CN102489960A - 机器人谐波减速器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人谐波减速器的制造方法，属于谐波减速器加工技术领域，包括柔轮的制造步骤和刚轮的制造步骤，所述柔轮的制造步骤包括：锻制成柔轮实心坯的锻坯步骤；将所述柔轮实心坯进行热处理，硬度达到HRC38-40；将热处理后的柔轮实心坯车制成薄壁柔轮半成品；用柔轮张紧夹具支撑所述柔轮半成品的内腔；将支撑后的柔轮半成品在磨床上磨制出柔轮外齿圈。本发明提高了柔轮以及刚轮的加工效率和加工精度，也增加了柔轮的硬度，延长了谐波减速器的使用寿命，广泛应用于谐波减速器的生产中。

Description

机器人谐波减速器的制造方法

技术领域

本发明涉及谐波减速器加工技术领域，尤其涉及一种机器人谐波减速器的制造方法。

背景技术

谐波减速器具有体积小、重量轻、传动平稳、无冲击、无噪音、运动精度高、传动比大、承载能力高等优点，广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业。谐波减速器包括带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）和波发生器。由于柔轮壁厚非常薄，且在传动过程中承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂，目前大都依靠进口。

在柔轮的加工过程中，目前国外采用的工艺是：车加工出薄壁柔轮本体，再滚制外齿圈，然后表面氮化处理，硬度达到HRC38-40。表面氮化处理需要在500°C高温下进行，对于薄壁柔轮来说，仍然会产生变形，并且滚齿得到的外齿圈表面粗糙度仅能够达到Ra6.3-3.2，这些都会导致谐波减速器啮合传动时产生噪音或者影响啮合精度。

国内采用的柔轮加工工艺一般是：先车加工出薄壁柔轮本体，然后滚制外齿圈。一般滚制外齿圈之前柔轮本体的硬度为HRC22-25，如果硬度达到HRC38-40，滚齿刀具便无法加工，如果加工好外齿圈再进行热处理，使其硬度达标的话，则无法控制其变形量，因此国内加工柔轮不进行热处理，这就必然导致柔轮的使用寿命低。由于柔轮本身壁薄，加工外齿圈的过程中易变形，热处理过程中也极容易发生变形，同样，滚齿得到的外齿圈表面粗糙度仅能够达到Ra6.3-3.2，所以国内很少有加工出合格的柔轮产品，导致谐波减速器的传动精度低，噪音大，使用寿命低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种机器人谐波减速器的制造方法，提高了柔轮的加工效率和加工精度，也增加了柔轮的硬度，延长了谐波减速器的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：机器人谐波减速器的制造方法，包括柔轮的制造步骤，所述柔轮的制造步骤包括：（1）锻制成柔轮实心坯的锻坯步骤；（2）将所述柔轮实心坯进行热处理，硬度达到HRC38-40；（3）将热处理后的柔轮实心坯车制成薄壁柔轮半成品；（4）用柔轮张紧夹具支撑所述柔轮半成品的内腔；（5）将支撑后的柔轮半成品在磨床上磨制出柔轮外齿圈。

作为一种改进，所述柔轮张紧夹具包括用于支撑柔轮内腔的支撑部件，所述支撑部件设有与柔轮内腔的内表面相抵的支撑部，所述支撑部件一端设有夹持部，另一端设有预紧部，所述夹持部和预紧部设置于所述支撑部的两侧；还包括用于将柔轮固定于所述支撑部件上的压紧部件，所述预紧部穿过所述压紧部件并与螺母相匹配。

作为进一步的改进，所述支撑部、夹持部和预紧部同轴设置为一体。

作为进一步的改进，所述支撑部的外周套设有张紧套，所述支撑部与张紧套之间设有配合斜面，所述张紧套上开设有沿所述张紧套周向分布的敞口槽，所述敞口槽的敞口位于所述张紧套的大径一端。

