[发明专利]一种单轴输入的行星复合铣削工具的设计与装配方法

说明书

本发明涉及机械设计方法，具体涉及一种基于齿轮传动机构的单轴动力输入的机械式行星复合铣削工具的设计与装配方法。本发明中行星复合铣削装置包括：驱动电机、端盖部件、行星齿轮组部件和盖板，所述驱动电机、端盖部件、行星齿轮组部件和盖板依次顺序连接;本发明采用法兰盘接口设计，与现有加工设备连接关系简单，机构简洁，不需要另外配备动力驱动装置和其他辅助装置，装置成本更低；本发明采用单轴动力输入的设计方案，只需将本发明装置的中心轴设计成刀柄轴的形式，即可在对机床稍做改装甚至不做改装的情况下，实现行星复合铣削加工。

技术领域

本发明涉及机械设计方法，具体涉及一种基于齿轮传动机构的单轴动力输入的机械式行星复合铣削工具的设计与装配方法。

背景技术

目前大型结构件的大尺寸端面多通过大型龙门铣床进行端铣，结构件固定在龙门铣床的工作台上，龙门铣床的动力头部分装有一定数量的盘铣刀，进而将待加工表面多余的材料去除。然而采用盘铣刀进行大平面铣削加工时，普遍存在切削力大、刀具磨损严重和不易断屑等问题。为了克服大平面铣削加工出现的问题，一种新型复合加工手段出现了：行星复合铣削加工方法。行星复合铣削采用了多自由度切削加工中的复合加工方式和磨损均化的设计理念，相对于传统端铣加工方式，能够有效降低材料切削加工过程中的切削力，同时延长刀具寿命、改善断屑问题、提高加工效率。但由于行星复合铣削加工需要同时实现刀具的自转和公转运动，目前市面上的机床多为单个驱动轴的结构，要实现这一加工方法，还必须配备其他驱动装置，从而需要对机床进行较大程度的改装，成本高，通用性差。因此如何在行星复合铣削中实现单轴动力输入是推动行星复合铣削在金属切削加工领域中应用的决定性因素。

中国发明专利公开了：“行星铣刀(ZL201210160584X)”和“一种复合加工工具铣-铣动力头(CN201810685302.5)”。上述两项专利方案均是基于行星复合铣削原理进行设计，其中专利“行星铣刀”采用了齿轮传动的机械式实现方案，“一种复合加工工具铣-铣动力头(CN201810685302.5)”采用了伺服电机驱动的机电式实现方案。以上两种方案均采用了双动力驱动的方案，即采用两个动力源分别完成行星复合铣削方法中刀具的自转运动和公转运动。因此，无论是将其应用在龙门铣床上还是机械臂上，均需要对另外配备额外的动力驱动装置和其他辅助装置，如工业油冷机、空气压缩机或电控柜等，这使装置的整体成本增大，限制了行星复合铣削加工的广泛使用，给工件加工带来不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、便于安装且适用范围广的单轴输入的行星复合铣削设计与装配方法。本发明通过采用复合行星轮系一式、复合行星轮系二式及周转轮系等多种齿轮传动配置方案，在不配备额外的动力驱动装置和其他辅助装置以及对机床稍做改装甚至不做改装的情况下，实现采用行星复合铣削方法对大型工件的端面进行切削加工的目的。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案，本发明包括以下步骤：

①构建刀具结构设计参数，确定行星复合加工刀尖点的运动轨迹为复合摆线；

101、引入转速比k_m和半径比k_r：k_m＝n₂/n_H，k_r＝r/R，

其中n₂表示行星齿轮的转速，即立铣刀的自转转速；n_H表示行星桁架的转速，即立铣刀的公转转速，r表示立铣刀刀尖点自转半径，R表示立铣刀公转半径；

102、定义复合铣削刀具结构设计参数k_s，并限定参数条件，使刀尖点轨迹为复合摆线，即摆线上的摆线，复合铣削刀具结构设计参数k_s满足：k_s＝k_mk_r且k_m＞1/k_r；