專利名稱：用于不連續(xù)齒形磨削的刀具和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪的不連續(xù)齒形磨削的刀具以及外嚙 合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪的不連續(xù)齒形磨削的方法。
背景技術(shù)：
該創(chuàng)新性方法和刀具用于圓柱齒輪的不連續(xù)齒形磨削，尤其是在例如用于風(fēng) 力渦輪發(fā)電機系統(tǒng)或造船業(yè)內(nèi)的那些大尺寸工件的領(lǐng)域內(nèi)，其中齒輪可能具有若干 米的直徑。目前對這類齒輪的需求量很大。他們通常很昂貴。在許多情形下，使用 不連續(xù)齒形磨削來加工這類工件。要求在極短的時間內(nèi)加工這些齒輪而不引起研磨 燒傷。遺憾的是，當(dāng)前還沒有針對這類技術(shù)加工參數(shù)的極限值， 一旦超過這些極限 值就會導(dǎo)致研磨燒傷。這些極限值的缺乏導(dǎo)致加工安全性的缺乏。
大家都知道，用于不連續(xù)齒形磨削的刀具無法校準(zhǔn)。這類刀具由多個圓盤構(gòu) 成并因此表現(xiàn)為刀具組。這類刀具能實現(xiàn)短加工時間，但是它們就使用壽命即將結(jié) 束時的處理和準(zhǔn)備而言需要花很大力氣并且必須針對每種齒輪幾何形狀進行專門 設(shè)計和制造。此外，需要在涂層規(guī)格的選擇中作出妥協(xié)以滿足為了粗加工和精加工 的工件上的各種不同的要求。部分地因為這些缺陷，這些刀具無法用于具有大尺寸 的工件的領(lǐng)域內(nèi)。
這種情況引出本發(fā)明將要達成的目的，即研發(fā)出一種方法和所需的刀具，以 在大型圓柱齒輪的不連續(xù)齒形磨削中相對現(xiàn)有技術(shù)顯著地減少加工時間和/或顯著 地增加加工安全性，并在這種情況下使刀具能夠適應(yīng)各項加工任務(wù)
發(fā)明內(nèi)容
'
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，刀具可以是精確定位和重整形的。各齒形沿刀具軸 線的方向的幾何形狀被設(shè)計成使至少兩個以上、最好是全部的刀具齒面用于粗加工 工件的齒面，并且在精加工期間使僅用于粗加工的重整形齒面縮回，因此在精加工 期間，重整形齒面不與工件的齒面形成接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，將刀具制成為可使用于精加工的齒面作為具有尤為 適于精加工的規(guī)格的圓盤的一部分，相反，根據(jù)本發(fā)明的刀具中的其余的圓盤則具 有尤為適于粗加工的規(guī)格。在粗加工時，用于精加工的重整形圓盤縮回足夠距離因 而不與工件齒面形成接觸。在精加工時，重整形的粗加工齒面縮回足夠距離因而不 與工件齒面形成接觸。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，工件可以是精確定位和重整形的并且至少兩個以上 的齒面用來粗加工，并且在粗加工后，磨損部分從用于精加工的刀具齒面上去除， 并且精加工所不需要的齒面被重整形從而在精加工時不與工件齒面形成接觸。在一 組工件齒面的粗加工和/或精加工之后，將工件轉(zhuǎn)過粗加工和/或精加工的過程中有 用的刀具齒面數(shù)除以2。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，刀具可以是精確定位和重整形的，其中只有屬于一 個圓盤的兩個齒面用來精加工工件。該圓盤具有尤為適于精加工的規(guī)格，相反，剩 余圓盤具有尤為適于粗加工的規(guī)格。在粗加工時，用于精加工的重整形圓盤縮回使 該圓盤不與工件齒面形成接觸的足夠距離以進行粗加工。在精加工時，通過重整形 的粗加工齒面縮回足夠距離而使它們不與工件齒面形成接觸。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，刀具可以是精確定位和重整形的，其中僅屬于至少 兩個圓盤的齒面用于精加工。這些圓盤具有尤為適于精加工的規(guī)格，相反，其余的 圓盤具有尤為適于粗加工的規(guī)格。適于精加工的重整形圓盤縮回不與工件齒面形成 接觸的足夠距離以進行粗加工。在精加工時，通過重整形的粗加工齒面縮回不與工 件齒面形成接觸的足夠距離。
