專(zhuān)利名稱(chēng)：齒輪設(shè)計(jì)和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于齒輪設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
齒輪是復(fù)雜的三維體。包括至少兩個(gè)齒輪的高級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的 用途在于在沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)或其它形式振動(dòng)能量損耗的情況下以高負(fù)載 和高轉(zhuǎn)速均勻傳遞運(yùn)動(dòng)振動(dòng)，并且噪音低。這些齒輪通常釆用銑削或 切削技術(shù)制造。
市場(chǎng)上很早就可以買(mǎi)到用來(lái)滿足針對(duì)齒輪設(shè)定的要求的銑床。所 有這些已知的機(jī)床都是基于形成與漸開(kāi)線對(duì)應(yīng)或至少基于漸開(kāi)線形式 的齒形。
采用這些機(jī)床，尤其在圓柱齒輪的情況下，漸開(kāi)線齒形很容易通 過(guò)沿著所設(shè)計(jì)的齒輪的節(jié)距圓在齒條刀或針刀上施加均勻的運(yùn)動(dòng)用銑 削或切削來(lái)制造，為此齒輪按照適當(dāng)?shù)姆绞接绕湟赃m當(dāng)?shù)倪x定速度轉(zhuǎn) 動(dòng)。這樣在具有直齒的圓柱齒輪中形成精確漸開(kāi)線，并且由此形成精 確滿足設(shè)定規(guī)范的齒輪。
另一種生產(chǎn)具有漸開(kāi)線齒形的齒輪的方法使用了滾刀。在這種情 況中，旋轉(zhuǎn)的滾刀均勻地移動(dòng)穿過(guò)同樣轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪材料。
根據(jù)再一種生產(chǎn)方法，仿形磨盤(pán)將齒輪材料研磨出齒形，其中在 仿形盤(pán)式研磨設(shè)備中預(yù)先設(shè)置好齒形。
除了具有直齒、斜齒或雙斜齒(v形齒)的圓柱齒輪之外，錐形
齒輪也具有直齒、斜齒或其中齒角在齒寬上變化的齒。因此，形成弧， 這些弧實(shí)際上具有凸起或凹進(jìn)形式并且這些圓弧形成為圓、擺線、漸 開(kāi)線、準(zhǔn)漸開(kāi)線或外擺線的一部分。除了上述圓柱和錐形齒輪之外， 也可以應(yīng)用于錐齒輪或傘齒輪。這些是其中所涉及的軸線不相互平行的齒輪。
所有上述漸開(kāi)線齒形是通過(guò)錨固在專(zhuān)門(mén)銑齒機(jī)中的機(jī)械加工工具 的運(yùn)動(dòng)以及所要制造的齒輪相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)而形成的。所有這些齒 輪的齒形和弧因此動(dòng)態(tài)錨固在用來(lái)制造齒輪的機(jī)床中，并且采取所使 用的工具形式。
雖然在傘齒輪的情況下在平面中繼續(xù)從圓來(lái)制作漸開(kāi)線(圓柱齒
輪的基本起點(diǎn))，但是這種漸開(kāi)線就像它投影到三維錐體上，從該投影 中現(xiàn)在在空間平面中形成球面漸開(kāi)線。對(duì)于傘齒輪的該生產(chǎn)方法本身 而言，在錐形齒輪的情況下相對(duì)于所期望的球面漸開(kāi)線齒部會(huì)出現(xiàn)明 顯的差異。由于這些偏差，不會(huì)根據(jù)球面漸開(kāi)線來(lái)形成齒形，而是形 成奧克托齒形，由此不再可能完全滿足均勻傳遞運(yùn)動(dòng)的上述條件，這 對(duì)具有兩個(gè)或更多這些齒輪的傳動(dòng)裝置的運(yùn)行性能造成負(fù)面影響。參
考文獻(xiàn)如下
Herman J. Stadfeld博士 "The basics of Spiral Bevel Gears", 200 年1月/2月，Gear Technology,第31-38頁(yè)。
G. Niemann, H. Winter, Maschinelements Band III，第26-27頁(yè)。
在傘齒輪的情況中，通過(guò)不再采用會(huì)得到偏離球面漸開(kāi)線的齒形 的固定動(dòng)態(tài)限定的機(jī)床-工具組合，而是通過(guò)釆用自由可編程的組合， 從而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，通過(guò)自由可編程組合可以通過(guò)才幾械加工實(shí)現(xiàn)精確的球 面漸開(kāi)線齒形。
