RV減速器擺線輪精密製造工藝分析
　　摘要
　　考慮（lǜ）RV減速器擺線輪精密製（zhì）造的整（zhěng）個工藝過程，分析擺線輪的結構特性和使用工況要求，從工（gōng）程角度（dù）出發，結合零件尺寸和形位的高精度要求，規劃擺線輪從加工毛坯到成品測量的整套工藝流程。針對製造過程中影響零件性能的關鍵工序，從擺線齒廓的精密加工、零件材料（liào）選擇與熱處（chù）理方案、尺寸精度測量（liàng）方案3方（fāng）麵，重點分析擺線輪製（zhì）造過程中應注意的工藝（yì）方法（fǎ）選擇、裝夾定位基準控製、擺線參數（shù）設（shè）計、砂輪修整、熱處理後材料金相組織分析及擺線齒廓精度評（píng）價等問題。為RV減速器中擺線類零件的設計與製造提供了借鑒和指導。
　　擺線（xiàn）輪是R V減速器（見案例（lì）1）的核心零件，在整個傳（chuán）動係統中位於第二級，零件具有高精度（dù）、低轉速、高負載和高可靠性等特征。減速器（qì）產品設計時常采用兩片擺（bǎi）線輪對稱180°的結構方式布置，以平衡擺線輪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（xìng）能，對設備（bèi）、工藝和人員的要（yào）求較高。
　　案例1 RV減速器
　　目前（qián），針對擺線（xiàn）輪的學術研究主要集中在擺線齒（chǐ）廓的修形、擺線針動靜力學的齧合特性及（jí）擺線齒廓精度檢測與評價。J.G.Blanche通過建立考慮製造誤（wù）差的數學模型，重點研究製（zhì）造誤差對擺線減速器（qì）回差和轉矩波動的內（nèi）在關係。軒亮對新型FA傳動減速（sù）器擺線針輪部分的尺寸鏈進行分析，研究各部分尺寸鏈的構成及（jí）封閉環的（de）計算方法，並進行實例驗證。文獻分別采用“偏心距+等距+移距”“等距+移距（jù）”及多點分（fèn）段修形等方式，多角度對擺線齒廓進行修形研究，並對其修形效果進行驗證。楊玉虎建立了R V減速器中擺線行星等機構精度分（fèn）析的誤差模型，揭示了機構中誤差傳遞過程以及反饋誤差與各構件原始誤差的（de）耦合關係。鄭紅結合擺線輪零件工程（chéng）設計案例紙，從工藝製（zhì）造（zào）流程及生產（chǎn）關鍵要（yào）素（sù）控製等環節入手，深入探討了擺線輪（lún）的加（jiā）工工（gōng）藝，對工程實際生（shēng）產（chǎn）有較大指導意（yì）義。付毅通過（guò）擺線傳動（dòng）與有限元分析，確定了擺（bǎi）線輪的材料、加工工（gōng）藝及磨削餘量，並設計熱處理工裝減少（shǎo）變量（liàng）。王淑妍為獲得（dé）高精度錐（zhuī）形擺線輪齒廓麵，采用“圓弧砂輪”磨削加工，並進行理論和（hé）實物驗證。鄧效忠利用成型法精密磨削（xuē）擺線，建（jiàn）立（lì）相應數學運動（dòng）模型，重點對擺線廓線方法及砂輪實際（jì）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（chéng）、工藝方案，修形方法和製造過程進行詳細（xì）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（wù）差，安裝軸線偏差及以節點為單齒參考點的測量方案，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（yán）究更多側重（chóng）於擺線（xiàn）齒（chǐ）廓（kuò）的研究，缺乏對擺線輪精密製造工藝的係統分析。本文從工程角度出發（fā），分析擺線輪的結構（gòu）特征和使用工況要（yào）求，依（yī）據（jù）實際工程製造案例紙的設計要求，從擺線齒廓（kuò）加工方法、材料（liào）選擇與熱處理方案、尺寸（cùn）精度測量與評價3方麵對擺線輪（lún）的精密製造工藝進行詳細分析和介紹（shào），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（dòng）位置，依托於減速（sù）器高精度、高承載等特點，擺線輪（lún）性能具體要求如舉例：1所示（shì），零件結構示意如案（àn）例2所（suǒ）示。3處曲柄軸孔承接第（dì）一級行星齒輪高轉速低轉矩輸入的同時，連接第二級運（yùn）動輸出；外部擺線齒廓通過與針齒（chǐ）齧合實現第二級低轉速大負（fù）載的傳動；零件設計輸入軸過孔和行（háng）星架過孔，以滿足R V減速器結構緊湊（còu）的設計要求。
