RV減速器擺線（xiàn）輪精密製造工藝（yì）分析
　　摘要
　　考（kǎo）慮（lǜ）RV減速器擺線輪精密製造的整個工藝過（guò）程（chéng），分析擺線輪的結構特性和使用工況要求，從工程角度出發，結合零件尺寸和形位的高精度要求，規劃（huá）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（cóng）擺線齒廓的精密加工、零件材料選擇與熱處理方案、尺寸精（jīng）度測量方案3方麵，重點分析擺線輪製造過程中應注意的工藝方法選擇、裝夾定（dìng）位基準控製、擺（bǎi）線參數設（shè）計、砂輪修整（zhěng）、熱處理後材料金相組（zǔ）織分析及擺線齒廓精（jīng）度（dù）評（píng）價等問題。為RV減速器中擺線類零件的設計（jì）與製造提供了借鑒和指導。
　　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（jiàn）具有高精度、低轉速、高負載和高可靠（kào）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（héng）擺線輪運動產生的偏心載（zǎi）荷。擺線輪的（de）製造精度要求達到微米級，以滿足R V減速器的綜合使用（yòng）性能，對（duì）設備、工藝和人員的要求較高。
　　案例1 RV減速（sù）器
　　目前，針對擺線輪的學術研究主要集中（zhōng）在擺線齒廓的修形、擺線針動靜力學的齧合特性及擺線齒廓精度檢測（cè）與評（píng）價。J.G.Blanche通過建立考慮製造誤差的（de）數學（xué）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（nèi）在關係。軒亮對新型FA傳動減速器擺線針輪部分的尺寸鏈進（jìn）行分析，研究各部分尺（chǐ）寸鏈的構成及封閉環的計算方法，並進行實例驗證。文（wén）獻分（fèn）別采用“偏心距+等（děng）距（jù）+移（yí）距”“等（děng）距+移距”及（jí）多點分段修形等方式，多角度對擺線齒廓進行修形研究，並對其修形效果進行驗證。楊玉虎建（jiàn）立了R V減速器中擺線（xiàn）行星等機構（gòu）精（jīng）度（dù）分析的誤差模型，揭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。鄭紅結合擺線（xiàn）輪零件工程設計案例紙，從工藝製造流程及生產關鍵要素（sù）控製等（děng）環節入（rù）手，深入（rù）探討了擺線輪的加工工藝，對（duì）工程實際生產有較大指導意義。付毅通過擺線（xiàn）傳動與有限元分析，確定了擺線輪的材料、加工工藝（yì）及（jí）磨削餘量，並設計熱處理工裝減少變量。王淑（shū）妍為獲（huò）得高精度錐形擺線輪齒廓麵，采用“圓弧砂輪”磨削加工，並進行理論和實物驗證（zhèng）。鄧效忠利用（yòng）成型法精密磨削（xuē）擺線，建立相應數學運動模型，重點對擺線廓線方法及砂輪實際修形軌跡進（jìn）行分析。文（wén）獻針（zhēn）對擺線輪實際加工過程（chéng）的加工流程、工藝（yì）方案，修形方法和製造過程進行詳（xiáng）細說明。為了減小擺線齒廓的測量誤差，文獻（xiàn）分別從測杆受力誤差，安裝軸（zhóu）線偏差及以節（jiē）點為單齒參考（kǎo）點的測量方案，尋求更為精度的擺（bǎi）線齒廓製造誤差。
　　通過以上分析，針對（duì）擺（bǎi）線輪的研究更多側重於擺線齒（chǐ）廓的研（yán）究，缺乏對擺線輪精密製造工藝的係統（tǒng）分析。本文從工程角度出發，分析擺線輪的結構（gòu）特征和（hé）使用工況要求，依據實際工程製造案例紙的設（shè）計要求，從擺線齒廓加工方法、材料選擇與熱處理方案、尺寸精度測量與評價3方麵對擺線輪（lún）的精密製造工藝進行詳細分析和（hé）介紹（shào），為擺線類零件的精密製造提供了借鑒和指導。
　　01
　　結構特征與製造工藝流程