沿著該方向的開(kāi)始階段是已知的，尤其是可以從Figliolini， 6zal 和Suh的研究文獻(xiàn)中可知。為此將參照下面所提到的參考文獻(xiàn)。例如 Figliolini公開(kāi)了具有球面漸開(kāi)線齒的齒輪的通用數(shù)學(xué)描述，由此傘齒 輪的數(shù)學(xué)模型的通用描述也是已知的。基于這些數(shù)學(xué)模型，也可以通 過(guò)采用自由可編程機(jī)床-工具組合并且基于球面漸開(kāi)線進(jìn)行機(jī)械加工 來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜錐形齒輪。
這些機(jī)床當(dāng)然必須具有足夠的自由度以便能夠?qū)崿F(xiàn)傘齒輪的復(fù)雜 齒形。
為了按照這樣一種方式銑削傘齒輪，現(xiàn)在在所有情況中都釆用了三軸同時(shí)操作的銑床。因此采用了附加的轉(zhuǎn)盤(pán)，由此基本上形成了四 軸銑床。但是，在自身銑削期間，具有額外自由度的該轉(zhuǎn)盤(pán)是固定的， 從而這也實(shí)質(zhì)上為三軸同時(shí)操作的銑床。
這些銑床使用小直徑球頭銑削裝置來(lái)進(jìn)行銑削，從而在齒根的底 面上也仍然可以實(shí)現(xiàn)足夠的自由度。
使用該球頭銑削裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，銑削裝置接觸銑削表面的角度 不同，當(dāng)然其限制在于，銑削裝置的針刀不會(huì)接觸齒面并且與切削側(cè) 接觸的球頭銑削裝置的底面不能用于銑削。
所用的銑床因此在理論上只需提供到達(dá)空間中在傘齒輪上的每個(gè)
小x-、 y-和z-位置的可能性，其中銑削裝置的針刀的位置是不相關(guān)的。 這可以用相對(duì)簡(jiǎn)單可自由編程的三軸銑床來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這個(gè)方案在將在下面描述的圖l和2中顯示出，并且在Figliolini, 6zal和Suh的各種文獻(xiàn)中描述
Figliolini Giorgio ( 1 ): Angeles Jorge ( 2 ) ， "Algorithms for involute and octoidal bevel-gear generation" 。 Journal of mechanical design ( J. mech.des.) ISSN 1050-0472 2005，第127巻，第4期，第 664-672頁(yè)。
S.H. Suh、 D.H. Jung、 E.S. Lee， "Modelling, implementation, and manufacturing of spiral beleve gears with crown', ， International Journal of Advanced Manufacturing Technology Springer畫(huà)Verlag， 第 21巻，2003年，第775-786頁(yè)。
S.H. Suh等人，"Sculptured surface machining of spiral bevel gears", International Journal of Machine Tool & Manufacture, 第41 巻，2001年5月，第833-850頁(yè)。
S.H. Suh， W.H. Jih, H.D.Hong， D.H.Jung， "Manufacturing Spiral
Bevel Gears with CNC milling"Proceedings of he second International Conference on Advanced Manufacturing Technology，Johor-bahru， M勿sia，第261-267頁(yè)，2000。
S.H. Suh， W.S. Jih， H.D.Hong， D.H.Jimg， "Sculptured surfacemachining of spiral bevel gears": a feasible study, 15th ISPE/IEE International Conf. On CAD/CAM, Robotics,以及Factories of the Future, Brazil，第1巻，第11-16頁(yè)，1999。
Cihan 6zal, Ali nan 和 Latif 6zal ， "An Investigation on Manufacturing of the Straight Bevel Gear Using End Mill". Journal of Mamifacturing Science and Engineering—2005年8月一第127巻，第 3期，第503-511頁(yè)。
這些作者描述了所進(jìn)行的試驗(yàn)的方法和結(jié)果，這些試驗(yàn)基于翻譯 成機(jī)床代碼的模型，采用該模型來(lái)控制自由可編程的、三軸同時(shí)操作 的CNC機(jī)床。
該方法的缺點(diǎn)在于，球頭銑削裝置的直徑受到在齒面之間的最小 空間以及可能的齒根的規(guī)定直徑的限制，也參見(jiàn)將在下面描述的圖3。 這種小球頭銑削裝置的機(jī)械加工能力非常低，由此銑削時(shí)間變得非常 長(zhǎng)，這導(dǎo)致該方法不能應(yīng)用于更寬的商業(yè)用途不得不被實(shí)際上排除。
而且用小球頭銑削裝置進(jìn)行銑削留下了清晰的凹進(jìn)銑削加工軌 跡，這導(dǎo)致粗糙的表面，或者至少光潔度不太滿意的表面。因此在銑 削期間在齒面上形成由脊部清楚地表現(xiàn)的相鄰的狹窄的凹進(jìn)銑削加工 軌跡。在這點(diǎn)上參照將在下面描述的圖4。
這些銑削加工軌跡形成粗糙的齒面，這對(duì)齒輪的運(yùn)行性能和使用 壽命具有非常大的不利影響，并且由此不能滿足針對(duì)高級(jí)齒輪傳動(dòng)裝 置所設(shè)定的多個(gè)上述要求。
合。而且在磨合期間出現(xiàn)了大量磨損，其中，不能防止研磨灰塵釋放 到到齒輪傳動(dòng)裝置中，這是非常不理想的。
因此所述磨合時(shí)間伴隨著額外的危險(xiǎn)，例如承載損害和齒面損壞， 或者需要額外的注意和成本，例如潤(rùn)滑油過(guò)濾和監(jiān)測(cè)。而且，由于這 些銑削加工軌跡在兩個(gè)相互共同作用的齒輪中形成較小的接觸表面， 并且存在大大增大的表面張力，并且存在形成微凹坑的危險(xiǎn)，即從齒 面中破碎出材料微粒，這導(dǎo)致加速磨損。從另一個(gè)方面也可以非常明顯地看出通過(guò)銑削實(shí)現(xiàn)非常光滑的齒面的重要性。如果通過(guò)銑削來(lái)獲得所期望的規(guī)定表面質(zhì)量，則可以省卻為此通常所需的通過(guò)研磨來(lái)進(jìn)行額外并且昂貴的精加工的必要。而且釆用研磨進(jìn)行精加工也必須用同樣自由的可編程銑床來(lái)完成，因此要采用同樣的小球頭研磨石。顯然，由于在磨盤(pán)的轉(zhuǎn)速、裝載和結(jié)塊方面的限制，用這種小球頭研磨石來(lái)進(jìn)行研磨精加工實(shí)際上是不切實(shí)際的。因此需要采取現(xiàn)有的用于精細(xì)研磨的與機(jī)床相關(guān)的動(dòng)態(tài)研磨技術(shù)。結(jié)果現(xiàn)有技術(shù)齒形與精確的球面漸開(kāi)線齒形不同，因此也與粗銑削齒形不同，由此，如上面簡(jiǎn)要所述一樣不再能夠滿足針對(duì)高級(jí)傳動(dòng)裝置設(shè)定的要求。
對(duì)于精確并且高負(fù)載的球面漸開(kāi)線齒輪而言，這意味著必須規(guī)定銑削過(guò)程的要求，即，與精研磨可能實(shí)現(xiàn)的同樣的平滑精確的規(guī)定表面。
可以通過(guò)非常多的銑削運(yùn)動(dòng)來(lái)部分克服所述粗糙度的負(fù)面影響。在該情況中，銑削加工軌跡最終會(huì)變得非常窄，這提高了齒面的光潔度。但是顯然，由于每次銑削加工都需要許多銑削運(yùn)動(dòng)以及較小的機(jī)械加工體積，所以即使在釆用已經(jīng)經(jīng)過(guò)粗銑的齒輪或通過(guò)鑄造或其它非機(jī)械加工成型工藝形成的預(yù)成型齒的情況下，滿足完全銑削齒輪也
需要更長(zhǎng)的時(shí)間。在這點(diǎn)上參照將在下面描述的圖5。
另夕卜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只是采用簡(jiǎn)單的自由可編程銑床實(shí)際上是不夠的。因此發(fā)現(xiàn)需要能夠相對(duì)于齒面在某些限制條件內(nèi)改變銑削裝置的角度。這在底切齒形的情況中是重要的，這會(huì)在小錐角的情況中和/或在齒方向具有尖銳曲線的情況中出現(xiàn)，參見(jiàn)將在下面描述的圖11。
這是重要的，因?yàn)榍蝾^銑削裝置具有幾個(gè)不能銑削的位置例如與機(jī)械加工表面接觸的銑削裝置的銑削主軸和內(nèi)側(cè)。
因此從上面必然確定，基于釆用與小球頭銑削裝置結(jié)合的三軸或
發(fā)明內(nèi)容從H.國(guó)P. Schossig的文章"Auf einfachem Weg zu guten zShnen"，
Werkstatt und Betrieb， Carl Hanser Verlag， Munich, Germany, part140， No.4，第28-32頁(yè)，ISSN 0043-2792中可知一種通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)和制造齒輪例如圓柱齒輪或傘齒輪特別是螺旋傘齒輪的方法，該方法包括一下按照合適的順序進(jìn)行的步驟
a) 根據(jù)基本設(shè)計(jì)要求確定邊界條件和起始條件；
b) 借助計(jì)算機(jī)根據(jù)這些邊界條件和起始條件來(lái)確定基本設(shè)計(jì)；
c) 生成與該基本設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的基本機(jī)床代碼；
d) 將步驟(c)和(d)的結(jié)果放入到控制計(jì)算機(jī)的基本程序中；
e) 使計(jì)算機(jī)生成限定的機(jī)床代碼；
f) 使用適于執(zhí)行包括銑削和電火花腐蝕的組中的操作的機(jī)械加工設(shè)備；
g) 使用工具尤其是銑削裝置或電火花腐蝕頭；并且
h) 使用具有至少五個(gè)同時(shí)獨(dú)立的自由度的機(jī)械加工設(shè)備。與在該文章中簡(jiǎn)要描述并且具體涉及使用具有至少五個(gè)同時(shí)獨(dú)立
自由度的機(jī)械加工設(shè)備來(lái)制造齒輪的可能性的技術(shù)相比，本發(fā)明的目的在于如此實(shí)施上述特定類(lèi)型的方法，從而可以在更短的時(shí)間內(nèi)以相同的光潔度制造出通過(guò)機(jī)械加工成型的表面，或者可以在相同的時(shí)間內(nèi)明顯改善光潔度，或者可以在兩者之間實(shí)現(xiàn)折衷。
為此，本發(fā)明提供了一種上述類(lèi)型的方法，該方法具有以下特征用細(xì)長(zhǎng)工具執(zhí)行步驟(g)，其形式至少在一定程度上對(duì)應(yīng)于所期望的用于機(jī)械加工成型的表面形式，尤其是用于成型凹進(jìn)表面的凸起形式，用于成型或多或少平坦或至少稍微凸起的表面的圓柱形形式，以及用于成型或多或少平坦或至少稍微凹進(jìn)的表面的凸起形式。
顯然不可能有6個(gè)以上的獨(dú)立自由度，即三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
沿著表面按照受控的方式逐漸傾斜地引導(dǎo)工具以相對(duì)于該對(duì)比文件以至少一個(gè)附加的自由度來(lái)進(jìn)行銑削。
在其中工具其主體形狀為圓柱形的實(shí)施方案中，除了采用球頭銑削裝置之外，通過(guò)細(xì)長(zhǎng)形式的工具盡管在掃描運(yùn)動(dòng)軌跡之間的間距相 對(duì)較大也能實(shí)現(xiàn)幾乎可以忽略的粗糙度。在這點(diǎn)上參見(jiàn)將在下面描述
的圖6A和6B。
在其中所要形成的表面具有一定凸度的情況下，該方法具有特定 的特征，即該工具其主體形狀為稍微凹進(jìn)。凹進(jìn)形式的工具必須具有
比所要成型的表面更大的曲率半徑。
在必須形成具有凹進(jìn)特征的表面的理論情況中，該方法可以具有 這樣的特定特征，即該工具其主體形狀為稍微凸起。在該情況中，該 工具的凹進(jìn)表面的曲率半徑必須小于所要成型的表面的曲率半徑。
在其中工具的自由端區(qū)域具有凸起主體形狀的實(shí)施方案中，尤其
是在相鄰齒之間的谷部很容易根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)并且成型。這一點(diǎn)參