作为另一种改进，所述机器人谐波减速器的制造方法还包括刚轮的制造步骤，所述刚轮的制造步骤包括：（1）粗制刚轮半成品，将刚轮坯制成具有便于形成内齿圈轮齿的通孔；（2）内齿圈预成型，在所述刚轮半成品上粗制出刚轮内齿圈；（3）磨床磨制冷挤修正器，所述冷挤修正器上设有用于在刚轮上形成内齿圈标准齿形的刃部；（4）采用所述冷挤修正器对预成型的内齿圈进行冷挤压，至刚轮内齿圈成型。

作为进一步的改进，所述冷挤修正器对预成型的内齿圈进行冷挤压步骤包括：将刚轮固定安装于下模上，将冷挤修正器固定安装于与所述下模相对设置的上模上。

作为进一步的改进，所述刃部的端部具有导向部。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于柔轮的加工采用了锻坯、热处理、车、磨一系列工艺步骤，在车加工之前毛坯硬度已经达到HRC38-40，车床和磨床完全可以加工该硬度下的工件，并且磨床磨制外齿圈的工时较滚齿机滚制外齿圈所用的工时要少，其表面粗糙度可以达到Ra0.8，甚至能够达到Ra0.4，不仅提高了柔轮的硬度，还提高了外齿圈的表面质量，减小了传动噪音，提高了传动精度；在该工艺中，车、磨都属于精加工，不会导致薄壁柔轮的变形，完全满足了柔轮的抗疲劳强度、加工和热处理要求，延长了谐波减速器的使用寿命。

由于设计了用于支撑柔轮内腔的支撑部件，加工外齿圈时，将柔轮通过压紧部件和螺母固定于支撑部件上，然后机床夹紧夹持部，开始加工外齿圈，磨床刀具和柔轮外圈接触时便不会使柔轮壁产生变形，柔轮的成品合格率高，提高了加工效率，从而降低了柔轮的生产成本。

由于支撑部与张紧套之间设有配合斜面，张紧套上开设有敞口槽，张紧套可以通过在支撑部的移动而外径变大，使得柔轮内腔的内表面与张紧套结合的更加紧密，进一步减小了磨床刀具加工外齿圈时薄壁柔轮产生的变形量，从而进一步提高了柔轮成品的合格率。

由于设计了带有用于在刚轮上形成内齿圈的刃部的冷挤修正器，且冷挤修正器固定于上模上，刚轮固定于下模上，当上模相对下模相对运动时，刃部变可以在刚轮的预成型内齿圈上形成标准内齿圈，一次成型，较传统的插齿大大提高了加工效率；并且一次成型所成型的标准内齿圈的各齿的齿形一致，提高了刚轮的加工精度，保证了刚轮与柔轮之间的传动精度，从而延长了谐波减速器的使用寿命；由于冷挤压成型使得内齿圈的光洁度得到提高，降低了传动噪音，改变了内齿圈表面的金相组织，提高了密实性，提高了刚轮内齿圈的表面硬度，从而进一步延长了刚轮的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例柔轮张紧夹具的结构示意图；

图2是张紧套的结构示意图；

图3是本发明实施例刚轮工装的结构示意图；

图4是冷挤修正器的结构示意图；

图中：1、支撑部件，11、支撑部，12、夹持部，13、预紧部，2、压紧部件，3、螺母，4、柔轮，41、外齿圈，42、端面凸台，5、张紧套，51、敞口槽，6、上模，61、导向套，7、下模，71、导向杆，8、刚轮，9、冷挤修正器，91、刃部，92、导向部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1和图2共同所示，一种机器人谐波减速器的制造方法，包括柔轮的制造步骤，所述柔轮的制造步骤包括：（1）锻制成柔轮实心坯的锻坯步骤；（2）将所述柔轮实心坯进行热处理，硬度达到HRC38-40；（3）将热处理后的柔轮实心坯车制成薄壁柔轮半成品；（4）用柔轮张紧夹具支撑所述柔轮半成品的内腔；（5）将支撑后的柔轮半成品在磨床上磨制出柔轮外齿圈41，通过实践得出，磨床磨制外齿圈41的工时较滚齿机滚制外齿圈41所用的工时要少，其表面粗糙度可以达到Ra0.8，甚至能够达到Ra0.4，不仅提高了柔轮4的硬度，还提高了外齿圈41的表面质量，传动过程中，提高了传动精度，降低了传动噪音；在该工艺中，车、磨都属于精加工，不会导致薄壁柔轮4的变形，完全满足了柔轮4的抗疲劳强度、加工和热处理要求。

