專利名稱：強勁磨削方法和包括磨削刀具的相應設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的主題是一種磨削齒輪系統(tǒng)或其他周期結構的強勁方法以及包括磨削刀具的相應設備。
背景技術：
現(xiàn)有很多用于制造齒輪的方法。在碎屑切割軟預加工中，滾齒、插齒、刨齒與磨削(也稱作動力磨削)存在一個區(qū)別。滾齒和磨削稱作連續(xù)方法，將會在以下詳細描述。在齒輪的碎屑切割加工中，間斷分度加工(或也稱作單個分度加工)和一定程度上稱作連續(xù)分度加工或表面滾齒的連續(xù)方法存在一個區(qū)別。在連續(xù)方法中，例如，包括使用對應刀具的刀具用于切削工件的側面。工件被連續(xù) 切割，例如，在不間斷方法中，在一個夾具中。連續(xù)方法是基于復雜、成對的運動序列，其中刀具和被加工工件相對于彼此進行連續(xù)分度移動。分度運動是由對應機器的聯(lián)動的、分別連接的一些驅動軸驅動。在單個分度加工中，加工一個齒隙，然后例如刀具的相對移動并且稱為分度移動(分度旋轉)被執(zhí)行，其中工件相對于刀具旋轉，在那之前進行下一個齒隙的加工。因此齒輪一步步地進行制造。由于插齒刀具I的旋轉軸Rl和工件2的旋轉軸R2的夾角(也稱為軸的夾角)相當于零度，如圖I所示，最初提及的插齒方法可以描述或表示為圓柱齒輪傳動系統(tǒng)。如果軸的夾角相當于零度，兩個旋轉軸Rl和R2相對平行運轉。工件2和插齒刀具I各自圍繞他門的旋轉軸R2和Rl連續(xù)旋轉。除了旋轉運動，插齒刀具I還進行沖擊運動，參考圖I中雙fiT頭shx，并且在沖擊運動中從工件2移除碎屑。前一段時間，采取了一種稱作磨削的方法。基本要素有將近100年的歷史。這類主題的第一個專利申請的專利號為DE243514追溯到1912年。經(jīng)過開始幾年的初步考慮和調查之后，磨削不再受重視的進一步推行。迄今為止，在一定程度上經(jīng)驗的復雜加工，為了找出用于磨削方法的合適的刀具幾何形狀是有必要的。大約在19世紀八十年代中期，又開始采用磨削。直到現(xiàn)今的模擬方法和現(xiàn)代數(shù)控機械，才使得磨削的要素可以在高效的、可重現(xiàn)的且強勁的方法中實施。還有現(xiàn)今刀具材料的高耐磨性、極大的高靜態(tài)和動態(tài)剛性以及現(xiàn)代機器同步運行的高性能。在磨削中，如圖2A所示，在磨削刀具10 (也稱作磨削輪)的旋轉軸Rl和工件20的旋轉軸R2之間的軸Σ的夾角是預先確定的，所述角不同于O度。在磨削刀具10和工件20之間產(chǎn)生的相對運動是螺旋運動，螺旋運動可以分解為旋轉部分(轉動部分)和推進部分(移動部分)。產(chǎn)生螺旋形齒輪傳動可以看做驅動技術相關的模擬，其中旋轉部分對應于滾動并且移動部分對應于側面的滑移。軸Σ的夾角的絕對值越大，工件20加工需要的移動運動部分增加越大。其產(chǎn)生在工件20的齒側面的方向上磨削刀具10切割刃的運動分量。因此，當磨削時，等效螺旋齒輪傳動的作用齒輪的相對結合運動的滑移部分被用于進行切割運動。在磨削中只需要緩慢軸向推進并且所謂的推進運動，已經(jīng)普遍用于插齒中，被省除掉。因此，在磨削中不會發(fā)生反向沖擊運動。磨削的切割速度受到磨削刀具10和工件20各自的旋轉速度以及旋轉軸Rl和R2的軸Σ的夾角直接影響。選擇軸Σ的夾角并且由此的滑移部分以便于為了加工材料，實現(xiàn)對給定旋轉速度的最佳切割速度。運動循環(huán)和和先前已知磨削方法的進一步詳細說明可以從已經(jīng)涉及的附圖2A的圖示中得出。圖2A表示的是在圓柱工件20上磨削外齒系統(tǒng)。工件20和刀具10 (在此圓柱磨削刀具10)以相反的方向旋轉。