　　擺線（xiàn）輪位於R V減速器第二級傳動位置（zhì），依托於減速（sù）器高精（jīng）度、高承（chéng）載等特點，擺線輪性能（néng）具體要求如舉例：1所示，零件結構示意如案例2所示。3處（chù）曲（qǔ）柄軸（zhóu）孔承接第一級行星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（kuò）通過與針齒齧合實現（xiàn）第（dì）二級低轉速（sù）大負載的傳動；零件設計輸入軸過孔和行（háng）星（xīng）架過孔，以滿足R V減速器結（jié）構緊湊的設計要求。
　　舉（jǔ）例：1擺線輪性能要求
　　案（àn）例2零件結構（gòu）示意（yì）案例（lì）
　　擺線輪關鍵加工尺寸如案例3所示，擺線（xiàn）輪的關鍵製造要素集中在左右兩端麵A、曲柄軸孔B和外擺線C，3處，製（zhì）造（zào）難度和重要性如舉例：2所示。
　　案例（lì）3擺線輪關鍵加工（gōng）尺寸
　　舉例：2關鍵製（zhì）造要素分析
　　由舉例：2可知，為保證R V減速器（qì）高精密傳動要求，擺線輪需先加工左右端麵A，再以A為基準加工3處曲（qǔ）柄（bǐng）軸孔B和外擺線C，尺寸和形位精度均控製在微米級。同時規範零件材料的（de）晶相組織（zhī）及熱處理方案，滿足高轉矩、大速比和（hé）高可靠性的應用工況要求。
　　基於上述分（fèn）析，提（tí）出（chū）擺線輪加工（gōng）工藝流程如舉例：3所（suǒ）示。
　　舉例：3工藝流程製（zhì）定
　　舉例（lì）：3中（zhōng）介紹了擺線輪加工的標準工藝流程，該流程涵蓋了該零件的整體製造（zào）脈絡。雖然（rán）製造企業對工藝認知（zhī）存在不同領域的（de）側重性和具體精密製造方法（fǎ）的差異性，但擺（bǎi）線輪（lún）精密製造最終均要落實到加工（gōng）餘量控製、加工基準選（xuǎn）擇以及裝夾定位誤差（chà）控製等方麵。
　　加工餘（yú）量控製主要涉及鍛造毛坯（pī）放（fàng）量（liàng）、工序間加工餘量分配、熱處理變形及去材（cái）變（biàn）形等。加工基準選（xuǎn）擇主要（yào）涉及關鍵尺（chǐ）寸（cùn）要素之間（jiān）製造銜接關（guān）係，精（jīng）加工之（zhī）前工序應多遵（zūn）循互為基準的原則，控製形位精度一致性；精加工工序（xù）應多遵循基準統一原（yuán）則，最大限度減少找正誤差，保證（zhèng）零件最終案例紙要（yào）求。裝夾（jiá）定位誤差控製主（zhǔ）要為設計與零件精度要求相匹（pǐ）配的工裝夾具，盡量保證關鍵製（zhì）造要素的一次加（jiā）工完成，最大限度降（jiàng）低機床、刀具及環境對零件精度的影響。
　　02
　　擺線（xiàn）齒廓加工
　　擺線齒廓加工精度直接影響R V減速器的綜合性能，相（xiàng）關企業和高校已（yǐ）將研究重點集中於齒廓的精密加工。目前，擺線齒廓加工方法主要有銑削、電加工和磨削，根據零件不同階（jiē）段硬（yìng）度與精（jīng）度的加工要求，齒廓粗加工對精度和舉例：麵粗糙度要求不高，一般采用銑削和電加工，是利用數控程序插補實現零件滲碳淬火前（qián）齒廓開粗的加（jiā）工方法；精加工（gōng）一般采（cǎi）用（yòng）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（cāo）度，其主要難點具體為磨削方法、零件裝夾定位、擺線齒廓參數設定及砂輪修（xiū）整。
　　擺線磨（mó）削方法
　　擺線磨削方法類比（bǐ）齒輪加工，主要分為成型法和展成法，如案例（lì）4所示。
　　案例4擺線磨削方法
　　成型法和（hé）展成法（fǎ）加工時，砂輪主軸與零件回轉主軸均呈90°布置，但（dàn）成型法是在高精度編（biān）碼器（qì）控製下，通過零件安裝軸的高精度分度實（shí）現擺線齒（chǐ）廓的逐齒加工；展成法是（shì）在高精度伺服電（diàn）機驅動下，精確控製零件安裝軸轉（zhuǎn）速實現擺線齒廓的連續加工。根據其加工原理的差異，采用成型法加工擺線需注意多個擺線齒之間的（de）角度誤差，而展成法加工擺（bǎi）線更多關注每個擺（bǎi）線齒自身的齒形公差。
　　零件裝夾定位
