CN107081483A - 机器人关节用rv减速器摆线轮精密磨床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，包括床体及相应的X向组件、Y向组件、Z向组件，X向组件通过X轴静压导轨和X轴驱动电机移动，Y向组件和Z向组件同理，Z向组件上设置静压磨削主轴和磨削头，磨削主轴上设置动平衡头，本发明采用高刚度静压头尾架对工件进行定位、夹紧及支撑，采用静压磨削主轴为磨削砂轮提供主切削力，采用静压轴承固定、支承转轴；以上静压机构应用于高精密磨床优点突出：精度高，刚度大，承载能力强，动平衡优秀，减震性能优异，对机床热输入极小，可提高切削力，缩短加工时间；静压传动机构配合超精密编码器的闭环传动系统完全满足工艺要求。

Description

机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床

技术领域

本发明涉及一种专用磨床，尤其涉及一种适用于减速器摆线轮的精密磨床。

背景技术

工业机器人高精密摆线减速器是我国核心基础零部件薄弱的典型代表。2013年我国工业机器人购买量首次超过日本，成为全球第一。而作为工业机器人核心部件的高精密减速器仍然被国外垄断，严重制约了我国工业机器人产业的发展，截止目前，RV减速器国产化尚无实质性突破。

RV减速器在保证传动精度的前提下，需要在紧凑空间内传递大扭矩，承受过载冲击，并且预期工作寿命长，因而在设计上使用了过定位结构。过定位设计带来了极高的加工精度和装配工艺要求，尺寸控制精度动辄是微米及角秒级别，明显超过一般精密加工的范围，规模化生产受到加工设备、加工工艺及装配技术的严重制约。正因为机器人超精密减速器极高的加工精度和装配工艺要求，使得一般企业难以企及，特别是高精度机器人超精密减速器产品主要依赖进口，目前75％的市场份额被两家日本公司(Nabtesco公司和HarmonicDrive公司)垄断。

由于机器人关节用RV减速器制造的核心技术是由日本纳博特斯克株式会社掌握的，因此该技术已经由其垄断市场二十余年。国际上知名的高精度磨床制造企业有十几家，可是真正能够满足RV减速器核心零部件摆线轮加工精度的加工设备十分稀少，个别企业的设备也仅用于科研试制，只有瑞士“美盖勒”的成型磨齿机床在斯洛伐克SPINEA公司有销售业绩，国内南通振康、山东帅克等机器人RV超精密减速器企业也购买了这家企业的设备，但根据反馈，美盖勒的设备效率很低，不能符合批产要求，制造成本居高不下，且制造出的产品质量也并不稳定。

近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如山东帅克、南通振康、浙江恒丰泰、浙江双环、(重庆大学)机械传动国家重点实验室、天津减速机厂、秦川机床厂、大连交通大学等，但目前在RV减速器的量产工艺方面没有很好的解决方案，RV减速器的国产化尚未取得实质性的突破。

发明内容

减速器是装备制造业必不可少的核心基础零部件，而高精密减速器一直是我国装备制造业的短板，长期依赖进口。本次发明的专用成型磨床主要用于解决适合机器人关节用高精密RV减速器关键零部件——摆线齿轮——的量产工艺，以完成加工中最重要也是最困难的最后一道精磨工序，既能保证摆线齿轮的高加工精度与高工作效率，又能保证高效制造与稳定生产，能有效控制住经济成本。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，包括床体，还包括：

X向组件，包括X轴载板，所述X轴载板滑动设置在床体上，X轴载板上端面设置同轴心布置的静压头架和静压尾尖，所述静压头架上设置RV摆线轮夹具；

Y向组件，包括Y轴载板，所述Y轴载板滑动设置在床体上，Y轴载板上端面设置Y向滑台，下端面设置Y向滑轨座和Y向丝杠螺母，所述Y向滑轨座与设置在床体上的Y轴静压导轨滑动配合，所述Y向丝杠螺母与Y轴静压丝杠配合，所述Y轴静压丝杠一端与Y轴驱动电机联接，另一端与Y轴丝杠轴承连接；

Z向组件，包括Z轴载板，所述Z轴载板滑动设置在Y向滑台的前端，Z轴载板的前端面设置静压磨削主轴和磨削砂轮，后端面设置Z向滑轨座和Z向丝杠螺母，所述Z向滑轨座与设置在Y向滑台前端面的Z轴静压导轨滑动配合，所述Z向丝杠螺母与Z轴静压丝杠配合，所述Z轴静压丝杠一端与Z轴驱动电机联接，另一端与Z轴丝杠轴承连接。