還有進一步的相對運動。為了可以使用刀具10機加工工件20的全部齒系統(tǒng)從而需要軸向進給sax。如果工件20上需要斜齒輪(即O)，然后差動進給sD在軸向進給Sax上疊加。徑向進給sMd可以用于影響工件20的齒系統(tǒng)的凸面加工。在磨削中，向量切割速度土基本上為刀具10和工件20的旋轉軸R1、R2的兩個速 度向量&和L之差，旋轉軸相對彼此以軸Σ的夾角傾斜。在此，是在刀具10外圍的速度向量并且k是在工件20外圍的速度向量。因此，磨削工序的切割速度V?？梢酝ㄟ^等效螺旋齒輪傳動中軸Σ的夾角和旋轉速度改變。軸向進給Sax對切割速度V。僅具有很小的影響，，可以被忽視并且因此在圖2A中具有向量土的向量圖表中沒有表示。圖2B所示使用錐形磨削刀具10磨削工件20的外齒系統(tǒng)。在圖2B中，在此表示出了軸Σ的夾角、向量切割速度1、在刀具10外圍的速度向量在工件20外圍的速度
向量；以及刀具10的螺旋角β I和工件20的螺旋角β 2。在圖2Α中，螺旋角β 2不為零
度。在圖2Β中刀具10的齒頭部引用附圖標記4。在圖2Β中齒肋部引用附圖標記5。兩個旋轉軸Rl和R2彼此不相交，但是相對彼此傾斜分布。在錐形磨削刀具10中，迄今為止通常選擇兩個旋轉軸Rl和R2垂直交點為計算點ΑΡ，因為不必要為了提供后角而彎曲磨削刀具10。在此計算點AP恰好是所述接觸點。等效螺旋齒輪傳動的滾圈在計算點AP相互接觸。從德國專利申請DE3915976A1可知在磨削中為了完成側面線的修正可以在緩慢軸向進給上疊加徑向移動。以這種方式，可以影響齒系統(tǒng)的凸面加工。另外，從國際專利申請W02010/060733A1中可知通過疊加軸向進給和徑向移動可以制造齒系統(tǒng)，在徑向和軸向各端逐漸停止的齒槽進入未形成齒的工件的表面。涉及的國際專利申請主要針對是所述多階段切割步驟，如圖3所示。在圖3中，表示出相應的工件8的出自齒槽7的定相。圖3表示出了一些磨削刀具在多階段切割階段中在工件8上形成的描記線。由于軸向進給和徑向移動的疊加，逐漸停止輪廓在齒槽7 —端形成，所述輪廓在區(qū)域9中由多個曲線段組成。涉及的國際專利申請沒有針對完全形成齒隙的形成。為了盡可能提高磨削的生產(chǎn)效率，例如當使用像硬質合金的現(xiàn)代切割材料進行干式加工，在磨削刀具和工件之間相對運動的滑移部分必須產(chǎn)生足夠高的切割速度。在磨削中，切割速度V。受到等效螺旋齒輪傳動的旋轉速度，分別受到工件和刀具有效半徑并且受到旋轉軸Rl和R2的軸Σ的夾角的直接影響。在比通過使用加工設備(磨削機)的允許旋轉速度限定合適的旋轉速度。工件的尺寸是固定預定的。通過加工設備(磨削機)的加工空間并且對于內(nèi)齒系統(tǒng)同樣通過這種齒系統(tǒng)的內(nèi)部空間限定合適的刀具尺寸。因此，足夠高的切割速度通常僅由對應高的軸Σ的夾角產(chǎn)生。
在磨削中，使用的刀具10包括至少一個幾何形狀確定的切割刃。切割刃在圖2A和2B中未示出。切割刃的形狀和分布歸于必須在實踐中具體設計考慮到的一些方面。此外，在磨削中，刀具本身也有較大相關生。如圖2A所示的例子中，磨削刀具10具有直齒正齒輪的形狀。圖2A中集體的外輪廓是圓柱形的。盡管如此，它也可以是如圖2B所示的斜邊形(也稱作錐形)。由于磨削刀具10的一個或多個齒沿著切割刃的整個長度加工，在切割刃的刀具10的每個齒需要足夠的后角。從直齒或螺旋齒錐形磨削刀具10開始，如圖4A和4B所示，那么可以看出這樣的磨削刀具10具有所述結構后角是由于磨削刀具10的錐形基本形狀。由于磨削刀具的幾何形狀在錐形磨削刀具10頭部和側面的后角是預先確定的。盡管如此，錐形磨削刀具10的切割刃的輪廓，為了實際進行再研磨必須滿足一定的條件。