浅谈链轮生产的加工工艺.

浅谈链轮生产的加工工艺

摘要

链轮产品现已成为国民经济中不可缺少的重要机械基础传动件产品，并被广泛应用于矿山机械、农业机械、工程机械、林业机械、石油化工、自动流水线等传动机械上，可见链轮产品应用之广。

本次设计的课题是传送机构之一的链轮的设计与加工。主要设计内容包括：链轮的未来发展现状和趋势，链轮的定义和链传动的优缺点，链轮的主要参数选择链轮大小及相关参数，相关CAD/CAM软件的使用，链轮的模拟与仿真和加工零件的安装与夹具的选择。

关键词：链轮；链轮传动参数；链轮的加工。

目录

一绪论 (1)

二链轮 (2)

2.1链轮的定义 (2)

2.2链轮传动的优点 (3)

三链轮的分析 (3)

3.1 链传动的主要参数选择 (4)

3.1.1连的节距与排数 (4)

3.1.2链轮的齿数和传动比 (4)

3.2 计算链轮齿数和传动比 (5)

四链轮的造型 (6)

4.1 相关CAD/CAM软件的使用 (6)

4.2 链轮的模拟与仿真 (7)

4.2.1 刀具路径的生成 (7)

4.2.2 链轮在UG中的仿真与G代码生成 (8)

五链轮的加工工艺的制定 (9)

5.1链轮加工工艺的分析主要包括的内容 (8)

5.1.1 数控加工工艺分析 (8)

5.1.2 机床的合理运用 (9)

5.2加工零件的安装与夹具的选择 (10)

5.2.1定位安装的基本原则 (10)

5.2.2选择夹具的基本原则 (10)

5.3加工工艺卡片的制定 (10)

5.3.1普车上的加工 (10)

5.3.2加工中心、线切割上的加工 (12)

结论 (12)

参考文献 (15)

致谢 (17)

一绪论

链轮广泛应用于工业、农业、军事、医疗卫生、科技等方面，是各种领域的中间环节。链轮在生活中的角色决定了他的加工与设计也是必须达到最合理化。链传动是一种具有中间挠性件的非共轭啮合传动，它具备齿轮传动和带传动部分的优势以及特性。当然链轮传动也具有它自身的独特性。其优势为：轴间距范围大，传动比一定，吸振能力强，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠作用于轴上的力较小；其缺点则是：运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳（齿形链较好）；链条工作时，特别是因磨损产生伸长之后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置。

随着我国经济快速的发展，链轮齿形设计水平在不断的改进提高。目前我国一直沿用前苏联和欧洲的三圆弧一直线齿形，虽然传动性能较好，但设计和制造相对复杂。但美国摩斯公司推出的采用30度压力角的渐开线齿形，由其组成的链传动称为HV链传动，具有良好的高速传动性能。另一个显著的特点是CAD/CAM技术的应用，直接推动了链轮技术的发展。链轮绘图软件已进入市场，运用这些软件只要输入有关参数，如配用链条的相关尺寸，链轮结构形式，齿数等等，即可很快绘制出链轮工作图。再次，非圆链轮技术得到了发展和应用。

从链轮产品的发展现状看，目前我国链轮产品已不能满足国内和国际市场发展的要求。主要是我国的链轮企业中具有现代化、规模化的大型生产企业不多，生产工艺长期得不到改进，生产装备的改造往往滞后于产品发展的需要，链轮产品的品牌意识淡薄（国内的链轮产品属国家名牌产品的甚微，属国际品牌的几乎为零，出口的链轮产品绝大多数为贴牌生产），链轮产品的附加值较低、专业化的技术力量普遍较弱，市场竞争不很规范，等等这些因素已严重地制约了我国的链轮行业的发展。但随着国外厂商在中国投资设立链轮企业的步伐的加快，新一轮发展中占得先机，众多国内链轮企业都加大了设备更新换代和技术改造，并提高企业管理水平，这必将使整个链轮行业的整体水平迈上一个新的台阶。链轮企业的基本建设及技术改造已由量的扩张转向质的提高，一般中小企业在前几年进

