行星齒輪作為 RV 減速器的核心零部件之一，其內(nèi)外齒位置精度對(duì) RV 減速器整機(jī)的傳動(dòng)誤差、均載狀況、磨損、噪音、壽命等具有較大的影響，必須嚴(yán)格控制。由于上述行星齒輪的制造工序繁多，工藝鏈條長，且其內(nèi)外齒位置精度要求高，故不易保證，一直是困擾齒輪制造業(yè)的難題之一。行星齒輪的內(nèi)外齒位置精度包括內(nèi)外齒的角相精度和內(nèi)外齒的偏心精度。內(nèi)外齒的角相波動(dòng)大，內(nèi)外齒的偏心量大是較易出現(xiàn)的兩種異常情況，致使行星齒輪內(nèi)外齒的位置精度下降，嚴(yán)重影響行星齒輪合格率，制約齒輪制造業(yè)的更好發(fā)展，亟待解決。針對(duì)現(xiàn)有加工工藝，結(jié)合理論分析和工藝驗(yàn)證，通過嚴(yán)格控制行星齒輪的端面平行度及其內(nèi)齒與端面的垂直度、修正行星齒輪半精件外齒的滾齒余量、校準(zhǔn)行星齒輪滾齒工裝的端面跳動(dòng)及圓跳動(dòng)、更換錐形花鍵工裝作為滾削行星齒輪外齒時(shí)的定位工裝、關(guān)閉滾齒機(jī)滾削行星齒輪外齒時(shí)的連續(xù)尋齒功能等，有效減小了行星齒輪成品的內(nèi)外齒角相波動(dòng)，縮小了行星齒輪內(nèi)外齒的偏心量，行星齒輪內(nèi)外齒的位置精度得到保證，合格率大幅提升。優(yōu)化后的滾齒工藝已逐步應(yīng)用于行星齒輪的批量試制中，工藝穩(wěn)定可靠。

　　目前，國內(nèi)外使用的 RV 減速器行星齒輪量產(chǎn)工藝多為磨齒加工或滾齒加工。其中，磨齒加工可對(duì)行星齒輪外齒進(jìn)行修形，外齒加工精度等級(jí)高，但加工效率偏低。滾齒加工工藝彌補(bǔ)了上述磨齒加工工藝效率低的問題，行星齒輪的齒形通過滾刀齒形來控制。隨著齒輪制造業(yè)地不斷發(fā)展，滾齒加工工藝精度不斷提高，甚至能達(dá)到磨齒加工精度。上述兩種行星齒輪加工工藝各有優(yōu)勢(shì)，考慮到加工效率，且行星齒輪外齒精度要求不必過高，故采用滾齒工藝加工行星齒輪的外齒。行星齒輪外齒滾齒加工采用高精密滾齒機(jī)，該設(shè)備配置有 FANUC 系統(tǒng)，且設(shè)備具備齒輪尋齒功能。文以某款 RV 減速器的行星齒輪為例，闡述其在試制過程中遇到的兩種典型異常情況的原因及其相應(yīng)解決方法。

　　一、內(nèi)外齒角相波動(dòng)大

　　異常情況：RV 減速器行星齒輪不同于常規(guī)齒輪，其結(jié)構(gòu)中同時(shí)包含內(nèi)齒與外齒，且內(nèi)齒與外齒之間具有角相關(guān)系。如圖 1 所示，為行星齒輪內(nèi)外齒的角相關(guān)系示意圖。圖中，行星齒輪內(nèi)齒齒槽的中點(diǎn)記為 a，行星齒輪的中心記為 o，行星齒輪外齒的中點(diǎn)記為 b，上述 3 點(diǎn)連線所形成的夾角為∠aob，將此角度定義為行星齒輪內(nèi)外齒的角相，并命名為 α。滾齒后發(fā)現(xiàn)，行星齒輪內(nèi)外齒的角相范圍為±0.1°，波動(dòng)大，難以滿足公差要求，合格率低，故需重點(diǎn)解決。

　　原因分析：滾削行星齒輪外齒后，通常會(huì)出現(xiàn)齒輪內(nèi)外齒角相超差的問題，針對(duì)此問題一般通過補(bǔ)償機(jī)床 C 軸旋轉(zhuǎn)角度的方式，來改變滾刀對(duì)行星齒輪外齒左、右齒面的切削量，進(jìn)而促使行星齒輪的外齒相對(duì)于其內(nèi)齒整體旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而保證滾齒后行星齒輪內(nèi)外齒的角相值符合公差要求。然而，實(shí)際加工過程中發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償機(jī)床 C 軸旋轉(zhuǎn)角度后，通常會(huì)出現(xiàn)行星齒輪外齒單側(cè)齒面不見光的現(xiàn)象。分析確定，行星齒輪半精件外齒滾齒余量不足是出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因之一。滾齒時(shí)，滾刀與齒輪外齒的某一齒面不接觸，致使未見光齒面與理論預(yù)期齒面的位置產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致角相發(fā)生變化，波動(dòng)大。每次滾齒加工前，需運(yùn)行機(jī)床尋齒程序，從而確定行星齒輪外齒齒槽相對(duì)于滾刀齒的位置，為補(bǔ)償機(jī)床 C 軸旋轉(zhuǎn)角度提供參考，進(jìn)而開始滾齒。受行星齒輪半精件質(zhì)量的影響，再次尋齒確定的滾刀齒與行星齒輪外齒齒槽的相對(duì)位置與前一件存在誤差。當(dāng)根據(jù)前一件行星齒輪的角相偏差值補(bǔ)償機(jī)床 C 軸的旋轉(zhuǎn)角度并加工下一件行星齒輪時(shí)，由于尋齒獲得的參考位置存在誤差，導(dǎo)致滾削下一件行星齒輪后其內(nèi)外齒的角相值偏離預(yù)期值甚至超差，故這也是滾齒后行星齒輪角相波動(dòng)大的另一原因。

