專利名稱：用于加工齒輪齒的方法、具有齒輪齒的工件以及機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加工齒輪齒的方法，該齒輪齒的齒面對它們的規(guī)定的幾何形狀偏差加工余量，其中利用至少兩個(gè)進(jìn)給步驟的進(jìn)給來去除該加工余量，每個(gè)進(jìn)給步驟都跟隨有利用繞刀具軸線旋轉(zhuǎn)的成型刀具的加工行程(pass)，對于該操作，成型刀具在已被設(shè)定到根據(jù)其正交于刀具軸線的旋轉(zhuǎn)平面傾斜于齒輪軸線的角度而相對于齒輪的位置之后與齒輪齒進(jìn)行配合，且在每次進(jìn)給步驟之后，在刀具的最終配合區(qū)域內(nèi)的材料被削除，并且在最后的進(jìn)給步驟之后及由于由成型刀具的設(shè)計(jì)所確定的成型刀具傾角設(shè)定，刀具配合區(qū)域在整個(gè)齒面高度上延伸，使得接下來的加工行程會去除為獲得規(guī)定的幾何形狀所需的材料量。此外，本發(fā)明涉及一種能夠執(zhí)行該方法的機(jī)床，以及根據(jù)該方面所生產(chǎn)的齒輪。
背景技術(shù)：
此種方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，且例如在Thomas Bausch等人在專業(yè)公開(Expert Verlag)第三版發(fā)表的“ hnovative Zahnradfertigung”(Thomas Bausch 等人在專業(yè)公開 (Expert Publications)第三片反發(fā)^白勺 “ Innovative Gear Wheel Manufacturing")中描述，其中在534到537頁作為此種非連續(xù)成型方法的示例來描述成型磨削的工藝。在534頁上的圖15. 2-1說明了用于對斜齒輪的齒面進(jìn)行磨削的成型磨削輪的使用。如該處所示，刀具的旋轉(zhuǎn)平面相對于齒輪軸線傾斜。通常，用于此種操作的傾角設(shè)定為與齒輪齒的螺旋角匹配，且相應(yīng)地將該刀具的型面設(shè)計(jì)成用于以該傾角進(jìn)行加工。然而，為了覆蓋更寬的磨削路徑，在與螺旋角不同的傾角下執(zhí)行加工也是已知的技術(shù)，在該情形下將刀具型面設(shè)計(jì)成用于該加工傾角。具體地說，在536頁上的圖15. 2-5中，使用以三個(gè)等距進(jìn)給步驟所產(chǎn)生的徑向進(jìn)給的示例，以解釋在沿赤的高度方向的第一次進(jìn)給步驟之后，適當(dāng)成型刀具的配合僅僅覆蓋齒面根部處的區(qū)域，并且僅僅在進(jìn)一步的進(jìn)給步驟的中到達(dá)齒面頭部處的區(qū)域。在軸向方向，刀具的配合區(qū)域在整個(gè)齒寬上延伸。為了以更均勻的速率在齒面高度上去除材料，磨削輪在每次進(jìn)給步驟之后重新成型，如所參考的文獻(xiàn)的536頁中所解釋的。作為替代，按序使用若干磨削輪，其中每個(gè)磨削輪具有為產(chǎn)生齒面在相應(yīng)進(jìn)給步驟中需獲得的幾何形狀所需的型面。然而，這些程序需要更復(fù)雜的操作步驟，因此對于加工行程會花費(fèi)更多的時(shí)間，以達(dá)到獲得齒面的特定幾何形狀的目的。在本專利權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“特定幾何形狀”意味著將由加工過程所產(chǎn)生的目標(biāo)幾何形狀。這會是完工齒輪的最終幾何形狀，或者它還可代表中間幾何形狀，例如由粗加工所得到的幾何形狀，而最終幾何形狀是通過一個(gè)或多個(gè)隨后的精加工步驟來產(chǎn)生的。因此，在最后的進(jìn)給步驟之后由刀具配合區(qū)域所覆蓋的整個(gè)齒面高度與目標(biāo)幾何形狀的齒面高度相關(guān)，該目標(biāo)幾何形狀的齒面高度沒必要但可以與齒輪齒的最終幾何形狀的整個(gè)齒面高度相適。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文所述的現(xiàn)有技術(shù)所固有的問題，本發(fā)明的目的在于改進(jìn)前述過程，使得在花費(fèi)有限的人力/時(shí)間的條件下，在齒面高度上實(shí)現(xiàn)更均勻的材料去除率。通過進(jìn)一步改進(jìn)引言中所述種類的方法來解決該目標(biāo)，該方法的顯著特征基本在于在進(jìn)行最后進(jìn)給步驟的至少一個(gè)進(jìn)給步驟中，將成型刀具設(shè)定為與刀具所設(shè)計(jì)的角度相偏離的傾角，該傾角產(chǎn)生與以設(shè)計(jì)角度的設(shè)定相比沿齒面高度方向擴(kuò)大的刀具配合區(qū)域。本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)刀具和齒輪彼此相關(guān)的定向可用作進(jìn)給所用的自由度，以在最終進(jìn)給步驟之前的至少一個(gè)進(jìn)給步驟之后實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的刀具配合區(qū)域，而無需為此對刀具進(jìn)行重新成型或者必須使用不同的刀具，該定向通常由傾角來表示，即由刀具軸線相對于齒輪軸線的正交平面所傾斜的角度來表示。通過更均勻地去除材料，減小使刀具過熱的風(fēng)險(xiǎn)，且同時(shí)不會減緩加工過程。不過，根據(jù)本發(fā)明的方法并不排除在工作過程中還可對刀具重新成型。然而，在最終進(jìn)給步驟之前的至少一個(gè)進(jìn)給步驟和最終的進(jìn)給步驟之間不發(fā)生重新成型，這意味著在至少一個(gè)之前進(jìn)給步驟之后的工作行程，該成型刀具具有為最終進(jìn)給步驟中傾角所設(shè)計(jì)的型面。較佳地，至少一個(gè)之前的進(jìn)給步驟包括加工過程中的第一進(jìn)給步驟。與第一加工行程中的刀具配合區(qū)域比隨后行程相對較小的現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，根據(jù)本發(fā)明的這一方法在加工過程的一開始就給出了最大的收益(gain right)。作為推薦的操作規(guī)程，在若干進(jìn)給步驟上調(diào)整偏差傾角并使其以單調(diào)序列、具體來說是以嚴(yán)格單調(diào)序列接近設(shè)計(jì)角。因此，不僅在加工過程的一開始、而且在整個(gè)過程或過程的至少一部分上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所帶來的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法證明尤其有利于具有不同于零的螺旋角的標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪。然而， 對于正齒輪來說也可實(shí)現(xiàn)至少一部分益處。較佳的是，根據(jù)設(shè)計(jì)角和/或螺旋角的量值來選擇偏差傾角。待考慮的其它參數(shù)可包括齒輪的齒數(shù)、節(jié)距和壓力角以及成型刀具的直徑。由于刀具在其外邊界處必須不能變得過窄或過銳，因而設(shè)計(jì)角與對螺旋角的最大偏差極限取決于刀具直徑。在本發(fā)明的較佳形式中，將設(shè)計(jì)角選定為具有比螺旋角大的絕對值。與為螺旋角而設(shè)計(jì)的刀具相比，例如與成型磨削輪相比，根據(jù)該選擇的刀具在其對最接近齒根的齒面部分進(jìn)行磨削的外邊界區(qū)域處較窄，而在對最接近齒頂?shù)凝X面部分進(jìn)行進(jìn)行磨削的區(qū)域中較寬。設(shè)想在上述情形中，將偏差傾角的量值選定為比設(shè)計(jì)角的量值小。與傳統(tǒng)方法相比，對于刮擦接觸來說這引起更小的軸線距離，并且更小的進(jìn)給和相應(yīng)的更短加工時(shí)間成為可能。在本發(fā)明的又一形式中，將設(shè)計(jì)角選定為具有比螺旋角小的絕對值。在該情形中， 偏差傾角的量值應(yīng)比設(shè)計(jì)角的量值大。本發(fā)明可用于切向進(jìn)給。然而徑向進(jìn)給是較佳的，徑向進(jìn)給還簡化雙齒面工藝的應(yīng)用。原則上，可基于經(jīng)驗(yàn)來確定偏差傾角。然而較佳的是用數(shù)學(xué)方法來確定偏差傾角。
尤其較佳的是，為每個(gè)進(jìn)給步驟選擇與該步驟所選定的傾角一起工作最佳的進(jìn)給量。通過使進(jìn)給量與傾角以此方式進(jìn)行匹配，可影響并優(yōu)化配合區(qū)域擴(kuò)大的程度。當(dāng)使進(jìn)給與傾角匹配時(shí)，另一個(gè)推薦操作規(guī)程是可考慮在已選擇設(shè)計(jì)角之后確定的關(guān)系，藉此齒面幾何形狀的參量、尤其是兩個(gè)參量取決于與刀具和/或工件的可控運(yùn)動(dòng)軸線相關(guān)聯(lián)的參量、尤其是兩個(gè)參量。與齒面幾何形狀相關(guān)聯(lián)參量的較佳選擇是加工余量和/或齒形角偏差，而對于與運(yùn)動(dòng)軸線相關(guān)聯(lián)參量，較佳選擇是與傾角相關(guān)的參量和/或與進(jìn)給參數(shù)相關(guān)的參量，即例如偏差傾角和設(shè)計(jì)角之間的差值和/或進(jìn)給參數(shù)對最大可能進(jìn)給的偏差。在德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN3960中定義了齒形角偏差fHa。例如在齒寬中心中的節(jié)圓處測量加工余量。當(dāng)使進(jìn)給與傾角匹配時(shí)，尤其較佳的是依賴于這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即達(dá)到位于特定第一閾值之下的齒形角偏差，具體地說，齒形角偏差已完全消失。