RV減（jiǎn）速器擺線輪精密製造（zào）工藝分析
　　摘要
　　考（kǎo）慮RV減速器擺線（xiàn）輪精密（mì）製造的（de）整個工藝過程，分析擺線輪的結構特性（xìng）和使（shǐ）用工況要求，從工程角度出發（fā），結合零件（jiàn）尺寸和形位的高（gāo）精度要求，規劃擺線輪從加工毛（máo）坯到成品測量的整套工藝流程。針對製造過（guò）程中影響零件性能的關鍵工序，從擺（bǎi）線齒廓的精（jīng）密加工、零件材料選擇與熱處理方案、尺寸精度測量方案（àn）3方麵，重點分析擺線輪製（zhì）造過程中應注意的工藝方法選擇、裝夾定位基準控（kòng）製、擺線（xiàn）參數（shù）設計、砂輪修（xiū）整、熱處理後材料金（jīn）相組織分析及擺線齒廓精度評價等問題。為RV減速器中擺線類零件的設計與製（zhì）造提供（gòng）了借鑒和指（zhǐ）導。
　　擺線輪是R V減速器（見案例1）的（de）核（hé）心零（líng）件，在整個傳動係統中位於第二級，零件具有高精度、低轉速、高負載和高可靠性等（děng）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（bù）置，以平衡擺線輪運（yùn）動產生（shēng）的偏心載荷。擺（bǎi）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、工藝和人員的（de）要求較高。
　　案（àn）例1 RV減速器
　　目前，針（zhēn）對擺線輪的學術研究主（zhǔ）要集中在擺（bǎi）線齒廓的修形、擺線針（zhēn）動靜力（lì）學的齧合特性及（jí）擺（bǎi）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差和轉矩波動的內在關係。軒亮對新型FA傳動（dòng）減速器擺線針輪（lún）部分的尺寸鏈進行（háng）分析，研究各（gè）部分尺寸鏈的構（gòu）成及封閉環的計算方（fāng）法，並進行實例驗證。文獻分別采用“偏心距+等距+移距（jù）”“等距+移距”及多點分段修形等（děng）方式，多角度對擺線齒廓進行修形研究（jiū），並對其修形效果進行驗證。楊玉虎（hǔ）建立了R V減速器中擺線行星等機（jī）構精度分析的（de）誤差（chà）模型，揭（jiē）示了機構中誤差傳遞過程（chéng）以及反饋誤差與各構件原始誤差的耦合關係（xì）。鄭紅（hóng）結合擺線輪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（děng）環節入（rù）手，深入探討了擺（bǎi）線輪的加工工藝，對工程實際生（shēng）產有較大指導意義。付毅通過（guò）擺線傳動（dòng）與有限元分析，確（què）定了擺線輪的材料、加工工藝及磨削餘量，並（bìng）設計熱處理工裝減少變量。王淑妍（yán）為獲得高精度錐形（xíng）擺線輪齒廓麵，采用“圓弧砂輪”磨削加（jiā）工，並進行理論和實物驗證。鄧效忠利用（yòng）成型（xíng）法精密磨削擺線，建立相（xiàng）應數學運動模型，重點對擺線（xiàn）廓線方法及砂輪實際修形軌跡進（jìn）行分析。文獻針對擺線輪實際加工過程的加（jiā）工流程、工藝方案，修形方法和（hé）製造過程（chéng）進行詳細說明。為了減小擺線齒（chǐ）廓的測量誤（wù）差，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（de）測量方案，尋求更為精度（dù）的擺（bǎi）線齒（chǐ）廓製（zhì）造誤差。
　　通過以上分析，針對擺線輪的（de）研究更多側重於擺線齒廓的研究，缺乏（fá）對擺線輪精密製造工（gōng）藝的（de）係統分析（xī）。本文從工程角度出發，分析擺線輪的結構特征和使用工況（kuàng）要求，依據實際工程製造案例紙的設計要求，從擺線齒廓加工方法、材料選擇與熱處理方案、尺寸精度測量與評（píng）價3方麵對擺線輪的精密（mì）製造工藝進行詳細分析和（hé）介紹，為擺線類零件的精密製造提供（gòng）了借鑒和指導。
　　01
　　結構特征與（yǔ）製造工藝流程