照將在下面描述的圖8、 9和10。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法包括以下步驟
i)將由機(jī)械加工設(shè)備連續(xù)進(jìn)行的制造齒輪循環(huán)分成多個(gè)階段，并
且給每個(gè)階段分配特定的工具；并且
j)將分配給各個(gè)階段的工具順序裝入在機(jī)械加工設(shè)備中，通過(guò)構(gòu) 成一部分機(jī)械加工設(shè)備的激光測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量其相關(guān)的尺寸，并且將
這些尺寸輸入到計(jì)算機(jī)中，然后使計(jì)算機(jī)如此執(zhí)行步驟(i)，從而該 工具總是具有所期望的標(biāo)稱(chēng)位置。
除了在現(xiàn)有技術(shù)中之外，本發(fā)明還基于往往或多或少的圓柱形或 錐形工具，尤其是具有筆直或稍微凹進(jìn)側(cè)面的銑削裝置。
這種工具的優(yōu)點(diǎn)在于，除了在用小球頭銑削裝置進(jìn)行銑削的情況 之外，還形成了平坦或很輕微球形的寬機(jī)械加工軌跡。在非常小的機(jī) 械加工深度處，也仍然能夠獲得寬機(jī)械加工軌跡并且由此獲得平滑的 表面，它們由與在采用小直徑球頭銑削裝置的情況中相比其曲率半徑 明顯更大的線段或片段構(gòu)成。
在這種銑削過(guò)程中，機(jī)械加工工具能夠相對(duì)于齒面的雙彎曲表面 只有一個(gè)位置。該位置在任意情況中都由與雙彎曲齒面瞬時(shí)相切角表 示。在采用這種機(jī)械加工工具時(shí)，如根據(jù)本發(fā)明所教導(dǎo)的一樣，因此必須使用具有至少五個(gè)自由可編程軸線的機(jī)械加工設(shè)備。這是因?yàn)椋?除了銑削裝置在空間中的位置之外，也必須相對(duì)于齒面限定機(jī)械加工
工具的位置。因此必須向x-、 y-和z-定位能力選擇中加入空間角度定 位，例如兩個(gè)角度E、 N。
在釆用具有筆直、稍微凹進(jìn)或稍微凸起的側(cè)面的圓柱形或錐形機(jī) 械加工工具時(shí)，因此需要至少可以有五個(gè)能夠同時(shí)作用的可編程軸線 的才幾械加工i殳備。
因?yàn)閷?duì)于齒面的齒頭和齒根在表面質(zhì)量方面沒(méi)有設(shè)定同樣嚴(yán)格的 要求，所以出于實(shí)際原因考慮例如可以用不同的機(jī)械加工工具來(lái)銑削 這些表面。這是為什么在這些情況中可以在可自由編程的五軸機(jī)械加 工設(shè)備中加入工具更換裝置的原因。這可以部分通過(guò)使銑削裝置在其 內(nèi)側(cè)上具有與在齒根中所要銑削的倒圓部分對(duì)應(yīng)的弧形部分來(lái)解決。
顯然，在控制用于復(fù)雜三維齒型例如具有精確(球形)漸開(kāi)線橫 截面的螺旋傘齒輪的五軸銑床的復(fù)雜度方面，不可能用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模 型和機(jī)床代碼來(lái)滿足。
本發(fā)明將用于在用或多或少的圓柱形或錐形機(jī)械加工工具進(jìn)行銑 削的基礎(chǔ)上通過(guò)銑削來(lái)制造具有球形漸開(kāi)線齒的傘齒輪的方法與自由 可編程CNC控制的至少有五軸的銑床結(jié)合在一起，基于準(zhǔn)確描述了 所期望的球形漸開(kāi)線齒形的數(shù)學(xué)模型，該模型被翻譯成適用于該機(jī)床 的復(fù)雜度和齒形的機(jī)床代碼。
要指出的是，可能通過(guò)使用利用具有模塊"齒輪，，或者"傘齒輪"的 三維CAD程序而形成的實(shí)體(solid)根據(jù)不同的方法成功地成型傘 齒輪。這些都基于理論上精確描述的漸開(kāi)線齒輪外形的數(shù)學(xué)模型，精 確描述的漸開(kāi)線齒輪外形被翻譯成用于具有最多四個(gè)自由度的數(shù)字可 編程的銑床的機(jī)床代碼。
在多次使用研磨機(jī)械加工工具例如轉(zhuǎn)動(dòng)的銑削頭之后，根據(jù)本發(fā) 明的方法優(yōu)選被重校，以便防止產(chǎn)生由于磨損引起的不希望的尺寸變 化并因此確保將被制造的齒輪的最大可能的精確性。為此，上述方法 可以包括以下步驟k)通過(guò)構(gòu)成一部分機(jī)械加工設(shè)備的激光測(cè)量裝置測(cè)量出所用工 具的相關(guān)尺寸并且將這些尺寸輸入到計(jì)算機(jī)中；以及
1)任選使計(jì)算機(jī)根據(jù)步驟(k)的結(jié)果生成新的機(jī)床代碼，從而 所述工具即使在例如由于磨損而可能出現(xiàn)尺寸變化的情況下也能占據(jù) 標(biāo)稱(chēng)位置。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括以下步驟 m)執(zhí)行步驟(d)，從而在每個(gè)相關(guān)階段中執(zhí)行的操作通過(guò)所分
配的工具根據(jù)設(shè)定的要求，例如在最短可能時(shí)間內(nèi)，并且具有最小的
剩余表面粗糙度，與根據(jù)規(guī)定的機(jī)床代碼而形成的理想形式相比最小
的剩余偏差等來(lái)進(jìn)行。
本發(fā)明還涉及通過(guò)應(yīng)用上述方法而獲得的齒輪。 本發(fā)明還涉及采用如上所述的方法制造齒輪的機(jī)械加工設(shè)備，該
設(shè)備為至少具有五個(gè)同時(shí)獨(dú)立自由度的類(lèi)型。
根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方案可以包括以下步驟
(n)用具有可更換的位板的銑削裝置來(lái)執(zhí)行步驟(g)。正在磨損
并且因此正在日益鈍化的一部分銑削裝置由此可以更換，由此預(yù)計(jì)工
具成本將降低。


在現(xiàn)在將根據(jù)這些附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中以高度示意的方式示 出現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明。 這些附圖中
圖1顯示出由可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)承載并且采用現(xiàn)有技術(shù)方法成型 為限定的形式的預(yù)制齒輪的透視圖，其中轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)始沿著旋轉(zhuǎn)方向Rl 轉(zhuǎn)動(dòng)；
圖2顯示出與圖l對(duì)應(yīng)的視圖，其中轉(zhuǎn)盤(pán)沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向-Rl轉(zhuǎn)動(dòng)； 圖3為齒輪的剖開(kāi)局部透視圖，用來(lái)說(shuō)明應(yīng)用球頭銑削裝置的可 能性和限制。
圖4為與圖3對(duì)應(yīng)的視圖，顯示出具有相對(duì)較大表面粗糙度的齒面的成型；
圖5為與圖4對(duì)應(yīng)的視圖，顯示出具有明顯更小表面粗糙度的齒 面的成型；
圖6A為與圖3、 4、 5和5A對(duì)應(yīng)的視圖，顯示出圓柱形銑削頭的
使用；
圖6B為與在圖6A中所畫(huà)出的情形對(duì)應(yīng)的齒面的側(cè)視圖7A和7B為與圖6A和6B對(duì)應(yīng)的視圖，其中使用了大的空心
陀螺形凹面銑削頭來(lái)制造凸起齒面；
圖8、 9和10為與圖l和2對(duì)應(yīng)的三個(gè)視圖，其中如根據(jù)本發(fā)明
的教導(dǎo)一樣除了分度的自由度Rl之外在轉(zhuǎn)盤(pán)上還加入了第五轉(zhuǎn)動(dòng)自
由度R1;并且
圖ll是出對(duì)應(yīng)于圖5的視圖，具有出于對(duì)可移動(dòng)的銑削軸進(jìn)行說(shuō) 明的必要而底切的齒。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明
圖1顯示出轉(zhuǎn)盤(pán)1,它可以根據(jù)如由箭頭2所示的自由度Rl通過(guò) 驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤(pán)1承載有必須成型為其規(guī)定形式的預(yù) 成型齒輪3。