齒形角偏差越小，則材料去除得更均勻。因此，在齒形角偏差消失的條件下，配合區(qū)域達(dá)到最大。在本發(fā)明的一個(gè)尤其較佳的實(shí)施例中，用于確定、即調(diào)整進(jìn)給的數(shù)學(xué)程序包含迭代數(shù)學(xué)運(yùn)算。這使得使用上述類型的非線性相關(guān)性成為可能。用于由數(shù)學(xué)方法確定第k次進(jìn)給步驟的輸入量例如是在第k次刀具行程之后所希望的加工余量。接下去的部分步驟較佳地用于迭代循環(huán)中根據(jù)加工余量取決于進(jìn)給參數(shù)的關(guān)系，確定與由之前迭代循環(huán)而獲得的加工余量相關(guān)聯(lián)的進(jìn)給量，其中，對于在迭代開始時(shí)的第一次循環(huán)來說，將對應(yīng)的加工行程之后所要實(shí)現(xiàn)的加工余量用作起始點(diǎn)；根據(jù)齒形角偏差取決于進(jìn)給參數(shù)的關(guān)系，確定與在之前步驟中所確定的進(jìn)給量相關(guān)聯(lián)的齒形角偏差；根據(jù)齒形角偏差取決于傾角的關(guān)系，確定對設(shè)計(jì)角的偏差量，這相對于在之前步驟中所確定的齒形角偏差而產(chǎn)生具有相等的量但異號的齒形角偏差；根據(jù)加工余量取決于傾角的關(guān)系，確定與在之前步驟中所確定的設(shè)計(jì)角偏差相關(guān)聯(lián)的加工余量校正，并且通過從在相對應(yīng)的加工行程之后所要獲得的加工余量中減去在之前步驟中所確定的加工余量校正而獲得加工余量，其中以此方式獲得的加工余量用作下一個(gè)迭代循環(huán)的基礎(chǔ)。作為終止迭代的標(biāo)準(zhǔn)，可設(shè)定第二閾值，從而如果在一個(gè)迭代循環(huán)一開始輸入的加工余量和在該循環(huán)中所獲得的加工余量校正之和與作為迭代輸入量而輸入的加工余量的差值低于第二閾值的量值，則終止迭代?？蓪⒌诙撝荡_定為呈具有例如10_6算術(shù)精度的形式。在一些情形中可想到的是，進(jìn)給的匹配包括對表征齒面幾何形狀的參量和與運(yùn)動(dòng)軸線相關(guān)聯(lián)的參量之間相關(guān)性的線性化。因此，可簡化對進(jìn)給量的算法確定，因?yàn)檫@等同于對由該線性化所獲得的方程組進(jìn)行求解。該方法可以是單齒面工藝，但特別地，具有徑向進(jìn)給的雙齒面方法是較佳的。此外，除了對外齒輪進(jìn)行加工以外，還設(shè)想對內(nèi)齒輪進(jìn)行加工。此外，為了進(jìn)一步地節(jié)省時(shí)間，考慮使用多個(gè)刀具或適當(dāng)設(shè)計(jì)的多齒面刀具來同時(shí)加工多個(gè)齒面的工藝。根據(jù)進(jìn)一步的可能性，在刀具沿齒輪軸線方向的工作行程中，可將對刀具軸線和齒輪軸線的正交平面之間的傾角的修正疊加在已利用進(jìn)給而設(shè)定的刀具傾角上。修正可用于例如如果該設(shè)計(jì)要求使齒輪齒的尺寸沿齒輪軸線的方向改變，以例如產(chǎn)生齒冠。根據(jù)本發(fā)明的不連續(xù)成型方法特別地涵蓋成型磨削工藝，但還可包含成型滾銑。從設(shè)備的角度來看，本發(fā)明提供一種用于加工齒輪齒的機(jī)床，該機(jī)床具有工件心軸、刀具心軸以及控制單元，工件心軸限定齒輪軸線的方向并且被設(shè)計(jì)用來保持齒輪，刀具心軸限定刀具軸線的方向并且設(shè)計(jì)用來保持刀具，其中刀具心軸可相對于齒輪軸線傾斜一個(gè)傾角，而控制單元控制裝置的軸線運(yùn)動(dòng)，此外，機(jī)床的基本特征在于如下事實(shí)可操作控制單元以執(zhí)行上述方法中一種形式的方法，即控制單元相應(yīng)地進(jìn)行編程。在本文中，本發(fā)明還要求保護(hù)一種用于對機(jī)床進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)軟件程序，其中當(dāng)在機(jī)床的控制單元中執(zhí)行該計(jì)算機(jī)軟件程序時(shí)，機(jī)床由程序所控制，從而實(shí)施具有如前所述的特征的方法。最后，本發(fā)明要求對具有由前述形式的方法而產(chǎn)生的齒面幾何形狀的齒輪進(jìn)行保護(hù)。


從一些對附圖的描述中，本發(fā)明的又一些特征、細(xì)節(jié)以及益處會顯而易見，附圖中圖1示出機(jī)床及其軸線，圖2示意地示出對刀具和齒輪之間角度的設(shè)置，圖3a至3d示出代表在本方法的第一實(shí)施例中用于根據(jù)本發(fā)明方法的相關(guān)性的圖表(外齒輪，徑向進(jìn)給)，圖如至4d示出用于本方法第二實(shí)施例的類似圖表(外齒輪、徑向進(jìn)給)，圖fe至5d示出用于本方法第三實(shí)施例的類似圖表(內(nèi)齒輪、徑向進(jìn)給)，圖6a至6d示出用于本方法第三實(shí)施例的類似圖表(內(nèi)齒輪、切向進(jìn)給)，以及圖7a至7d示出用于本方法第四實(shí)施例的類似圖表(內(nèi)齒輪、切向進(jìn)給)。