　　零件裝夾定位主要是根據既定的工藝路線（xiàn）與（yǔ）製造設（shè）備選擇不（bú）同的（de）裝夾方案，擺線輪（lún）常（cháng）用基準如案例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（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（yǐ）基準B和C裝夾零件，找正（zhèng）曲柄軸孔後（hòu）壓緊工（gōng）件，實現（xiàn）擺線加工。該方案操作簡單，但對曲柄軸孔與基準C的位（wèi）置度（dù）要求高，目前部分精密（mì）磨削設備具備雙主軸，可實現外齒廓和內孔的同時加工，保證擺線與曲柄軸孔的一次裝夾加（jiā）工完成，在這種情況下該（gāi）工藝方法不僅簡化（huà）工藝過程（chéng），提高加工效率，而且能夠保證形位精度。方案二（èr）是以基（jī）準B和A裝夾零件，直接壓緊擺線輪後加工擺線，該（gāi）方法最大好處是不再需要定位（wèi）基準（zhǔn）C作為中間基準，保證加（jiā）工後擺線齒廓與曲柄軸的形位（wèi）精度直接滿足（zú）零件的實際使用要求（qiú），但主要難（nán）點（diǎn）在於工裝的加工精度要與（yǔ）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（zhǎo）正時，要保證（zhèng）定位基準A和機床回轉主軸（zhóu）之間有較好的同軸度（dù）。
　　擺線齒廓參數設定
　　擺線齒廓參數設定（dìng）主要涉及擺線齒（chǐ）廓的修形曲線和加工（gōng）設備功能匹配。目前，擺線的標準齒廓曲（qǔ）線方程為（wéi）：
　　式中：xc及yc為擺線齒廓坐（zuò）標點（diǎn）；rp為針齒分度圓半徑；rrp為針齒（chǐ）半（bàn）徑（jìng）；θ為轉臂相對於某（mǒu）一（yī）針齒中（zhōng）心矢量的轉角；k1為短幅係（xì）數；iH為擺線輪與針輪的相對傳動比；e為偏心距；ZI為針齒數；ZC為擺線齒數。
　　目前（qián），專用磨削設備（bèi）均配備（bèi）擺線加工模塊，基於傳統修形方式，通過輸入相應的擺線設計參數實現零件修形加工。針對類擺線或特殊曲線（xiàn），還（hái）可通過特定曲線識別或者給定點坐標的方式（shì）進行加工，為保證最小曲率的（de）加工要求，給定曲（qǔ）線時一般采用差值擬合的方式（shì）。應注意不同磨削（xuē）設備齒廓曲線的識別要求，避免出現過切或幹涉等問題。
　　砂輪修（xiū）整
　　砂輪（lún）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（zhǒng）修整方式，如案例6所示。
　　案例6砂輪修整滾輪
　　成型滾（gǔn）輪是將擺線齒廓複（fù）刻到滾輪舉例：麵，再用（yòng）加工完成（chéng）的成型滾輪（lún）對砂輪舉例：麵進行修整，最終將砂輪修整（zhěng）成擺線（xiàn）廓線。該方法齒形固定，適合大批量生（shēng）產，但滾（gǔn）輪磨損後維修成本高。
　　CNC碟片外舉例：麵采用圓弧尖點形式，通過機（jī）床內部程序（xù）控製，直接（jiē）用（yòng）尖點將砂輪修整成擺線廓（kuò）線。該方法形式（shì）靈活，可以實時調整擺線曲線，但修整效率低，受機床與環境狀態影響較（jiào）大。
　　03
　　材料選擇與熱處理方案
　　擺線輪材料選擇時主（zhǔ）要側（cè）重於材料自身的淬透性（xìng）及重載（zǎi）情況下的抗衝擊特性。目前，常見（jiàn）材料（liào）為軸承鋼（GCr15）及低碳（tàn）合金鋼（CrMn、CrMo合金）。
　　軸承鋼（GCr15）廣泛應用（yòng）於（yú）軸承基體及R V減速器針齒銷製造，滿足（zú）強度承載要求，同時由於軸承、擺線輪和針（zhēn）齒整體的膨脹係（xì）數相同，選用該材料可提高擺線（xiàn）齧（niè）合精度的穩定性，但回火脆性大。低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）廣泛應用於行星齒輪減速器中，其熱（rè）處理工藝方法成熟，適用於機器人減速器重載、變載（zǎi）荷的工況要求，而且材料牌號種類多（duō），可（kě）選範圍（wéi）大，無回火脆性。