也可使用單獨的刀具進行粗加工和精加工。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的在粗加工過程中具有一個寬圓盤和兩個窄圓盤的刀具。
圖2示出在精加工過程中圖1的刀具，其中刀具側(cè)面用于精加工并屬于相同
的圓盤。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明、在粗加工過程中具有三個寬圓盤和兩個窄圓盤的刀具。 圖4示出在精加工過程中圖3的刀具，其中刀具側(cè)面用于精加工并屬于相同 的圓盤。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明、在粗加工過程中由兩個寬圓盤和兩個窄圓盤構(gòu)成的刀具。
圖6示出精加工過程中圖5的刀具，其中刀具側(cè)面用于精加工并屬于相鄰的圓盤。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明、在內(nèi)齒輪傳動裝置的粗加工過程中由兩個寬圓盤和兩 個窄圓盤構(gòu)成的刀具。
圖8圖解地示出使用寬圓盤的實例、藉由校準(zhǔn)器來實現(xiàn)的刀具整形過程。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照僅以示例方式給出的附圖對本發(fā)明進行詳細說明。盡管圖1-7示出與 正齒齒輪工件嚙合的刀具，但應(yīng)當(dāng)理解這些刀具也能用來加工斜齒齒輪。盡管圖 l-7示出具有共同基體的刀具，然而本發(fā)明也涵蓋組裝自單獨圓盤的刀具。在下面 的說明中，能以兩個齒面工作的圓盤被稱為"寬圓盤"。其它圓盤分別只有一個齒 面適于磨削并被稱為"窄圓盤"。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在大尺寸工件的領(lǐng)域中只采用一個型面磨削圓盤。為此，需 要通過選擇用于校準(zhǔn)的適宜工藝值來使圓盤滿足粗加工和精加工兩者的要求。為了 將制造時間保持地盡可能短，應(yīng)當(dāng)采用盡可能最高的相對體積去除速率。隨著體積 去除速率的增加，研磨燒傷的風(fēng)險也隨之增加。在實踐中，相對體積去除速率的這 些矛盾效果是一個很大的問題。
就相對體積去除速率而言，它并不是表示研磨燒傷產(chǎn)生的明確極限的特征值。 它甚至只應(yīng)用于對產(chǎn)生研磨燒傷的所有已知影響——例如工件硬度、圓盤推進、冷 卻潤滑劑等保持不變的情形。不過，由于目前為止還沒有評價該過程更為合適的變 量，因此在實踐中使用該變量。
下面內(nèi)容示出降低制造時間并因此降低加工時間和/或降低研磨燒傷風(fēng)險的方 式。然而根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，所能獲得的僅為兩個刀具齒面，這兩個刀具齒面同時執(zhí)行 切割，顯然使用根據(jù)本發(fā)明的刀具和根據(jù)本發(fā)明的方法可使更多刀具齒面同時嚙合 于工件，尤其是在粗加工時。當(dāng)假設(shè)工件的所有齒面處具有固定公差并在對應(yīng)于現(xiàn)
有技術(shù)的工藝條件下以本發(fā)明的方式工作時，粗加工所花費的制造時間以2除以當(dāng)
使用根據(jù)本發(fā)明的刀具和根據(jù)本發(fā)明的方法時在粗加工過程中可用刀具齒面的數(shù) 目的因數(shù)而改變。這適用于正齒齒輪裝置。在加工斜齒圓柱齒輪時，制造時間也明
顯縮短。
本發(fā)明的優(yōu)點著重于本文所述大型工件的粗加工所需的那部分制造時間無疑 大于精加工所需的那部分時間這一事實?？捎霉?jié)省的制造時間在與現(xiàn)有技術(shù)相比更 短的時間內(nèi)加工工件。還可保持與現(xiàn)有技術(shù)相同的制造時間并降低研磨燒傷的風(fēng) 險。在實踐中，人們可以實現(xiàn)兩種措施的組合并因此將制造時間和研磨燒傷風(fēng)險減 少至某一程度。
圖l一圖7示出不同設(shè)計的刀具5的示意圖。刀具5保持在繞軸線2轉(zhuǎn)動的刀 具軸3上。附圖標(biāo)記1表示機床中心。刀具5容納在刀架4上。在根據(jù)圖1和圖2 的實施例中，刀具具有位于兩對稱的窄圓盤7之間的寬圓盤6。刀具5相對于機床 中心1設(shè)計成鏡面對稱的方式。該中心、寬圓盤6具有兩個齒面9、 10，而兩窄圓 盤7各自僅具有一個適于磨削的齒面15。在圖1所示的粗加工過程中，刀具5的 齒面9、 10和15加工作為外齒齒輪工件的工件8的齒面13。
在根據(jù)圖1的粗加工過程中，刀具齒面9、 10、 15與工件齒面13嚙合。在精 加工過程中(圖2)，只有寬圓盤6的刀具齒面9、 10在加工工件齒面13，而窄圓 盤7的刀具齒面15通過重整形而與工件齒面13形成間隔。采用這種刀具5，同時 用寬圓盤6的兩個刀具齒面9、 IO進行精加工，這兩個刀具齒面9、 10加工工件8 的相鄰齒16的工件齒面13。因此，工件8的精加工表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)相同的情況。 為此，也能通過己知裝置來形成從現(xiàn)有技術(shù)中獲知的齒面修正。
使用根據(jù)圖5和圖6的刀具，刀具5用來精加工的齒面9、 IO屬于刀具組中 相鄰的圓盤6 (見圖6)。這意味著這里的情況與現(xiàn)有技術(shù)不同；為了形成具有復(fù) 雜齒面修正的齒輪，這種刀具需要相對現(xiàn)有技術(shù)進行修正的軟件。
同樣被設(shè)計成對稱于機床中心1的圖3和圖4的刀具5具有彼此隔開的并排 的三個寬圓盤6，它們被設(shè)置在刀具組的窄圓盤7之間。寬圓盤6的刀具齒面9、 10和窄圓盤7的刀具齒面15在粗加工過程中嚙合于工件齒面13。在精加工過程中 (圖4)，只有中間的寬圓盤6的齒面9、 10與工件齒面13嚙合，而其它圓盤6、 7的齒面9、 10、 15與工件齒面13形成距離。至于圖2的實施例，齒面9、 10屬 于刀具組的相同的圓盤6。
使用具有圖5和圖6的刀具5，提供兩個居中的寬圓盤6，這兩個寬圓盤6被
設(shè)置在兩窄圓盤7之間。對應(yīng)于之前的實施例，寬圓盤6各自具有兩個刀具齒面9、 10,而窄圓盤7同樣各自僅具有一個刀具齒面15。在粗加工過程中(圖5)，圓盤 6、 7和它們的刀具齒面9、 10、 15與工件齒面13嚙合。在精加工過程中(圖6)， 兩個居中跨圓盤6中僅直接相鄰的齒面9、 10與工件齒16的兩工件齒面13嚙合。 兩圓盤6的其它齒面9、 IO不與工件齒面13形成接觸。
也可設(shè)計圖中未示出的刀具。例如，可為刀具5提供不止兩個的窄圓盤7。也 可使用不止兩個的刀具齒面9、 IO進行精加工。然而，這樣做的一個條件是工件8 側(cè)僅需要簡單的齒面修正，并且對齒輪裝置的幾何性質(zhì)沒有額外的要求且工件的齒 數(shù)高，否則的話，各種齒面13處的切割要求會過于不同，并且即使刀具5具有相 同的徑向進給，也會產(chǎn)生不同的齒面粗糙度、不同的齒形斜度偏差和單節(jié)距偏差。
與圓柱齒輪的齒形磨削相關(guān)的嚙合條件很復(fù)雜。在文章背景中，作為工件齒 面13上的切線和在該切線的切點處的刀具轉(zhuǎn)軸2上的法線之間的夾角的開度角S (圖3)具有特殊的重要性。該角在工件齒面13的齒根11和齒頂12之間變化并 另外隨著切點相對于機床中心1的接觸位置而變化。如果所述角S越小，嚙合狀況 就越不理想。圖3示出工件8的兩個左齒面13的所述角S。在圖3中，角S在圖 的右半部接近3(T ，而在圖的左半部大約只有10° 。在圖3的左半部，角S過小 而無法有效加工。這就是為什么這里不希望與工件5有接觸的原因。因此，僅窄圓 盤7提供相應(yīng)齒隙14。窄圓盤7僅與具有足夠大開度角的工件的右齒面13接觸。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的方法同樣可用于加工內(nèi)嚙合齒輪裝置。刀具5具有寬 圓盤6和兩個窄圓盤7。圖示的刀具5用于工件8的粗加工。窄圓盤7的兩刀具齒 面15和寬圓盤6的齒面9和10與工件齒面13接觸。與結(jié)合圖1和圖2針對外嚙 合齒輪工件的討論相似，圖7的刀具也能用來精加工內(nèi)嚙合齒輪工件的齒面。為此， 窄圓盤7的刀具齒面5縮回足夠距離，以僅使寬圓盤6的刀具齒面9、 IO與相鄰 工件齒16的工件齒面13形成接觸。