行粗放型技改的基础上，开始注重对老设备的改造更新和先进设备的投入。大中型骨干企业在技改上一方面根据自己的实际需要进行拾遗补缺，另一方面在总结经验的基础上大胆创新。在行业内原国有企业进行改制、改组或股份制改造的同时，迅速崛起的民营企业和股份制企业已成为机械通用零部件行业的主力军。目前我国链轮行业的主要重点企业中90％以上为民营或股份制企业，几乎已经没有国有企业。从链轮行业发展总体上说，标准链轮将会逐步退缩，市场的需求量将会逐步下降；而非标准链轮产品（规格按客户图纸要求确定尺寸）的需求量和所占整个链轮的市场份额将会明显上升，应该说非标链轮是整个链轮产品的一种发展方向，其市场潜力很大，具有广阔的发展前景。同时由于同步带轮既有皮带轮传动的优势，又有链轮传动的特点，因此，同步带轮在整个链传动件产品中的市场份额将会大幅度提升，其发展前景也将十分乐观，其市场潜力将是不可估量的。综上所述，非标链轮和同步带轮在整个链轮等传动件系列产品中代表着未来的发展方向和总的发展趋势，其市场潜力巨大，具有广阔的发展前景。

二链轮

2.1链轮的定义

链轮(sprocket) [sprocket wheel]∶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。

图2-1-1 简单的链轮

2.2链轮传动的优点

2.2.1运行平稳，不易产径向跳动和振动。

2.2.2 零件不容易，延长使用寿命。

2.2.3 更新方便简单，易于操作。

三链轮的分析

链传动是一种具有中间挠性件（链条）的啮合传动，它同时具有刚柔特点,是一种应用十分广泛的机械传动形式。如下图所示，链传动由主动链轮1，从动链轮2和中间挠性件（链条）3组成，通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。

图3-1-1 简单的链传动

3.1 链传动的主要参数选择

3.1.1连的节距与排数

链节距越大，则链的零件尺寸越大，承载力越强，但传动时的不平稳性，动载荷和噪声也越大。链的排数越多，则其承载力越强，传动的轴向尺寸也越大。因此，选择链条时应在满足承载力要求的前提下，尽量选择较小节距的双排链，当在高速大功率时，可选择小节距的多排链。本设计采用小节距单排链，链轮是

d为7.95。与链子是配套的，测的链子的节距P为12.7，查表得链子上的滚子直径

r

3.1.2链轮的齿数和传动比

为保证传动平稳，减少冲击和动载荷，小链轮Z1不宜过小（一般应大于17），大链轮齿数不宜过多，齿数过多除了增加传动的尺寸和重量外，还会出现跳齿和脱链等现象。原先齿数18个，链轮齿面采用的是两段圆弧设计,对于齿数Z 大于19个可以采用直线—圆弧设计，由于滚子链的传动比i(i=Z2/Z1),不宜大于7，一般推荐i=2～3.5，只有在低速时i 才可取的大一点，i 过大链条在小链轮上的包角减小，啮合的齿数减小，从而加速轮齿的摩损，这里设计时选择链轮齿数为22个。

3.2 计算链轮齿数和传动比

一般设计链传动时的已知条件为：传动的用途和工作情况，原动机的类型，需要传递的功率，主动轮的转速，传动比以及外廓安装尺寸等。

链传动的设计计算一般包括，确定滚子链的型号、链节距、链节数，选择链轮的齿数、材料、结构、绘制链轮工作图。 计算参数如下： 链轮节圆直径：d=

)

/180sin(0

Z p

=89.239mm (p 为节距，z 为齿数) 链轮齿顶圆直径：a d =d+0.9r d (这里可取小点取95，r d 为滚子直径) 链轮

参数对照图为图1,在Autocad 中完成的链轮齿形设计见图2 齿根圆直径：f d =d-21r =81.21 (其中1r =0.505r d ) 齿沟角α为: α=058(根据P/r d <1.6时查得)

压力角θ为: θ=0

30-Z

180=082.21

图3-2-1 齿形的参数

图3-2-2 直线—圆弧齿形

四链轮的造型

目前，国内很多企业开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT 等CAE软件，本设计选择的是UG-NX软件。

4.1 相关CAD/CAM软件的使用

AutoCAD是人们用的最为广泛的软件之一。图二在AutoCAD中完成后，以*.dwg 格式保存,因为要在UG中加工零件,所以最好以*.igs格式保存最好,因为AutoCAD 中没有*.igs格式保存,所以导到北航的CAXA软件中以*.igs保存,再以*.igs导到UG软件中,在UG软件中完成的三维造型如图4-1所示