　　舉例：1擺線輪性能要求
　　案例2零件（jiàn）結構（gòu）示意案例
　　擺線輪關鍵加工尺寸如案例3所示，擺線輪的關鍵製造要素集中在（zài）左右兩端麵A、曲柄軸孔B和（hé）外擺線C，3處，製造難（nán）度和重（chóng）要性如舉例：2所（suǒ）示。
　　案例3擺線輪關鍵加工尺寸
　　舉例：2關鍵製造（zào）要素分析
　　由（yóu）舉例：2可（kě）知，為保證R V減速器高精密（mì）傳動要（yào）求（qiú），擺線輪需先加工左右（yòu）端麵A，再以A為基準加工3處曲柄（bǐng）軸孔B和外擺線C，尺寸和形位精度均控製在微米級。同時（shí）規範零（líng）件材料的晶相組織及熱處理方案，滿足高轉矩、大速比和高可靠性的應用工況要求（qiú）。
　　基於上述分析，提出擺線輪加工工藝流程如舉例：3所示。
　　舉（jǔ）例（lì）：3工藝流程製（zhì）定
　　舉例：3中介（jiè）紹（shào）了擺線輪（lún）加工的標準工藝流程（chéng），該流程涵蓋（gài）了該零件的整體製造脈絡。雖然製造企（qǐ）業對工藝認知存（cún）在不同領域的（de）側重性和具（jù）體精（jīng）密製造方法的差異性，但擺線輪精密製造最終均要落實到加工餘量控製、加（jiā）工基準選擇以及裝夾（jiá）定位誤差（chà）控製等（děng）方麵（miàn）。
　　加工餘量控製（zhì）主要涉及（jí）鍛造毛坯放量、工序（xù）間加工餘量分配、熱處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製造銜接關係，精加工之前工序應多遵循互為基準的原則，控製形位精度一致性；精加工（gōng）工序應多遵循基準統一原則，最大限度（dù）減少找正誤差，保證零件最終案例紙要求。裝夾定位誤差控製（zhì）主要為設計與零件精度要求相匹配的（de）工裝（zhuāng）夾具，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（chuáng）、刀具及環境對零件精度的影響。
　　02
　　擺線齒廓加工
　　擺線（xiàn）齒廓加工精度直接影響R V減速器（qì）的（de）綜合性能，相關（guān）企業和高（gāo）校已將研究（jiū）重點集中於齒廓的精（jīng）密加工。目前，擺線齒廓（kuò）加工方法主要有銑削、電加工（gōng）和磨削，根據零件不同階段硬度與精度的加工要（yào）求，齒廓粗加工對精度和舉（jǔ）例：麵粗（cū）糙度要求不高，一般（bān）采用銑削和電加（jiā）工，是利用數控程序插補實（shí）現（xiàn）零（líng）件滲碳淬火前齒廓開粗的加工（gōng）方法（fǎ）；精加工一（yī）般采用磨削方法達到設計案例紙所要求的（de）尺寸、形位精度與舉例：麵粗糙度，其主要難點具體為（wéi）磨削方法、零件裝夾定位、擺（bǎi）線（xiàn）齒廓參數設定及砂輪修整。
　　擺線磨削方法
　　擺線磨削方法類比齒輪加工，主（zhǔ）要分為成型法和展成法，如案例4所示。
　　案例4擺線（xiàn）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（zhì），但成（chéng）型法是在高精度編碼器控製（zhì）下，通過零件安裝軸的高（gāo）精度分度（dù）實現擺線齒廓的逐齒加工（gōng）；展成法是在高精度伺服電機（jī）驅動下，精確控製零件安裝軸轉速實現擺線齒廓的連續加工。根（gēn）據其加工原理的差異（yì），采用成型法加工擺線（xiàn）需注意多（duō）個擺線齒之間的角度誤差，而展成法加工擺線（xiàn）更多關注每個擺線齒自身的（de）齒（chǐ）形公差。
　　零件裝夾定位（wèi）
　　零件裝夾定位主要是根（gēn）據（jù）既定的（de）工藝路線與製造設備（bèi）選擇不同的（de）裝（zhuāng）夾方案，擺（bǎi）線輪常用基（jī）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常用裝夾定位（wèi）基準