只要圖l一7的刀具由一組獨立的圓盤或圓盤組組裝而成，即不由共同的基體 形成，則用于粗加工和/或精加工的圓盤可具有不同的磨削材料規(guī)格。
在一個實施例中(未示出)，不同的刀具用于粗加工和精加工。這些刀具就 材料和表面性質(zhì)而言具有面向各加工任務(wù)的不同規(guī)格。不同的刀具可一并安裝在軸 上并移至工作位置以進行加工。還可針對各種操作改變刀具。用于精加工的刀具可 具有兩個或多個齒面。根據(jù)本發(fā)明，用于粗加工的刀具具有沿軸向并排設(shè)置的多種 外形，它們被設(shè)計成象位于刀具軸上的適宜位置的單獨整形的磨削圓盤的型面。
由于在傳統(tǒng)的刀具整形中只使用校準(zhǔn)器的環(huán)形表面積，因此這些校準(zhǔn)器受到 明顯的磨損且整形過程耗時。由于采用刀具校準(zhǔn)和/或重整形，必須從刀具上加工 去除明顯多的體積，因此這些特征對于本發(fā)明方法而言也很重要。前述特征的明顯 改善在于，校準(zhǔn)器與環(huán)形表面積直接毗鄰的圓柱形表面積的附加部分可用于整形過程。
具有旋轉(zhuǎn)軸線24 (圖8)的校準(zhǔn)器17用于新刀具的整形和/或重整形(例如用 于帶變化的齒形幾何形狀的工件)。這些刀具一般每個刀具齒面僅有一個環(huán)形表面 積18和或21在工作。它們在若干工步從底部到頂部以"點接觸"整形各刀具齒面。 環(huán)形表面積18、 21因此受到高磨損并且加工時間很長。這些狀況的明顯改善在于， 除了環(huán)形表面積18、 21中的一個以外，直接毗鄰的圓柱表面積19也用于校準(zhǔn)。需 要大的公差以使用圓柱表面積19來從磨削圓盤5去除材料，并且校準(zhǔn)過程必須沿 從頂部至底部的方向進行(見圖8的箭頭)。
校準(zhǔn)器17可執(zhí)行徑向進給移動，即沿刀具5的旋轉(zhuǎn)軸線2的徑向進給移動(見 圖8的箭頭)，或者經(jīng)由平行于磨削刀具5的齒面9和/或10的最終齒形的軌跡進 給。在徑向進給移動中，使徑向移動量適應(yīng)于齒面9、 IO所要求的最終輪廓。圖8 示出在加工步驟結(jié)束時并在加工齒面9中的附加加工步驟結(jié)束時呈小截面22、 23 形式的校準(zhǔn)器17。在這種校準(zhǔn)中，各刀具齒面的最終輪廓接近階梯形。
通過校準(zhǔn)器17的第二環(huán)形表面積21和直接相鄰的圓柱表面積19對應(yīng)地加工 刀具齒面10，以使其與刀具齒面9的加工鏡面對稱。然后在本文所述的粗加工校 準(zhǔn)后進行精加工校準(zhǔn)；這是以每個刀具齒面僅通過一個環(huán)形表面積18、 21的己知 方式實現(xiàn)的。
盡管已結(jié)合較佳實施例對本發(fā)明進行了闡述，然而要理解本發(fā)明不僅限于這 些細節(jié)。本發(fā)明旨在包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能清楚知道的與主題內(nèi)容相關(guān)而不偏離 所附權(quán)利要求書的精神和范圍的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪不連續(xù)齒形磨削的刀具，所述刀具被形成為旋轉(zhuǎn)對稱并在軸向截面上具有多個沿軸向并排設(shè)置的齒形，所述齒形被設(shè)計成與位于刀具軸適宜位置的單獨整形的磨削圓盤的齒形相似并形成一組圓盤，其特征在于，所述刀具(5)可被校準(zhǔn)和重整形，并將各齒形的幾何形狀確定為使至少兩個以上的齒面用于粗加工，而在精加工過程中，僅用于粗加工的重整形齒面縮回足夠距離以在精加工過程中不與工件齒面形成接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的刀具，其特征在于，至少在齒形區(qū)內(nèi)，刀具(5)由 共同的基體構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀具(5)由若干單獨制造 的圓盤組裝而成。
