RV減速器擺線輪精密製造（zào）工藝分析
　　摘要
　　考慮RV減速器（qì）擺線輪精（jīng）密製造的（de）整個（gè）工（gōng）藝過程（chéng），分析擺線輪（lún）的結構特性和（hé）使用工況（kuàng）要求，從工程角度出（chū）發，結合零件尺寸和形位的高精度要求，規劃（huá）擺線輪從加工（gōng）毛坯到成品（pǐn）測量的整套工藝流程。針對製造過程中（zhōng）影響零件性能的關鍵工序，從擺線（xiàn）齒廓的精密加工、零件材料選擇與熱處（chù）理方案、尺寸精度測量方案3方麵，重點（diǎn）分析擺線輪製造（zào）過程中應注意的工藝（yì）方法選擇、裝夾定位基準控製、擺線參數設計、砂輪修整、熱處理後材料（liào）金相組織分析及擺線齒廓精度評價等問題（tí）。為（wéi）RV減速器中（zhōng）擺線（xiàn）類零件的設計與（yǔ）製造提供了借鑒和（hé）指導。
　　擺線輪是R V減速器（見案例1）的核心零件，在（zài）整個傳動係統中位於第二級，零件具有（yǒu）高精度、低轉速、高負載和高可靠性等特征。減速器產品設計時常采用兩片擺線輪對稱180°的結構方式布置，以平衡擺（bǎi）線輪（lún）運動產生的偏心載荷。擺線輪的製造精度要求達到微米級，以滿足R V減速器的綜合使用性能，對設備（bèi）、工藝和人員（yuán）的要求較高。
　　案例1 RV減速器
　　目前，針對擺線輪的學術研究主要集中在擺線齒廓的（de）修（xiū）形、擺（bǎi）線針動靜力學（xué）的齧合特性及擺線齒廓精度檢測與評價。J.G.Blanche通過建立考慮製造誤差的數學模型，重點研究製造誤差對擺線減速器回（huí）差和轉矩波（bō）動的內在（zài）關係。軒亮對新型FA傳動減速器擺線針輪部分的尺寸（cùn）鏈進行分析，研究各部分尺寸鏈的構成及封閉環的計算方法，並（bìng）進行實例驗證。文獻分別采（cǎi）用“偏心距+等（děng）距+移距”“等距+移距”及（jí）多點分段修形等方（fāng）式，多（duō）角度對擺線齒廓進行修形（xíng）研究，並對其修形（xíng）效果進行驗（yàn）證。楊玉虎建立了R V減速器中（zhōng）擺線（xiàn）行星等機構精度分析的誤差模型，揭示了機構中誤差（chà）傳遞過程（chéng）以及反饋誤差與各構件原始誤（wù）差的耦合關（guān）係。鄭紅結合擺線輪（lún）零件工程設計案例紙，從工藝製造流程及生產關鍵要素控製等環節入（rù）手，深入探討了擺線輪的加工工藝，對工程實際生產有較大指導意義。付毅通過（guò）擺線（xiàn）傳動與有限元分析，確定了擺線輪的（de）材（cái）料、加工工藝及磨削餘量，並設計熱處理工裝減少變量。王淑妍為獲得高精度錐形擺線輪齒廓麵，采用“圓弧砂輪”磨削（xuē）加工，並進行理論和實物驗證。鄧效忠利用成型法精密磨削擺線，建（jiàn）立相應（yīng）數學運動模型，重點對擺線廓線方法（fǎ）及砂輪（lún）實際修形軌跡進行分析。文獻針對擺線輪實際加工過程的加工流程、工藝（yì）方（fāng）案，修形方法和製造過程進（jìn）行詳細說明。為了減小擺線齒廓的測量誤差，文獻分別從測杆受力誤差，安（ān）裝軸線偏差及以節點為單齒參考點的測量方案（àn），尋求更為精度的擺（bǎi）線（xiàn）齒廓製造誤（wù）差。
　　通過以上分析，針對（duì）擺線輪的研究更多側重於擺線齒廓的研究，缺乏對（duì）擺線輪精密製（zhì）造工藝（yì）的（de）係統分析（xī）。本文（wén）從工程角度出發，分析擺線輪的結構特征和使用工況要求，依據實（shí）際工程製造案例紙的設計要求，從（cóng）擺線齒廓加工方法、材料選擇與熱處理方案、尺寸精度測量與評價3方麵對擺線輪（lún）的精密製（zhì）造工（gōng）藝進行詳細分析和（hé）介紹，為擺線類零件的精密製造提供了借鑒和指導。
　　01
　　結（jié）構特征與製造工藝流程
