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        擺線輪立加工裝的模塊化設(shè)計(jì)

        2018-05-07 06:39:40劉遠(yuǎn)志王林平劉德慶
        裝備制造技術(shù) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:模塊化設(shè)計(jì)

        劉遠(yuǎn)志,王林平,劉德慶

        (1.煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264006;2.煙臺(tái)艾迪精密機(jī)械股份有限公司,山東 煙臺(tái) 264006)

        擺線輪,如圖1所示,是機(jī)器人RV(Rotate-Vector)減速器中的關(guān)鍵零部件,其自身最終精度的高低將直接影響RV減速機(jī)的整體運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)精度[1]。因此,加工過(guò)程中的任何一道工序必須考慮其變形與精度問(wèn)題,其中立加工序?qū)ζ浜蟮碾p端面磨和磨齒工序產(chǎn)生重要影響,并最終影響擺線輪的產(chǎn)品質(zhì)量。由于擺線輪的尺寸系列較多,造成工裝的種類繁多,不但增加了加工中設(shè)計(jì)、制造工裝的成本,也增加了更換工裝時(shí)間。而模塊化后,可在通用模塊的基礎(chǔ)上加裝專用模塊,減少了工裝的數(shù)量,適應(yīng)擺線輪的批量化生產(chǎn),減少工時(shí)從而提高生產(chǎn)效率[2];同時(shí),使用模塊化的設(shè)計(jì),因?yàn)槟K具有可更換的特點(diǎn),在使用過(guò)程中如出現(xiàn)損壞的情況,只需將損壞的部分加以更換即可,省去了再設(shè)計(jì)的時(shí)間,減少了維修的成本。

        19世紀(jì)50年代歐美國(guó)家提出了“模塊化設(shè)計(jì)”這一新的設(shè)計(jì)理念,它使得程序開(kāi)始出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。國(guó)外企業(yè)比如KUKA、ABB、帝人等,比較重視模塊化的設(shè)計(jì)方法,在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)仍能保證精度。而國(guó)內(nèi)由于機(jī)器人研究的起步較晚,主要研究精力多偏向于樣機(jī)的試制,忽視了對(duì)模塊化設(shè)計(jì)理念的研究。

        本文提出的模塊化設(shè)計(jì)將減少工裝的總數(shù)量和更換時(shí)間,減少操作者的勞動(dòng)量,提高生產(chǎn)率。

        1 工裝夾具的設(shè)計(jì)要求

        擺線輪設(shè)計(jì)要求如圖1所示,本文所述立加工序加工的區(qū)域?yàn)樽钔庋氐臄[線齒形和三個(gè)Φ36的圓形孔,該工裝就是確保該特征的精確加工。其余特征均由上步工序完成。因此,其工裝夾具因夠滿足以下要求:

        圖1 擺線輪設(shè)計(jì)圖

        (1)完全約束擺線輪的六個(gè)自由度,保證擺線輪在加工過(guò)程中不能發(fā)生移動(dòng);

        (2)擺線輪夾緊應(yīng)受力均勻,不能使工件發(fā)生形變;

        (3)排屑順暢,且加工區(qū)域可與切削液充分接觸;

        (4)擺線輪、刀具、夾具之間不能發(fā)生碰撞干涉[3]。

        1.1 工裝夾具設(shè)計(jì)方案

        根據(jù)以上要求,設(shè)計(jì)的工裝主要由底盤(pán)、定向塊和壓板組成,工裝的總裝模型如圖2所示。定向塊可徑向滑動(dòng)調(diào)整,確定位置后用內(nèi)六角螺栓固定。壓板用內(nèi)六角螺母擰緊固定,以A2擺線輪為例,根據(jù)實(shí)際加工后的測(cè)量數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律,以35 N·m的扭矩?cái)Q緊螺母(用0~50 N·m的扭矩扳手),即可滿足加工要求。

        圖23D裝配

        1.2 底盤(pán)的設(shè)計(jì)

        圖3 為底盤(pán)的設(shè)計(jì)模型。中心定位柱可約束X、Y軸的平移自由度和X、Y軸的旋轉(zhuǎn)自由度。底盤(pán)由立式加工中心加工,需保證中心定位柱與外圓的同軸度≤0.01 mm,底面的平面度≤0.01.中心定位柱與擺線輪中心孔采取間隙配合,配合特性選用H7/h6,零件可自由拆裝,而工作時(shí)一般相對(duì)靜止不動(dòng)。

