CN102489960B - 机器人谐波减速器的制造方法 - Google Patents

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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
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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
[0005] 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。
[0006] 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:(I)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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 作为进一步的改进,所述刃部的端部具有导向部。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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
[0017] 图1是本发明实施例柔轮张紧夹具的结构示意图;
[0018] 图2是张紧套的结构示意图;
[0019] 图3是本发明实施例刚轮工装的结构示意图;
[0020] 图4是冷挤修正器的结构示意图;
[0021] 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
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023] 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:(I)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。
[0024] 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I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I 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I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。
[0025] 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。
[0026] 操作时,首先将张紧套5安装于支撑部件I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I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合格率大大提闻。
[0027] 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。[0028] 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:(I)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。
[0029] 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。
[0030] 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,所述柔轮的制造步骤包括:(I)锻制成柔轮实心坯的锻坯步骤;其特征在于,还包括(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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