CN104625664A - 一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，涉及谐波减速器。将粗加工过的柔轮毛坯在精密车床上加工成柔轮半成品；将得到的柔轮半成品套在液性塑料薄壁套筒夹具上进行定位和夹紧，采用螺母和垫片固定柔轮杯底，然后在精密数控车床上车制出沿齿向的齿顶鼓形面；采用精密对正仪使配有齿轮刀具的数控精密插齿或滚齿机床与车制后的工件精密对中，并用椭圆芯轴夹具对柔轮进行定位；在数控插齿或滚齿机上通过多轴联动控制对柔轮沿齿向的齿厚鼓形面进行加工，加工时椭圆芯轴夹具长轴方向固定，并确保刀具轴线的中点在加工时始终与椭圆芯轴的长轴对齐，同时柔轮围绕椭圆芯轴转动，通过齿轮刀具与柔轮的展成运动加工出柔轮齿廓。
Description
技术领域
本发明涉及谐波减速器，尤其是涉及一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法。
背景技术
谐波减速器是一种依靠柔性齿轮弹性变形实现运动和动力传递的传动齿轮装置。如图1所示，谐波减速器由波发生器1、柔轮2、刚轮3和柔性轴承4等基本构件组成。波发生器安装在柔轮内部，其轮廓是椭圆或近似椭圆的曲线。在波发生器与柔轮相对旋转中，迫使柔轮按一定规律在其长轴端产生椭圆状的径向变形。在工作中柔轮长轴两端的齿与刚轮啮合，而在短轴处则完全脱开。随着波发生器与柔轮的连续相对旋转，使得柔轮变形不断变换，柔轮轮齿和刚轮循环进行啮入、啮合、啮出、脱开的错齿传动。由于谐波传动具有精度高、传动比大、效率高、体积小、回差小、可向密闭空间传递运动等特点，因此被广泛应用于机器人、空间技术、电子制造技术等各领域中，目前有近90％的谐波齿轮装置应用在机器人工业和需要进行精密定位的行业中。
柔轮在工作时承受着交变载荷的作用，为了避免空间扭转变形带来的干涉和接触强度降低，可将柔轮齿廓设计成双向鼓形，从齿向上看，如图2所示，齿顶圆直径呈现鼓形状变化，如图3所示，齿厚呈鼓形状变化。由于谐波减速器中的柔轮壁薄，挠性较大，加工外齿圈齿廓容易产生变形，因此对于双向鼓形柔轮的加工有一定难度。
中国专利CN103481041A公开一种谐波减速器柔轮的加工方法，其包括依次进行的下料工序、锻造整形工序、正火热处理工序、旋压工序、CNC车床车削工序、CNC铣床插齿工序以及冲压整形工序，冲压整形工序通过冲压机与冲压整形模具配合，冲压整形模具上模座、上垫板、上固定板、下模座、下垫板、下固定板、整形上模、定位柱、压板、胀紧环、胀紧环压板及锁紧螺丝，整形上模芯部开设整形内齿轮孔；压板卡持固定半成品柔轮固定部，定位柱、胀紧环、胀紧环压板及锁紧螺丝配合并固定半成品柔轮中心孔，整形内齿轮孔对外齿轮部轮廓进行整形。
中国专利CN103954447A公开一种谐波减速器用柔性齿轮的切削误差测量方法。激光探头发出两道距离一定的平行激光束，分别射在不同的齿面上，再由探头输出各自测出的距离。若出现过切或欠切，齿厚必然会发生变化，从而导致探头输出信号的变化，由滚齿机的切削深度和刀具磨损引起的切削误差就可以由输出信号的差异计算出来，同时还可以通过旋转齿轮，测量其全齿来降低由于调整齿轮和探头相对位置引起的定位误差，达到制造质量控制的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法。
本发明包括下列步骤：
1)将粗加工过的柔轮毛坯在精密车床上加工成柔轮半成品；
2)将步骤1)得到的柔轮半成品套在液性塑料薄壁套筒夹具上进行定位和夹紧，采用螺母和垫片固定柔轮杯底，然后在精密数控车床上车制出沿齿向的齿顶鼓形面；
3)采用精密对正仪使配有齿轮刀具的数控精密插齿或滚齿机床与车制后的工件精密对中，并用椭圆芯轴夹具对柔轮进行定位；
4)在数控插齿或滚齿机上通过多轴联动控制对柔轮沿齿向的齿厚鼓形面进行加工，加工时椭圆芯轴夹具长轴方向固定，并确保刀具轴线的中点在加工时始终与椭圆芯轴的长轴对齐，同时柔轮围绕椭圆芯轴转动，通过齿轮刀具与柔轮的展成运动加工出柔轮齿廓。
在步骤2)中，所述液性塑料薄壁套筒夹具的型腔中注满液性塑料，旋转螺钉通过柱塞向腔内加压时，液性塑料便向各个方向传递压力，在压力作用下可使薄壁套筒产生径向均匀的弹性变形，从而定位夹持柔轮内孔，并采用螺母和垫片固定柔轮杯底。
在步骤3)中，所述椭圆芯轴夹具的轮廓按照波发生器凸轮形状设计而成，椭圆芯轴的材料为20Cr低碳合金钢，并进行渗碳淬火处理，硬度为54～58HRC。椭圆芯轴的圆周装有滚珠导套，加工时柔轮与椭圆芯轴之间形成过渡配合下的滚动接触，椭圆芯轴与滚珠导套配合精度可保证在±0.005mm；所述椭圆芯轴与定位轴固连，所述柔轮与数控精密旋转工作台固连。