在圖4A和4B中，表示的是在工件20上切割外齒的錐形磨削刀具10。在錐形磨削刀具刀頭的所謂結構后角ak。在圖4B中可見。軸交點AK和磨削刀具10的滾圓與工件的接觸點BP在圖4A中重合并且在旋轉軸Rl和R2的交點垂線GL上(在圖4A和4B中分別表示為不可見)。 在圖5中，表示出直齒或螺旋齒錐形磨削刀具10和圓柱工件20的進一步描述，其中選擇圖5的視角以便于旋轉軸Rl和R2平行延伸，雖然兩個軸Rl和R2相對彼此傾斜。在圖5中，兩個軸Rl和R2的交點垂線GL是可見的。如圖5所示接觸點BP在交點垂線GL上。在圖6A和6B中，表示出了多個圓柱磨削刀具10和具有外齒的圓柱工件20。磨削刀具10不僅相對與工件20的旋轉軸R2傾斜分布(如在圖6A中可分辨出在對應軸Σ夾角的基礎上)，還相對于工件20以小角度Ciki傾斜遠離它布置(在圖6B中可以較好看出)。通過磨削刀具10嵌入的方式，可以因此產(chǎn)生有效后角，如圖6B中所示用于頭部切割刃的aki。同樣在刀具切邊邊緣的一側，通過插入的方式產(chǎn)生有效后角。盡管如此，這些變得比在頭部切割刃的小?？傊@些后角僅有一半大。從直齒或螺旋齒錐形磨削刀具10開始，如圖6A和6B所示，那么可以看出這樣得磨削刀具10不具有所述結構后角，既不在頭部也不在側面。如果這樣的圓柱磨削刀具以常規(guī)方式夾緊，不會具有后角。通過磨削刀具10插入的方式，可以產(chǎn)生運動后角，如已描述的。在實踐中，磨削刀具10的插入方式通過在機器中磨削刀具10的偏心夾具實現(xiàn)，為了由此產(chǎn)生從軸交點AK的切割面的偏移。由于磨削刀具10的插入方式，磨削刀具10的滾圓和工件20的接觸點BP不再位于旋轉軸Rl和R2的交點垂線上。對應的偏移也稱作切割面偏移e并且可以在圖6A中得出。磨削刀具10傾斜遠離的越遠，有效后角變得越大。磨削需要的后角在3度到5度的范圍之內(nèi)。為了規(guī)定這些后角，圓柱磨削刀具10的插入方式需要達到10度并且在實踐中常見。在圖7A和7B中，表示進一步描述的直齒或螺旋齒圓柱磨削刀具10和圓柱工件20，其中圖7A視角的選擇為兩個旋轉軸Rl和R2平行延伸，盡管兩個軸Rl和R2相對彼此傾斜。在圖7A中，可以看出兩個軸Rl和R2的交點垂線。在圖7A和7B中，接觸點BP位于交點垂線之上。在圖7B中表示出了所述接觸視角(也稱作接觸面的側面投影)，其中接觸點BP是可見的。在圖7A的表示中，接觸點BP隱藏于工件20的后面。自己調查的先前磨削方法已經(jīng)給出，磨削刀具可能會發(fā)生突然失效。更多具體的考慮和評定表示出在其他問題中在磨削中可能會發(fā)生極負前角。模擬切割刃全部的軌跡點，表示在間隙的完整切割中切割工件的材料，特別是有效頭部前角從最初切屑形成到磨削刀具從間隙中退出變得越來越負。更精確的是，在普通磨削切除切屑中，切屑厚度從生成線增加，其中有效前角從最初將近為零度持續(xù)減少。在刀頭上切屑形成的最后，所述有效前角的值可能會例如到達-60度或甚至小于-60度非常不利的情況。這一方面可能會導致磨削刀具過早的磨損。在圖8A至8C的圖中表示磨削刀具10的切割齒6的經(jīng)過工件20的材料移動。圖8A到8C表示的是在刀頭的前角的有效增進，分別在切割齒6，覆蓋在完全切割中的切割過程。由于成對的疊加，即，磨削刀具10圍繞第一旋轉軸Rl和工件圍繞第二旋轉軸R2的相互同步的旋轉運動，和磨削刀具10相對工件20的線性軸向移動，在刀具所有的軌跡點記錄中，造成槽形或籠形排序，如圖8A至8C、9、10和11A、11B所示。在圖8A至8C、9、10中，對應槽用附圖標記11表示。圖8A表示的是第一快照的磨削刀具10的切割齒6在工件20的材料中的相對移動。切割齒6的切割刃6. I的方向和位置通過粗線表示。