行星齿轮作为 RV 减速器的核心零部件之一，其内外齿位置精度对 RV 减速器整机的传动误差、均载状况、磨损、噪音、寿命等具有较大的影响，必须严格控制。由于上述行星齿轮的制造工序繁多，工艺链条长，且其内外齿位置精度要求高，故不易保证，一直是困扰齿轮制造业的难题之一。行星齿轮的内外齿位置精度包括内外齿的角相精度和内外齿的偏心精度。内外齿的角相波动大，内外齿的偏心量大是较易出现的两种异常情况，致使行星齿轮内外齿的位置精度下降，严重影响行星齿轮合格率，制约齿轮制造业的更好发展，亟待解决。针对现有加工工艺，结合理论分析和工艺验证，通过严格控制行星齿轮的端面平行度及其内齿与端面的垂直度、修正行星齿轮半精件外齿的滚齿余量、校准行星齿轮滚齿工装的端面跳动及圆跳动、更换锥形花键工装作为滚削行星齿轮外齿时的定位工装、关闭滚齿机滚削行星齿轮外齿时的连续寻齿功能等，有效减小了行星齿轮成品的内外齿角相波动，缩小了行星齿轮内外齿的偏心量，行星齿轮内外齿的位置精度得到保证，合格率大幅提升。优化后的滚齿工艺已逐步应用于行星齿轮的批量试制中，工艺稳定可靠。
目前，国内外使用的 RV 减速器行星齿轮量产工艺多为磨齿加工或滚齿加工。其中，磨齿加工可对行星齿轮外齿进行修形，外齿加工精度等级高，但加工效率偏低。滚齿加工工艺弥补了上述磨齿加工工艺效率低的问题，行星齿轮的齿形通过滚刀齿形来控制。随着齿轮制造业地不断发展，滚齿加工工艺精度不断提高，甚至能达到磨齿加工精度。上述两种行星齿轮加工工艺各有优势，考虑到加工效率，且行星齿轮外齿精度要求不必过高，故采用滚齿工艺加工行星齿轮的外齿。行星齿轮外齿滚齿加工采用高精密滚齿机，该设备配置有 FANUC 系统，且设备具备齿轮寻齿功能。文以某款 RV 减速器的行星齿轮为例，阐述其在试制过程中遇到的两种典型异常情况的原因及其相应解决方法。
一、内外齿角相波动大
异常情况：RV 减速器行星齿轮不同于常规齿轮，其结构中同时包含内齿与外齿，且内齿与外齿之间具有角相关系。如图 1 所示，为行星齿轮内外齿的角相关系示意图。图中，行星齿轮内齿齿槽的中点记为 a，行星齿轮的中心记为 o，行星齿轮外齿的中点记为 b，上述 3 点连线所形成的夹角为∠aob，将此角度定义为行星齿轮内外齿的角相，并命名为 α。滚齿后发现，行星齿轮内外齿的角相范围为±0.1°，波动大，难以满足公差要求，合格率低，故需重点解决。
原因分析：滚削行星齿轮外齿后，通常会出现齿轮内外齿角相超差的问题，针对此问题一般通过补偿机床 C 轴旋转角度的方式，来改变滚刀对行星齿轮外齿左、右齿面的切削量，进而促使行星齿轮的外齿相对于其内齿整体旋转一定的角度，从而保证滚齿后行星齿轮内外齿的角相值符合公差要求。然而，实际加工过程中发现，补偿机床 C 轴旋转角度后，通常会出现行星齿轮外齿单侧齿面不见光的现象。分析确定，行星齿轮半精件外齿滚齿余量不足是出现上述现象的主要原因之一。滚齿时，滚刀与齿轮外齿的某一齿面不接触，致使未见光齿面与理论预期齿面的位置产生偏差，导致角相发生变化，波动大。