CN110355538A - 仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法 - Google Patents

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范徐笑
黄强
朱鑫
黄日成
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Abstract

本发明提供仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，通过精铸或锻造加工出行星减速器内齿圈的毛坯，对行星减速器内齿圈的毛坯进行热挤压操作；对行星减速器内齿圈毛坯进行粗加工，进行粗车外圆内孔；对粗加工的行星减速器内齿圈进行热处理；对经过热处理的行星减速器内齿圈以外圆为基准，精加工内齿和内轴承滚道；对精加工过的行星减速器内齿圈进行热处理；热处理完毕的行星减速器内齿圈以内孔为基准，经过一次装夹和磨削加工内轴承滚道和内齿。本发明的有益效果是提高轴承滚道和内齿的加工精度，保证了轴承和内齿的同轴度、位置度和圆柱度，实现通过一次装夹达到多个工艺参数要求提高内齿圈的加工精度和安装精度，减少累积误差。

Description

仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法
技术领域
本发明属于机械领域，尤其是涉及仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法。
背景技术
目前的仿生机器人安装和使用成品轴承有很大的弊端，首先，在安装的时候无法精确的控制配合的尺寸，其次，是所需成本较高，再是成品轴承在高速转动的时候容易出现损坏，导致装置失灵，需要经常进行保养和维护，但是目前所有的类似行星减速器的内齿圈都是单独的内齿，后期装配的成品轴承，这样很难保证轴承和钢轮的同轴度，造成精度下降。
仿生机器人关节处所使用的齿轮结构对于齿轮的强度要求十分高，仿生机器人不同于传统的工业产品，他需要在90°-150°进行往复运动，这种模仿生物的高频往复运动对齿轮的性能要求更加高，传统的齿轮和工艺无法满足强度要求，这种高频的往复运动会加速齿轮老化和损毁。同时普通的加工方式无法保证良好的同轴度，传统的齿轮磨损程度较大，同时后期保养十分困难，这样导致了齿轮寿命的下降，但是普通的生产工艺无法保证齿轮的寿命，齿轮在发生刚性碰撞容易发生断裂，并且长时间使用会发生磨损导致精度下降，为了提高精度必须改变生产工艺的加工方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高寿命、提高齿轮结构强度的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，尤其适合仿生机器人的行星减速器内齿圈加工。
本发明的技术方案是：仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，包括以下步骤：
(1)通过精铸或锻造加工出行星减速器内齿圈的毛坯，对行星减速器内齿圈的毛坯进行热挤压操作。
(2)对步骤(1)中的行星减速器内齿圈毛坯进行粗加工，进行粗车外圆和内孔。
(3)对粗加工的行星减速器内齿圈进行调质处理。
(4)对经过热处理的行星减速器内齿圈以外圆为基准，进行插齿和半精车内轴承滚道。
(5)对半精加工过的行星减速器内齿圈进行渗氮淬火，采用压淬工艺。
(6)对步骤(5)热处理完毕的行星减速器内齿圈以内孔为基准，经过一次装夹精磨加工内轴承滚道和精磨内齿。
进一步的，所述内轴承滚道为向心球轴承滚道。
进一步的，所述步骤(6)中的内轴承滚道使用砂轮修形器精修内轴承滚道，砂轮修形器采用的砂轮轮面为半径0.1mm的弧面。
进一步的，所述步骤(2)粗车外圆和内孔的加工余量为2.5mm，所述步骤(4)插齿加工余量为0.2mm，半精车内轴承滚道加工余量为0.5mm，所述步骤(5)有效渗氮层深0.15-0.2mm。
进一步的，所述步骤(2)粗加工后精度不低于IT11，所述步骤(4)半精加工后精度等级不低于IT7，所述步骤(6)精磨内轴承滚道精度不低于IT6，精磨内齿精度不低于IT5。
进一步的，步骤(3)所述调质处理温度740-760℃，保温4-6小时，温度低于600℃出炉空冷。
进一步的，所述步骤(5)内齿加入芯棒后进行淬火，所述芯棒与齿圈加工的齿形间隙小于0.02，所述淬火温度1230-1250℃。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、加工过程中，内轴承滚道和内齿是一体化加工的，在加工时同时磨削加工内轴承滚道和内齿轮，消除了因多次装夹加工内轴承滚道和内齿轮导致的误差，防止内轴承滚道和内齿轮产生的加工误差，组装后结构更加紧凑，免除了传统安装轴承的理念，提高了减速器的精度。
2、一体化加工内齿轮和内轴承滚道，且采用向心球轴承，向心球轴承滚道主要承载径向载荷，也能承受一部分单方向的轴向负荷，且承摩擦损失小，极限转速较高，允许的转速每分钟高达几万转，安装、维修比较容易，方便后期保养维护。
3、内齿经过粗加工、热处理、精加工和热处理，防止因长期运转而磨损的弊端，加工出的内齿轮承载能力是普通内齿轮的十几倍，在进行使用中，形成一个密闭的空腔，在空腔内加入润滑油，起到良好的润滑降温作用，延长使用寿命，方便后期保养。
4、由于控制调质处理和淬火温度范围和加工顺序，保证了齿轮内部柔韧，外部坚硬耐磨，保证了齿轮的使用寿命和齿轮的结构性能，并且在淬火时加入了芯棒减少了热处理过程中齿轮的畸形形变，避免了后续加工，提高了齿轮的质量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的图1的全剖视图。
