專利名稱：用于制造斜齒輪的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制造齒輪的方法，更具體地說，涉及通過將齒輪齒頂端槽脊作為基準來制造具有減小的偏心率斜齒輪的方法。
背景技術：
用于制造具有軸的斜齒輪的傳統(tǒng)方法包含幾個步驟。首先，將未加工的鍛料或棒料加工成包括用作制造定位點或基準的中心孔的坯件。如果需要的話，坯件可以包括螺紋或花鍵，或者可以在后面的操作中添加螺紋或花鍵。在制成坯件以后，在工件中切削出齒輪齒。
按照慣例，螺旋斜齒輪對以及準雙曲面齒輪對不是通過利用間歇逐齒分度端銑方法，就是以連續(xù)分度端面滾銑方法生產(chǎn)的。直到最近，齒輪齒的端銑仍是優(yōu)選的方法。一些齒輪制造商，尤其是那些為車輛應用而制造螺旋錐以及準雙曲面齒輪的齒輪制造商，在最近已經(jīng)采用了端面滾銑生產(chǎn)工藝。在端面滾銑機中，使用了支承有多個成組安裝的刀片的圓形端面滾刀式旋轉刀具，并且工件(齒輪坯件)和刀具以定時關系連續(xù)旋轉直至整個零件完成加工。在切削過程中，工件以旋轉方式分度，這樣當齒輪或小齒輪構件被切削時，每個連續(xù)的刀片組就與連續(xù)的齒槽相嚙合。同端面銑削方法相比，端面滾銑方法需要較少的加工步驟和更少的加工時間。
通常情況下，在切削齒輪齒廓時并不同時加工齒輪齒的齒頂端槽脊，這就造成齒輪齒節(jié)線與頂端槽脊間存在很大的偏心率。為加工這些齒輪，就不得不為齒輪增加如中心之類的表面，或購置并維護諸如齒輪周節(jié)線卡盤之類的昂貴且復雜的設備。
因此，需要一種改進的能夠克服傳統(tǒng)獨立式驅動軸的缺點的方法來制造斜齒輪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新穎的制造斜齒輪的方法。依照本發(fā)明的方法包括如下步驟提供一種具有齒輪頭的斜齒輪坯件，通過同時切削齒輪齒頂端槽脊、齒輪齒側面輪廓和底部槽脊而在斜齒輪坯件的齒輪頭上形成齒輪齒，從而使用端面滾銑過程形成未精加工的斜齒輪構件，并且使用齒輪齒的頂端槽脊作為對精加工的斜齒輪構件進行定心的基準點來加工未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面，從而形成成品。該方法適用于制造既具有從齒輪頭軸向延伸的軸以及沒有軸的這兩種斜齒輪構件。
因此，本發(fā)明提出了一種制造斜齒輪方法的新穎的配置。通過同時切削齒輪齒頂端槽脊、齒輪齒側面輪廓和底部槽脊以形成齒輪齒從而形成未精加工的斜齒輪構件，并且使用齒輪齒的頂端槽脊作為對未精加工的斜齒輪構件進行定心的基準點來加工未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面，基本上在齒輪齒頂端槽脊和齒輪底部槽脊之間不會造成偏心率。因此，依照本發(fā)明制造的斜齒輪構件顯示了基本上減小的偏心率且具有更簡單的結構，需要更簡單、更便宜的工具來加工齒輪構件，且齒輪構件更容易保持對準的偏心率并且更加容易維護。可以設置偏心率從而降低車輛噪音級別。
還有，同步切削出齒輪齒頂和齒輪齒廓形狀的方法省去了一個后序的加工操作，改善了齒輪輪齒的節(jié)線偏心率的一致性及精度，提高了部件質量并降低了制造成本。另外，本發(fā)明的齒輪刀片考慮到了較大的制造靈活性，因為切削刃尺寸可以很容易地進行修改，從而提供了這樣一種機械加工能力，即在坯料加工中無需精確控制其齒端槽脊，而又能加工出形狀更接近于成品的那種鍛造坯件。


通過研究下面有附圖的說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點會更清楚，其中圖1是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的工件的側視圖；圖2是由定心環(huán)支撐的依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的工件的側視圖；圖3是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的整體式齒輪坯件的側視圖；圖4是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的未精加工的斜齒輪構件的側視圖；圖5A是依照本發(fā)明的整體式齒輪坯件的齒輪頭的部分立體圖，刀片在該齒輪頭上進行操作；圖5B是圖5A的刀片的視圖，顯示了其切削刃的幾何結構；圖6是簡化剖視圖，顯示了依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例在端面滾銑機上執(zhí)行齒輪齒切削操作；
圖7是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例在精加工操作中由定心環(huán)和后軸支撐的未精加工斜齒輪構件的側視圖；圖8是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例制造的斜齒輪構件的立體圖；圖9是在精加工操作中由定心環(huán)支撐的依照本發(fā)明的另一個實施例的環(huán)形齒輪的側視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明涉及用于制造斜齒輪的方法。本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述了用于制造具有用于在齒輪箱內(nèi)部支撐齒輪構件的軸的斜齒輪構件的過程，例如用于車輛驅動軸的主傳動裝置的準雙曲面和/或螺旋小齒輪傳動齒輪構件。應當知道，用于制造本發(fā)明的優(yōu)選實施例的斜齒輪的方法也可以用于制造包括齒輪頭和軸的任何斜齒輪構件，其中齒輪頭部具有任意的適用輪齒形狀，諸如螺旋形、準雙曲面形、直齒形等。
用于制造依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有軸的斜齒輪的方法包含幾個步驟。
首先，通過鍛造、鑄造或本領域中已知的任何其它適當方式形成圖1中所示的未加工工件101。工件101最好是優(yōu)選通過鍛造形成的整體式單件金屬部件。工件101具有齒輪頭121和從齒輪頭121同軸延伸的軸151。工件101具有在前端24和后端26之間延伸的中線11。工件101的軸151還配設有第一軸承座部161、第二軸承座部181、后部201和具有變化直徑的尾部221。工件101的齒輪頭121具有齒面角表面141和背面表面131。
如圖2所示，然后工件101被加工而同時由定心環(huán)(或定位器)28支撐著，且定心環(huán)28與工件101的齒輪頭121的齒面角表面141接合。在加工操作期間，余量材料從工件101的軸151以及齒輪頭121的背面表面131上移除，因此形成如圖3所示的整體式齒輪坯件102，從而為齒切削操作做好準備。在加工操作期間移除的余量材料在圖2中使用虛線顯示并且大體上由附圖標記M表示。
如圖3所示，整體式齒輪坯件102具有齒輪頭122和從齒輪頭122同軸延伸的加工軸152。齒輪坯件102的軸152還配設有第一軸承座部162、第二軸承座部182、后部202和具有變化直徑的尾部222?？梢岳斫猓X輪坯件102的后部202可以包括花鍵21，而尾部222可以包括螺紋23，而這些是在形成整體式齒輪坯件102的上一個步驟中按照需要形成的?；蛘撸梢栽诤竺娴牟僮髦刑砑踊ㄦI21和/或螺紋23。整體式齒輪坯件102還包括在其后端26處形成的后部中心孔29，它用作制造定位點或基準點。后部中心孔29配備來容納后軸50的定心銷52(如圖7所示)，從而將齒輪坯件10完全地支撐在機床上。整體式齒輪坯件102的齒輪頭122具有齒面角表面141和加工的背面表面132。
在制成坯件操作以后，在齒輪坯件102中切削出多個齒輪齒32從而形成圖4中所示的本發(fā)明的未精加工斜齒輪構件103。如圖所示，每個齒輪齒32包括成對的相對側面輪廓34和頂端槽脊36。齒輪齒32被齒根面(bottom land)38隔開。如圖5中進一步所示，使用齒輪刀片40(圖5A中僅顯示了一個齒輪刀片)對齒輪齒32進行切削，其中齒輪刀片40配備用來同步切削其頂端槽脊(topland)36與齒輪齒32的側面輪廓34和齒根面38。此方法公開于號為6,536,999的美國專利中，該專利受讓給本專利的受讓人，并且在此引入作為參照。
如圖5B所示，刀片40包括柄42和在其遠端43處形成的切削構件44。刀片40的切削構件44的前端面配設有切削刃45，通常只是在其一側上配設。切削刃45包括用于切削齒輪齒32的側面輪廓34的第一段46以及用于切削齒輪齒32的頂端槽脊36的第二段47。因此，第一段46界定了齒側面輪廓切削刃并且第二段47界定了齒頂端槽脊切削刃。
切削刃45的第一段46從切削構件44的末梢48處以預定的軸向壓力角B延伸出來。很顯然，切削刃45的第一段46的軸向壓力角B取決于齒輪齒的側面所期望的角度。當在此使用時，“軸向壓力角”定義為切削刃45的第一段46和刀片40的中心軸41之間的角度。切削刃45的第二段47的特征在于具有寬度W，如圖5C所示。從切削構件44的末梢48到切削刃45的第一段46和第二段47交接點的距離C是切削構件44的切削刃45的第一段46的高度。距離C基本上等于齒輪齒32的整個厚度。
因此，齒輪刀片40通過切削刃45的第一段46切削出齒輪齒32的側面輪廓34，并且同時通過切削刃45的第二段47形成至少一基本部分的齒輪齒32的齒頂端槽脊36。如圖5A和5B所示，切削刃45的第二段47的尺寸可以設計成能夠切削出齒輪齒32的整個齒頂端槽脊36。
同步切削出齒輪齒頂槽脊和齒輪齒側面輪廓的方法，省去了一個后序的加工操作，改善了齒輪輪齒整個厚度的一致性及精度，提高了部件質量并降低了制造成本。另外，本發(fā)明的齒輪刀片考慮到了較大的制造靈活性，因為切削刃尺寸可以很容易地進行修改，從而提供了這樣一種機械加工能力，即在坯料加工中無需精確控制其齒端槽脊，而又能加工出形狀更接近于成品的那種鍛造坯件。
如圖6所示，在齒輪齒切削操作期間，齒輪坯件102的軸152最好是由收集卡盤56夾持并且齒輪齒32通過端面滾銑機60上的端面滾銑過程切削出來。
在齒切削操作期間，如圖6所示，余量材料從齒輪坯件102的齒輪頭122的齒面角表面141上移除，因此形成如圖4所示的未精加工的斜齒輪構件103，它包括具有多個齒輪齒32的齒輪頭123。應當知道，在齒切削操作期間可以形成任何適用的齒型，例如螺旋、準雙曲面、直齒形等。
本領域的普通技術人員應該懂得，如圖4所示的斜齒輪構件103的齒輪頭123的齒面角表面142是由齒輪齒32的齒頂端槽脊36限定的。另外，因為齒輪齒頂端槽脊36與齒輪齒側面輪廓34是在同一臺機器上加工并且使用同一刀片，因此齒頂端槽脊36和底部槽脊38同心程度非常高。因此，齒輪齒32的頂端槽脊36(或齒輪頭123的齒面角表面142)可以用作后序加工操作的制造基準和/或制造定位表面。換句話說，上述制造過程中切削出的齒輪齒32的頂端槽脊36與齒輪齒32節(jié)圓的同心程度極高，所以位于該齒輪齒32頂端槽脊36上的定心環(huán)(或定位器)28中的偏離就精確地填補了不考慮由其它操作造成的偏差，從中心線11測得的該齒輪齒周節(jié)圓的偏離。使用標準指示計量器可以很容易地檢測出以齒輪齒32的頂端槽脊36(或齒面角表面142)為定位表面的偏離及磨損。
齒輪齒切削操作之后的下一個步驟是使用多種常見的熱處理方法對未精加工的齒輪構件103進行熱處理。通過熱處理而硬化的齒輪齒32比柔軟的齒輪齒更堅固并且更耐磨損。軸152在硬化操作之后具有更好的扭轉強度。通常情況下，在熱處理之后，如果需要的話，具有軸的準雙曲面齒輪和螺旋斜齒輪將被矯直。
最后，最終加工操作是對未精加工的斜齒輪構件103的軸承座部162和182進行精加工。在精整加工操作過程中，如圖7所示，未精加工的斜齒輪構件103由定心環(huán)(或定位器)28支撐，定心環(huán)28置于齒輪頭123的齒輪齒32的頂端槽脊36(或齒面角表面142)上并且后軸50的定位銷52與未精加工斜齒輪構件103的后端26中的后部中心孔29接合。未精加工的斜齒輪構件103由定心環(huán)28通過與齒輪齒32接合的驅動銷28a驅動。
因此，齒輪齒32的頂端槽脊36被用作未精加工斜齒輪構件103的一端上的定位基準點。在未精加工斜齒輪構件103的另一端上，后軸50的定位銷52被用作定位基準點?；蛘?，花鍵中徑被用作定位基準點。如果此時需要加工花鍵外徑，如同更常見的為減小傳動軸偏離，軸152在制成坯件時所采用的方式是后部202的直徑在制成坯件中足夠小，從而在熱處理之后不需要進行加工。
后期熱處理加工操作形成成品——圖8中所示的斜齒輪構件10。如圖8所示，斜齒輪構件10最好是小齒輪驅動齒輪，如用于車輛驅動軸的主傳動裝置。本領域的普通技術人員都知道，用于制造本發(fā)明的優(yōu)選實施例的斜齒輪的方法也可以用于制造包括齒輪頭和軸的任何斜齒輪構件，其中齒輪頭部具有任意的適用齒型，例如螺旋形、準雙曲面形、直齒形等。
或者，本發(fā)明的方法適用于制造無軸的齒輪構件，例如具有基本上環(huán)形齒輪頭112的環(huán)形齒輪構件110。環(huán)形齒輪構件110的齒輪頭112的齒輪齒132是使用齒輪刀片切削的，齒輪刀片用來采用與上文中描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例中基本相同的切削過程同步切削齒輪齒132的側面輪廓和底部槽脊及其頂端槽脊136。在齒132被切削之后，使用多種常見的熱處理方法硬化環(huán)形齒輪構件110。然后后期熱處理，或精整，加工操作或操作可以被簡化(圖9)從而實現(xiàn)與所述的具有軸的齒輪構件類似的優(yōu)點。更具體地說，在最終加工操作期間，如圖9所示，環(huán)形齒輪構件110由定心環(huán)(或定位器)128支撐，而定心環(huán)128置于環(huán)形齒輪構件110的齒輪齒132(或齒面角表面114)的頂端槽脊136上并且自定心卡盤129與環(huán)形齒輪構件110的外周邊表面115接合。因此，齒輪齒132的頂端槽脊136被用作環(huán)形齒輪構件110的一端上的定位基準。在該位置中，環(huán)形齒輪構件110的內(nèi)周邊表面116和/或背面表面113被精加工。
因此，本發(fā)明提出了制造斜齒輪方法的一種新穎配置，包括通過同時切削齒輪齒頂端槽脊、齒輪齒側面輪廓和齒根面以形成齒輪齒從而形成未精加工的斜齒輪構件的步驟，因此在齒輪齒頂端槽脊和齒輪底部槽脊之間沒有造成偏差，并且使用齒輪齒的頂端槽脊作為未精加工斜齒輪構件的定心基準來加工未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面。因此，依照本發(fā)明制造的斜齒輪構件顯示了實質減小的偏差且具有更簡單的結構，采用更簡單便宜的工具來加工齒輪表面，更易于校準偏心率并且更易于維護。可以控制偏差以降低車輛噪聲水準。
上述本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述是依照專利法規(guī)的條款而進行說明的。它并不能詳盡描述本發(fā)明或將本發(fā)明精確限定于所公開的形式?？梢愿鶕?jù)上述指導做出各種明顯的修改或改變。上文中公開的實施例是選擇用來最佳地顯示本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使本領域的普通技術人員能夠以多種實施方式最佳地利用本發(fā)明并根據(jù)具體應用對本發(fā)明作各種修改，只要遵循在此描述的原理即可。因此，在上偏離上述發(fā)明的主旨及范圍的情況下，可以對其進行修改。本發(fā)明的范圍還由所附權利要求書界定。
權利要求
1.一種用于制造斜齒輪構件的方法，所述方法包括下列步驟a)提供具有齒輪頭的斜齒輪坯件；b)通過同步切削齒輪齒頂端槽脊、齒輪齒側面輪廓和齒根面而在所述斜齒輪坯件的所述齒輪頭上形成齒輪齒，從而形成未精加工的斜齒輪構件；和c)使用所述齒輪齒的所述頂端槽脊作為用于對所述未精加工斜齒輪構件進行定心的基準來加工所述未精加工的斜齒輪構件的至少一個選取表面。
