機器人關節減速器廣泛用于工業機器人、機床和醫療檢測設備，而針對機器人減速器關鍵性零件針齒殼的批量加工卻是一個難題，經過作者分析，結合實際，設計出一套針對內針齒加工的磨具，安裝在磨外齒的成形磨齒機上，既解決了內針齒難以批量加工的問題，又節省了購置設備的成本。
機器人關節減速器（見圖1）屬于RV傳動，它是在傳統針擺行星傳動的基礎上發展出來的，具有體積小、質量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩定、效率高及傳動平穩等一系列優點，被廣泛應用于工業機器人、機床和醫療檢測設備。
圖1 機器人減速器
我公司在機器人減速器研發方面取得突出成績，在國內市場中占有一席之地。但針對機器人減速器關鍵性零件針齒殼（見圖2）的批量加工卻是一個難題。如果產品要批量加工，購買內齒磨機床是解決問題的最直接方法，但這需要大量資金投入，經過論證，決定在成形磨齒機YK7332A的基礎上加裝專門磨針齒的內磨具，這樣既能最大限度的減少資金投入，又能充分發揮公司磨齒機產品的高質量、高精度和高效率的優勢。
圖2 針齒殼
首先， 對零件（ 見圖3 ）進行分析， 針齒殼的內圓周上分布了4 0 -φ 8 H 7 的針銷半圓孔， 加工要求：各孔相鄰公差0.005mm、累積公差0.015mm，齒向公差0.005mm，徑向圓跳動0.015mm，表面粗糙度值Ra＝0.4μm，位置度公差0.008mm，齒部與標準量棒復觸沿齒向及圓周方向大于85%。
YK7332A是成形磨齒機，可以磨削齒輪、蝸桿和花鍵，加工精度最高可達3級。如何做到內針齒磨具和機床的最佳配合，是達到設計要求的保證，如何做到磨具的精度、剛度和穩定性滿足零件加工要求則是設計的關鍵。
YK7332A成形磨齒機的分度精度0.002mm，完全能滿足針齒殼的相鄰公差、累積公差的加工要求，而針齒的齒形、徑向圓跳動、表面粗糙度及復接觸要求取決于磨具的精度。磨具的剛性是影響磨削質量的重要因素，第一次的設計中，磨具直接安裝在原機床磨具座的端面（見圖4、圖5），剛性較差，受力不均勻，重新設計后，將內針齒磨具直接安裝在機床主軸模具座拖板上，并去掉安裝板，這樣就保證了磨具的剛性，直接通過機床主軸帶動旋轉，減少了中間傳動環節，提高了傳動效率和安裝的可操作性、可靠性。
圖3 零件
圖4 外形
圖5 結構
磨具的精度保持性和高互換性是提高磨削效率的關鍵，第一次的設計中，按照通常思路，軸承內圈轉動，帶動砂輪磨削工件，由于結構限制，無法加密封，砂粒、切屑隨著切削液流入磨具內部。軸承損壞較快，更換砂輪時，先要把主軸從軸承中取出，反復幾次，對軸的損傷很大，精度也嚴重走失。
經過分析論證，在磨具的設計中，將支架的一體設計改成分體設計，增加夾緊板，將旋轉部件的分散安裝改成一體安裝設計，將軸承裝配于軸承座內，內圈與軸固定，改變軸及軸承內圈轉動的定勢思維，利用軸承外圈轉動，軸承座外圓上安裝磨削砂輪，更換砂輪時，只需要松開螺釘，拆下夾緊板，即可快速更換砂輪，在這個更換過程中對旋轉精度、定位精度及軸承精度沒有任何影響。在殼體與軸之間，增加了德氏封密封，既不影響砂輪的高速旋轉，又能防止磨粒和切屑進入到軸承內部，達到良好的密封效果。旋轉部件的一體設計，既能保持磨具精度的穩定，又能實現快速更換的要求。為針齒殼的大批量生產打下堅實的基礎。針齒殼磨具結構如圖6所示。
圖6 針齒殼磨具結構
1、6、8、19－墊圈 2－鎖緊螺母 3－壓蓋 4、12、20、22－螺釘 5－調整墊圈 7－砂輪 9－軸承 10－調整環 11－夾緊板
13－軸 14－密封圈 15－殼體 16－支架 17－楔形帶 18－主帶輪 21－脹套 23－螺母 24－外隔套 25－內隔套
保證針齒殼加工精度的決定性因素就是磨具的總體綜合精度， 這就要求磨具裝配前各個零件的加工精度都達到設計要求。其中，磨具回轉軸的跳動及軸向竄動又特別關鍵，結合國外的先進經驗， 對軸承座、軸及各種回轉零件的精度都作了要求，各外圓對基準同軸度要求是0.001mm，在裝配時，又精心調整了軸承的軸向間隙，最終保證了磨具的綜合精度。
楔形帶的運用，使砂輪運轉更加平穩，其和機床主軸的彈性聯接，便于轉速的平穩調節。
磨具回轉中的動態剛性，也是影響磨具精度的一個重要因素，設計中，增加了軸兩端的螺釘，作用就是給軸施加一個軸向預緊力，使磨具在運轉中，能保持穩定的動態剛度。
在保證零件加工精度的前提下，與機床的良好配合是發揮磨具功能的保證，設計中，將磨具安裝于機床拖板之上，動力來源是原機床的主軸電動機，磨具的轉速就可以通過機床的控制自動調節。砂輪的修形也可以由機床的修形機構來完成。磨具最大限度的和機床融為一體，成為機床的一個部件，而不僅僅只是做為一個功能部件存在。
經過車間實踐驗證，這套內針齒磨具在使用中，剛性可靠，加工的零件達到精度要求，而且精度持續穩定。軸承的更換頻率由五、六天一次，降低到三個月甚至半年一次。班產也由原先每班一件提高到每班五件。這套針齒殼磨具在后來又陸續生產了數套，現在已完全滿足了我公司機器人減速器針齒殼的大批量生產要求。
綜上所述，只有在設計工作中，充分考慮到各種影響因素，精心設計借鑒各種先進經驗，才能設計出好的產品。
本文發表于《金屬加工（冷加工）》2019年第11期43-45頁，作者：秦川機床工具集團股份公司賈競雄、陳華平、郭瑞，原標題：《針齒殼內針齒磨具的設計》。