　　擺線輪位於R V減速器第二級傳動位置，依托於（yú）減（jiǎn）速器（qì）高精度、高承（chéng）載等特點（diǎn），擺線輪性能具體要求（qiú）如舉例：1所示，零件結構示意（yì）如案例2所示。3處曲柄軸孔承接第一（yī）級行星齒輪高轉速低轉矩輸入的同時，連接第二級運（yùn）動輸（shū）出；外部擺線齒廓通過與針（zhēn）齒齧合（hé）實現第二級低轉速（sù）大負載的傳動；零件設計輸入軸過（guò）孔和行星架過孔，以滿足R V減速器（qì）結構緊湊的設計要求。
　　舉例：1擺線輪性能（néng）要求
　　案例2零件結構示意案例
　　擺線輪關鍵加工尺寸如案例3所示，擺線輪的（de）關鍵製造要素集中在左右兩端麵A、曲柄（bǐng）軸孔B和外擺（bǎi）線C，3處，製造（zào）難度和重（chóng）要性如舉例：2所示。
　　案例3擺線輪關鍵加工尺寸
　　舉例：2關鍵製造要素分析
　　由舉例：2可（kě）知，為（wéi）保證R V減速器高精密傳動要求，擺線輪需先加（jiā）工左右端麵（miàn）A，再以A為基準加工3處曲柄軸孔B和外擺線C，尺寸和形位精度均控製在微米級。同時規範零件材料的晶相組織及熱處理方案，滿足高轉矩、大速比（bǐ）和高可靠性的應用工況要求。
　　基於上述分析（xī），提出擺線輪加工（gōng）工藝流程如舉例：3所示。
　　舉（jǔ）例（lì）：3工藝流程製定
　　舉例：3中介紹了擺線輪加工的標準工藝流（liú）程，該流程涵蓋了該零件的整體（tǐ）製造（zào）脈絡。雖然製造（zào）企業對工藝認知存在不同（tóng）領（lǐng）域的側重（chóng）性和具體（tǐ）精（jīng）密製造（zào）方法的差異性，但擺線輪精密（mì）製造最終均要落實到（dào）加工餘量控製、加工基準選擇以及裝夾定位誤差控製等方麵。
　　加工餘量控製主要涉及鍛造毛坯放量、工序間（jiān）加工餘量分配、熱處（chù）理變形及去材變形等。加工基準選擇主要涉及關鍵尺寸要素之間（jiān）製造銜接關係，精（jīng）加工之前工序應多遵循互為基準的原則，控製形位精（jīng）度一致性；精（jīng）加工工序應多遵循基準統一原則，最大限度減少找正誤差，保證零件最終案例紙要（yào）求。裝夾定位誤差（chà）控製主要為設計與零件精度要求相匹配的工裝夾具，盡量保證關鍵製造要素的一次加工完（wán）成，最大限度降低機床、刀具及環境對零件（jiàn）精度的影響。
　　02
　　擺線齒廓加工
　　擺線齒（chǐ）廓加工精度直接影響R V減速器的綜（zōng）合性能，相關企業和高校已將研究重點集中於（yú）齒廓的精密加工。目前，擺線齒廓（kuò）加工方法主要有銑（xǐ）削、電加工和磨削，根據零件不同階段硬度與精度的加工要求，齒廓粗加（jiā）工對精度和舉例：麵粗糙度要求不（bú）高，一般采用銑削和電加工，是利用數控程（chéng）序插補（bǔ）實現零件（jiàn）滲碳淬火前（qián）齒廓開粗的加工方法；精加工一般（bān）采用磨削方法達到設計案例紙所要求的尺寸、形位精度與舉例：麵粗糙度，其主要難點具（jù）體為磨削方（fāng）法（fǎ）、零件裝夾定位、擺（bǎi）線齒廓參數設定及砂（shā）輪修整。
　　擺線磨削方法
　　擺線磨削方法類比齒輪加工（gōng），主要分為成型法和展成法，如案例4所示（shì）。
　　案例（lì）4擺線磨削方法
　　成型（xíng）法（fǎ）和展成法加工（gōng）時，砂輪主軸與零件回轉（zhuǎn）主軸均呈90°布（bù）置，但成（chéng）型法是在高精度編碼器控製下，通過零件安裝軸（zhóu）的高精度分度實現擺線齒廓的（de）逐齒加工；展成法是在高精度伺服電機驅（qū）動（dòng）下（xià），精確控製零件安裝軸轉速實現（xiàn）擺線齒（chǐ）廓的連續加工。根據其加工原理的差異，采用成型法（fǎ）加工擺線需注意多個（gè）擺線齒（chǐ）之（zhī）間（jiān）的角度誤差，而展成法加工擺線（xiàn）更多關注每個擺線齒自身的齒形公差（chà）。
　　零件裝夾定（dìng）位
　　零件裝夾定位主要是根據既定的（de）工藝路線與製造設備選擇不同的（de）裝夾方（fāng）案，擺線輪常用（yòng）基準如案例5所示，主要涉及到裝夾基準B和定位基準A和C。
　　案例5常用裝夾（jiá）定位基準（zhǔn）
