RV減速器（qì）擺線輪精密製造工藝分析
　　摘要
　　考慮RV減速器擺線輪精密製造的整個工藝過程，分析擺線輪的結構特性和使用工況要（yào）求，從工程角度出發，結合零件尺寸和形位的高精度要求，規劃擺線輪從加工（gōng）毛坯到成品測量的（de）整套工藝流程（chéng）。針對製（zhì）造過程中影響零件性能的（de）關鍵工序（xù），從擺線（xiàn）齒廓的精（jīng）密加工、零件材料選擇與熱處理方案、尺寸精度測量方案3方（fāng）麵，重點分析擺線輪製造過程中應注意的工藝方法選擇（zé）、裝夾定位（wèi）基準控製、擺線參數設（shè）計、砂輪修整、熱處（chù）理（lǐ）後材料金相組織分析及擺線齒廓精度評價等問題。為RV減速器中擺（bǎi）線類零件的設計與製造提供了借鑒和指導。
　　擺線輪是R V減速器（見（jiàn）案例1）的核心零件，在整個傳動（dòng）係（xì）統中位於第二級，零件具有高精度、低轉（zhuǎn）速、高負載和高可靠性等特征。減速器（qì）產（chǎn）品設計時常采用兩片擺（bǎi）線輪對稱180°的結構方式（shì）布置，以平（píng）衡擺線輪（lún）運動產生的偏心載荷。擺線輪的製造（zào）精度要求達到微米（mǐ）級（jí），以滿足R V減速器的綜合使用性能，對設備、工藝和人員的要求較高。
　　案例1 RV減速器（qì）
　　目前，針對擺線輪的學術研究主要集中在擺線齒廓的修形、擺線針動（dòng）靜力學（xué）的（de）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（diǎn）研究製造誤差對（duì）擺線減速器回差和轉矩波動的（de）內在關係。軒亮對新型FA傳動減速器擺線（xiàn）針輪部分的尺寸鏈進行分析，研究各（gè）部分尺寸鏈的構成及封閉環的計算方法，並進行實例驗證。文獻分別采用“偏心距+等（děng）距+移距”“等距+移距”及多點分段修形等方式，多角度對擺線齒廓進行修形研究，並對其修形效果（guǒ）進行驗證。楊玉虎（hǔ）建立了R V減速器（qì）中擺線行星等機構精度分析的（de）誤差（chà）模型，揭示了（le）機構中誤差傳遞過程以及反饋誤差與各構件原（yuán）始誤差的耦（ǒu）合關係。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（yào）素控製等環節入（rù）手（shǒu），深入探討了擺（bǎi）線輪的加工工藝，對工（gōng）程實際（jì）生產（chǎn）有較大（dà）指導（dǎo）意義（yì）。付毅通過擺線傳動與（yǔ）有限元分析，確定了擺線輪的材料、加工工藝及磨削（xuē）餘（yú）量，並設計熱處理工裝減少變量。王淑妍為獲得高精度（dù）錐形擺線輪齒廓（kuò）麵，采（cǎi）用“圓弧砂輪”磨削加工，並進行（háng）理論和（hé）實物驗證。鄧效（xiào）忠利用成型法精密磨削擺線（xiàn），建立（lì）相應（yīng）數學運動模型，重點對擺線廓線方法及砂輪（lún）實際修形軌跡進行分析。文（wén）獻針（zhēn）對擺線輪實際（jì）加工過程的加工流程（chéng）、工藝方案，修形方法和製造（zào）過程進行詳細說（shuō）明。為了減小擺線齒廓的測量誤差（chà），文獻分別從測杆受力誤差，安裝軸線偏差及以節點為單齒參考點的測（cè）量方案，尋求更為精度的擺線齒廓製造誤差。
　　通過以上分析，針對擺線輪的研究更多側重於擺（bǎi）線齒廓的研究，缺乏對擺（bǎi）線輪（lún）精密製造工藝的係統分析。本文（wén）從工程角度出發（fā），分析擺線輪的結構特征和使用工況要求，依據實際（jì）工程製造案例（lì）紙的設計要求，從擺線齒廓加工方法、材料選擇與熱處理方案（àn）、尺寸精度測量與評價3方麵對擺線輪的精密（mì）製造工藝進行詳細分析和介紹，為擺線類零件的精密（mì）製造提（tí）供了借鑒和（hé）指（zhǐ）導。
　　01
　　結構特征與（yǔ）製造工藝流程