　　擺線輪（lún）位於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（tǐ）要求如舉例：1所（suǒ）示，零件結構示意如案（àn）例2所示。3處曲柄（bǐng）軸孔承接第一級行星（xīng）齒輪高轉速低轉矩輸入的同時，連接第二級運動輸出；外部擺線齒廓通過與針齒齧合（hé）實現第二級低轉速（sù）大負載的傳動；零件設計輸入軸過孔和（hé）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（líng）件結（jié）構示（shì）意案例
　　擺線輪關（guān）鍵加工尺寸如案例3所示，擺線輪的關鍵製造要素集中在左右兩端麵（miàn）A、曲柄軸（zhóu）孔B和外擺線C，3處，製造（zào）難度和重要性如（rú）舉例：2所示。
　　案例3擺線輪關鍵加工尺寸
　　舉（jǔ）例：2關鍵製造要素分析
　　由舉例：2可知，為保證R V減速器高精密傳動要求，擺線輪需先加工左右端麵（miàn）A，再以A為基準加工3處（chù）曲柄軸孔B和外擺線（xiàn）C，尺寸和形位精（jīng）度均控製（zhì）在微米級。同時規範零（líng）件材料的（de）晶相組織（zhī）及熱處理方案，滿足高轉矩、大速比（bǐ）和高可靠性的（de）應用工況要求。
　　基於上述分析，提出擺線輪加工工藝流程如舉例：3所示。
　　舉例：3工藝流程製定
　　舉例：3中介紹了擺線（xiàn）輪加工的標準工藝流程，該流程涵蓋（gài）了該零（líng）件的整體製造脈絡。雖然製造企業對工藝認知存在不同領域（yù）的側重性和具（jù）體精密製造方法的差（chà）異性，但擺線輪精密製造最終均要落實到加工餘量控製、加工（gōng）基準選擇以及裝夾定（dìng）位誤差（chà）控製等方麵。
　　加工餘量（liàng）控製主要涉及鍛造毛坯放量、工序間加工餘量分配、熱（rè）處理變形及去材變形等。加工基準選擇主要涉及關（guān）鍵尺寸要（yào）素之間製造銜接關係，精加工之前工（gōng）序應多遵循互為基（jī）準的原則（zé），控製形位精度一致性；精加工工序應多遵循基（jī）準統一原則（zé），最大（dà）限度減少找正誤差，保證零件（jiàn）最終案例紙要求。裝夾定位誤差控製主要（yào）為設計與（yǔ）零件（jiàn）精度要求（qiú）相（xiàng）匹配的工（gōng）裝夾具，盡量保證關鍵製（zhì）造要素（sù）的一（yī）次加工完成，最（zuì）大限度降（jiàng）低機床、刀具及環境對零件精度（dù）的影響。
　　02
　　擺線齒廓加工
　　擺線齒（chǐ）廓加工精度直（zhí）接（jiē）影響（xiǎng）R V減（jiǎn）速器的綜合性（xìng）能，相關企（qǐ）業和高校已將研究重點集中於齒廓的精（jīng）密加（jiā）工。目前，擺線（xiàn）齒廓（kuò）加（jiā）工方法主要有銑削、電加工（gōng）和磨削，根據零件不同階（jiē）段硬（yìng）度與精度的加工要求（qiú），齒（chǐ）廓粗加（jiā）工對精度和舉例：麵粗糙度要求不高，一般采（cǎi）用銑削和電加工，是利用數控程序插補（bǔ）實（shí）現零件滲碳淬（cuì）火前齒廓開粗的加工方法；精加工一般采用磨削方法達到設計案（àn）例紙所要求的尺寸、形（xíng）位（wèi）精度與舉例：麵粗糙度，其主要難點具體為磨（mó）削方法、零件（jiàn）裝夾定位、擺線齒廓參數（shù）設定及砂輪修整。
　　擺線磨削方法
　　擺線（xiàn）磨削方法（fǎ）類比（bǐ）齒（chǐ）輪加工，主要分為成型法和展成法，如案例4所示。
　　案例（lì）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（jun1）呈90°布置，但成型法是（shì）在（zài）高精度（dù）編碼（mǎ）器控製下，通過零件安裝（zhuāng）軸的高精（jīng）度分（fèn）度（dù）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，精確控製零件安裝軸轉速實現擺線（xiàn）齒廓的連續加工。根（gēn）據其加（jiā）工原理的差異，采用（yòng）成型法加工擺線需注意多個擺線齒之間的角度誤（wù）差，而展成（chéng）法加工擺線更多關注每個擺線齒自身的齒（chǐ）形公差。
　　零件裝夾定位