　　目前，適用於擺線的加工方案主要有2種。方案一是以（yǐ）基（jī）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（fāng）案操（cāo）作（zuò）簡單（dān），但對曲柄軸孔與基準C的位置度要求高（gāo），目前部分精密（mì）磨削設備具備雙主軸，可實現（xiàn）外齒廓和內孔的同時加工，保證（zhèng）擺線與曲柄軸孔的一次裝夾加工完成，在這種情況下（xià）該工藝方法不僅簡化工藝過（guò）程，提（tí）高（gāo）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，直接壓緊擺線（xiàn）輪後（hòu）加（jiā）工擺（bǎi）線，該方（fāng）法（fǎ）最大好處是不再需（xū）要定（dìng）位基準C作為中間基準，保證加工後擺線齒廓（kuò）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（nán）點在於工裝（zhuāng）的（de）加工精度要（yào）與擺線輪精度相匹配；零件裝夾（jiá）時要（yào）保（bǎo）證工裝與零件之間不（bú）存在定位（wèi）間隙；且工裝初始找正時，要（yào）保證定位基準A和機床回轉主軸之間有較好的同（tóng）軸度。
　　擺（bǎi）線齒廓參數設定（dìng）
　　擺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（bèi）功能匹配。目前，擺線的標準齒廓曲線方程為：
　　式中：xc及yc為擺線齒廓坐標點；rp為針齒分度圓半徑；rrp為（wéi）針齒半徑；θ為轉臂相對於某一針齒中心矢量的轉角；k1為短幅係數；iH為擺線輪與（yǔ）針輪的相對傳動比；e為（wéi）偏心距；ZI為針齒數；ZC為擺線齒數。
　　目前，專用磨削設備均配備擺線加工模塊，基於傳統修形（xíng）方式，通過輸（shū）入相應的（de）擺線設計參數實現零（líng）件修（xiū）形加工。針對類擺線或特殊曲（qǔ）線，還可通過特定曲線識別或者給定點坐標的方式進行加（jiā）工，為保證（zhèng）最小曲率的加工要（yào）求，給定曲（qǔ）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（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（gǔn）輪將（jiāng）砂（shā）輪修整為（wéi）所需擺線齒廓形狀（zhuàng），目前主（zhǔ）要有成型滾輪和CNC碟片2種修整方式，如案例6所示。
　　案例6砂輪修（xiū）整滾輪
　　成型滾輪是將擺線齒廓複刻到（dào）滾輪舉例：麵，再用加工完（wán）成的成型滾輪對砂輪舉例：麵進行修整，最終將砂輪修整成擺線廓線。該方法齒形（xíng）固定（dìng），適合大批量生產，但滾輪（lún）磨（mó）損後維修成本高。
　　CNC碟片外舉例：麵（miàn）采用（yòng）圓弧尖點形式，通過（guò）機床內部程序控製，直接用尖點將砂輪修整成擺線廓線。該（gāi）方法形式靈活，可以實時調（diào）整擺線曲（qǔ）線，但修整效率低，受機（jī）床與環境狀態影響（xiǎng）較大。
　　03
　　材料選擇與熱處理方案
　　擺線輪材（cái）料選擇時主要側重於（yú）材（cái）料自身的淬透性及重載情況下的抗衝擊特性。目前，常見材料為軸承鋼（GCr15）及低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）。
　　軸（zhóu）承鋼（GCr15）廣泛應用於軸（zhóu）承基體及R V減速器針齒銷製造，滿足強度承載要求，同時由於軸承、擺線輪和針齒整體的膨脹係數相同，選用該材料可提高擺線齧合精度的穩定性，但回火脆性大。低碳合金（jīn）鋼（CrMn、CrMo合（hé）金）廣泛應用於行（háng）星齒輪減速器中，其熱處（chù）理工藝方法（fǎ）成熟，適用於機器人減速（sù）器重載、變載荷的工況要求（qiú），而且材料牌號種類（lèi）多，可選範圍大，無回火（huǒ）脆（cuì）性。