　　解決方案： 機(jī)床 C 軸補(bǔ)償角度一般換算為弦長補(bǔ)償值。弦長補(bǔ)償值是指根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，將行星齒輪外齒節(jié)圓繞行星齒輪中心旋轉(zhuǎn)的角度值換算成的弦長值，該數(shù)值對(duì)應(yīng)行星齒輪外齒單側(cè)齒厚的去除量。行星齒輪外齒的節(jié)圓半徑計(jì)算公式如下：

　　式中，r’為行星齒輪外齒節(jié)圓半徑，r 為行星齒輪外齒分度圓半徑，a’為行星齒輪外齒滾齒的實(shí)際中心距(根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)獲得)，a 為行星齒輪外齒滾齒的理論中心距，r 刀為滾刀半徑，m 為行星齒輪外齒模數(shù)，z 為行星齒輪外齒齒數(shù)。

　　通過計(jì)量行星齒輪半精件的外齒齒厚確定，目前行星齒輪半精件的外齒單側(cè)齒厚余量約為 0.05 mm。根據(jù)行星齒輪角相公差，換算確定行星齒輪外齒單側(cè)滾齒余量應(yīng)控制在 0.3 mm 左右。通過驗(yàn)證，增大行星齒輪外齒滾齒余量后，其外齒齒面不見光現(xiàn)象消失。此外，為避免滾齒前行星齒輪半精件外齒質(zhì)量對(duì)尋齒造成不良影響，根據(jù)首件精滾后行星齒輪的內(nèi)外齒角相值補(bǔ)償機(jī)床 C 軸的弦長值，并對(duì)該行星齒輪進(jìn)行二次滾齒，進(jìn)而修正該行星齒輪的內(nèi)外齒角相至公差內(nèi)。后續(xù)滾齒過程，關(guān)閉尋齒功能，減小尋齒誤差。通過上述驗(yàn)證滾齒時(shí)，首件尋齒，之后關(guān)閉尋齒功能并批量滾齒，獲得的行星齒輪內(nèi)外齒的角相波動(dòng)顯著減小。

　　二、內(nèi)外齒偏心嚴(yán)重

　　異常情況：行星齒輪內(nèi)齒與外齒的中心偏移量過大超差，其中心偏移量評(píng)價(jià)項(xiàng)目為徑向跳動(dòng)(Fr)。采用高精密齒輪檢測儀計(jì)量行星齒輪內(nèi)齒與外齒之間的徑向跳動(dòng)(Fr)。計(jì)量結(jié)果顯示，行星齒輪內(nèi)外齒的徑向跳動(dòng)(Fr)數(shù)值高達(dá) 0.05 ~ 0.08 mm，無法滿足齒輪的精度等級(jí)要求，合格率低，需重點(diǎn)解決。

　　原因分析：針對(duì)上述行星齒輪內(nèi)外齒徑向跳動(dòng)(Fr)超差的異常情況，首先核驗(yàn)滾齒機(jī)的設(shè)備精度。通過檢驗(yàn)確定，機(jī)床底座、壓頭的圓跳動(dòng)及端面跳動(dòng)均在 0.005 mm 以內(nèi)，證明設(shè)備工況滿足使用要求，對(duì)行星齒輪內(nèi)外齒的徑向跳動(dòng)(Fr)影響較小。進(jìn)一步，核驗(yàn)行星齒輪滾齒工裝。滾齒工裝上設(shè)有圓柱花鍵，此花鍵與行星齒輪的內(nèi)齒配合。根據(jù)行星齒輪內(nèi)齒與圓柱花鍵的配合原理，可通過分別計(jì)量行星齒輪的內(nèi)齒齒厚及圓柱花鍵的齒厚來確定二者的配合松緊是否異常。齒厚的評(píng)價(jià)項(xiàng)目之一為公法線長度。利用高精密齒輪檢測儀計(jì)量此圓柱花鍵及行星齒輪內(nèi)齒的公法線長度。發(fā)現(xiàn)，行星齒輪內(nèi)齒的公法線長度相比圓柱花鍵公法線長度較大，即行星齒輪內(nèi)齒與圓柱花鍵的配合間隙較大，行星齒輪與圓柱花鍵配合時(shí)易發(fā)生移動(dòng)，定位不準(zhǔn)。故，圓柱花鍵與行星齒輪內(nèi)齒的配合間隙較大是行星齒輪內(nèi)外齒徑向跳動(dòng)(Fr)較大的主要原因之一。標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的公法線長度計(jì)算公式如下：