图4-1-1 链轮的造型

4.2 链轮的模拟与仿真

4.2.1 刀具路径的生成

在UG软件中所有的参数设置好后，可以生成相应的刀具路径。

在PLANAR_MILL主对话框中选择刀轨生成按钮，出现显示参数对话框，去掉两个钩，单击确认即可产生刀具轨迹，如图4-2-1所示：

图4-2-1 加工刀路

图中红色表示G00速度，由机床指定；黄色表示进刀速度1000mm/min，蓝色表示正常加工的速度1500mm/min。

4.2.2 链轮在UG中的仿真与G代码生成

刀轨生成后，UG软件便可以进行链轮的仿真，选择2D动态，单击播放，如图4-2-2所示：

图4-2-2 链轮的仿真

可在UG软件中模拟后，经后处理生成 G代码，以文件名LIANLUN.nc保存。部分的NC代码如下：

%

O0001

(CL2_igs)

(TOOL NAME:MILL)

G91 G28 Z0.0

G05.1 Q1

G40 G49 G17 G80 G90 G54

G00 X0. Y0.

S2500 M03

…

X20.234 Y-46.269 R50.5

X19.032 Y-46.52 R3.

X16.927 Y-45.658 R3.

…

G00 Z10.

M05

M09

G91 G28 Z0.0

G05.1 Q0

M30

G代码生成后，用CIMCO Edit软件打开后模拟，传送加工中心即在线加工。CIMCO 软件模拟如图4-2-3：

图4-2-3 CIMCO刀路

该软件被广泛使用于模具加工中，既可以实现在线加工也可以将程序传入机床内存，提高了加工的效率。本设计中的链轮加工即采用该软件的传输。

五链轮的加工工艺的制定

无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。

5.1链轮加工工艺的分析主要包括的内容

5.1.1 数控加工工艺分析

数控加工工艺的分析主要内容实践证明，数控加工工艺分析主要包括以下

个方面：

5.1.1.1选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。

5.1.1.2分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零 件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分，加工顺序的安排，与传统加工顺序的衔接等。

5.1.1.3设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与加工的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

5.1.1.4调整数控加工工序的程序。如对刀点，换刀点的选择，加工路线的确定，刀具的补偿。

5.1.1.5分配数控加工中的容差。 5.1.1.6处理数控机床上部分工艺指令。

总之数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似，考虑到加工的经济性和此链轮的加工精度不高，一部分加工是在普通机床上完成。

5.1.2 机床的合理运用

在数控机床上加工零件时一般有两种情况。第一种情况：有零件图样和毛坯选择加工件件的数控机床。第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑因素主要有：毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点：

5.1.2.1要保证加工零件的技术要求，加工出合格产品。有利于提高生产率。 5.1.2.2尽可能降低生产成本（加工费用）。

由于在设计过程中，计算出链轮的齿顶圆直径为95φ，从市场中采购毛坯直径为100φ， 厚30mm,材料为45钢，加工数量1个。毛坯外圆的粗精加工都是在普通车床上完成的，车至外径尺寸为95φ，台阶外径为35φ。沟槽尺寸为10×10mm,因与轴承的配合精度不高，直接用20φ的麻花钻打孔至尺寸。第一道工序结束后选择加工中心，调用UG 编制好的后处理程序加工出链轮的齿型，最后在线切割机床

上加工与轴毂配合的槽，尺寸为5×4mm，如图：

5.2加工零件的安装与夹具的选择

5.2.1定位安装的基本原则

在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是，合理选择定位基准和。夹紧方案，在选择时应注意一下几点：

5.2.1.1力求设计、工艺和编程计算的基准统一。

5.2.1.2尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加

工表面。

5.2.1.3避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。5.2.2.选择夹具的基本原则

数控加工的特点对夹具提出两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外还要考虑以下几点：

5.2.2.1当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具，可调试夹具及其

他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。

5.2.2.2在成批生产时才考虑采用专用夹具并力求结构简单。

5.2.2.3零件的装卸要快速、快速、可靠，以缩短机床停顿时间。

5.2.2.4夹具上各零件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即装夹要开敞，

其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。

A.在普车上面的加工较为简单，采用的夹具仍然是三爪卡盘，刀具分别为普

φ的麻花钻。

通外圆车刀、切槽刀和20

B.在加工中心上面采用压板、螺丝锁紧的通用夹具如下图，具体步骤如下： B1.先把加工中心工作台擦干净，在T型槽的两侧放两块高度相同的垫块（此垫块已在磨合上加工过）。