4. 一種用于外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪不連續(xù)齒形磨削的刀具，所述刀具包 括沿刀具的軸向并排設(shè)置的多個整形的磨削圓盤并形成一組圓盤，其特征在于，所 述刀具(5)是校準(zhǔn)的和重整形的，并將各圓盤的幾何形狀確定為用于精加工的齒 面是具有尤為適于精加工的規(guī)格的圓盤(6)的一部分，而其余的圓盤(7)具有尤 為適于粗加工的規(guī)格，在粗加工時，用于精加工的重整形圓盤縮回不與工件齒面(13)形成接觸的足夠距離，而在精加工時，重整形的粗加工齒面(15)縮回不與 工件齒面(13)形成接觸的足夠距離。
5. —種用具有由一組并排設(shè)置的多個齒形圓盤構(gòu)成的包絡(luò)幾何形狀的刀具來實現(xiàn)外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪不連續(xù)齒形磨削的方法，其特征在于，所述刀具 (5)是校準(zhǔn)的和重整形的，在粗加工時使用至少兩個以上的齒面，在粗加工之后， 從用于精加工的刀具齒面去除磨損部分，并將精加工所不需要的齒面重整形以在精 加工過程中不與工件齒面(13)形成接觸，并且在粗加工和/或精加工一組工件齒 面后將所述工件轉(zhuǎn)過粗加工和/或精加工的過程中有用的刀具齒面數(shù)除以2 (分度 過程)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將精加工所不需要的齒面重整形 以在精加工過程中不與工件齒面(13)形成接觸，但占據(jù)下一次粗加工過程中要求 的位置。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述刀具(5)的校準(zhǔn)和/或重整 形是在加工機床上完成的。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在精加工時，僅使用刀具(5) 中屬于圓盤組中同一圓盤(6)的齒面(9、 10)，從而形成齒輪裝置的所要求的所 有齒面修整。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在精加工時，僅使用刀具(5) 中屬于圓盤組中一個以上圓盤(6)的齒面(9、 10)。
10. —種用由多個沿刀具的軸向并排設(shè)置的整形磨削圓盤構(gòu)成的刀具來實現(xiàn) 外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪不連續(xù)齒形磨削的方法，其特征在于，所述刀具是校 準(zhǔn)的和重整形的，只有屬于一個圓盤(6)的兩個齒面用于精加工并且所述圓盤具 有尤為適于精加工的規(guī)格，而其余的圓盤具有尤為適于粗加工的規(guī)格，在粗加工時， 用于精加工的重整形圓盤縮回不與工件齒面(13)形成接觸的足夠距離，在精加工 時，通過重整形的粗加工齒面縮回不與工件齒面(13)形成接觸的足夠距離。
11. 一種用由多個沿刀具的軸向并排設(shè)置的整形磨削圓盤構(gòu)成的刀具來實現(xiàn) 外嚙合和/或內(nèi)嚙合圓柱齒輪不連續(xù)齒形磨削的方法，其特征在于，所述刀具是校 準(zhǔn)的和重整形的，只有屬于至少兩個圓盤(6)的齒面用于精加工，所述圓盤具有 尤為適于精加工的規(guī)格，而其余的圓盤具有尤為適于粗加工的規(guī)格，在粗加工時， 用于精加工的重整形圓盤縮回不與工件齒面(13)形成接觸的足夠距離，而在精加 工時，粗加工齒面通過重整形縮回不與工件齒面(13)形成接觸的足夠距離。
全文摘要
齒輪磨削工具可以是校準(zhǔn)和重整形的。各齒面沿刀具軸線方向的幾何形狀被設(shè)計成使刀具的至少兩個以上齒面，最好是全部齒面用于工件齒面的粗加工，并在精加工過程中使僅用于粗加工的重整形齒面縮回足夠距離，以使它們在精加工過程中不與工件齒面形成接觸。
文檔編號B23F21/02GK101372056SQ20081021361
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者B·桑德, D·弗賽地克, I·富斯蒂切 申請人:格里森-普法特機械制造有限公司