為此使用了具有由驅(qū)動(dòng)裝置4轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的球形頭的銑削裝置5。 銑削裝置5的主軸比球形頭6的直徑更小。通過(guò)根據(jù)預(yù)定的限定齒輪 的標(biāo)稱(chēng)形式進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)盤(pán)l的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)合，在機(jī)械加工 期間通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)三個(gè)平移自由度Tl (7)、 T2 (8)和T3 (9)。
隨著轉(zhuǎn)動(dòng)Rl,通過(guò)球形頭來(lái)加工位于圖中左邊的齒面10。針對(duì) 齒輪3齒的所有相應(yīng)齒輪都進(jìn)行該操作，這些齒面為了方便起見(jiàn)都用 11表示。
圖2顯示出這樣一種情況，其中轉(zhuǎn)動(dòng)方向2相反，因此對(duì)應(yīng)于Rl。 由此來(lái)成型右邊的齒面12。
圖1和2顯示出三軸同時(shí)操作的現(xiàn)有技術(shù)銑床的原理，其中轉(zhuǎn)盤(pán)IO具有與第四分度自由度對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)自由度。
也參照?qǐng)Dl和2，圖3顯示出球頭銑削裝置6具有這樣小的直徑， 從而它在齒谷13的最底部處具有足夠大的運(yùn)動(dòng)自由度。這里要指出的 是，在這里的使用球頭銑削裝置的情況下，銑削主軸5相對(duì)于相應(yīng)的 齒11所成的角度并不重要，從而銑削裝置4、 5、 6的位置并不相關(guān)。
要注意的是，球頭銑削裝置的直徑受到位于齒谷13的底部處的最 小標(biāo)稱(chēng)空間的限制。
圖4顯示出，隨著銑削頭6的相對(duì)"粗糙"的往復(fù)掃描運(yùn)動(dòng)，球頭 銑削裝置6留下清晰表現(xiàn)出的凹進(jìn)銑削加工軌跡14。
圖5顯示出通過(guò)選擇較短的掃描軌跡間距離并且因此選擇更大數(shù) 量的掃描運(yùn)動(dòng)從而可以選擇更多數(shù)量的明顯更窄并且更淺的銑削加工 軌跡17。
圖6A和6B示意性地顯示出在使用細(xì)長(zhǎng)圓柱形夾套銑削刀具15 時(shí)銑削軌跡16寬而平滑。
圖7A和7B顯示出在使用凹進(jìn)夾套銑削刀具17的情況下，在該 情況中可以只是用兩條銑削加工軌跡18來(lái)形成充分接近理想的齒面 形式。
圖8、 9和10顯示出使用三個(gè)平移自由度Tl、 T2和T3以及兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)自由度Rl和R2來(lái)成型齒面。
最后，圖11顯示出齒21具有底切齒面22、 23。如用虛線所示的 一樣，承栽著銑削頭6的針5不能獲得底切形狀。這是通過(guò)畫(huà)出貫穿 銑削主軸5的齒面22的剖視圖來(lái)示意性地顯示出。該剖面由24表示。 但是，用實(shí)線畫(huà)出的是通過(guò)將這里用4，、 5，、 6，表示的銑削裝置設(shè)置 在角度3處可以獲得底切齒形。
權(quán)利要求
1.通過(guò)計(jì)算機(jī)控制機(jī)械加工設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)和制造齒輪例如圓柱齒輪或傘齒輪特別是螺旋傘齒輪的方法，所述方法包括以下按照合適的順序進(jìn)行的步驟a)根據(jù)基本設(shè)計(jì)要求確定邊界條件和起始條件；b)借助計(jì)算機(jī)根據(jù)這些邊界條件和起始條件來(lái)確定基本設(shè)計(jì)；c)生成與所述基本設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的基本機(jī)床代碼；d)將步驟(c)和(d)的結(jié)果放入到控制計(jì)算機(jī)的基本程序中；e)使計(jì)算機(jī)生成限定的機(jī)床代碼；f)使用適于執(zhí)行包括銑削和電火花腐蝕的組中的操作的機(jī)械加工設(shè)備；g)使用工具尤其是銑削裝置或電火花腐蝕頭；并且h)使用具有至少五個(gè)同時(shí)獨(dú)立的自由度的類(lèi)型的機(jī)械加工設(shè)備，其特征在于，用細(xì)長(zhǎng)工具執(zhí)行步驟(g)，其形狀至少在一定程度上對(duì)應(yīng)于所期望的用于通過(guò)機(jī)械加工成型的表面形狀，尤其是用于成型凸起表面的凹進(jìn)形狀，用于成型或多或少平坦或至少稍微凸起的表面的圓柱形形狀，以及用于成型或多或少平坦或至少稍微凹進(jìn)的表面的凸起形狀。