由切割齒6的切割刃6. I的所有軌跡點產(chǎn)生的槽11位于工件20的間隙22中用于切割齒6在間隙22中的一個嚙合。進一 步切割齒(這可能是刀具的同一個或另一個切割齒)隨后的嚙合同樣產(chǎn)生槽11，由于軸向進給和相關差動進給所述槽在軸向間隙22內(nèi)抵消。因此，在磨削中槽11逐步(至少是幾乎)移動通過工件20的材料。圖8A表示的是將槽11分為左右兩個部分的線段12。線段12的屏蔽部分表示為虛線。線段12劃定了通過在兩個直接連續(xù)嚙合切割齒之間進給在不同位置的兩個槽相互疊加。也就是，線段12的特征是兩個槽的相交曲線。對于無窮小的軸向進給，這個相交曲線對應于所述生成線。所有的齒隙可以看做是一組這樣的在切割方向上穿過工件20的材料的生成線。在包括軸向進給的常規(guī)磨削加工過程中，通過驅動切割刃6. I僅從生成線起始段(即，具體的顯示為生成線的左方)從工件20上切除材料。材料已經(jīng)在切割方向上的生成線前面(即，具體的顯示為生成線的右方)通過刀具先前的嚙合被切除。圖8B表示的是模擬的第二快照，其中磨削刀具10的切割齒6相對于圖8A中的情況在工件20的材料中在切割方向SR上進一步向左移動一段距離。圖8C表示的是模擬的第三快照，其中其中磨削刀具10的切割齒6相對于圖8B中的情況在工件20的材料中仍然在切割方向SR上進一步向左移動一段距離。在圖8C中，可以較好的看出切割齒6的切割刃6. I的切割面相對于槽11形成銳角。圖8C中對應的“臨界”部分用附圖標記13表示。因此如上所述極負有效前角造成了部分13。在磨削過程中，具體是，頭部的有效前角如前所述變得越來越負。在磨削中，切割齒6到工件20上間隙假想底部的刀片角度保持近似為常數(shù)。切割齒6的頭部切割刃“磨碎”槽底部。圖9工件20的部分包括多個齒21和齒隙22?，F(xiàn)在，如果考慮工件20的在磨削機中總的移動進展，可見的是槽11移動穿過齒隙22直到齒隙22完全完成。槽11穿過齒隙22的移動表示為指向進給方向的方向箭頭VR。進給方向由軸向和差動進給組成。上述提及的磨削中的前角的研究的保持尤其用于正在進行的磨削過程中的完整碎屑的產(chǎn)生。盡管如此，它們在磨削過程開始階段也提供了重要見解，之一就是必須首先穿透進入間隙。在磨削刀具在工件的軸向上普通橫向進給中，切割齒6和工件20以明顯的負有效前角發(fā)生第一接觸。因此，首先，第一切屑是可以想象差的切屑切割條件產(chǎn)生的。由于第一接觸較大的負前角，切割刃6. I的負荷很高。作用于切割刃6. I的力(特別是切割刃的邊緣)因此突然增加，可能會導致切割刃6. I的突然損壞。這種高負荷可以解釋在一定程度上已經(jīng)注意到的磨削刀具10的突然、意外失效。根據(jù)圖8A到SC和9的正在進行磨削過程中，同樣如上述產(chǎn)生不利的有效前角；盡管如此，切割刃6. I的負荷持續(xù)不斷并且因此不突然。因此，不同磨損或失效被關注。在先前已經(jīng)出現(xiàn)的軸向橫向進給中，槽11沿著齒隙21在一側引導以使槽11的槽邊緣具有最壞的切割條件于第一時間在如圖10所示的前端部分23接觸工件20。第一接觸普遍發(fā)生在切割刃6. I的頭部在順槳側面的一側。軸向橫向進給在圖10中通過箭頭ZB表示。因此，箭頭ZB與刀具20的旋轉軸R2平行 運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于齒輪或其他周期結構的齒側面碎屑切割加工的方法和設備，其特征是有較高的生產(chǎn)效率。加工時間的減少和每個齒輪生產(chǎn)成本的降低是本發(fā)明的主要目標。在另一方面，推薦的方法和設備應該是強勁的并且應該是適用于一系列制造，例如在汽車行業(yè)中。