本发明的有益效果是：本发明实现了以精密定位方式、高的性价比保证了加工的精度和效率。采用液性塑料薄壁套筒夹具定位准确、可靠，使用方便、快捷。采用精密椭圆心轴可模拟实际波发生器与柔轮的配合，同时采用多轴联动控制技术，通过齿轮刀具的运动与数控旋转工作台的运动形成展成运动加工出柔轮的齿廓齿形。采用该方法能够很好保证加工的精度和效率。
附图说明
图1为现有的谐波减速器的主要零部件示意图。在图1中，各标记为：1、波发生器；2、柔轮；3、刚轮；4、柔性轴承。
图2为现有的柔轮双向鼓形齿廓沿齿向的齿高变化示意图。
图3为现有的柔轮双向鼓形齿廓沿齿向的齿厚变化示意图。
图4为液性塑料薄壁套筒夹具工作示意图。在图4中，各标记为：5、夹具体；6、薄壁套筒；7、液性塑料；8、柱塞；9、旋转螺钉；10、柔轮半成品；11、垫片；12、限位螺钉；13、螺母。
图5为精密椭圆芯轴夹具结构示意图。
图6为图5的侧视图。
在图5和6中，各标记为：14、椭圆芯轴；15、滚珠导套；16、滚珠。
图7为沿齿向的齿厚鼓形齿廓加工示意图。在图7中，各标记为：17、定位轴；18、齿轮加工刀具；19、电机；20、光电传感器；21、车削后的柔轮半成品；22、顶尖；23、旋转工作台；24、椭圆芯轴夹具；A、数控系统。
图8为图7的A-A剖视示意图。
具体实施方式
下面结合图4～6对本发明的实施例作进一步说明。
对于某双向鼓形短筒柔轮谐波齿轮，其柔轮加工包括下列步骤：
(1)将柔轮毛坯在精密车床上车制成柔轮半成品10；
(2)将柔轮半成品10套在薄壁套筒6上，在夹具体5的环槽中注满了液性塑料7。旋转螺钉9通过柱塞8向腔内加压时，液性塑料7便向各个方向传递压力，在压力作用下薄壁套筒6产生径向均匀的弹性变形，采用螺母13和垫片11固定柔轮杯底，然后车制出沿齿向的齿顶鼓形面；
(3)采用精密对正仪使配有齿轮刀具18的数控精密插齿或滚齿机床与车制后的柔轮工件21精密对中，精度保证在±0.003mm以内，并用椭圆心轴夹具24和精密旋转工作台23对柔轮进行定位；椭圆芯轴夹具24套在定位轴17上，并通过螺栓与定位轴17固连，定位轴17下端由固定顶尖22支撑，上端为花键凸缘，与电机19输出轴的花键槽实现配合，机床带有光电传感器20检测椭圆芯轴14的长轴S点位置，当长轴位置偏离时可以通过电机19带动定位轴17进行自动调整，以确保椭圆芯轴长轴方向固定。
(4)在数控插齿机上通过多轴联动控制对柔轮轮廓进行加工。加工中刀具18轴线始终与椭圆芯轴夹具24的长轴对齐，齿轮刀具18的运动(C1)与数控旋转工作台23的运动(C2)形成展成运动加工出柔轮的齿廓齿形，齿轮刀具18的上下运动(Z)与径向运动(X)实现齿廓沿齿向的齿厚鼓形面加工。
本发明还有其他多种实施例，该发明涉及的柔轮双向鼓形齿廓不限于实施例中的短筒谐波齿轮，本发明中提供的柔轮齿廓的数控加工方法适用于采用双向鼓形齿廓的各种谐波减速器柔轮加工。
Claims (6)
1.一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于包括下列步骤：
1)将粗加工过的柔轮毛坯在精密车床上加工成柔轮半成品；
2)将步骤1)得到的柔轮半成品套在液性塑料薄壁套筒夹具上进行定位和夹紧，采用螺母和垫片固定柔轮杯底，然后在精密数控车床上车制出沿齿向的齿顶鼓形面；
3)采用精密对正仪使配有齿轮刀具的数控精密插齿或滚齿机床与车制后的工件精密对中，并用椭圆芯轴夹具对柔轮进行定位；
4)在数控插齿或滚齿机上通过多轴联动控制对柔轮沿齿向的齿厚鼓形面进行加工，加工时椭圆芯轴夹具长轴方向固定，并确保刀具轴线的中点在加工时始终与椭圆芯轴的长轴对齐，同时柔轮围绕椭圆芯轴转动，通过齿轮刀具与柔轮的展成运动加工出柔轮齿廓。
2.如权利要求1所述一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于在步骤2)中，所述液性塑料薄壁套筒夹具的型腔中注满液性塑料。
3.如权利要求1所述一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于在步骤3)中，所述椭圆芯轴夹具的轮廓按照波发生器凸轮形状设计而成。
4.如权利要求1所述一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于在步骤3)中，所述椭圆芯轴的材料为20Cr低碳合金钢，硬度为54～58HRC。
5.如权利要求1所述一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于在步骤3)中，所述椭圆芯轴的圆周装有滚珠导套，柔轮与椭圆芯轴之间形成过渡配合下的滚动接触，椭圆芯轴与滚珠导套配合精度为±0.005mm。
6.如权利要求1所述一种谐波减速器柔轮双向鼓形齿廓的数控加工方法，其特征在于在步骤3)中，所述椭圆芯轴与定位轴固连，所述柔轮与数控精密旋转工作台固连。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |