机器人关节减速器广泛用于工业机器人、机床和医疗检测设备，而针对机器人减速器关键性零件针齿壳的批量加工却是一个难题，经过作者分析，结合实际，设计出一套针对内针齿加工的磨具，安装在磨外齿的成形磨齿机上，既解决了内针齿难以批量加工的问题，又j省了购置设备的成本。
机器人关节减速器（见图1）属于RV传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，具有体积小、质量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高及传动平稳等一系列优点，被广泛应用于工业机器人、机床和医疗检测设备。
图1 机器人减速器
我公司在机器人减速器研发方面取得突出成绩，在国内市场中占有一席之地。但针对机器人减速器关键性零件针齿壳（见图2）的批量加工却是一个难题。如果产品要批量加工，购买内齿磨机床是解决问题的最直接方法，但这需要大量资金投入，经过论证，决定在成形磨齿机YK7332A的基础上加装专门磨针齿的内磨具，这样既能最大限度的减少诮鹜度耄又能充分发挥公司磨齿机产品的高质量、高精度和高效率的优势。
图2 针齿壳
首先， 对零件（ 见图3 ）进行分析， 针齿壳的内圆周上分布了4 0 -φ 8 H 7 的针销半圆孔， 加工要求：各孔相邻公差0.005mm、累积公差0.015mm，齿向公差0.005mm，径向圆跳动0.015mm，表面粗糙度值Ra＝0.4μm，位置度公差0.008mm，齿部与标准量棒复触沿齿向及圆周方向大于85%。
YK7332A是成形磨齿机，可以磨削齿轮、蜗杆和花键，加工精度最高可达3级。如何做到内针齿磨具和机床的最佳配合，是达到设计要求的保证，如何做到磨具的精度、刚度和稳定性满足零件加工要求则是设计的关键。
YK7332A成形磨齿机的分度精度0.002mm，完全能满足针齿壳的相邻公差、累积公差的加工要求，而针齿的齿形、径向圆跳动、表面粗糙度及复接触要求取决于磨具的精度。磨具的刚性是影响磨削质量的重要因素，第一次的设计中，磨具直接安装在原机床磨具座的端面（见图4、图5），刚p较差，受力不均匀，重新设计后，将内针齿磨具直接安装在机床主轴模具座拖板上，并去掉安装板，这样就保证了磨具的刚性，直接通过机床主轴带动旋转，减少了中间传动环节，提高了传动效率和安装的可操作性、可靠性。
图3 零件
图4 外形
图5 结构
磨具的精度保持性和高互换性是提高磨削效率的关键，第一次的设计中，按照通常思路，轴承内圈转动，带动砂轮磨削工件，由于结构限制，无法加密封，砂粒、切屑随着切削液流入磨具内部。轴承损坏较快，更换砂轮时，先要把主轴从轴承中取出，反复几次，对轴的损伤很大，精度也严重走失。
经过分析论证，在磨具的设计中，将支架的一体设计改成分体设计，增加夹紧板，将旋转部件的分散安装改成一体安装设计，将轴承装配于轴承座内，内圈与轴固定，改变轴及轴承内圈转动的定势思维，利用轴承外圈转动，轴承座外圆上安装磨削砂轮，更换砂轮时，只需要松开螺钉，拆下夹紧板，即可快速更换砂轮，在这个更换过程中对旋转精度、定位精度及轴承精度没有任何影响。在壳体与轴之间，增加了德氏封密封，既不影响砂轮的高速旋转，又能防止磨粒和切屑进入到轴承内部，达到良好的密封效果。旋转部件的一体设计，既能保持磨具精钡奈榷ǎ又能实现快速更换的要求。为针齿壳的大批量生产打下坚实的基础。针齿壳磨具结构如图6所示。
图6 针齿壳磨具结构
1、6、8、19－垫圈 2－锁紧螺母 3－压盖 4、12、20、22－螺钉 5－调整垫圈 7－砂轮 9－轴承 10－调整环 11－夹紧板
13－轴 14－密封圈 15－壳体 16－支架 17－楔形带 18－主带轮 21－胀套 23－螺母 24－外隔套 25－内隔套
保证针齿壳加工精度的决定性因素就是磨具的总体综合精度， 这就要求磨具装配前各个零件的加工精度都达到设计要求。其中，磨具回转&的跳动及轴向窜动又特别关键，结合国外的先进经验， 对轴承座、轴及各种回转零件的精度都作了要求，各外圆对基准同轴度要求是0.001mm，在装配时，又精心调整了轴承的轴向间隙，最终保证了磨具的综合精度。
楔形带的运用，使砂轮运转更加平稳，其&机床主轴的弹性联接，便于转速的平稳调节。
磨具回转中的动态刚性，也是影响磨具精度的一个重要因素，设计中，增加了轴两端的螺钉，作用就是给轴施加一个轴向预紧力，使磨具在运转中，能保持稳定的动态刚度。
在保证&件加工精度的前提下，与机床的良好配合是发挥磨具功能的保证，设计中，将磨具安装于机床拖板之上，动力来源是原机床的主轴电动机，磨具的转速就可以通过机床的控制自动调节。砂轮的修形也可以由机床的修形机构来完成。磨具最大限度的和机床融为一体，成为机床的一个部件，而&仅仅只是做为一个功能部件存在。
经过车间实践验证，这套内针齿磨具在使用中，刚性可靠，加工的零件达到精度要求，而且精度持续稳定。轴承的更换频率由五、六天一次，降低到三个月甚至半年一次。班产也由原先每班一件提高到每班五件。这套针齿壳&具在后来又陆续生产了数套，现在已完全满足了我公司机器人减速器针齿壳的大批量生产要求。
综上所述，只有在设计工作中，充分考虑到各种影响因素，精心设计借鉴各种先进经验，才能设计出好的产品。
本文发表于《金属加工（冷加工）》2019年第11期43-45页，作者： 秦川机床工具集团股份公司贾竞雄、陈华平、郭瑞 ，原标题：《针齿壳内针齿磨具的设计》。