　　目前（qián），適用於擺線的加工方案主要有（yǒu）2種。方案一（yī）是以基準B和C裝夾零件，找正曲柄軸孔後壓緊工（gōng）件，實現擺線加工。該方案操作簡單，但對曲柄軸（zhóu）孔與基準C的位置度要求（qiú）高，目前部分（fèn）精密磨（mó）削設備具備雙主軸，可實（shí）現外齒廓和內孔的同時加工，保證擺線與曲柄軸孔（kǒng）的一（yī）次裝夾加工完成，在這種情況下（xià）該工（gōng）藝方法不（bú）僅簡（jiǎn）化工藝過程，提高加工效率，而且能夠保證形位精度。方案二是以基準B和（hé）A裝夾零件，直接壓緊擺線輪後加（jiā）工擺線，該方法最大好處是不再需要定位基準C作為中間（jiān）基準，保證加工後擺（bǎi）線齒廓與曲柄軸的形位精度直接（jiē）滿足零件的實際使用要求，但主要難點在於工裝的加工精度（dù）要與（yǔ）擺線輪精度相匹配；零件（jiàn）裝夾時要保證工裝與零件之（zhī）間不存在（zài）定位間隙；且工裝（zhuāng）初始（shǐ）找正時，要保證定位（wèi）基準A和機床回轉主軸之間有較好的（de）同軸度。
　　擺（bǎi）線（xiàn）齒廓參（cān）數設定
　　擺線齒廓參數（shù）設定主（zhǔ）要涉及擺線齒廓的修形曲線和加工設備功能匹配。目前，擺線的標準齒廓曲線方程為：
　　式中：xc及yc為擺線齒（chǐ）廓坐標點；rp為針齒分度圓半（bàn）徑；rrp為針齒半（bàn）徑；θ為轉臂相對於某一針齒中心（xīn）矢量的（de）轉角；k1為短幅（fú）係數；iH為擺線輪與（yǔ）針輪的相對（duì）傳動比；e為偏心距；ZI為針齒數；ZC為擺線齒數。
　　目前，專用（yòng）磨削設備均配（pèi）備擺線（xiàn）加（jiā）工模塊，基於傳統修形方（fāng）式，通過輸入相應的（de）擺線設計參數實現零件修形加工。針對類擺線或（huò）特（tè）殊曲線，還可通過特定曲線（xiàn）識別或者給定點坐標的方式進行加工，為保證（zhèng）最小曲率的加工要求，給定曲線時一般采用差值擬合的方式。應注意不（bú）同磨削設備齒廓曲線的識別要（yào）求，避免出現過切或幹涉等問題。
　　砂輪修整
　　砂輪修整主（zhǔ）要是通過砂輪（lún）修整器上的CBN滾輪將砂輪修整為所需擺線齒廓形狀，目前主要有成型滾輪和（hé）CNC碟片2種修整方式，如案例6所示（shì）。
　　案例（lì）6砂（shā）輪修整滾輪
　　成型滾輪是（shì）將擺線（xiàn）齒廓複刻到滾輪舉例：麵，再用加工完成的成型滾輪對砂輪舉例：麵進行修整（zhěng），最終將砂輪修整（zhěng）成擺線廓線。該方法齒形固定（dìng），適合大批量生產，但滾輪磨損後維修成本高。
　　CNC碟片（piàn）外舉例：麵采用圓弧尖點形式，通過機床內（nèi）部程序控製，直接用尖點將砂輪修整成擺線廓線。該方（fāng）法形式靈活，可以實時調整擺線（xiàn）曲線，但修整效率低（dī），受機床與環境狀態影響較大。
　　03
　　材料（liào）選（xuǎn）擇與熱處理方案
　　擺線輪材料選擇時主要側重於（yú）材料自身的淬透性及重載情況（kuàng）下的抗衝擊特性。目前（qián），常見材料為軸（zhóu）承鋼（GCr15）及低碳合金鋼（CrMn、CrMo合（hé）金）。
　　軸承鋼（GCr15）廣泛應用於軸承基體及R V減速器針齒銷製造，滿足強度承載（zǎi）要求，同時由於軸承（chéng）、擺線輪和針齒整（zhěng）體的膨脹（zhàng）係（xì）數相同，選用該材料可提高擺線齧合精度（dù）的穩定性（xìng），但回火脆性大。低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）廣泛應用於行星齒輪減速器中，其熱處理工藝方法成熟，適用於（yú）機器人減速器重載、變載荷的工況要求，而且材料（liào）牌號種（zhǒng）類多，可選範圍大，無回（huí）火脆性。