具體實(shí)施例方式參見圖1所示的機(jī)床，以下是對與本發(fā)明相關(guān)的機(jī)床軸線所進(jìn)行的描述。在機(jī)座 (machine bed) 10的右側(cè)(參照圖1)，工件臺6設(shè)置在水平面中并且以傳統(tǒng)方式構(gòu)造成用于夾持工件2 (在圖1中未示出)，例如外齒輪。因此，齒輪軸線Z垂直定向，該齒輪軸線具有與軸向滑架3(將在下文進(jìn)行描述)的運(yùn)動(dòng)方向相同的定向。齒輪2繞齒輪軸線Z的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒂肅來表示。根據(jù)本身已知的設(shè)計(jì)，設(shè)置在機(jī)座10左側(cè)(參見圖1)的徑向滑架1構(gòu)造成可相對于工件臺6直線運(yùn)動(dòng)。相對于夾持于工件臺6的齒輪2而沿徑向方向發(fā)生的運(yùn)動(dòng)限定徑向方向X。在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中，徑向滑架1的徑向位置代表進(jìn)給參數(shù)。在徑向滑架1上，軸向滑架3設(shè)置成具有沿軸向方向Z運(yùn)動(dòng)的能力，且該軸向方向 Z正交于徑向方向X。軸向方向Z也是齒輪軸線的方向。又一個(gè)滑架機(jī)構(gòu)設(shè)置在軸向滑架3上并且具有在該軸向滑架3上傾斜的能力，且該滑架機(jī)構(gòu)具有引導(dǎo)切向滑架9進(jìn)行滑動(dòng)的滑架基座，該切向滑架由此能執(zhí)行又一個(gè)(第三)直線運(yùn)動(dòng)。在圖1所示的位置中，切向滑架9并不相對于軸向滑架3傾斜，使得切向滑架的運(yùn)動(dòng)軸線Y垂直于X-Z平面。當(dāng)切向滑架9沿傾斜方向A傾斜時(shí)，切向方向Y以傾角 A傾斜出Z軸線的正交平面。因此，該傾斜運(yùn)動(dòng)發(fā)生在垂直于徑向方向X的平面中。刀架5設(shè)置在切向滑架9上，該刀架具有沿Y方向(刀具軸線)定向的刀具心軸 7，并且設(shè)計(jì)成保持用于對被夾持在工件臺上的齒輪2進(jìn)行加工的刀具，其中在所示示例中的刀具是成型磨削輪0 (參見圖2)。因此，該成型磨削輪0垂直于刀具軸線Y而延伸，使得磨削輪的旋轉(zhuǎn)平面和齒輪軸線Z之間的傾角與刀具軸線Y從Z軸線(齒輪軸線)的正交平面傾斜而出的傾角A相等。沿切向方向的刀具位置代表可能的進(jìn)給參數(shù)。繞刀具軸線的旋轉(zhuǎn)方向表示為S。如果在例如右旋外嚙合斜齒輪的傳統(tǒng)不連續(xù)型面磨削中那樣將傾角設(shè)定成與齒輪齒的螺旋角匹配，切向滑架9需要為右旋斜齒輪(例如具有β = 25°的螺旋角)而沿圖 1中的箭頭A的相反方向傾斜，而在左旋斜齒輪的情形中，則傾角具有正號。同樣是整個(gè)設(shè)計(jì)的一部分的又一滑架4，它具有用于修整裝置的直線運(yùn)動(dòng)軸線Ζ2 和用于修整輪8的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線S2，該又一個(gè)滑架4對于限定本發(fā)明并不必要，因此并不進(jìn)行進(jìn)一步描述。這同樣適用于對沿軸線X、Y、Z (Ζ2)的對應(yīng)直線運(yùn)動(dòng)和繞軸線Ζ、C、S、 X的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)供給動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的。在圖加和2b中，在不具有機(jī)床部件的條件下再次示意地、從兩個(gè)不同的觀察方向示出相關(guān)軸線X、Y、ζ、A。以虛線繪制的是處于非傾斜位置的成型磨削盤，而以實(shí)線繪制的成型磨削盤0傾斜角度A = -27°，用于對右旋外嚙合斜齒輪進(jìn)行磨削。在如此限定的機(jī)床軸線的條件下，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。 利用帶有徑向(X)進(jìn)給的非連續(xù)成型磨削雙齒面工藝來加工右旋外嚙合斜齒輪(β = 25° )。為了該操作所提供的成型磨削輪被設(shè)計(jì)成，為了產(chǎn)生齒輪2的理想的最終齒面幾何形狀，該磨削輪在最終的磨削行程需要以-27°的傾角工作，這意味著將該成型磨削輪構(gòu)造成具有在絕對值上比螺旋角大的設(shè)計(jì)角或額定角，即IaciI =27° >25° = β。對于傳統(tǒng)的不連續(xù)成型磨削來說，需要將此種構(gòu)造的成型磨削輪設(shè)定為-27°的傾角，并使用一系列等距進(jìn)給步驟，以在生產(chǎn)過程中從齒輪2的齒面去除存在的加工余量q，如在本發(fā)明的引言部分中已經(jīng)描述的。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)踐，對于第一次進(jìn)給步驟來說，將磨削盤0設(shè)定為呈與設(shè)計(jì)角Atl不同的傾角A，藉此在成型磨削輪0和齒輪2之間獲得較大的配合區(qū)域，因此在磨削行程去除均勻的材料量。為了確定需被設(shè)定的傾角A，在齒面幾何形狀的參數(shù)和可分配給刀具和/或工件的可控運(yùn)動(dòng)軸線的參數(shù)之間使用可數(shù)學(xué)預(yù)測的相關(guān)性。采用沿徑向方向X的進(jìn)給，將加工余量q和齒形角偏差考慮為齒面幾何形狀的相關(guān)參數(shù)，而分配給運(yùn)動(dòng)軸線的參數(shù)由傾角設(shè)定和進(jìn)給參數(shù)X所代表，且傾角設(shè)定表述成偏離傾角A1 (對于第一次進(jìn)給步驟)和設(shè)計(jì)角Atl之間的角度差δ Α，而進(jìn)給參數(shù)X表述成其對由最終齒面幾何形狀所獲得的最大可能進(jìn)給的偏差sx。可為了所規(guī)定的一組其他參數(shù)以及磨削輪的直徑來計(jì)算這些相關(guān)性，所述其他參數(shù)為諸如齒輪齒的齒數(shù)、模數(shù)和壓力角，且這些相關(guān)性顯示在關(guān)于加工余量q和齒形角偏差fHa的圖3a_3d中，其中圖3a示出相關(guān)性q( δ Χ)，圖3b示出相關(guān)性fHa ( δ X)，圖3c示出相關(guān)性fHa ( δ A)，而圖3d示出相關(guān)性q( δ Χ)。開始的兩個(gè)圖3a和北可應(yīng)用在傾角Ak與設(shè)計(jì)角Atl相等的情形中。后兩個(gè)圖3c和3d示出齒形角偏差fHa和加工余量q，且通過將偏差角A設(shè)定為與設(shè)計(jì)角Atl偏差δ A而在最后的加工行程獲得該齒形角偏差fHa和加工余量q。根據(jù)這些相關(guān)性，現(xiàn)在通過循環(huán)迭代來確定用于第一進(jìn)給步驟的傾角A1和進(jìn)給量 3 ，該方法為從一個(gè)起始出發(fā)來獲得等于零的齒形角偏差fHa，在該起始處，將在第一次磨削行程之后獲得的加工余量q作為用于迭代的輸入量而輸入。如果人工地執(zhí)行，則可對迭代的第一步驟進(jìn)行如下描述對于在第一次磨削行程中所獲得q = 50 μ m的加工余量，圖 3a示出在用于刮擦接觸的軸線距離和最終軸線距離之間的約0. 12mm的差值。根據(jù)圖3b， 對于δΧ = 0.12mm來說，會預(yù)期約17 μ m的齒形角偏差fHa。通過傾角的變化來補(bǔ)償該齒形角偏差。對于-17 μ m的補(bǔ)償齒形角偏差來說，圖3c所示的圖示出傾角的量值須相對于設(shè)計(jì)角減去約0. 13°。然而，在圖3d中用于由該傾角校正而引起的加工余量的查找值比目標(biāo)值大約7 μ m。這意味著，磨削輪會位于進(jìn)給為q = 50+7 = 57 μ m的接觸點(diǎn)處。然而，由于接觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)發(fā)生在q = 50 μ m的進(jìn)給處，對于下一個(gè)迭代步驟來說，軸線距離需相應(yīng)地減小。因此，以較小的軸線距離持續(xù)進(jìn)行迭代循環(huán)，直到滿足充分的收斂的標(biāo)準(zhǔn)為止，例如，如果由傾角變化而引起的進(jìn)給校正同與減小了的軸線距離相關(guān)聯(lián)的進(jìn)給量結(jié)合起來偏離目標(biāo)進(jìn)給量低于例如10_2 μ m的特定閾值。在每次進(jìn)給和隨后的加工行程之后，可從新的減小進(jìn)給量開始進(jìn)行新的傾角循環(huán)。在該過程中，對傾角的設(shè)定值A(chǔ)k會連續(xù)地接近設(shè)計(jì)角A0運(yùn)動(dòng)，直到將傾角An設(shè)定為與設(shè)計(jì)角A0相等的最終進(jìn)給步驟η為止。因此，在進(jìn)給步驟之后的加工行程中所獲得的加工余量％給作目標(biāo)值。這還可例如以如下順序自動(dòng)地發(fā)生在四個(gè)粗加工行程和一個(gè)精加工行程去除Cltl = 100 μ m的初始加工余量，即每個(gè)行程去除20 μ m，直至獲得最終幾何形狀。采用徑向進(jìn)給，如果迭代并不收斂，則設(shè)計(jì)角的量值和螺旋角的量值之間的差值并不足夠大。因此，應(yīng)使用具有適當(dāng)選定的較大設(shè)計(jì)角量值的磨削輪。用于選擇設(shè)計(jì)角Atl 的可能的出發(fā)點(diǎn)是具有在螺旋角β和最大設(shè)計(jì)角之間的中間量值的角度，考慮到刀具在其外半徑處的所需要厚度，該角度仍與產(chǎn)生所希望的齒面幾何形狀的目標(biāo)相適應(yīng)?