　　零件裝夾定（dìng）位主要是根據既定的工藝路線與製造設備選擇不同的裝夾（jiá）方案，擺線輪常用基準如案例（lì）5所示，主要涉及到裝夾（jiá）基（jī）準B和定位基準A和C。
　　案例5常用（yòng）裝夾定位基準
　　目前，適用於擺線的加工方案主要有2種。方案一是以基準B和（hé）C裝夾零件，找正曲柄（bǐng）軸（zhóu）孔後壓緊工件，實現擺線加工。該方案操作簡單，但（dàn）對曲柄軸孔與（yǔ）基準C的位置度要求高，目前部分精（jīng）密磨削設備具備（bèi）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的（de）一次裝夾加工完成，在這種情況（kuàng）下該工藝方法不僅簡化工藝（yì）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A裝夾零件，直接壓緊（jǐn）擺線輪後加工擺線，該方法最大好處是不再需要定位基準（zhǔn）C作為中間基準，保證加工後擺線齒廓與曲柄軸的形位精度直接滿足零件的實際使用要求，但主要難點在於工裝的（de）加工精（jīng）度要與擺線輪精度相（xiàng）匹配；零件裝夾時要保證工裝與零件之間不（bú）存在定位間隙；且（qiě）工裝初始找正時，要保證定位基準A和機床回（huí）轉（zhuǎn）主軸之間有較好的同軸度。
　　擺線齒（chǐ）廓（kuò）參數設定
　　擺線（xiàn）齒（chǐ）廓參（cān）數設（shè）定主要涉（shè）及擺線（xiàn）齒廓的修形曲線和加工設備功能匹配。目前，擺線的（de）標準（zhǔn）齒廓曲線方程為：
　　式中：xc及yc為擺線齒廓（kuò）坐標點；rp為針齒分（fèn）度圓半徑；rrp為針齒半徑；θ為轉臂相對於某（mǒu）一針齒中心矢（shǐ）量的轉角；k1為短幅係數；iH為擺線輪與針（zhēn）輪的相對傳動（dòng）比；e為偏心距；ZI為針（zhēn）齒數；ZC為擺線齒數。
　　目前，專用（yòng）磨削設備均配備擺線加工模塊，基於傳統修形方式（shì），通過輸入相應的擺線（xiàn）設計參數（shù）實現零件修形加工。針對類擺線或特殊曲線，還可通過特（tè）定曲線識別或者給定點坐標的方式進行加工，為（wéi）保證最小曲率的加工要求，給定曲線時一般采用差值擬（nǐ）合的方式。應注意不同磨削設（shè）備齒廓曲線的識別要求，避免出（chū）現過切或（huò）幹涉等問題。
　　砂輪修整
　　砂輪修整主要是通過砂輪修整器上的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CNC碟片2種修整方式，如案例6所（suǒ）示。
　　案例6砂輪修整滾輪
　　成型滾輪（lún）是將擺線齒廓複刻（kè）到滾輪舉例：麵，再用加（jiā）工完成的成型滾輪對（duì）砂輪（lún）舉例：麵進行修整，最終將砂輪修整成擺線廓線。該方法齒形固定，適合大批（pī）量生產，但滾輪磨損後維（wéi）修成本高。
　　CNC碟片（piàn）外舉例：麵采用圓弧尖點形式，通過機床（chuáng）內部程（chéng）序控製，直接用尖點將（jiāng）砂輪（lún）修整成擺線廓線。該（gāi）方法形式靈活，可以實（shí）時（shí）調整（zhěng）擺（bǎi）線曲線，但修整效率（lǜ）低，受機床與環境狀態影響較（jiào）大。
　　03
　　材料選擇與熱處理方（fāng）案
　　擺線輪材料選（xuǎn）擇時主要側重於材料自身的淬透性及重載情況下的抗衝（chōng）擊特性。目前（qián），常見材料為軸承鋼（GCr15）及低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）。
　　軸承鋼（GCr15）廣泛應用於軸承基體及R V減速器針齒（chǐ）銷製造（zào），滿（mǎn）足強度承載要求，同時由於軸承、擺線輪和針齒整體的膨脹（zhàng）係數相同，選用該材料可提高擺線（xiàn）齧合精度的穩定性，但回火脆性大。低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）廣泛應用於行星齒（chǐ）輪減速器（qì）中（zhōng），其熱處理工（gōng）藝方法成熟，適用於機器人減速器重載、變載荷的（de）工況（kuàng）要（yào）求，而且（qiě）材料牌號（hào）種類多，可（kě）選範圍大，無回火脆性。