进一步地，还包括测量仪，所述测量仪设置在磨削砂轮的旁边，优选地，可以设置在砂轮罩上。

进一步地，所述X轴载板下端面设置有X向滑轨座和X向丝杠螺母，所述X向滑轨座与设置在床体上的X轴静压导轨滑动配合，所述X向丝杠螺母与X轴静压丝杠配合，所述X轴静压丝杠一端与X轴驱动电机联接，另一端与X轴丝杠轴承连接。

进一步地，所述静压头架上还安装有修整砂轮驱动电机，修整砂轮驱动电机工作端安装修正砂轮。

进一步地，所述床体为T型台结构，T型台结构的前端布置X向组件，后端布置Y向组件。

进一步地，所述X轴静压导轨、Y轴静压导轨、Z轴静压导轨均设置为两根。

本发明的有益效果在于：

1、床体采用矿物铸件，与铸铁相比，线性收缩小，成型公差小，耐腐蚀性好，吸震性好，浇筑温度低、无内应力，对油、冷却液、和其它的腐蚀性液体有很好的抗腐蚀性能，最终精度远远高于铸铁。

2、磨床X、Y、Z三向行程的移动机构采用静压导轨，相比普通的直线导轨，静压导轨没有跳动，低速时没有摩擦阻力，进给可小于0.1μm，最大载荷时也没有磨损，精度永不损失，减震性优异，提高工件表面质量和刀具寿命。

3、采用静压丝杠驱动静压导轨移动，静压丝杠的摩擦力和速度成正比，低速时几乎为零，定位精度极高，步长极小(0.01μm、0.1μm)，进给速度极慢，在动载情况下，静压丝杠减震性能极佳，完全消除了滚柱丝杠具有的震动和噪声。

4、采用高刚度静压头尾架对工件进行定位、夹紧及支撑，采用静压磨削主轴为磨削砂轮提供主切削力，采用静压轴承固定、支承转轴；以上静压机构应用于高精密磨床优点突出：精度高，刚度大，承载能力强，动平衡优秀，减震性能优异，对机床热输入极小，永不磨损，可提高切削力，缩短加工时间；静压传动机构配合超精密编码器的闭环传动系统完全满足工艺要求。

5、采用磨削循环控制技术，即时回馈磨床工作状态，通过测量仪传感器进行磨削接触点探测，系统具有修整砂轮控制与防碰撞功能，能实时在线监测磨削工件，执行超时提示异常报警，保证加工质量，提升生产效率，提高设备稳定性，有效节省停机时间与成本。

6、采用砂轮动平衡控制技术，将动平衡头安装于磨削主轴上，能自动平衡磨削砂轮，提高加工质量，减少废品及返工，延长主轴、砂轮及修整器寿命，提高设备稳定性和效率，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中：1、床体，2、X轴载板，3、待加工RV摆线轮，4、RV摆线轮夹具，5、X轴静压导轨，6、X轴静压丝杠，7、X轴丝杠轴承，8、静压头架，9、修整砂轮驱动电机，10、修整砂轮，11、测量仪，12、磨削砂轮，13、静压磨削主轴，14、Z轴载板，15、Z轴驱动电机，16、Z轴静压导轨，17、Z轴静压丝杠，18、Y向滑台，19、Y轴驱动电机，20、Y轴载板，21、Y轴静压丝杠，22、Y轴静压导轨，23、静压尾架，24、X轴驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此次发明的RV减速器摆线轮精密磨床采用成型磨加工工艺，磨床整体布局采用工作台移动式结构，整体主要结构包括床体1、驱动电机、静压导轨、静压头架、静压尾架、静压磨削主轴、静压丝杠、流量控制器以及自动平衡系统等。

待加工RV减速器摆线轮3通过夹具4固定于静压头架8，静压尾架23在磨削加工时会抵紧夹具4，静压头架8与静压尾架23通过螺栓连接固定于X轴载板2上，X轴载板2与X轴静压导轨5的滑块及X轴静压丝杠23的丝杠螺母同时固连，X轴静压导轨5的轨道固定于床体1上，整个X轴载板2及其连接部件可通过X轴驱动电机24驱动X轴静压丝杠6沿X方向移动；同理，由于静压磨削主轴12通过Z轴载板14及Z轴静压导轨16固连在Y向滑台18上，故整体可在可在Y轴载板20上沿Y方向移动，静压磨削主轴12及其固连的磨削砂轮11、Z轴载板13作为整体可沿Z向移动；修整砂轮驱动电机9与静压头架8固连，在磨削砂轮12经过长时间工作磨损后可驱动修整砂轮10对其进行修整。