；蛘?，可將此種最大的可能設(shè)計(jì)角直接認(rèn)為是首要選擇，該設(shè)計(jì)角對于較大的刀具直徑而減小。如大至在圖3a到3d所示的情形中那樣，如果相關(guān)范圍內(nèi)的相關(guān)性僅僅不顯著地偏離線性關(guān)系，則迭代方案可由一個(gè)替代方案所取代，其中通過解線性方程組來發(fā)現(xiàn)未知量。Ωχ = b,其中，矢量χ = (δΧ，δ Α)代表未知量，矢量b = (q_，0)代表目標(biāo)值，而矩陣值 Ωη、Ω12、Ω21、0^代表圖3￡1、3(1、北、3(3(以該順序)的各個(gè)附圖中相對應(yīng)的斜率。然而，如果此種線性化并不代表具有充分精度的相關(guān)性，則較佳的是繼續(xù)上述計(jì)算機(jī)輔助迭代方案。即使在迭代方案中用于fHa的目標(biāo)值并未被設(shè)定為零，而是在任何情形中都比須利用傳統(tǒng)技術(shù)在第一次磨削行程之后進(jìn)行預(yù)測的齒形角偏差小的(較低)閾值， 其優(yōu)點(diǎn)仍是更均勻地去除材料，且用于迭代的收斂范圍增大。圖如至4d代表與圖3a至3d類似的相關(guān)性，顯示出將磨削輪設(shè)計(jì)成用于在最后的磨削行程中傾角為-20°的情形，即設(shè)計(jì)成具有比螺旋角β小的絕對值的設(shè)計(jì)角，該螺旋角被再次選定為25° (右旋外嚙合斜齒輪)。相關(guān)性fHa ( δ X)和q( δ X)的斜率在它們的符號方面保持不變，而相關(guān)性fHa (SA)和q(SA)的斜率的符號相反。然而，用于計(jì)算利用隨后的磨削行程k所產(chǎn)生的每次進(jìn)給所需傾角Ak的原理以及用于計(jì)算相對應(yīng)的進(jìn)給量所需傾角的原理保持相同。采用切向進(jìn)給Y，則有可能使用位于包括螺旋角β的間隔內(nèi)的刀具設(shè)計(jì)角。因此， 該刀具還可設(shè)計(jì)成用于螺旋角本身，該方案對于沿徑向方向X的進(jìn)給產(chǎn)生較不令人滿意的結(jié)果。圖如至5(1示出用于右旋外嚙合斜齒輪示例的考慮了切向進(jìn)給的有關(guān)的相關(guān)性， 其中β =25°，設(shè)計(jì)角 IAqI =27°，即圖3所示的參數(shù)。最后，對于具有β =8.3°且設(shè)計(jì)角的絕對值為13°的外齒輪示例，與之前的附圖相類似，在圖6a至6d中示出用于徑向進(jìn)給的相關(guān)性，而圖7a至7d示出用于切向進(jìn)給的相關(guān)性。如上所述的dA和dX(dY)的匹配程序也可在這一情形下執(zhí)行，對每個(gè)齒面從加工余量qQ開始，直至超出0. 5mm為止。
權(quán)利要求
1.一種用于加工齒輪齒O)的方法，所述齒輪齒的齒面對它們的特定幾何形狀偏差加工余量，其中，通過至少兩個(gè)進(jìn)給步驟(j)的進(jìn)給來去除所述加工余量，每個(gè)進(jìn)給步驟都跟隨有利用繞刀具軸線(Y)旋轉(zhuǎn)的成型刀具(0)的加工行程，對于此種操作，所述成型刀具 (0)在相對于所述齒輪(2)而被設(shè)定到根據(jù)其正交于所述刀具軸線(Y)的旋轉(zhuǎn)平面傾斜于所述齒輪( 的軸線(Z)的角度(A)的位置之后，使所述成型刀具與所述齒輪齒配合，且在每次進(jìn)給步驟之后，所述刀具的最終配合區(qū)域內(nèi)的材料被去除，并且在最后的進(jìn)給步驟(η) 之后以及由于由成型刀具(0)的設(shè)計(jì)角(Atl)所確定的成型刀具(0)傾角設(shè)定(An = Atl),所述刀具配合區(qū)域在整個(gè)齒面高度上延伸，使得下一個(gè)加工行程會去除為獲得特定幾何形狀所需的材料量，其特征在于，在所述最后的進(jìn)給步驟(η)之前的至少一個(gè)進(jìn)給步驟(k)中，將所述成型刀具(0)設(shè)定為與為所述刀具所設(shè)計(jì)的角度(Atl)相偏離的傾角(Ak)，并產(chǎn)生刀具配合區(qū)域，所述刀具配合區(qū)域與以所述設(shè)計(jì)角度(Atl)的設(shè)定相比，沿所述齒面高度方向擴(kuò)大。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)之前的進(jìn)給步驟(k)包括所述加工方法的第一個(gè)進(jìn)給步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多個(gè)進(jìn)給步驟(j)中設(shè)定偏差傾角 (A)，所述偏差傾角(A)以單調(diào)序列、具體地說以嚴(yán)格單調(diào)序列接近設(shè)計(jì)角。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述齒輪是螺旋角(β)不等于零的純粹斜齒輪，或者是正齒輪(β =0)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)設(shè)計(jì)角(Atl)和/或螺旋角 (β)的量值來選擇偏差傾角(Ak)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，將所述設(shè)計(jì)角(Atl)選定成在絕對值上比螺旋角(β)的絕對值大。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將偏差傾角(Ak)的絕對值選定成比設(shè)計(jì)角 (A0)的絕對值小。