　　選取某減速器擺線輪樣本（běn），對其進行化學成分分析，結果如舉例：4所示。通過C、Cr和Mo等（děng）核心成分與20CrMo和GCr15進行對比發現，其材料更接近於20Cr-Mo。同時（shí），針對樣本金相組織進（jìn）行分析（xī），如案例7所示。
　　舉例：4擺線輪成分對（duì）比（Wt%）
　　案例7擺線輪金相組織
　　案例7（a）和（b）分別展示了零件在低（dī）倍條件下的形貌特（tè）征，可明顯看出淬硬層深度，案例7（c）和（d）可看出零件在舉（jǔ）例：麵和心部金（jīn）相組織的差異，心部（bù）回火托氏體+鐵素體居（jū）多（duō）。
　　通（tōng）過上述（shù）分析，擺線輪材料多偏向於低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）材料（liào），熱處理（lǐ）工藝更多偏向於（yú）外（wài）部齒廓的滲碳和整（zhěng）體的淬火—回火。
　　04
　　尺寸精度測量與評價
　　擺線輪尺（chǐ）寸精度測試難點主要是測量外擺線齒形（xíng）精度和曲柄軸孔與（yǔ）外擺線的位置精度。
　　外擺線齒形精度測量方法主要有三坐標逐點（diǎn）掃描法和光學（xué）投影法（fǎ），將得到的曲線與修形目標擺線對比，得出（chū）齒廓精（jīng）度範圍。但這2種（zhǒng）方法（fǎ）均有各自缺點（diǎn），三（sān）坐標逐點掃描法屬於多點接觸（chù）測量，效率低，測頭磨損快，受（shòu）零件加工舉例：麵（miàn）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，受零件邊（biān）緣加工質量（如倒角、毛（máo）刺等）影響大，易出現邊緣對焦偏差，測量精度低於三坐標（biāo）逐點掃描法。本文在嚴格把控舉例：麵粗糙度的情況下選用精度更高的三坐（zuò）標逐點掃描（miáo）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。得到（dào）兩（liǎng）條極限偏差曲線，兩（liǎng）曲線（xiàn）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（wèi）置（zhì）精度主要是在擺線測量（liàng）模（mó）塊的基礎上，加入常（cháng）規位置孔的（de）測量，形成更為複雜的評價方（fāng）法，不僅需（xū）要考慮擺線齒形，還要考慮曲柄軸孔的尺寸公差、圓度、多孔間（jiān）分布精（jīng）度及曲柄軸孔與外擺線的同軸度。由（yóu）於涉及測量因素較多，該方麵的高精度測量方案（àn）和評價方法有待於進一步研究（jiū）和完善。
　　05
　　結論
　　本文針對R V減速器核心零（líng）件擺線輪展開研（yán）究，從結（jié）構特征與製造工藝流程、齒廓精密加工方案及（jí）工藝控製方法、加工常用材料及熱（rè）處理方法、測量技術與（yǔ）評價4個方麵詳細闡述了擺線（xiàn）輪精密製造所涉及的關鍵技術，得（dé）出以下結論：
　　（1）擺線輪齒廓加工時，若采用（yòng）成型法需注意多個（gè）擺線齒之間的角度誤（wù）差，若采用（yòng）展成（chéng）法需注意每個擺線齒自身（shēn）的齒（chǐ）形公差。
　　（2）成型滾輪適合大（dà）批量生產，但滾輪磨損後維修成本高；CNC碟片方法（fǎ）形式靈活，但修整效率低，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（gāng）（CrMn、CrMo合金）材料，熱處（chù）理（lǐ）工藝（yì）更多（duō）偏向於外部齒廓的（de）滲碳（tàn）和整體的淬火（huǒ）—回火。
　　（4）三坐標逐點掃描法效率低，測（cè）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（jiàn）邊緣加工質量影響（xiǎng）大，測量精度低於三坐標逐點掃描（miáo）法。曲柄（bǐng）軸孔與外擺線的位置精度測量評價方法有（yǒu）待（dài）進（jìn）一步完善。
　　經（jīng）實際應用證明，依據（jù）本文介紹技術進行加工滿足實際（jì）工（gōng）況需（xū）求，為（wéi）R V減速器擺線輪精密製（zhì）造提供參考（kǎo）與借鑒（jiàn）。