　　擺線輪位於（yú）R V減速器第二級傳動位置，依托（tuō）於減速器高精度、高承載等特點，擺線輪性能具體要（yào）求如舉例：1所示，零件結構（gòu）示意如案例2所示。3處（chù）曲柄軸（zhóu）孔承接第（dì）一級行星齒輪高（gāo）轉速低轉矩輸入的同時，連（lián）接第二級運動輸出；外部（bù）擺線齒廓通過與針齒齧合實現第二（èr）級低轉速大負載的傳動；零件設計輸入軸過孔和行星架過孔，以滿足R V減速器結構緊湊的設計要求。
　　舉例：1擺線輪性能要求
　　案例2零件結構示意（yì）案例
　　擺線輪關鍵加工尺寸如案例3所示，擺線輪（lún）的關鍵製造要素集中在左右兩端麵A、曲柄（bǐng）軸孔B和外擺線（xiàn）C，3處，製造難度和重（chóng）要性如舉例：2所示。
　　案例3擺線輪關鍵加工尺寸（cùn）
　　舉例：2關鍵製造要素分析（xī）
　　由舉例：2可知，為保證R V減速器高精密傳（chuán）動要求，擺線輪需先加工左右端麵（miàn）A，再以A為基準加工（gōng）3處曲柄軸（zhóu）孔B和外擺（bǎi）線C，尺寸和形位精度均控製（zhì）在微米級。同時規範零件材料的晶相組織及熱處理方案，滿（mǎn）足高轉（zhuǎn）矩、大速（sù）比和高可靠（kào）性的應用工（gōng）況要求。
　　基於上述分析（xī），提出擺線輪加（jiā）工工（gōng）藝流程如舉例：3所示。
　　舉例：3工藝流程製定
　　舉例：3中介紹了擺線輪加工的標準工藝（yì）流程，該流程（chéng）涵蓋了該零件的（de）整體製造脈（mò）絡（luò）。雖然製造企業對工藝認知存在不（bú）同領域的（de）側重性和具體精密製造方法的差異性，但擺線輪精密製造最（zuì）終均要落實（shí）到加工餘量控製、加（jiā）工基（jī）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（pī）放量、工序間加（jiā）工餘（yú）量分配、熱處理變形及去材變形等（děng）。加工基準選擇主要涉及關鍵尺（chǐ）寸（cùn）要素之間製造銜接關係，精（jīng）加工之前工序應多遵循（xún）互為（wéi）基準的原則，控製形位精度（dù）一致性；精加工工序應多遵循（xún）基準統一原則，最大限（xiàn）度減少找（zhǎo）正誤差，保證零件最終案例紙要求（qiú）。裝夾定位誤差控製主要為設計（jì）與零件精度要（yào）求相匹配的工裝夾具（jù），盡量保證關鍵製造要素的一次加工完成，最大限度降低機床、刀具及環境對零件精度的影響。
　　02
　　擺線齒廓加工
　　擺線齒廓加工精度直接影（yǐng）響R V減速器的綜（zōng）合性能，相（xiàng）關企業和高校已將研究重點集中於齒廓的精密加工。目（mù）前，擺線齒廓加工（gōng）方法（fǎ）主（zhǔ）要有銑削、電加工和磨削，根據零件不同階段硬度與（yǔ）精度的加工要求，齒廓粗加工（gōng）對精度（dù）和舉例：麵粗糙度要（yào）求（qiú）不高，一般采用銑削（xuē）和電加工，是利用數控程（chéng）序插補實現零件滲碳淬火前齒廓開粗的加工方法（fǎ）；精加工一般采用磨削方法（fǎ）達到設計（jì）案例紙所要求的尺寸、形位精（jīng）度與舉例：麵（miàn）粗糙度，其主（zhǔ）要難點具體為（wéi）磨削（xuē）方法、零件裝夾定位、擺線齒廓參數設定及砂輪修整。
　　擺線磨削（xuē）方法
　　擺線磨削方法類比齒輪（lún）加工，主要分為成型法和展成法，如案例4所示（shì）。
　　案例4擺線磨削方法
　　成型法和展成法加工時，砂輪主軸與零件回轉主軸均呈90°布置，但成型法是在高精度編碼器控製下，通過零件安（ān）裝軸的高精度分度實現擺線齒廓的逐齒加工；展成法是在高精度伺服電機驅動下，精確（què）控製零件安裝軸轉速實現擺線齒廓的連續加工。根據（jù）其加工原理的（de）差異，采用成型法加工擺線需注意多個擺線齒之間的角度誤差，而展成法（fǎ）加工（gōng）擺線更多關（guān）注每個擺線齒自（zì）身的齒形公差。
　　零件裝（zhuāng）夾（jiá）定位
　　零件（jiàn）裝夾定位主要是（shì）根據既定的工藝路線與製造設備選擇不同（tóng）的裝夾方案，擺（bǎi）線（xiàn）輪常用基準如案例5所示，主要涉（shè）及到裝夾基準B和定位（wèi）基（jī）準A和C。