　　式中，W_k 為公法線長度，α 為齒壓力角，k 為跨齒齒數(shù)，z 為齒數(shù)，m 為齒輪模數(shù)。

　　解決方案：針對(duì)上述問題，需要解決行星齒輪內(nèi)齒與圓柱花鍵工裝的配合間隙問題。由于行星齒輪內(nèi)齒的公法線長度存在波動(dòng)，當(dāng)采用圓柱花鍵工裝定位時(shí)，會(huì)面臨花鍵工裝與行星齒輪內(nèi)齒配檔的問題，且根據(jù)不同的行星齒輪內(nèi)齒公法線長度，需增加更換與之匹配的圓柱花鍵工裝的環(huán)節(jié)。結(jié)合現(xiàn)有加工工藝，將滾齒所用的圓柱花鍵工裝更換為錐形花鍵工裝。理論上當(dāng)行星齒輪內(nèi)齒齒厚出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，沿錐形花鍵的軸線方向，總有能與行星齒輪內(nèi)齒配合較緊的一層截面花鍵，從而保證行星齒輪不再相對(duì)于花鍵移動(dòng)。如此，既能消除花鍵與行星齒輪內(nèi)齒之間的配合間隙，且無需配檔，還可避免花鍵工裝的反復(fù)更換，更加高效便捷。另外，行星齒輪的形位公差要求極高，其上下端面須精磨，以保證行星齒輪端面的平面度及上下端面的平行度。同時(shí)，行星齒輪內(nèi)齒與齒輪端面的垂直度須嚴(yán)格 控制，要求在 0.01 mm 以內(nèi)，以避免滾齒過程中行星齒輪相對(duì)于花鍵工裝傾斜，保證滾齒后，沿齒向方向行星齒輪的齒厚均勻。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過以上改善，行星齒輪的內(nèi)外齒徑向跳動(dòng)(Fr)數(shù)值大幅降低，即行星齒輪內(nèi)齒與外齒的中心偏移量明顯改善。

　　三、滾齒方案工藝特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)

　　滾齒方案控制要點(diǎn)：根據(jù) RV 減速器行星齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其滾齒方案，行星齒輪的滾齒控制要點(diǎn)總結(jié)如下：行星齒輪半精件兩端面的平行度、行星齒輪內(nèi)齒與其端面的垂直度均須嚴(yán)格控制，行星齒輪半精件外齒的滾齒余量須保證足夠。滾齒時(shí)，滾齒定位工裝采用錐形花鍵工裝，避免行星齒輪相對(duì)于花鍵工裝發(fā)生移動(dòng)。滾削行星齒輪外齒前，須首先校準(zhǔn)滾齒工裝底座和壓頭的圓跳動(dòng)及其端面跳動(dòng)。滾齒過程中，只進(jìn)行首件尋齒，利用首件補(bǔ)償行星齒輪內(nèi)外齒的角相后，后續(xù)批量滾齒過程中關(guān)閉尋齒功能。

　　滾齒方案優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)展成法磨齒工藝須定期修磨砂輪以保證齒輪的齒形要求，修磨速度慢，效率低。相比展成法磨齒，成形法磨齒的磨削接觸面積較大，磨削量增加，效率更低，且須根據(jù)不同的齒輪齒形配置對(duì)應(yīng)修形后的砂輪，成本更高。業(yè)內(nèi)也有嘗試采用線切割工藝加工行星齒輪的案例，此工藝也可以滿足行星齒輪的精度要求，但齒輪齒面的表面粗糙度往往較差，影響 RV 減速器整機(jī)的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，且噪音較大。此外，采用線切割工藝加工行星齒輪同樣面臨加工效率低的問題，不利于批量生產(chǎn)。相比于上述行星齒輪的加工工藝，滾齒加工工藝可進(jìn)行直齒、斜齒、人字齒輪 等多種類型齒輪的加工，且使用特制滾刀還能加工花鍵等具有特殊齒形的工件，加工范圍廣，通用性強(qiáng)。另外，滾齒加工工藝避免了砂輪的修磨，加工效率更高，且加工精度高，滿足使用要求。故，目前在研發(fā)階段、批量試制階段，都有較為廣泛的應(yīng)用。

　　四、結(jié) 語

　　隨著滾齒精度和穩(wěn)定性的不斷提高，RV 減速器行星齒輪的滾齒加工工藝已具備堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，但仍需 RV 減速器的研發(fā)、工藝研究等技術(shù)人員的持續(xù)努力。滾齒加工行星齒輪過程中，行星齒輪內(nèi)外齒角相波動(dòng)及其內(nèi)外齒偏心嚴(yán)重兩種異常情況的原因及其解決方法，為滾齒加工行星齒輪提供一些思路。此外，也有其他誘因?qū)е律鲜鰞煞N異常情況的出現(xiàn)，在生產(chǎn)中需根據(jù)實(shí)際情況多方面排查驗(yàn)證，從而更好地解決上述問題。

　　參考文獻(xiàn)略.