　　選（xuǎn）取某（mǒu）減速器擺線輪樣本（běn），對其進行化學成分分析，結果如（rú）舉（jǔ）例：4所示。通過C、Cr和Mo等核心成分（fèn）與20CrMo和（hé）GCr15進（jìn）行對（duì）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，如案例7所示。
　　舉例：4擺線輪成分對比（Wt%）
　　案例（lì）7擺線輪金相組（zǔ）織
　　案（àn）例7（a）和（b）分別展示了零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差異，心部回火托氏體+鐵素體居多。
　　通過（guò）上述（shù）分析，擺線輪（lún）材料多偏向於（yú）低碳合金鋼（CrMn、CrMo合金）材料，熱處理工藝更（gèng）多偏向於外（wài）部齒廓的滲碳和整體的淬火—回火。
　　04
　　尺寸精度測量與（yǔ）評價
　　擺線輪尺寸精（jīng）度（dù）測試難點主（zhǔ）要（yào）是測量外擺線（xiàn）齒形精度和曲柄軸孔與外擺線的位置（zhì）精度。
　　外擺線齒形精（jīng）度測量（liàng）方法主要有三坐標（biāo）逐點掃描法和光學投影法（fǎ），將得（dé）到的曲線與修形目標擺線對比，得出齒廓精（jīng）度範圍（wéi）。但這2種（zhǒng）方法均有各自缺點，三坐標逐點掃描法屬於多點接觸測量，效（xiào）率低，測頭磨損（sǔn）快，受零件加工（gōng）舉例：麵粗糙度影響大。光學投影法采用光源照射直接投（tóu）影的方（fāng）法獲得零件的輪廓，受零件邊緣加（jiā）工質量（如倒角、毛刺（cì）等）影（yǐng）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（yán）格把控舉例：麵粗糙度的情況下選用精度更高的三坐標逐點掃描法。
　　通過軟件計算，可以得到實際測出的擺線曲線與理（lǐ）論曲線對比案例，如案例8所示。得到兩（liǎng）條極限偏差曲線，兩（liǎng）曲線間距離δ就是（shì）擺線（xiàn）齒廓（kuò）的加工誤（wù）差。
　　案例8擺線測量曲線
　　曲柄軸孔與外（wài）擺線的位置精度（dù）主要（yào）是在擺線測量模塊的基礎上，加入常規位置孔的測量，形（xíng）成更為複雜（zá）的評價方（fāng）法，不僅需要考慮擺線齒形，還要考慮曲柄軸孔的（de）尺寸公差、圓度、多孔間分布（bù）精度及曲柄軸孔與外擺線的同軸度。由於涉及測量因素較多，該方麵的高精度（dù）測量方案和評價方法有待於進一步研究和完善。
　　05
　　結論
　　本文針對R V減速（sù）器核心零（líng）件擺線輪展開研究（jiū），從結構特征與（yǔ）製造工藝流程、齒（chǐ）廓精密加工（gōng）方案（àn）及工藝控製方法、加工常用材料及熱處理方法（fǎ）、測量技術與（yǔ）評價4個方麵詳細闡述了擺線輪精密製造所（suǒ）涉及（jí）的關鍵技術，得出以下結論：
　　（1）擺線輪齒廓（kuò）加工（gōng）時，若采用成（chéng）型法（fǎ）需（xū）注意多個（gè）擺線齒之間（jiān）的角度誤差，若采用（yòng）展成法（fǎ）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（gǔn）輪磨損後維修成本高；CNC碟片方（fāng）法形式靈活，但修整效（xiào）率低，受機床與環境狀態（tài）影響較（jiào）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（chǐ）廓的滲碳和（hé）整體（tǐ）的淬火—回火。
　　（4）三坐標逐點掃描法效（xiào）率低，測頭磨損（sǔn）快（kuài），受（shòu）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質量（liàng）影（yǐng）響（xiǎng）大，測量精度低於三坐標逐點掃（sǎo）描（miáo）法。曲柄軸孔與（yǔ）外擺線的位（wèi）置精度測（cè）量評價方法有待進一步完善。
　　經實際應用證明（míng），依據本文介紹技術進行加工滿足實際工況需求，為R V減速器擺線輪（lún）精密製造提（tí）供參考與借鑒。