8.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，將所述設(shè)計(jì)角(Atl)選定成在所述角度的絕對值方面比螺旋角(β)小。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將偏差傾角(Ak)的絕對值選定成比設(shè)計(jì)角 (A0)的絕對值大。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)給步驟沿切向方向 ⑴發(fā)生。
11.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)給步驟沿徑向方向 ⑴發(fā)生。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助數(shù)學(xué)計(jì)算來確定偏差傾角(Ak)。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用在相對應(yīng)的進(jìn)給步驟(k)中的進(jìn)給量(dXk;Yk)與用在所述步驟(k)中的傾角(Ak)匹配。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，為了進(jìn)行數(shù)學(xué)確定/匹配而考慮一種關(guān)系，藉此所述齒面幾何形狀的參量、特別地是兩個(gè)參量取決于與所述刀具和/或工件的可控運(yùn)動(dòng)軸線相關(guān)聯(lián)的參量、特別地是兩個(gè)參量。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，考慮為所述齒面幾何形狀參量的參量是進(jìn)給量(q)和/或齒形角偏差(fHa)，且考慮為進(jìn)給參量的參量是所述偏差傾角(Ak)和所述設(shè)計(jì)角(Atl)之間的差值和/或所述進(jìn)給參數(shù)(X ；Y)對最大可能進(jìn)給的偏差(dX ；dY)。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過如下標(biāo)準(zhǔn)來引導(dǎo)所述數(shù)學(xué)確定/匹配即達(dá)到低于給定第一閾值的齒形角偏差(fHa)，特別地是達(dá)到齒形角偏差 (fHa)消失。
17.如權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)確定包括算術(shù)計(jì)算的迭代步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，作為迭代循環(huán)的部分步驟而執(zhí)行以下步驟根據(jù)所述加工余量取決于所述進(jìn)給參數(shù)的關(guān)系，確定與由于之前迭代循環(huán)而獲得的所述加工余量相關(guān)聯(lián)的進(jìn)給量，其中對于在所述迭代開始時(shí)的第一次循環(huán)來說，將相對應(yīng)的加工行程之后所要獲得的所述加工余量(qk)用作起始點(diǎn)；根據(jù)所述齒形角偏差取決于所述進(jìn)給參數(shù)的關(guān)系，確定與在之前步驟中所確定的進(jìn)給量相關(guān)聯(lián)的所述齒形角偏差；根據(jù)所述齒形角偏差取決于所述傾角的關(guān)系，確定對所述設(shè)計(jì)角的偏差量，這產(chǎn)生相對于在之前步驟中所確定的所述齒形角偏差而具有等量但異號的齒形角偏差；根據(jù)所述加工余量取決于所述傾角的關(guān)系，確定與在之前步驟中所確定的所述設(shè)計(jì)角偏差相關(guān)聯(lián)的加工余量，并且通過從在相對應(yīng)的加工行程之后所獲得的所述加工余量(qk) 中減去在之前步驟中所確定的加工余量校正而獲得的加工余量，其中以此方式獲得的所述加工余量用作下一個(gè)迭代循環(huán)的基礎(chǔ)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，設(shè)定第二閾值來作為終止當(dāng)前進(jìn)給步驟(k)中迭代的標(biāo)準(zhǔn)，從而當(dāng)使目標(biāo)加工余量(qk)與在之前的迭代循環(huán)中作為輸入量而輸入的加工余量和由此所獲得的加工余量校正之和隔開的間隙的絕對值低于所述第二閾值時(shí)，終止所述迭代。