B2.在该T型槽中装入一高度适当的螺杆，使链轮的孔穿过螺杆并将其放在垫块上，在链轮的上表面放一适当大小的压板，用螺丝将其锁紧。

1-开口垫圈 2-压紧螺母 3-带螺纹圆柱销 4-I件 5-垫块

B3.加工时对刀平面为工件的上表面，采用旋变器，转速500r/min对刀，对刀

φ的硬质合金铣刀，通过CIMCO Edit软件。

原点在工件的中心，采用刀具为6

B4.线切割加工槽时，只需用压板压着工件的一端即可，然后根据尺寸画出图形，对一下刀，加工时才用慢走丝，加切削液。

5.3加工工艺卡片的制定

5.3.1普车上的加工

5.3.2加工中心、线切割上的加工

根据加工工艺卡片和零件的加工方法所述，加工出设计的链轮产品。部分加工图

片如图所示：

图链轮的加工

加工后的零件经合适的调质处理即可使用，加工出的产品如图2：

图2成品链轮

结论

经过一个多月的时间，毕业设计终于划上一个句号了。本次设计是一个全面性的设计，是对大学课程的一个总结一次回顾。本次毕业设计翻阅了大量的参考书，巩固了以往所学的机械制图、公差与配合、制造工艺等相关知识，对许多课程和知识起到了穿针引线的作用，使我们对大学所学的全部知识进行一次重新的整理、理论联系实际。更重要的是，通过本次毕业设计对我们所掌握的模具知识实际应用能力起到了检验的作用，通过系统设计，知道自己的不足和缺陷。

在设计过程中我们始终结合计算机进行设计，从零件的分析、造型，二维工程图的转化都使用CAXA、UG软件。提高了我们对UG、CAXA、AutoCAD等软件的应用能力。通过了本次设计我们已初步掌握了工程技术人员的设计思想，掌握了数控的相关知识，已基本能独立完成零件的设计与制造。

在设计中，通过查阅网络资料，向企业里的师傅和学校的导师请教，最大可能的了解到实际生产中产品的设计与加工，在设计中广泛采用标准件，设计参数的选择不局限于课本，而是根据实际情况来选择和使用的，比如模具零件的热处理硬度，按课本要求很多都要达到50HRC以上，而实际情况是只要达到25HRC左右就可以了，课本的取值相对比较保守。

在设计中得到最大的收获是：

1. 提高查阅参考资料的能力。能在不通的参数推荐值中选择适合本设计的最佳值或方法。

2. 继续巩固各种基础知识。比如材料力学、机械制图、公差与配合、加工工艺等。并学会较灵活应用，为设计机械模具打好基础。

3. 学会使用各种专业工程软件来辅助设计。在本次设计中就是用UG来完成造型和编程，用CAXA来提取标准件等等。这样不但可以提高设计效率，更重要的是可以学会别人的设计思想和设计所要关注的问题等。

4. 加深了对模具数控行业的了解。通过上网查阅，可以知道机械在国内外的最新发展；解决某个问题的多种思路和最优方案等。

通过设计，也发现自己的很多不足和有待提高的知识，主要有：

1. 各门基础课知识运用起来不够熟练。

2. 实际工作能力还有待提高，设计与社会上的实际生产还有很大差距。

3. 专业软件的使用能力（包括熟练度和使用的广度）还需要再提高一个层次。通过运用CAD/CAM软件来更好的完成和优化设计。

总之，我认为，这次毕业设计虽然还有这样那样的错误和缺陷，但就是因为发现了这些不足，才使自己通过这次设计学到更多的知识，把自己的工作能力提高到一个更高的层次。

参考文献

[1]. 聂志萍，唐茂，邓媛. 模具技术课程体系建设的研究[J].模具制造，2005.4

[2].图灵.新概念中文3DSMAX5.0教程[M].上海:浦东电子出版社,2004.1

[3]. 唐俊,龙坤,张浩,等.中文板Pro/Enginerr wildfire 实例教程[M].北京:清华大学出版社,2004:1-2

[4]. 陈立德.机械设计基础（第二版）.北京：高等教育出版社，2004.7

[5]. 张桂香.机电类专业毕业设计指南.北京：机械工业出版社，2005.1

[6]. 闫照粉.AutoCAD 工程绘图实训教程.苏州：苏州大学出版社，2007.12

致谢

首先，我要感谢我的毕业设计指导老师。在毕业设计中，他们给予了我学术和指导性的意见。我万分的感谢他们给我的宝贵的指导意见和鼓励。

同时，我深深感谢我的专业课所有课程相关老师等。在他们的课堂上，我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。

我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。