本发明方案具体实施过程：先将一对经过粗磨加工成型的RV减速器摆线轮3(留有磨削余量)通过夹具4重叠对齐固定于静压头架8，静压尾架23的顶尖伸出顶住夹具4，待加工的一对RV减速器摆线轮3被准确牢固定位；检测系统中的测量仪11探头伸出测量修整砂轮10、磨削砂轮12和待加工RV摆线轮3之间的相对初始位置，静压头架8沿X轴静压导轨5移动到探头位置处，静压头架8带动夹具4转动，测量仪11探头根据夹具4上的位置标记判定磨削加工初始位置；X、Y、Z轴驱动电机24、19、15按照操作系统指令驱动对应静压丝杠6、21、17，使得Y轴载板20沿Y轴静压导轨22移动，至磨削砂轮12与待加工RV摆线轮3磨削初始位置对齐，X轴载板2沿X轴静压导轨5移动，至待加工RV摆线轮3左侧面位于磨削砂轮12轴线所在垂直面右侧，Z轴载板14沿Z轴静压导轨16向下移动，至第一次磨削深度初始位置；磨削砂轮12保持额定转速且位置不变，待加工RV摆线轮3沿X轴静压导轨5从右向左匀速移动，直至完成第一次粗磨削，磨削深度0.05mm，如此来回，待加工RV摆线轮3沿X轴导轨5左右移动，磨削砂轮12沿Z轴导轨16按每一次磨削深度进给，每个摆线轮齿磨削过程按“粗磨——粗磨——粗磨——精磨——精磨——空磨”步骤进行，粗磨Y轴进给深度0.05mm，精磨Y轴进给深度0.02mm；待加工RV摆线轮3每一齿按上述步骤磨削完毕，磨削砂轮12升起，静压头架8带动代加工RV摆线轮3旋转至下一待加工齿位置，磨削砂轮12重复上述步骤进行加工，直至整个摆线轮3磨削完毕；磨削完毕后，磨削砂轮12升起，测量仪11检测探头伸出，X轴载板2带动加工完的摆线轮沿X轴导轨5移动至探头处，对加工完毕的摆线轮进行质量检测，检测达标后取下摆线轮；磨削砂轮12经过长时间工作会发生轻度磨损，影响磨削精度，需要移动至修整砂轮10处进行修整。

本次发明的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床直线定位精度达1μm，角度定位精度达5arc·sec，由该磨床批量磨削加工的RV摆线轮齿形直线轮廓度≤4μm，齿间角度误差小于5arc·sec。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，包括床体(1)，其特征在于，还包括：

X向组件，包括X轴载板(2)，所述X轴载板(2)滑动设置在床体(1)上，X轴载板(2)上端面设置同轴心布置的静压头架(8)和静压尾尖(23)，所述静压头架(8)上设置RV摆线轮夹具(4)；

Y向组件，包括Y轴载板(20)，所述Y轴载板(20)滑动设置在床体(1)上，Y轴载板(20)上端面设置Y向滑台(18)，下端面设置Y向滑轨座和Y向丝杠螺母，所述Y向滑轨座与设置在床体(1)上的Y轴静压导轨(22)滑动配合，所述Y向丝杠螺母与Y轴静压丝杠(21)配合，所述Y轴静压丝杠(21)一端与Y轴驱动电机(19)联接，另一端与Y轴丝杠轴承连接；

Z向组件，包括Z轴载板(14)，所述Z轴载板(14)滑动设置在Y向滑台(18)的前端，Z轴载板(14)的前端面设置静压磨削主轴(13)和磨削砂轮(12)，后端面设置Z向滑轨座和Z向丝杠螺母，所述Z向滑轨座与设置在Y向滑台(18)前端面的Z轴静压导轨(16)滑动配合，所述Z向丝杠螺母与Z轴静压丝杠(17)配合，所述Z轴静压丝杠(17)一端与Z轴驱动电机(15)联接，另一端与Z轴丝杠轴承连接。

2.根据权利要求1所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，还包括测量仪(11)，所述测量仪(11)设置在磨削砂轮(12)的旁边。

3.根据权利要求1或2所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述X轴载板(2)下端面设置有X向滑轨座和X向丝杠螺母，所述X向滑轨座与设置在床体(1)上的X轴静压导轨(5)滑动配合，所述X向丝杠螺母与X轴静压丝杠(6)配合，所述X轴静压丝杠(6)一端与X轴驱动电机(24)联接，另一端与X轴丝杠轴承(7)连接。

4.根据权利要求1或2所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述静压头架(8)上还安装有修整砂轮驱动电机(9)，修整砂轮驱动电机(9)工作端安装修正砂轮(10)。

5.根据权利要求1所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述床体(1)为T型台结构，T型台结构的前端布置X向组件，后端布置Y向组件。

6.根据权利要求3所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述X轴静压导轨(5)、Y轴静压导轨(22)、Z轴静压导轨(16)均设置为两根。

7.根据权利要求1或5所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述床体(1)由矿物铸件制成。

8.根据权利要求1所述的机器人关节用RV减速器摆线轮精密磨床，其特征在于，所述静压磨削主轴(13)上还设置有动平衡头。