　　案例5常用裝夾定位基準
　　目前，適用於擺線的（de）加工方案主要有2種。方案一是以基準B和C裝夾零件，找正曲柄軸孔後壓緊工件，實現擺線加工。該方案操（cāo）作簡單，但對曲柄軸孔與基準C的（de）位置度要求高，目前部分精（jīng）密磨（mó）削設備具備雙主軸，可實現外齒廓和內孔的（de）同（tóng）時加工，保（bǎo）證擺線與曲柄軸孔的一次裝夾加工（gōng）完成，在這種情況（kuàng）下該工藝方法不僅簡（jiǎn）化工藝（yì）過程，提高加工效率，而且能（néng）夠保證形（xíng）位精度。方案（àn）二是以基準B和A裝夾零件，直（zhí）接壓緊擺線輪後加工擺線，該方法最（zuì）大好處是不再需要定位基準C作為中間基準，保證加工後擺線（xiàn）齒廓與曲柄軸的形位精度直接滿足零件的實際使用要求，但主要難點（diǎn）在於（yú）工（gōng）裝的（de）加工精度要與擺線輪精度相匹（pǐ）配；零件裝夾時要保證工裝與零件之間不存在定位間隙；且工裝（zhuāng）初始找正時，要保證定位基（jī）準A和（hé）機床回轉主軸之間有較好的同軸度。
　　擺線齒廓參數設定
　　擺（bǎi）線齒廓參數設定主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（biāo）準齒廓曲線方程為：
　　式中：xc及yc為擺線齒廓坐標點；rp為針齒分度圓（yuán）半（bàn）徑；rrp為針齒半徑；θ為轉臂相對於某一針齒（chǐ）中心矢量的轉角；k1為（wéi）短幅係數；iH為擺線輪與針（zhēn）輪的相（xiàng）對傳動比；e為偏心距；ZI為針齒數；ZC為擺線齒數（shù）。
　　目前，專用磨削（xuē）設備均配備擺線加工模塊，基於傳（chuán）統修形方式，通過輸入相應的擺線設（shè）計參數實現零件修形（xíng）加工。針對類擺線或特殊（shū）曲線，還可通過特（tè）定曲線識（shí）別或者給定點坐標的方式進行加工，為保證最小（xiǎo）曲率的加工要求（qiú），給定曲線時一般采用差值擬合的（de）方式。應（yīng）注意不同磨削設備齒廓曲線的識（shí）別（bié）要求，避免出（chū）現過切或幹涉等問題。
　　砂輪修整
　　砂輪修整主要是通過（guò）砂輪修（xiū）整器上的CBN滾輪將砂輪（lún）修（xiū）整為所需擺線齒廓形狀，目前主要有成型滾（gǔn）輪和CNC碟片2種修整方式，如（rú）案例（lì）6所示。
　　案例6砂輪修整滾輪
　　成型滾輪是（shì）將擺線（xiàn）齒廓複（fù）刻到滾輪舉例：麵（miàn），再用加工完成的成型滾輪對砂輪舉例：麵進行（háng）修整（zhěng），最（zuì）終將砂輪修整成擺線廓（kuò）線。該方法齒形固定，適（shì）合大批量生產，但滾輪磨損後維修（xiū）成本（běn）高。
　　CNC碟片（piàn）外舉例：麵采用圓弧尖（jiān）點形（xíng）式，通過機床內部程序（xù）控製，直（zhí）接用尖點將（jiāng）砂輪修整成擺線廓線。該方法（fǎ）形式靈活，可以實時調整擺線（xiàn）曲線，但修（xiū）整效率（lǜ）低（dī），受機床（chuáng）與環境狀態影響較大。
　　03
　　材料選擇與熱處理方案
　　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（tè）性。目前，常見材料為軸承（chéng）鋼（GCr15）及低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）。
　　軸承鋼（GCr15）廣泛應用於軸承基（jī）體（tǐ）及R V減速器針齒銷製造，滿（mǎn）足強度承載要求，同時（shí）由於軸承、擺線輪和針齒整體的膨脹係數相同，選用該（gāi）材料可提高（gāo）擺線齧合精度的穩（wěn）定性，但回（huí）火脆性大。低碳（tàn）合金鋼（CrMn、CrMo合金）廣泛應用於行星齒輪減速（sù）器（qì）中（zhōng），其熱處理工藝方法成（chéng）熟，適用於機器人減速器重（chóng）載、變載荷的工況要求，而且材料牌號（hào）種類多，可選範圍大，無回火脆性。
