摆线轮立加工装的模块化设计

2018-05-07刘远志王林平刘德庆

装备制造技术 2018年2期

刘远志，王林平，刘德庆

（1.烟台大学机电汽车工程学院，山东烟台 264006；2.烟台艾迪精密机械股份有限公司，山东烟台 264006）

摆线轮，如图1所示，是机器人RV（Rotate-Vector）减速器中的关键零部件，其自身最终精度的高低将直接影响RV减速机的整体运动与传动精度[1]。因此，加工过程中的任何一道工序必须考虑其变形与精度问题，其中立加工序对其后的双端面磨和磨齿工序产生重要影响，并最终影响摆线轮的产品质量。由于摆线轮的尺寸系列较多，造成工装的种类繁多，不但增加了加工中设计、制造工装的成本，也增加了更换工装时间。而模块化后，可在通用模块的基础上加装专用模块，减少了工装的数量，适应摆线轮的批量化生产，减少工时从而提高生产效率[2]；同时，使用模块化的设计，因为模块具有可更换的特点，在使用过程中如出现损坏的情况，只需将损坏的部分加以更换即可，省去了再设计的时间，减少了维修的成本。

19世纪50年代欧美国家提出了“模块化设计”这一新的设计理念，它使得程序开始出现标准化、通用化和系列化。国外企业比如KUKA、ABB、帝人等，比较重视模块化的设计方法，在提高生产效率的同时仍能保证精度。而国内由于机器人研究的起步较晚，主要研究精力多偏向于样机的试制，忽视了对模块化设计理念的研究。

本文提出的模块化设计将减少工装的总数量和更换时间，减少操作者的劳动量，提高生产率。

1 工装夹具的设计要求

摆线轮设计要求如图1所示，本文所述立加工序加工的区域为最外沿的摆线齿形和三个Φ36的圆形孔，该工装就是确保该特征的精确加工。其余特征均由上步工序完成。因此，其工装夹具因够满足以下要求：

图1 摆线轮设计图

（1）完全约束摆线轮的六个自由度，保证摆线轮在加工过程中不能发生移动；

（2）摆线轮夹紧应受力均匀，不能使工件发生形变；

（3）排屑顺畅，且加工区域可与切削液充分接触；

（4）摆线轮、刀具、夹具之间不能发生碰撞干涉[3]。

1.1 工装夹具设计方案

根据以上要求，设计的工装主要由底盘、定向块和压板组成，工装的总装模型如图2所示。定向块可径向滑动调整，确定位置后用内六角螺栓固定。压板用内六角螺母拧紧固定，以A2摆线轮为例，根据实际加工后的测量数据总结规律，以35 N·m的扭矩拧紧螺母（用0～50 N·m的扭矩扳手），即可满足加工要求。

图23D装配

1.2 底盘的设计

图3 为底盘的设计模型。中心定位柱可约束X、Y轴的平移自由度和X、Y轴的旋转自由度。底盘由立式加工中心加工，需保证中心定位柱与外圆的同轴度≤0.01 mm，底面的平面度≤0.01.中心定位柱与摆线轮中心孔采取间隙配合，配合特性选用H7/h6，零件可自由拆装，而工作时一般相对静止不动。

图3 底盘

1.3 定向块的设计

图4 所示为定向块的设计模型。将定向块插入定向槽中，可以约束Z轴的旋转自由度。用立式加工中心加工，定向块与定向槽采用间隙配合，配合特性采用H7/g6，用于间隙很小的滑动配合，可自由移动或滑动并精密定位。

图4定向块

1.4 压板的设计

图5 所示为仿形压板的设计模型。将压板放在异型孔孔上，可以约束Z轴的平移自由度。用立式加工中心加工。

图5 压板

2 工装的模块化设计

一台机器人需要六种不同尺寸系列的摆线轮，如果每种工装只能加工一种尺寸的摆线轮，为加工这些摆线轮，则需要设计六种对应的工装，这样增加了工装的设计和加工工作量。现将其进行模块化设计。

摆线轮系列零件的相同点在于其结构相似；加工部位相同，都为外部摆线齿廓和内部圆孔；装夹方式相同，采用周向定位加端面压紧；不同点在于不同系列的摆线轮尺寸不同，同时装夹的数量也不同。

模块化后的工装分为底板模块、底盘模块、周向定位模块以及压紧模块，底板模块为通用模块，其余为专用模块。底板模块为通用模块，根据不同型号摆线轮的直径，在底板（见图6）上预钻螺纹孔，用以固连底盘和底板，如图7、图8所示。经过模块化设计后，通过在底板通用模块的基础上加装不同型号的摆线轮，可以实现各工装部件转换[3-4]。因此，尺寸差异，不同型号的摆线轮安装的数量不同，不同型号的摆线轮安装的数量如表1所示。

图6 底板

图7 A2总装图

图8 A6总装图

表1 不同型号的摆线轮安装的数量

3 基于ANSYS的有限元仿真分析

为验证整个工装在受压板预紧力、刀具切削力及在工作振动状态下其他外力的共同作用下的可靠性，对整套工装进行有限元分析。以A2型号的摆线轮为例，结果如图9所示。整套工装系统的最大变形发生在仿形压板的外边缘处，最大变形量为4.62×10-7mm.工件的变形发生在与压板接触的区域，其变形量为5.78×10-8mm，安全因数为15，远大于1.可见在理论上该工装系统安全可靠。