20.如權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)確定/匹配包括對限定所述齒面幾何形狀的參量和與所述運(yùn)動(dòng)軸線相關(guān)聯(lián)的參量之間相關(guān)性的線性化。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)確定/匹配包括對由于所述線性化而獲得的方程組進(jìn)行求解的過程。
22.如權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加工方法是雙齒面方法。
23.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在外齒輪上執(zhí)行所述加工。
24.如權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在內(nèi)齒輪上執(zhí)行所述加工。
25.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用多個(gè)刀具(0)或適當(dāng)設(shè)計(jì)的多齒面刀具來對屬于所述齒輪O)的不同齒隙的多個(gè)齒面同時(shí)進(jìn)行加工。
26.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述刀具沿所述齒輪軸線方向的工作行程中，在所述刀具軸線(Y)和所述齒輪軸線(Z)的正交平面之間的傾角(A)的修正可疊加在、在特定情形中是疊加在已利用所述進(jìn)給而設(shè)定的所述刀具傾角(A)上。
27.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在不連續(xù)成型方法下的加工包括成型磨削和/或成型滾銑。
28.一種用于加工齒輪O)的機(jī)床，所述機(jī)床具有工件心軸、刀具心軸以及控制單元， 所述工件心軸限定所述齒輪軸線(Z)的方向并且設(shè)計(jì)成保持所述齒輪，所述刀具心軸限定所述刀具軸線(Y)的方向并且設(shè)計(jì)成保持刀具(0)，其中所述刀具心軸可相對于所述齒輪軸線(Z)的正交平面傾斜一傾角(A)，而所述控制單元控制裝置的軸線運(yùn)動(dòng)，其特征在于，可操作所述控制單元以執(zhí)行如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
29.一種用于對機(jī)床進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)軟件程序，其特征在于，當(dāng)在所述機(jī)床的控制單元中執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)軟件程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)軟件程序控制所述機(jī)床來實(shí)施如權(quán)利要求1 至27中任一項(xiàng)所述的方法。
30.一種齒輪，所述齒輪具有通過如權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的方法、特別地是使用如權(quán)利要求28所述的機(jī)床而產(chǎn)生的齒面幾何形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于加工齒輪齒的方法，該齒輪齒的齒面對它們的特定幾何形狀偏差加工余量，其中通過至少兩個(gè)進(jìn)給步驟的進(jìn)給來去除該加工余量，每個(gè)進(jìn)給步驟都跟隨有利用繞刀具軸線旋轉(zhuǎn)的成型刀具的加工行程，對于該操作，在相對于齒輪將刀具設(shè)定于根據(jù)正交于該刀具軸線的旋轉(zhuǎn)平面與齒輪軸線的傾斜角度的、位置之后，成型刀具與齒輪齒進(jìn)行配合，且在每次進(jìn)給步驟之后，刀具的最終配合區(qū)域內(nèi)的材料被去除，并且在最后的進(jìn)給步驟之后以及由于由該成型刀具的設(shè)計(jì)角所確定的傾角，刀具配合區(qū)域在整個(gè)齒面高度上延伸，使得下一個(gè)加工行程會去除為獲得特定幾何形狀所需的材料量，其中，在最后的進(jìn)給步驟之前的至少一個(gè)進(jìn)給步驟中，將成型刀具設(shè)定為與為刀具所設(shè)計(jì)的角度相偏離的傾角，并且，產(chǎn)生與以設(shè)計(jì)角度設(shè)定相比沿齒面高度方向擴(kuò)大的刀具配合區(qū)域。
文檔編號B23F5/22GK102284750SQ201110170879
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者D·弗瑟蒂克, W·海德爾曼 申請人:格里森-普法特機(jī)械制造有限公司