图中：
1、行星减速器内齿圈 2、向心球轴承滚道
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1-2所示：
仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，包括以下步骤：
(1)通过精铸或锻造加工出行星减速器内齿圈的毛坯，对行星减速器内齿圈的毛坯进行热挤压操作。
(2)对步骤(1)中的行星减速器内齿圈毛坯进行粗加工，进行粗车外圆和内孔。
(3)对粗加工的行星减速器内齿圈进行调质处理。
(4)对经过热处理的行星减速器内齿圈以外圆为基准，进行插齿和半精车内轴承滚道。
(5)对半精加工过的行星减速器内齿圈进行渗氮淬火，采用压淬工艺。
(6)对步骤(5)热处理完毕的行星减速器内齿圈以内孔为基准，经过一次装夹精磨加工内轴承滚道和精磨内齿。
所述内轴承滚道为向心球轴承滚道。
所述步骤(6)中的内轴承滚道使用砂轮修形器精修内轴承滚道，砂轮修形器采用的砂轮轮面为半径0.1mm的弧面。
所述步骤(2)粗车外圆和内孔的加工余量为2.5mm，所述步骤(4)插齿加工余量为0.2mm，半精车内轴承滚道加工余量为0.5mm，所述步骤(5)有效渗氮层深0.15-0.2mm。预留将余量有利于后续加工对尺寸的控制，防止加工误差，渗氮层过厚或过少会导致后续加工的困难，并且影响齿轮的配合精度和齿轮的表面强度。
所述步骤(2)粗加工后精度不低于IT11，所述步骤(4)半精加工后精度等级不低于IT7，所述步骤(6)精磨内轴承滚道精度不低于IT6，精磨内齿精度不低于IT5。
步骤(3)所述调质处理温度740-760℃，保温4-6小时，温度低于600℃出炉空冷，提高齿轮结构的韧性，防止刚性碰撞导致的断裂损坏。
所述步骤(5)内齿加入芯棒后进行淬火，所述芯棒与齿圈加工的齿形间隙小于0.02mm，避免加工过程中的过度形变，保证工件精度，所述淬火温度1230-1250℃，保证齿轮外部的强度，提高耐磨能力。
本发明通过一次装夹，同时加工内齿轮和内轴承滚道，保证加工产品的同轴度、位置度和圆柱度，提高产品的精度，过程中对毛坯采用粗加工、热处理、精加工、热处理、超精加工的顺序进行逐步修正尺寸，多次热处理提高工件强度和韧性，形成内部柔韧外部坚硬的结构，内部抗弯曲，降低齿轮发生断裂的风险，外部抗磨损，有效减小使用过程中的磨损，增加了使用寿命，有效提高齿轮寿命和强度，同时多次加工和热处理交替进行，避免了一次成型造成的加工误差，并且每一次加工都是同时加工内齿轮和内轴承滚道，避免了多次装夹的误差，提高工件自身强度和韧性的同时保证了工件的加工精度，使齿轮在仿生机器人运动时能够承受较大的冲击，能够长时间承担高频往复运动，在高频往复运动中保证齿轮的精度和稳定性。
普通的加工方式对于齿轮的同轴度没有保证，本发明在一次装夹过程中同时加工了内齿轮和内轴承滚刀，保证了同轴度，同时在三次不同精度的加工过程中保证了精度，比起普通的多次装夹或者一体化加工精度更高，并且市面上通常是通过润滑和组装结构降低齿轮的磨损，以便提高齿轮的寿命，但是本发明除了传统的方式以外，对两次热处理进行了优化提升，两次热处理与机加工间隔进行，比起普通的外部结构和润滑剂，通过第一次热处理提高内部韧性，并且在加工过后，通过第二次热处理提高表面硬度和耐磨性，外部耐磨坚硬，内部柔韧抗弯扭，有效提高了寿命和工件强度。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过精铸或锻造加工出行星减速器内齿圈的毛坯，对行星减速器内齿圈的毛坯进行热挤压操作；
(2)对步骤(1)中的行星减速器内齿圈毛坯进行粗加工，进行粗车外圆和内孔；
(3)对粗加工的行星减速器内齿圈进行调质处理；
(4)对经过热处理的行星减速器内齿圈以外圆为基准，进行插齿和半精车内轴承滚道；
(5)对半精加工过的行星减速器内齿圈进行渗氮淬火，采用压淬工艺，淬火结束进行回火处理；
(6)对步骤(5)热处理完毕的行星减速器内齿圈以内孔为基准，经过一次装夹精磨加工内轴承滚道和精磨内齿。
2.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：所述内轴承滚道为向心球轴承滚道。
3.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(6)中的内轴承滚道使用砂轮修形器精修内轴承滚道，砂轮修形器采用的砂轮轮面为半径0.1mm的弧面。
4.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)粗车外圆和内孔的加工余量为2.5mm，所述步骤(4)插齿加工余量为0.2mm，半精车内轴承滚道加工余量为0.5mm，所述步骤(5)有效渗氮层深0.15-0.2mm。
5.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)粗加工后精度不低于IT11，所述步骤(4)半精加工后精度等级不低于IT7，所述步骤(6)精磨内轴承滚道精度不低于IT6，精磨内齿精度不低于IT5。
6.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：步骤(3)所述调质处理温度740-760℃，保温4-6小时，温度低于600℃出炉空冷。
7.根据权利要求1所述的仿生机器人的行星减速器内齿圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(5)内齿加入芯棒后进行淬火，所述芯棒与齿圈加工的齿形间隙小于0.02，所述淬火温度1230-1250℃，所述回火温度550-580℃，空冷至室温，冷却完毕取出芯棒。
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