　　選取某減速器（qì）擺線輪（lún）樣本，對其進行（háng）化學成分分析，結果如舉例：4所示。通過C、Cr和Mo等核心成分與20CrMo和GCr15進行（háng）對比發現，其材料更接近於20Cr-Mo。同時，針對樣本金相組織進（jìn）行分析，如案例7所示。
　　舉例：4擺線輪成分對比（Wt%）
　　案例7擺線輪金相組織
　　案例（lì）7（a）和（b）分別（bié）展示了零（líng）件在低倍條件下的形貌特征，可明顯看出淬硬層深度，案例7（c）和（d）可看出零件在舉例：麵（miàn）和心（xīn）部金相組織（zhī）的差異，心部回火托氏體+鐵素體（tǐ）居（jū）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（gōng）藝更多偏向於外部齒廓的滲碳和整體的淬火—回火。
　　04
　　尺寸精度測量與評價
　　擺線輪尺寸精度測試（shì）難點主要是測量外擺線齒形（xíng）精度和曲柄軸孔與外擺線的位置精度。
　　外擺線齒形精度（dù）測量方（fāng）法主要有三坐標逐點掃描法和光學投影法，將得（dé）到的曲線與（yǔ）修形（xíng）目標擺線對比，得出齒廓精度範圍。但這2種方法均有各自缺點，三坐標逐點掃（sǎo）描法屬於多點接觸測量，效率（lǜ）低，測頭磨損快，受零件（jiàn）加工（gōng）舉例：麵粗糙度（dù）影響大。光學投影法采用光源照（zhào）射直接投（tóu）影的（de）方法獲得零件的（de）輪廓，受零（líng）件邊緣加工質量（如倒角、毛刺等）影響（xiǎng）大，易出現邊緣對焦偏差，測量（liàng）精度低於三坐標逐（zhú）點掃描法。本文在嚴格把控舉例：麵（miàn）粗糙度的情況下選用精度更高的三坐標逐點掃描法。
　　通過軟件（jiàn）計算，可以得到實際測出的擺線曲線與理論曲線（xiàn）對比案例，如案例8所示。得到兩（liǎng）條極限偏差曲線，兩曲線間距離δ就是擺線齒廓的加工（gōng）誤差。
　　案（àn）例8擺線測量曲線
　　曲柄（bǐng）軸孔與外擺線的位置精度主要是在擺線測量模塊的基（jī）礎上，加入常規位置孔的測量，形成更（gèng）為複雜的評價方法，不僅需要考慮（lǜ）擺線齒形，還要考慮曲柄軸孔的尺寸公（gōng）差、圓度、多孔間分布精度（dù）及曲柄軸孔與外擺（bǎi）線的同軸（zhóu）度（dù）。由於涉及測量（liàng）因素較多，該方麵的高精（jīng）度測量方案和評（píng）價方法有待於進一（yī）步研究（jiū）和（hé）完（wán）善。
　　05
　　結論
　　本文針對R V減速器（qì）核心零件擺線輪展開研究，從結構特征與製造工藝流程、齒廓精密加工方案及工藝控製方法、加工（gōng）常用材料及熱處（chù）理方法、測（cè）量技術與評價（jià）4個方麵詳細闡述了擺線輪精密製造所涉及的關（guān）鍵技術，得出（chū）以下結論（lùn）：
　　（1）擺線輪齒廓加工時（shí），若采用成型法需注意多個擺（bǎi）線齒之間的角度誤差，若采用展成法需注（zhù）意每（měi）個擺線齒自（zì）身的齒（chǐ）形公差。
　　（2）成型滾輪適合大批（pī）量生產，但滾輪磨損後維修成本高；CNC碟片方法形式靈活，但修整效率低，受機（jī）床（chuáng）與環境狀態影響較大。
　　（3）擺線輪材料多偏向（xiàng）於低（dī）碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）材料，熱（rè）處理工藝更（gèng）多偏向於外部齒廓的滲（shèn）碳（tàn）和整體的淬（cuì）火—回火。
　　（4）三坐標逐點掃描法效率低，測頭磨損快，受零件加工舉例：麵粗糙度影響大；光學投影（yǐng）法受零件（jiàn）邊緣加工質量影響大，測量精度低於三坐標逐點掃描法。曲柄軸（zhóu）孔與外擺線的位（wèi）置精度測量（liàng）評價方法有待進一步（bù）完善。
　　經實際應用證明，依據本（běn）文介紹技術（shù）進行加工滿足實（shí）際（jì）工（gōng）況需求，為R V減速器擺線（xiàn）輪（lún）精密製造提供參考與借鑒。