机器人关节减速器广泛用于工业机器人、机床和医疗检测设备，而针对机器人减速器关键性零件针齿壳的批量加工却是一个难题，经过作者分析，结合实际，设计出一套针对内针齿加工的磨具，安装在磨外齿的成形磨齿机上，既解决了内针齿难以批量加工的问题，又节省了购置设备的成本。
机器人关节减速器（见图1）属于RV传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，具有体积小、质量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高及传动平稳等一系列优点，被广泛应用于工业机器人、机床和医疗检测设备。
图1 机器人减速器
我公司在机器人减速器研发方面取得突出成绩，在国内市场中占有一席之地。但针对机器人减速器关键性零件针齿壳（见图2）的批量加工却是一个难题。如果产品要批量加工，购买内齿磨机床是解决问题的最直接方法，但这需要大量资金投入，经过论证，决定在成形磨齿机YK7332A的基础上加装专门磨针齿的内磨具，这样既能最大限度的减少资金投入，又能充分发挥公司磨齿机产品的高质量、高精度和高效率的优势。
图2 针齿壳
首先， 对零件（ 见图3 ）进行分析， 针齿壳的内圆周上分布了4 0 -φ 8 H 7 的针销半圆孔， 加工要求：各孔相邻公差0.005mm、累积公差0.015mm，齿向公差0.005mm，径向圆跳动0.015mm，表面粗糙度值Ra＝0.4μm，位置度公差0.008mm，齿部与标准量棒复触沿齿向及圆周方向大于85%。
YK7332A是成形磨齿机，可以磨削齿轮、蜗杆和花键，加工精度最高可达3级。如何做到内针齿磨具和机床的最佳配合，是达到设计要求的保证，如何做到磨具的精度、刚度和稳定性满足零件加工要求则是设计的关键。
YK7332A成形磨齿机的分度精度0.002mm，完全能满足针齿壳的相邻公差、累积公差的加工要求，而针齿的齿形、径向圆跳动、表面粗糙度及复接触要求取决于磨具的精度。磨具的刚性是影响磨削质量的重要因素，第一次的设计中，磨具直接安装在原机床磨具座的端面（见图4、图5），刚性较差，受力不均匀，重新设计后，将内针齿磨具直接安装在机床主轴模具座拖板上，并去掉安装板，这样就保证了磨具的刚性，直接通过机床主轴带动旋转，减少了中间传动环节，提高了传动效率和安装的可操作性、可靠性。
图3 零件
图4 外形
图5 结构
磨具的精度保持性和高互换性是提高磨削效率的关键，第一次的设计中，按照通常思路，轴承内圈转动，带动砂轮磨削工件，由于结构限制，无法加密封，砂粒、切屑随着切削液流入磨具内部。轴承损坏较快，更换砂轮时，先要把主轴从轴承中取出，反复几次，对轴的损伤很大，精度也严重走失。
经过分析论证，在磨具的设计中，将支架的一体设计改成分体设计，增加夹紧板，将旋转部件的分散安装改成一体安装设计，将轴承装配于轴承座内，内圈与轴固定，改变轴及轴承内圈转动的定势思维，利用轴承外圈转动，轴承座外圆上安装磨削砂轮，更换砂轮时，只需要松开螺钉，拆下夹紧板，即可快速更换砂轮，在这个更换过程中对旋转精度、定位精度及轴承精度没有任何影响。在壳体与轴之间，增加了德氏封密封，既不影响砂轮的高速旋转，又能防止磨粒和切屑进入到轴承内部，达到良好的密封效果。旋转部件的一体设计，既能保持磨具精度的稳定，又能实现快速更换的要求。为针齿壳的大批量生产打下坚实的基础。针齿壳磨具结构如图6所示。
图6 针齿壳磨具结构
1、6、8、19－垫圈 2－锁紧螺母 3－压盖 4、12、20、22－螺钉 5－调整垫圈 7－砂轮 9－轴承 10－调整环 11－夹紧板
13－轴 14－密封圈 15－壳体 16－支架 17－楔形带 18－主带轮 21－胀套 23－螺母 24－外隔套 25－内隔套
保证针齿壳加工精度的决定性因素就是磨具的总体综合精度， 这就要求磨具装配前各个零件的加工精度都达到设计要求。其中，磨具回转轴的跳动及轴向窜动又特别关键，结合国外的先进经验， 对轴承座、轴及各种回转零件的精度都作了要求，各外圆对基准同轴度要求是0.001mm，在装配时，又精心调整了轴承的轴向间隙，最终保证了磨具的综合精度。
楔形带的运用，使砂轮运转更加平稳，其和机床主轴的弹性联接，便于转速的平稳调节。
磨具回转中的动态刚性，也是影响磨具精度的一个重要因素，设计中，增加了轴两端的螺钉，作用就是给轴施加一个轴向预紧力，使磨具在运转中，能保持稳定的动态刚度。
在保证零件加工精度的前提下，与机床的良好配合是发挥磨具功能的保证，设计中，将磨具安装于机床拖板之上，动力来源是原机床的主轴电动机，磨具的转速就可以通过机床的控制自动调节。砂轮的修形也可以由机床的修形机构来完成。磨具最大限度的和机床融为一体，成为机床的一个部件，而不仅仅只是做为一个功能部件存在。
经过车间实践验证，这套内针齿磨具在使用中，刚性可靠，加工的零件达到精度要求，而且精度持续稳定。轴承的更换频率由五、六天一次，降低到三个月甚至半年一次。班产也由原先每班一件提高到每班五件。这套针齿壳磨具在后来又陆续生产了数套，现在已完全满足了我公司机器人减速器针齿壳的大批量生产要求。
综上所述，只有在设计工作中，充分考虑到各种影响因素，精心设计借鉴各种先进经验，才能设计出好的产品。
本文发表于《金属加工（冷加工）》2019年第11期43-45页，作者： 秦川机床工具集团股份公司贾竞雄、陈华平、郭瑞 ，原标题：《针齿壳内针齿磨具的设计》。