2.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述斜齒輪坯件是單件整體式工件。
3.如權利要求2所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述整體式工件是由鍛造和鑄造工藝之一形成的。
4.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述斜齒輪坯件還具有從所述齒輪頭同軸地延伸的軸。
5.如權利要求4所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，提供所述整體式斜齒輪坯件的步驟包括下列步驟形成具有所述齒輪頭和所述軸的斜齒輪工件；使用所述工件的所述齒輪頭的齒面角表面作為用于對所述工件進行定心的定位表面，對所述工件的所述軸進行加工，從而形成所述整體式斜齒輪坯件。
6.如權利要求5所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述斜齒輪工件是由鍛造和鑄造工藝之一形成的。
7.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述斜齒輪構件是小齒輪構件，包括齒輪頭和具有第一軸承座部和第二軸承座部的軸，并且其中加工所述未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面的步驟包括加工所述小齒輪構件的所述第一軸承座部和所述第二軸承座部中的至少一個的步驟。
8.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，所述斜齒輪構件是具有內(nèi)周邊表面和背面表面的環(huán)形齒輪構件，并且其中加工所述未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面的步驟包括加工所述環(huán)形齒輪構件的所述內(nèi)周邊表面與所述背面表面中的至少一個的步驟。
9.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，還包括在形成齒輪齒的步驟(b)之后，在加工所述未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面的步驟(c)之前使用熱處理工藝硬化所述斜齒輪構件的步驟。
10.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其中，形成齒輪齒的步驟(b)是端面滾銑過程。
11.如權利要求1所述的用于制造斜齒輪構件的方法，其特征在于，形成齒輪齒的步驟(b)使用齒輪刀片，每個齒輪刀片都包括柄和具有切削刃的切削構件，切削刃具有從所述柄的遠端以給定的軸向壓力角延伸并且尺寸設計成切削所述斜齒輪坯件的所述齒輪齒的至少一個側面輪廓的的第一段，以及基本上垂直于所述刀片的中心軸并且尺寸設計成切削所述齒輪齒的頂端槽脊的至少相當一部分的第二段，這樣每個所述齒輪刀片就與所述斜齒輪構件的所述側面輪廓同時形成所述斜齒輪構件的所述齒的所述頂端槽脊的至少相當一部分。
全文摘要
用于制造斜齒輪的方法，包括下列步驟提供具有齒輪頭的斜齒輪坯件，通過同步切削齒輪齒頂端槽脊、齒輪齒側面輪廓和齒根面以在斜齒輪坯件的齒輪頭上形成齒輪齒，從而通過使用端面滾銑過程形成未精加工的斜齒輪構件，并且使用所述齒輪齒的頂端槽脊作為未精加工斜齒輪構件的定心基準來加工未精加工斜齒輪構件的至少一個選取表面以形成成品。該方法適用于制造既具有從齒輪頭軸向延伸的軸的斜齒輪構件，也適于制造不帶軸的斜齒輪構件。使用該方法制造的斜齒輪構件顯示出減小的偏離并且需要更簡單、更便宜的工具。
文檔編號B23F21/00GK1683105SQ200510071799
公開日2005年10月19日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權日2004年3月15日
發(fā)明者J·S·費希爾, T·O·麥金尼 申請人:達納公司