        圖3 底盤(pán)

        1.3 定向塊的設(shè)計(jì)

        圖4 所示為定向塊的設(shè)計(jì)模型。將定向塊插入定向槽中,可以約束Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。用立式加工中心加工,定向塊與定向槽采用間隙配合,配合特性采用H7/g6,用于間隙很小的滑動(dòng)配合,可自由移動(dòng)或滑動(dòng)并精密定位。

        圖4定向塊

        1.4 壓板的設(shè)計(jì)

        圖5 所示為仿形壓板的設(shè)計(jì)模型。將壓板放在異型孔孔上,可以約束Z軸的平移自由度。用立式加工中心加工。

        圖5 壓板

        2 工裝的模塊化設(shè)計(jì)

        一臺(tái)機(jī)器人需要六種不同尺寸系列的擺線輪,如果每種工裝只能加工一種尺寸的擺線輪,為加工這些擺線輪,則需要設(shè)計(jì)六種對(duì)應(yīng)的工裝,這樣增加了工裝的設(shè)計(jì)和加工工作量?,F(xiàn)將其進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

        擺線輪系列零件的相同點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)相似;加工部位相同,都為外部擺線齒廓和內(nèi)部圓孔;裝夾方式相同,采用周向定位加端面壓緊;不同點(diǎn)在于不同系列的擺線輪尺寸不同,同時(shí)裝夾的數(shù)量也不同。

        模塊化后的工裝分為底板模塊、底盤(pán)模塊、周向定位模塊以及壓緊模塊,底板模塊為通用模塊,其余為專用模塊。底板模塊為通用模塊,根據(jù)不同型號(hào)擺線輪的直徑,在底板(見(jiàn)圖6)上預(yù)鉆螺紋孔,用以固連底盤(pán)和底板,如圖7、圖8所示。經(jīng)過(guò)模塊化設(shè)計(jì)后,通過(guò)在底板通用模塊的基礎(chǔ)上加裝不同型號(hào)的擺線輪,可以實(shí)現(xiàn)各工裝部件轉(zhuǎn)換[3-4]。因此,尺寸差異,不同型號(hào)的擺線輪安裝的數(shù)量不同,不同型號(hào)的擺線輪安裝的數(shù)量如表1所示。

        圖6 底板

        圖7 A2總裝圖

        圖8 A6總裝圖

        表1 不同型號(hào)的擺線輪安裝的數(shù)量

        3 基于ANSYS的有限元仿真分析

        為驗(yàn)證整個(gè)工裝在受壓板預(yù)緊力、刀具切削力及在工作振動(dòng)狀態(tài)下其他外力的共同作用下的可靠性,對(duì)整套工裝進(jìn)行有限元分析。以A2型號(hào)的擺線輪為例,結(jié)果如圖9所示。整套工裝系統(tǒng)的最大變形發(fā)生在仿形壓板的外邊緣處,最大變形量為4.62×10-7mm.工件的變形發(fā)生在與壓板接觸的區(qū)域,其變形量為5.78×10-8mm,安全因數(shù)為15,遠(yuǎn)大于1.可見(jiàn)在理論上該工裝系統(tǒng)安全可靠。

        圖9 有限元分析圖

        該工裝已投入到實(shí)際生產(chǎn)中,在正確操作的前提下產(chǎn)品合格率為100%,驗(yàn)證了該套工裝的可靠性。如圖10所示為成功加工出擺線輪樣品。

        圖10 成品實(shí)物圖

        參考文獻(xiàn):

        [1]鄧效忠,張艷珍,李天興,等.RV減速器擺線針輪傳動(dòng)精度控制的研究現(xiàn)狀及需要解決的技術(shù)問(wèn)題[J].機(jī)械傳動(dòng),2015,(02):162-165.

        [2]宋汝江,曹志明.模塊化意義及其發(fā)展趨勢(shì)[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化,1995,(06):28-29.

        [3]韓文立.工裝設(shè)計(jì)校驗(yàn)及優(yōu)化技術(shù)研究[D].北京:北京理工大學(xué),2015.

        [4]蔡燕華.分析模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技傳播,2014,(04):160,154.

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