每次滚齿加工前，需运行机床寻齿程序，从而确定行星齿轮外齿齿槽相对于滚刀齿的位置，为补偿机床 C 轴旋转角度提供参考，进而开始滚齿。受行星齿轮半精件质量的影响，再次寻齿确定的滚刀齿与行星齿轮外齿齿槽的相对位置与前一件存在误差。当根据前一件行星齿轮的角相偏差值补偿机床 C 轴的旋转角度并加工下一件行星齿轮时，由于寻齿获得的参考位置存在误差，导致滚削下一件行星齿轮后其内外齿的角相值偏离预期值甚至超差，故这也是滚齿后行星齿轮角相波动大的另一原因。
解决方案： 机床 C 轴补偿角度一般换算为弦长补偿值。弦长补偿值是指根据三角函数关系，将行星齿轮外齿节圆绕行星齿轮中心旋转的角度值换算成的弦长值，该数值对应行星齿轮外齿单侧齿厚的去除量。行星齿轮外齿的节圆半径计算公式如下：
式中，r’为行星齿轮外齿节圆半径，r 为行星齿轮外齿分度圆半径，a’为行星齿轮外齿滚齿的实际中心距(根据机床坐标获得)，a 为行星齿轮外齿滚齿的理论中心距，r 刀为滚刀半径，m 为行星齿轮外齿模数，z 为行星齿轮外齿齿数。
通过计量行星齿轮半精件的外齿齿厚确定，目前行星齿轮半精件的外齿单侧齿厚余量约为 0.05 mm。根据行星齿轮角相公差，换算确定行星齿轮外齿单侧滚齿余量应控制在 0.3 mm 左右。通过验证，增大行星齿轮外齿滚齿余量后，其外齿齿面不见光现象消失。此外，为避免滚齿前行星齿轮半精件外齿质量对寻齿造成不良影响，根据首件精滚后行星齿轮的内外齿角相值补偿机床 C 轴的弦长值，并对该行星齿轮进行二次滚齿，进而修正该行星齿轮的内外齿角相至公差内。后续滚齿过程，关闭寻齿功能，减小寻齿误差。通过上述验证滚齿时，首件寻齿，之后关闭寻齿功能并批量滚齿，获得的行星齿轮内外齿的角相波动显著减小。
二、内外齿偏心严重
异常情况：行星齿轮内齿与外齿的中心偏移量过大超差，其中心偏移量评价项目为径向跳动(Fr)。采用高精密齿轮检测仪计量行星齿轮内齿与外齿之间的径向跳动(Fr)。计量结果显示，行星齿轮内外齿的径向跳动(Fr)数值高达 0.05 ~ 0.08 mm，无法满足齿轮的精度等级要求，合格率低，需重点解决。
原因分析：针对上述行星齿轮内外齿径向跳动(Fr)超差的异常情况，首先核验滚齿机的设备精度。通过检验确定，机床底座、压头的圆跳动及端面跳动均在 0.005 mm 以内，证明设备工况满足使用要求，对行星齿轮内外齿的径向跳动(Fr)影响较小。进一步，核验行星齿轮滚齿工装。滚齿工装上设有圆柱花键，此花键与行星齿轮的内齿配合。根据行星齿轮内齿与圆柱花键的配合原理，可通过分别计量行星齿轮的内齿齿厚及圆柱花键的齿厚来确定二者的配合松紧是否异常。齿厚的评价项目之一为公法线长度。利用高精密齿轮检测仪计量此圆柱花键及行星齿轮内齿的公法线长度。发现，行星齿轮内齿的公法线长度相比圆柱花键公法线长度较大，即行星齿轮内齿与圆柱花键的配合间隙较大，行星齿轮与圆柱花键配合时易发生移动，定位不准。故，圆柱花键与行星齿轮内齿的配合间隙较大是行星齿轮内外齿径向跳动(Fr)较大的主要原因之一。标准直齿轮的公法线长度计算公式如下：
式中，Wk 为公法线长度，α 为齿压力角，k 为跨齿齿数，z 为齿数，m 为齿轮模数。