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述工具具有圓柱形的主體 形狀。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述工具具有稍微凸起的主 體形狀。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述工具具有稍微凹進(jìn)的主 體形狀。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述工具的自由端區(qū)域具有 凸起的主體形狀。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟i)將由機(jī)械加工設(shè)備連續(xù)進(jìn)行的制造齒輪循環(huán)分成多個(gè)階段，并且給每個(gè)階段分配特定的工具；并且j)將分配給各個(gè)階段的工具按順序裝入機(jī)械加工設(shè)備中，通過(guò)構(gòu) 成機(jī)械加工設(shè)備的一部分的激光測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量各工具的相關(guān)的尺 寸，并且將這些尺寸輸入到計(jì)算機(jī)中，然后使計(jì)算機(jī)執(zhí)行步驟(i), 從而所述工具總是具有所期望的標(biāo)稱(chēng)位置。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟k)通過(guò)構(gòu)成機(jī)械加工設(shè)備的 一 部分的激光測(cè)量裝置測(cè)量出所用 工具的相關(guān)尺寸并且將這些尺寸輸入到計(jì)算機(jī)中；并且1)可選擇的使計(jì)算機(jī)根據(jù)步驟(k)的結(jié)果生成新的機(jī)床代碼， 從而所述工具即使在例如由于磨損而可能出現(xiàn)尺寸變化的情況下也占 據(jù)標(biāo)稱(chēng)位置。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括以下步驟m)執(zhí)行步驟(d)，從而在每個(gè)相關(guān)階段中要執(zhí)行的操作通過(guò)所 分配的工具根據(jù)設(shè)定的要求，例如在可能最短d時(shí)間內(nèi)，并且具有最 小的剩余表面粗糙度，還具有與根據(jù)規(guī)定機(jī)床代碼形成的理想形式相 比最小的剩余偏差，等等來(lái)進(jìn)行。
9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 n)用具有可更換的位板的銑削裝置來(lái)執(zhí)行步驟(g)。
10. 通過(guò)應(yīng)用如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法而獲得的齒輪。
11. 用如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法制造齒輪的機(jī)械加工 設(shè)備，該設(shè)備是具有至少五個(gè)同時(shí)獨(dú)立自由度的類(lèi)型。
全文摘要
通過(guò)計(jì)算機(jī)控制機(jī)械加工設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)和制造齒輪的方法，包括以下步驟使用適于執(zhí)行包括銑削和電火花腐蝕的組中的操作的機(jī)械加工設(shè)備；使用工具尤其是銑削裝置或電火花腐蝕頭；使用具有至少五個(gè)同時(shí)獨(dú)立的自由度的類(lèi)型的機(jī)械加工設(shè)備；使用細(xì)長(zhǎng)工具，其形狀至少在一定程度上對(duì)應(yīng)于所期望的用于通過(guò)機(jī)械加工成型的表面形狀。
文檔編號(hào)B23F5/20GK101678488SQ200880013668
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者A·N·J·范羅斯馬倫, W·J·T·梅根斯 申請(qǐng)人:Hpg荷蘭有限責(zé)任公司