所述柔轮张紧夹具包括用于支撑柔轮4内腔的支撑部件1，所述支撑部件1设有与柔轮4内腔的内表面相抵的支撑部11，所述支撑部件1一端设有夹持部12，夹持部12可以是圆柱状，也可以根据所用机床的卡盘而设计成与之相匹配的其他形状，另一端设有预紧部13，预紧部13设计为一螺杆状，所述夹持部12和预紧部13设置于所述支撑部11的两侧；机器人谐波减速器柔轮张紧夹具还包括用于将柔轮4固定于所述支撑部件1上的压紧部件2，所述压紧部件2具有一个与柔轮4的端面凸台42相对应的凹槽，凹槽的深度与端面凸台42的高度相等，凹槽的内径与端面凸台42的外径相同，所述预紧部13穿过所述压紧部件2并与螺母3相匹配。作为一种较佳方案，所述支撑部11、夹持部12和预紧部13同轴设置为一体。

所述支撑部11的外周套设有张紧套5，所述支撑部11与张紧套5之间设有配合斜面，预紧部13位于支撑部11的小径一端，所述张紧套5上开设有沿所述张紧套5周向分布的敞口槽51，所述敞口槽51的敞口位于所述张紧套5的大径一端。

操作时，首先将张紧套5安装于支撑部件1上，然后将加工成半成品的柔轮4套装于张紧套5上，张紧套5的外表面与柔轮4内腔的内表面相抵靠，预紧部13穿过柔轮4的中心孔，然后穿过压紧部件2，预紧部13与螺母3配合，旋紧螺母3，半成品柔轮4便固定于张紧套5上，继续旋紧螺母3，给压紧部件2施加预紧力，支撑部件1与张紧套5便发生相对运动，支撑部11的大径一端向张紧套5小径一端移动，由于张紧套5上设有敞口槽51，在预紧力的作用下迫使张紧套5张紧柔轮4内腔，使得柔轮4内腔的内表面与张紧套5结合密实，将夹持部12安装于机床的卡盘上，刀具便可以加工柔轮4的外齿圈41，由于柔轮4内腔的内表面与张紧套5结合密实，薄壁柔轮4产生的变形量小，加工出的柔轮4合格率大大提高。

作为谐波减速器的一部分，带有内齿圈的刚轮8在加工过程中相对比较简单，因为刚轮8本身厚度较大，热处理过程中变形量容易控制，机械加工也相对容易，刚轮8内齿圈的加工通常采用插齿完成，目前普遍存在效率低，加工精度不高，传动精度低的缺陷，从而导致谐波减速器的使用寿命降低，针对上述缺陷，申请人也做了相应的改进。