　　選（xuǎn）取某（mǒu）減（jiǎn）速器擺線輪樣本，對其進行化學成分分析（xī），結果如舉例：4所示。通（tōng）過C、Cr和Mo等核（hé）心成分與20CrMo和GCr15進行對比發現，其（qí）材料（liào）更接近於20Cr-Mo。同時，針對樣本金相組織進行分析，如案例7所示。
　　舉例：4擺線（xiàn）輪（lún）成分對比（Wt%）
　　案例7擺線輪金相組織
　　案例7（a）和（b）分別展（zhǎn）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：麵和心部金相組織的（de）差異，心（xīn）部回火托（tuō）氏（shì）體+鐵素體居多。
　　通過上述分析，擺線輪材料多偏向於低碳合（hé）金鋼（gāng）（CrMn、CrMo合金）材料，熱處理工（gōng）藝（yì）更多偏向於外部齒廓的滲碳和整（zhěng）體的淬火—回火（huǒ）。
　　04
　　尺寸精度測量與評（píng）價
　　擺線輪尺（chǐ）寸精度測試難點主要是測量（liàng）外擺線（xiàn）齒形精度和曲柄軸孔與外擺線的位置精度。
　　外擺線（xiàn）齒形精度（dù）測量方法主要有（yǒu）三坐標逐點掃描法和光學投影法，將得到的曲（qǔ）線與修形目標擺線對比（bǐ），得出齒廓精度（dù）範圍。但（dàn）這2種方法均有各自缺點，三坐標逐（zhú）點掃描（miáo）法屬於多點接觸（chù）測量，效率低，測頭磨損快，受零件加（jiā）工舉例：麵粗糙度影響大。光學投影法采用光源照射直接投影的方（fāng）法獲得零件的輪廓，受零件（jiàn）邊緣（yuán）加工質量（如倒（dǎo）角、毛（máo）刺等）影響大，易出現邊緣對焦（jiāo）偏差，測量精度低於三坐標逐點掃描法。本文在嚴格把控舉（jǔ）例：麵粗糙度的情（qíng）況下選（xuǎn）用精度（dù）更高（gāo）的三坐標逐點掃描法。
　　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（àn）例（lì），如（rú）案例8所示。得到兩條極限偏差曲線，兩曲線間距離δ就（jiù）是擺線齒廓的加工誤差（chà）。
　　案例8擺線測量曲線
　　曲柄軸孔與外擺線的位置精度主要是在擺線（xiàn）測量模塊的（de）基礎上，加入常規位置孔的測量，形成更為複雜的評價方法，不（bú）僅需要考慮（lǜ）擺線齒形，還要（yào）考慮曲（qǔ）柄（bǐng）軸孔的尺寸公差（chà）、圓度、多孔間分布精度及曲柄軸孔與（yǔ）外擺線的同軸度。由於（yú）涉及（jí）測量因素較多，該（gāi）方麵的（de）高精度測量方案和評價（jià）方法有待於進一步研究和完善。
　　05
　　結論（lùn）
　　本文針對R V減速器核心零件擺線輪展開（kāi）研究，從結構特征與製造（zào）工（gōng）藝流程、齒廓精密加工方案及工藝控製方法、加（jiā）工常用材料及熱處理（lǐ）方法、測量技術與評價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，若采用成型法需注意多個擺（bǎi）線齒（chǐ）之（zhī）間的角（jiǎo）度誤差，若采用展成法需注意每個擺線齒自身的齒形公差。
　　（2）成型滾輪（lún）適合大批量生產，但滾輪磨損（sǔn）後維修成本高；CNC碟片方法（fǎ）形式靈活，但修整效率低（dī），受機床與環境狀態影（yǐng）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（chù）理工藝更多偏向於外部齒廓（kuò）的滲碳（tàn）和整體的淬火（huǒ）—回火。
　　（4）三（sān）坐標逐點掃描（miáo）法效率低，測頭磨（mó）損快，受零件加工舉例：麵（miàn）粗糙度影響大；光學投影法受零件邊緣加工質量影響大，測量精度低（dī）於三坐標逐點掃描法。曲柄軸孔與（yǔ）外擺線的位置精度測量評價方法有待進（jìn）一步完善。
　　經實際應用證明，依（yī）據本文介紹技（jì）術進行加工滿（mǎn）足實際工況需求（qiú），為R V減速器擺線輪精密製造提供參考與借鑒。