解决方案：针对上述问题，需要解决行星齿轮内齿与圆柱花键工装的配合间隙问题。由于行星齿轮内齿的公法线长度存在波动，当采用圆柱花键工装定位时，会面临花键工装与行星齿轮内齿配档的问题，且根据不同的行星齿轮内齿公法线长度，需增加更换与之匹配的圆柱花键工装的环节。结合现有加工工艺，将滚齿所用的圆柱花键工装更换为锥形花键工装。理论上当行星齿轮内齿齿厚出现波动时，沿锥形花键的轴线方向，总有能与行星齿轮内齿配合较紧的一层截面花键，从而保证行星齿轮不再相对于花键移动。如此，既能消除花键与行星齿轮内齿之间的配合间隙，且无需配档，还可避免花键工装的反复更换，更加高效便捷。另外，行星齿轮的形位公差要求极高，其上下端面须精磨，以保证行星齿轮端面的平面度及上下端面的平行度。同时，行星齿轮内齿与齿轮端面的垂直度须严格 控制，要求在 0.01 mm 以内，以避免滚齿过程中行星齿轮相对于花键工装倾斜，保证滚齿后，沿齿向方向行星齿轮的齿厚均匀。通过试验验证，经过以上改善，行星齿轮的内外齿径向跳动(Fr)数值大幅降低，即行星齿轮内齿与外齿的中心偏移量明显改善。
三、滚齿方案工艺特点及其优势
滚齿方案控制要点：根据 RV 减速器行星齿轮的结构特点及其滚齿方案，行星齿轮的滚齿控制要点总结如下：行星齿轮半精件两端面的平行度、行星齿轮内齿与其端面的垂直度均须严格控制，行星齿轮半精件外齿的滚齿余量须保证足够。滚齿时，滚齿定位工装采用锥形花键工装，避免行星齿轮相对于花键工装发生移动。滚削行星齿轮外齿前，须首先校准滚齿工装底座和压头的圆跳动及其端面跳动。滚齿过程中，只进行首件寻齿，利用首件补偿行星齿轮内外齿的角相后，后续批量滚齿过程中关闭寻齿功能。
滚齿方案优势：传统展成法磨齿工艺须定期修磨砂轮以保证齿轮的齿形要求，修磨速度慢，效率低。相比展成法磨齿，成形法磨齿的磨削接触面积较大，磨削量增加，效率更低，且须根据不同的齿轮齿形配置对应修形后的砂轮，成本更高。业内也有尝试采用线切割工艺加工行星齿轮的案例，此工艺也可以满足行星齿轮的精度要求，但齿轮齿面的表面粗糙度往往较差，影响 RV 减速器整机的传动精度和传动效率，且噪音较大。此外，采用线切割工艺加工行星齿轮同样面临加工效率低的问题，不利于批量生产。相比于上述行星齿轮的加工工艺，滚齿加工工艺可进行直齿、斜齿、人字齿轮 等多种类型齿轮的加工，且使用特制滚刀还能加工花键等具有特殊齿形的工件，加工范围广，通用性强。另外，滚齿加工工艺避免了砂轮的修磨，加工效率更高，且加工精度高，满足使用要求。故，目前在研发阶段、批量试制阶段，都有较为广泛的应用。
四、结 语
随着滚齿精度和稳定性的不断提高，RV 减速器行星齿轮的滚齿加工工艺已具备坚实的技术基础，但仍需 RV 减速器的研发、工艺研究等技术人员的持续努力。滚齿加工行星齿轮过程中，行星齿轮内外齿角相波动及其内外齿偏心严重两种异常情况的原因及其解决方法，为滚齿加工行星齿轮提供一些思路。此外，也有其他诱因导致上述两种异常情况的出现，在生产中需根据实际情况多方面排查验证，从而更好地解决上述问题。
参考文献略.