K-H类行星运动磨头装置的研究与设计

摘要

凸轮机构是工业自动生产流水线的核心部件，用于完成各种翻转、平移、转位等精确动作，通常是在高频率、高负荷下长期工作，国内外市场需求量不断扩大且精度要求愈来愈高。这种凸轮的轮廓曲面多为复杂空间曲面，对其采用数控磨削，其加工质量（包括曲线加工精度、工作面硬度和曲线优化水平等）关系到自动生产线的稳定性和产品的加工质量。目前工程上大多主要采用定尺寸磨削，即磨削的砂轮直径与凸轮槽宽相等，一种尺寸的砂轮只能磨削一种槽宽的凸轮，这种方法在磨削平面曲线时可用机床NC系统进行刀具直径补偿，但对空间曲面磨削，NC系统则不能进行直接补偿，理论上可进行NC程序补偿，其理论计算较为复杂，且积累误差较大，定尺寸磨削对砂轮的尺寸精度和精度保持性提出了很高的要求，由于这种方法在磨削过程中砂轮两侧同时切削，对高速磨头的功率要求较高，且无法适应磨削余量的较大变化。针对以上情况并结合凸轮的制造工艺，从理论上讲较为理想的加工方法是行星高速磨削。高速行星磨头装置可以有效地实现这种加工，但其研究在国内外均未见相关理论研究报道，在国外仅德国有产品宣传，且进行了严格的技术保密，因此对其研究与设计有着重要的意义。
　　 高速行星运动磨头装置在现代机械制造业的应用量很大涉及面广，技术含量高，设计与制造过程复杂，它直接影响着机械产品的加工精度、性能、质量和寿命。然而，在该磨头装置设计过程中，存在的难题有：如何方便的实现输出轴偏心量的无级调节；如何减小振动提高机构的动平衡、功率流的分配、均载，行星运动输出轴的密封等。因此，对行星运动磨头装置的设计并解决上述问题是一项重要的课题。
　　 本文将K-H类NGW型行星齿轮传动与K-H类NW型行星齿轮传动结合起来，并在此基础上进行了结构的改进，形成了一种新的传动形式——K-H类高速行星运动。K-H类高速行星运动中增加了偏心调节机构，并在输出端又增加了偏心圆盘机构，有效解决了输出轴偏心量无级调节；为了减小机构的动平衡，而采用对称布置，即两边的结构相差很小。本文以K-H类行星运动磨头装置为研究对象，研究的内容主要包括以下五个方面：一、对K-H类行星运动磨头装置方案的选择，使之符合设计的要求；二、对K-H类行星运动磨头装置进行配齿计算及齿轮主要尺寸的计算；三、对该装置的主要部件进行强度计算，确保机械设备的运转稳定性；四、对该装置的中心轮、行星轮、偏心调节机构等零件的结构设计；五、三维软件绘制机构零件图并组装，使其结构可视化。
　　 本课题通过对K-H类行星运动磨头装量的设计与研究，得出了这种机构具有较大的增速比和较高的传动效率，较好的均载、动平衡，最重要的是其转臂长度根据加工需求可在一定范围内调节等一些重要结论，为这一机构的开发应用提供了必要的理论依据。