行星齿轮箱 – 人形机器人用行星齿轮的制造
行星齿轮在类人机器人中的重要性
当前的人形机器人至少需要14个旋转执行器，这些执行器分布在主要关节上：每个肩部区域有三个单元，用于实现复杂的臂部运动；肘关节各有一个单元；髋部区域有两个单元，用于旋转和侧倾；腿部的膝关节还有其他单元。 随着手部精细运动能力的发展以及脚踝关节的日益复杂，这一数量还在持续增加。
技术特性：行星齿轮传动
行星齿轮的工作原理基于多个行星齿轮围绕中央太阳轮旋转，同时这些行星齿轮与外圈的环形齿圈啮合。这种结构不仅使设计紧凑，还能通过多个同时啮合的齿面实现出色的载荷分布。 由此产生了极高的扭矩与尺寸比，使行星齿轮箱成为安装空间受限应用的理想选择。此外，对称布局还确保了固有的平衡性，从而最大限度地减少了振动，并确保在整个转速范围内运行平稳。
虽然平面齿轮传动装置具有结构紧凑、承载能力强的优点，但与谐波传动或摆线齿轮传动相比，其单级传动比仍然有限。 为了实现较高的总传动比（例如100:1），需要采用多级配置，这会增加传动精度和定位精度的复杂性。因此，行星齿轮箱最适合于需要中等传动比且高承载能力的应用，包括大型关节执行器以及谐波减速器承载能力不足的应用。
人形机器人的抓手是一个特别有趣的应用案例。这些紧凑的机构通常结合微型行星齿轮箱与空心轴电机或滚珠丝杠，以实现操作任务所需的精细运动控制。
齿轮硬精加工的替代方案
除刮齿外，还有两种磨削工艺可用于齿轮的硬精加工：
- 蜗杆磨或成形磨——在严格公差条件下实现高生产率
展成磨是实现行星齿轮高效率磨削的理想选择。通过这种工艺，可在极佳的表面公差条件下达到 DIN 5–6 级的齿面质量。埃马克为此提供了 G 160 机型。 此外，配备高速磨削头的 G 250 HS 机型既可进行磨齿，也可进行成形磨。该机型配备极小尺寸的轮廓砂轮，甚至能够加工具有有限退齿的太阳轮。 - 成形磨——一台机床实现最大灵活性
对于尺寸极小且种类繁多的零件，成形磨具有决定性的优势：行星齿轮、太阳轴和内齿轮均可在一台机床上完成加工。G 375 H 卧式成形磨床正是为此类应用而设计。该机型采用极小尺寸的砂轮，并可通过选配的内齿磨削臂加工内齿轮。 得益于极短的换型时间，该设备不仅适用于批量生产，也适用于开发项目以及零件几何形状多变的小批量生产。
替代性制造工艺：整材磨削
对于小模数的齿轮部件，采用一种替代性制造工艺可以实现特别经济的制造。该工艺是在淬火后直接从实心材料上进行齿轮磨削。由于小模数情况下淬透深度足以覆盖整个齿形，因此完全无需预齿加工。 因此，工艺流程简化为：
淬火前达到4级质量标准
虽然5级齿轮质量是该行业的入门标准，但人形型机器人领域的新兴应用越来越要求在淬火前达到4级质量。由于淬火通常会使齿轮质量下降一到两个等级，因此这一要求对于确保热处理后成品部件达到可靠的5级或更高质量至关重要。
在制造人形机器人执行器时，要满足质量和生产率的要求，需要采用专门的机床解决方案，以应对微型精密齿轮加工的特殊挑战。 通过集成自动化工件搬运、过程监测和先进的机床控制系统， 打造的生产系统即使在大批量生产中也能始终如一地满足公差要求。
机床平台：K 160
K 160 齿轮加工中心专为满足小模数齿轮加工的特定需求而设计。矿物铸铁机床床身具有卓越的热稳定性，即使在环境温度波动和切削过程中产生热量的情况下，也能保持几何精度。 开放式机身结构便于工件装载和装夹操作，而液冷直接驱动系统（主轴和刀具主轴）则确保了工件与刀具旋转之间的同步性，这对达到目标公差至关重要。
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机床平台：G 375 H – 卧式成形磨床
G 375 H 是一款卧式成形磨床，可加工行星齿轮、太阳轴，并可通过选配内圆磨削臂加工内齿。这使得一台机床即可完成紧凑型行星齿轮箱的所有齿轮部件的磨削加工。 由于能够使用非常小的砂轮，G 375 H 特别适用于具有复杂轮廓的工件，而传统磨床在处理此类工件时往往力不从心。无论是预切齿的工件，还是淬火后的实心毛坯，均可直接磨削出齿形。 结果：该机床平台能够以卓越的质量对紧凑型行星齿轮箱的所有齿轮部件进行磨削——从而成为该应用领域最具灵活性的解决方案。
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工艺
During the machining of the tooth flanks of shafts and gears by means of generating grinding or gear grinding, it is important to achieve…
Flexible, highly productive, highly accurate - as a continuous gear production process, hobbing is indispensable in many industries, as it allows any…
Profile grinding of gears and long, slim and toothed components is performed discontinuously, i.e., tooth gap by tooth gap, is completed one after the…
倒立式车削是一种金属切削制造工艺。 埃马克是最早使用垂直主轴进行倒立式车削的机床制造商之一。 在使用垂直主轴进行倒立式车削（也称作倒立式上下料车削）时，工作主轴既承担加工操作（倒立式车削、钻孔、铣削......），也承担自动化系统控制。…
工件
Flexspline
Flexsplines, also known as flexible shaft gears, flex pots, or collar sleeves, form the heart of harmonic reducers. These high-precision components enable very high reduction ratios in a single gear…
Planetary Gears
波发生器
波发生器是谐波驱动齿轮箱的输入部件。它由薄壁轴承结构（外圈弹性，内圈固定在椭圆凸轮上）组成，并通过椭圆轮廓确定柔轮的正向变形。因此，形状和位置公差要求在 µm 范围内；典型图纸要求，除其他外，椭圆曲线与基准内径或基准外径的同心度/对称性，以及轮廓公差 ≤ 3 µm - 在一次装夹操作中完成，以避免基准误差。