　　選取某減速器擺線（xiàn）輪樣本，對其進行（háng）化（huà）學成分分析，結果（guǒ）如舉例：4所示。通過C、Cr和Mo等核心成分與（yǔ）20CrMo和GCr15進行對比發現，其材料更接近於20Cr-Mo。同時，針對樣本金相組織進行分析，如案（àn）例7所示。
　　舉例：4擺線輪（lún）成分（fèn）對比（Wt%）
　　案例（lì）7擺線輪金（jīn）相組織
　　案例7（a）和（b）分別展示了（le）零件在低倍條件下的（de）形貌特征，可明顯看出淬硬（yìng）層深度，案例7（c）和（d）可看出零件在舉例：麵和心部金相組織的（de）差異，心部（bù）回火托氏體（tǐ）+鐵素體居多。
　　通過上述分析，擺線輪材料多偏向於低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）材料，熱處理工藝更多偏（piān）向（xiàng）於外部齒廓的滲碳（tàn）和（hé）整（zhěng）體的淬火—回火。
　　04
　　尺寸精度測（cè）量與（yǔ）評價
　　擺線輪尺寸精度測試難點主要是測量外擺線齒形精度和曲柄軸孔與外擺線的位置精度。
　　外擺線齒形精（jīng）度測量方（fāng）法主要有三坐標（biāo）逐點掃（sǎo）描法和光學投影法，將得到的曲線與（yǔ）修（xiū）形目標擺線對比，得出齒廓精度範圍。但這2種方法均（jun1）有各自缺點，三坐標（biāo）逐點掃描法屬於多點接觸測量，效率低，測（cè）頭磨損快，受零（líng）件加工舉例：麵粗糙度影（yǐng）響大。光學投影法采用光源照射直接投（tóu）影的（de）方法獲得零件的輪廓，受（shòu）零件（jiàn）邊緣加（jiā）工質量（如倒角（jiǎo）、毛刺等）影響大（dà），易出現邊緣對焦偏差，測量（liàng）精度低於三坐標逐點掃描法。本文在嚴格（gé）把控舉例：麵粗糙度的情況下選用精度更高的三坐標逐點掃（sǎo）描法。
　　通過軟件計算，可以得到實際測出的擺線曲線與理論曲線對比案例，如案例8所示。得（dé）到（dào）兩（liǎng）條極限偏差曲線，兩曲（qǔ）線（xiàn）間距離δ就是擺線齒廓的（de）加工誤差。
　　案例8擺線測量曲線（xiàn）
　　曲（qǔ）柄軸孔與外擺線的（de）位（wèi）置精度主要是在擺線測量（liàng）模塊的基礎上，加入常規（guī）位置孔的測量，形成更為複（fù）雜的評價方（fāng）法，不僅需要（yào）考慮（lǜ）擺線齒形，還要考慮曲柄軸孔的尺寸公差、圓度、多孔間分（fèn）布精度（dù）及曲柄軸孔與（yǔ）外擺線的同軸度。由（yóu）於涉（shè）及測量因素較多，該方（fāng）麵的高精度測量方案和評價方法有待於進一步研究和（hé）完（wán）善。
　　05
　　結（jié）論
　　本（běn）文針對R V減速器核心零件擺線輪（lún）展開（kāi）研究，從結構（gòu）特征與製造工藝流程、齒廓精密加工（gōng）方（fāng）案及工藝控製方法、加工常用材料及熱處理方法、測量技術（shù）與評價4個方麵詳細闡述了擺線輪精密製造所涉及的關鍵（jiàn）技術，得出以下結論：
　　（1）擺線輪齒廓加工時，若采用成型法需注（zhù）意多個擺線齒之間的角度誤差，若采用展（zhǎn）成法需注意每個擺線齒自身的（de）齒形公差。
　　（2）成型滾輪適合大批量生產，但滾輪磨損（sǔn）後維修成本高；CNC碟片方法形式靈活，但（dàn）修整效率（lǜ）低，受機床與環境狀態影響較大。
　　（3）擺線輪材料多偏向於低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）材料，熱處理工藝更多偏向於外部齒廓的滲（shèn）碳和整體的（de）淬火—回（huí）火。
　　（4）三坐標（biāo）逐點掃描法效率低，測頭磨損快，受零件加工舉例：麵粗糙度影響大；光學投影法受零件邊緣加工（gōng）質（zhì）量影響大，測量精度低於三坐標逐（zhú）點掃描（miáo）法。曲柄軸孔與外擺線的位置精度測量（liàng）評價方（fāng）法有待進一步完善。
　　經實（shí）際應（yīng）用證明，依據本文介紹技術進行加工滿足（zú）實際工況需求，為R V減速器擺（bǎi）線輪精密製造提供（gòng）參考與借鑒。