)在設(shè)置參數(shù)模塊中，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)，設(shè)置加工單聯(lián)圓柱直齒輪的以下參數(shù)①設(shè)置工件參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有工件外徑、工件齒數(shù)、法向模數(shù)、法向壓力角、齒輪寬度、螺旋角、螺旋角方向、徑向變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、工件外徑修正量、下齒面與工作臺(tái)之間的距離參數(shù)；②設(shè)置刀具參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有刀具頭數(shù)、刀具外徑、法向模數(shù)、螺旋升角、螺旋方向、壓力角、是否竄刀、竄刀起點(diǎn)、竄刀終點(diǎn)、每次竄刀量、每次竄刀加工件數(shù)參數(shù)；③設(shè)置加工參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有進(jìn)給量、切齒深度、滾刀速度、切削方式、切入方式、進(jìn)給次數(shù)參數(shù)；④設(shè)置其它參數(shù)設(shè)置內(nèi)容有同步取消、外支架、冷卻液、排屑、油霧分離器、夾具參數(shù)；(2)驗(yàn)證參數(shù)由于齒輪和滾齒加工的特殊性，通過(guò)程序在驗(yàn)證參數(shù)模塊中對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證①工件外徑驗(yàn)證Da1＝Dg+2(ha*+Xn)·Mn1-(1～2)mm式中Da1-工件外徑Xn-工件徑向變位系數(shù)ha*-工件齒頂高系數(shù)Mn1-工件法向模數(shù)Dg-工件分度圓直徑②切削全深量驗(yàn)證h＝(ha*+c*)·Mn1+(1～2)mm式中h-切削全深量c*-工件頂隙系數(shù)③滾刀與工件模數(shù)驗(yàn)證Mn0·cosα0＝Mn1·cosα1式中α1-工件法向壓力角α0-滾刀法向壓力角Mn0-滾刀法向模數(shù)④滾刀外徑驗(yàn)證Da0≥d0+(ha*+c*)·Mn2式中Da0-滾刀外徑d0-滾刀分度圓直徑⑤中心距驗(yàn)證(Da0+Da1)/2-h≥(Zd·Mn0sinγ0+Dg·cosα1cosα0)/2+Xn·Mn1]]>式中Zd-滾刀頭數(shù)當(dāng)驗(yàn)證正確無(wú)誤時(shí)，進(jìn)行第(3)步計(jì)算；否則提示出錯(cuò)，返回第(1)步重親設(shè)置修改后的參數(shù)。(3)計(jì)算在第(2)步驗(yàn)證正確無(wú)誤后，通過(guò)程序進(jìn)行下列計(jì)算①滾刀轉(zhuǎn)角γ計(jì)算若α、β同向時(shí)γ＝-(|α|-|β|)若α、β異向時(shí)γ＝-(|α|+|β|)式中α-齒輪螺旋角β-滾刀螺旋角②5個(gè)重要位置坐標(biāo)計(jì)算1)起始點(diǎn)A(X0，Z0)可根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)值，即為起始點(diǎn)A(X0，Z0)的坐標(biāo)位置；2)B(X1，Z1)坐標(biāo)確定X1應(yīng)大于滾刀和齒坯的中心距L，取X1=R+r-h+Δx+100Z1=H+B+ΔH′]]>式中Δx為X方向修正量3)C(X2，Z2)坐標(biāo)確定X2＝L，即X2=R+r-h+ΔxZ2=H+B+ΔH′]]>4)D(X3，Z3)坐標(biāo)確定當(dāng)加工完時(shí)，滾刀的位置為由圖4位置進(jìn)給至圖6位置，則Z3點(diǎn)的位置確定為X3=R+r-h+ΔxZ3=H-ΔH′]]>5)E(X4，Z4)坐標(biāo)確定退刀時(shí)X4應(yīng)大于L，X4=R+r-h+Δx+5Z4=H-ΔH′]]>③滾刀軸向進(jìn)給速度計(jì)算由于滾刀和工件進(jìn)行的是嚙合運(yùn)動(dòng)，所以分度運(yùn)動(dòng)和切削運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式Ni＝Kd·Nt/Zd..............................①式中Kd-滾刀頭數(shù)Zd-工件齒數(shù)滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與工件運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是Vf＝fa·Nw.................................②式中fa-工件每轉(zhuǎn)滾刀軸向進(jìn)給量(mm/r)Nw-工件實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工件的螺旋線導(dǎo)程和滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Vf得到Nf＝±Vf/Pz................................③當(dāng)加工直齒輪時(shí)，Nf＝0。工件的螺旋線導(dǎo)程Pz由下式計(jì)算得到Pz＝Mn·π·Zd/sinβ.......................④式中Mn-工件法向模數(shù)β-工件螺旋角工件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)Nw是分度運(yùn)動(dòng)Nf和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)Ni的代數(shù)和，即Nw＝Ni+Nf.................................⑤將公式①、②代入⑤中得滾刀與工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式Nw＝-Kd·Nt/Zd............................⑥再將公式⑥代入②中得到直齒輪滾刀軸向進(jìn)給速度Vf＝fa·Nw＝fa·Ni＝fa·Kd·Nt/Zd(4)生成NC程序①生成NC程序根據(jù)第(3)-①步確定的滾刀轉(zhuǎn)角γ、第(3)-②步確定的5個(gè)重要位置坐標(biāo)A(X0，Z0)、B(X1，Z1)、C(X2，Z2)、D(X3，Z3)及E(X4，Z4)和第(3)-③步確定的滾刀進(jìn)給速度Vf，利用數(shù)控系統(tǒng)，按照數(shù)控系統(tǒng)的編程格式，在生成程序模塊中自動(dòng)生成的NC程序如下G00 G90 X1，Z1，AγIF 外支架M20IF 夾具M(jìn)10IF 冷卻液M7IF 竄刀R20＝竄刀起始位置，R21＝竄刀中止位置，R22＝每次竄刀量，R23＝加工多少個(gè)工件竄刀，R24＝竄不竄刀CUAN-DAOR1＝工件模數(shù)，R2＝工件齒數(shù)，R3＝工件螺旋角，R4＝滾刀頭數(shù)，R5＝滾刀升角EG-ONM3 S滾刀G00 G90 X2G01 G90 Z3F VfG00 G90 X4M5X0，Z0IF 同步取消EG-OFFIF 外支架M21IF 夾具M(jìn)11IF 冷卻液M9M2②保存程序當(dāng)NC程序生成后，由操作人員選擇保存，先對(duì)NC程序進(jìn)行保存后再進(jìn)入第(4)-③步顯示程序；③顯示程序生成的NC程序，最后顯示在數(shù)控系統(tǒng)的顯示屏上。
全文摘要
一種數(shù)控滾齒機(jī)加工的零編程方法，涉及數(shù)控滾齒機(jī)的編程方法。本發(fā)明方法利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的鍵盤(pán)及數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)工件、刀具、加工等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、計(jì)算和驗(yàn)證，最后根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的編程格式，自動(dòng)生成該齒輪的NC加工代碼。本發(fā)明方法可嵌入數(shù)控系統(tǒng)中，其人機(jī)界面和數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面風(fēng)格一致，直接在數(shù)控滾齒機(jī)上控制加工，因此加工出齒輪的質(zhì)量穩(wěn)定性好、工藝成熟度高，操作簡(jiǎn)便。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用加工各種類(lèi)型的齒輪。
文檔編號(hào)G05B19/4093GK1838008SQ200610054239
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者王時(shí)龍, 韓文鶴, 李先廣, 周杰, 呂師師, 譚志敏 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)