如图3和图4共同所示，所述机器人谐波减速器的制造方法还包括刚轮的制造步骤，所述刚轮的制造步骤包括：（1）粗制刚轮半成品，将刚轮坯制成具有便于形成内齿圈轮齿的通孔；（2）内齿圈预成型，在所述刚轮半成品上粗制出刚轮内齿圈，通常，采用插床插出刚轮8的内齿圈，留有加工余量，使得内齿圈预成型；（3）磨床磨制冷挤修正器9，所述冷挤修正器9上设有用于在刚轮上形成内齿圈标准齿形的刃部91，刃部91是在磨床上磨制得到的，表面粗糙度可以达到Ra0.8，甚至能够达到Ra0.4，刃部91的齿形按照事先实验好的齿形精加工而成，以确保刚轮8的内齿圈与柔轮4的外齿圈41在传动时相匹配；（4）采用所述冷挤修正器对预成型的内齿圈进行冷挤压，至刚轮内齿圈成型，所述刃部91的端部具有导向部92，采用所述冷挤修正器9对预成型的内齿圈进行冷挤压，至刚轮8内齿圈成型，这个过程通常采用刚轮工装来实现，所述冷挤修正器9对预成型的内齿圈进行冷挤压步骤包括：将刚轮8固定安装于下模上，将冷挤修正器9固定安装于与所述下模相对设置的上模上，所述上模6与下模7之间设有导向杆71，通常导向杆71固定安装于下模7上，所述上模6上固定安装有导向套61，所述导向杆71滑动安装于所述导向套61内，当然，导向杆71也可以固定安装于上模6上。

操作时，将刚轮8固定安装于下模7上，将冷挤修正器9通过螺母或者夹紧装置固定安装于上模6上，上模6固定于压力机的活动模上，下模7固定于压力机的固定模上，冷挤修正器9的中心与刚轮8预成型的内齿圈中心同轴，启动压力机，上模6便沿导向杆71向下模7移动，在导向部92的导向作用下，刃部91在刚轮8预成型的内齿圈上通过冷挤压便成型为刚轮成品，所形成的标准内齿圈齿形一致，变形量小，提高了内齿圈的表面质量，光洁度得到提高，降低了传动噪音，改变了内齿圈表面的金相组织，提高了密实性，提高了刚轮内齿圈的表面硬度，从而进一步延长了刚轮的使用寿命。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.机器人谐波减速器的制造方法，包括柔轮的制造步骤，其特征在于，

所述柔轮的制造步骤包括：

（1）锻制成柔轮实心坯的锻坯步骤；

（2）将所述柔轮实心坯进行热处理，硬度达到HRC38-40；

（3）将热处理后的柔轮实心坯车制成薄壁柔轮半成品；

（4）用柔轮张紧夹具支撑所述柔轮半成品的内腔；

（5）将支撑后的柔轮半成品在磨床上磨制出柔轮外齿圈。

2.如权利要求1所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述柔轮张紧夹具包括用于支撑柔轮内腔的支撑部件，所述支撑部件设有与柔轮内腔的内表面相抵的支撑部，所述支撑部件一端设有夹持部，另一端设有预紧部，所述夹持部和预紧部设置于所述支撑部的两侧；还包括用于将柔轮固定于所述支撑部件上的压紧部件，所述预紧部穿过所述压紧部件并与螺母相匹配。

3.如权利要求2所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述支撑部、夹持部和预紧部同轴设置为一体。

4.如权利要求3所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述支撑部的外周套设有张紧套，所述支撑部与张紧套之间设有配合斜面，所述张紧套上开设有沿所述张紧套周向分布的敞口槽，所述敞口槽的敞口位于所述张紧套的大径一端。

5.如权利要求1至4所述的任一权利要求所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述机器人谐波减速器的制造方法还包括刚轮的制造步骤，所述刚轮的制造步骤包括：

（1）粗制刚轮半成品，将刚轮坯制成具有便于形成内齿圈轮齿的通孔；

（2）内齿圈预成型，在所述刚轮半成品上粗制出刚轮内齿圈；

（3）磨床磨制冷挤修正器，所述冷挤修正器上设有用于在刚轮上形成内齿圈标准齿形的刃部；

（4）采用所述冷挤修正器对预成型的内齿圈进行冷挤压，至刚轮内齿圈成型。

6.如权利要求5所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述冷挤修正器对预成型的内齿圈进行冷挤压步骤包括：

将刚轮固定安装于下模上，将冷挤修正器固定安装于与所述下模相对设置的上模上。

7.如权利要求5所述的机器人谐波减速器的制造方法，其特征在于，所述刃部的端部具有导向部。

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