特別的針對是通過提高刀具壽命盡可能低的保持刀具損耗。根據(jù)本發(fā)明通過一種方法實現(xiàn)了上述目的，所述方法在此稱為使用改良橫向進給模式的磨削方法。改良橫向進給模式理解為插入和進入以明確的徑向移動分量發(fā)生，據(jù)此在插入中磨削刀具和工件間的第一接觸導致值將近為零度的有效前角。這個有效前角導致由于所述槽的形狀，槽的底部首先與工件的材料相接觸?？梢詫芏嗖煌ハ鞣椒ㄊ褂酶牧紮M向進給模式，適合制造旋轉對稱軸其結構。設計改良橫向進給模式使用由刀具主軸支撐的磨削刀具用于在具有旋轉對稱周期結構的工件的磨削中。在改良橫向進給模式中-磨削刀具圍繞第一旋轉軸持續(xù)旋轉，-工件圍繞第二旋轉軸持續(xù)旋轉并且與磨削刀具同步，-磨削刀具以徑向移動分量在工件方向上插入并且以徑向移動分量向下以足夠的深度陷入工件中，借此至少在陷入期間第一旋轉軸相對于第二旋轉軸微微傾斜延伸。在隨后的磨削期間，從到達足夠深度，旋轉磨削刀具相對于旋轉工件在第二旋轉軸的方向上進行相對進給運動，即朝陷入端，借此同樣在磨削期間第一旋轉軸相對于第二旋轉軸傾斜運行。根據(jù)本發(fā)明的改良橫向進給方法的特征是工件和磨削刀具之間的相對運動次序(稱為相對運動)是預先確定的并且在第一接觸和陷入期間磨削刀具切割齒切割刃的切割條件在一個最佳范圍進行。根據(jù)本發(fā)明的改良橫向進給方法的特征是陷入期間磨削刀具和工件的第一接觸點大約對應于槽的最深點TP。根據(jù)本發(fā)明，微小的平移在插入和徑向陷入中疊加，因此導致運動矢量相對弓箭的正常旋轉軸心具有一個銳角。本發(fā)明基于磨削刀具相對與工件預先確定相對運動，這樣相對于常規(guī)軸向陷入產(chǎn)生相當有利的切割條件。根據(jù)改良進給模式進行的磨削期間，材料從工件上逐步切割直至完全形成齒或其他周期結構。通過改良陷入方法避免磨削刀具切割齒的極負前角的突然產(chǎn)生。此外，改良進給方法具有的優(yōu)點是相比于常規(guī)軸向進給需要在軸向上相當小的進入?yún)^(qū)域。根據(jù)本發(fā)明可以直接使齒隙進入足夠的深度并且在這種情況下不必通過多階段切割形成。因此，陷入最好發(fā)生在向下到足夠的深度。優(yōu)選的，在所有實施方式中，在此針對的是關系到一次切割的進給。另外，針對連續(xù)的齒系統(tǒng)在齒系統(tǒng)開端的磨削，S卩，在此不針對在開始時封閉齒槽的磨削。
改良進給方法的特征是不會導致，即最終的，通過移除材料在進給期間生成間隙幾何形狀。最終間隙幾何形狀僅在進給之后通過適當?shù)哪ハ骷庸ど伞榱送暾纳升X隙，根據(jù)本發(fā)明足夠在齒系統(tǒng)寬度方向上相對于工件在確定位置設置徑向運動分量并且向下陷入足夠的徑向深度。徑向陷入的位置優(yōu)選取決于生成線的位置。根據(jù)本發(fā)明，在所有實施方式中，第一切屑去除相比于常規(guī)磨削方法發(fā)生在相當有利的切削條件下。因此，磨削刀具的壽命大大提高并且重要的是，尤其可以避免磨削刀具的突然損壞。根據(jù)本發(fā)明，由于徑向插入，磨削刀具第一次接觸工件的點位于保證在磨削刀具切割齒上合適的接近于零度的有效前角的范圍。根據(jù)本發(fā)明，磨削刀具第一次接觸工件的點，優(yōu)選直接在工件前端和側區(qū)的過渡區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，磨削刀具在進給方向穿過工件材料開始其運動的點，優(yōu)選取決于考慮到生成線的位置。為了確保在軸向上僅僅是短程進給路線，虛擬生成線位于待加工工件前側表面前端的較短距離，因為材料在常規(guī)磨削中僅僅在生成線之后切削。作為正面的效應，有生成線的位置導致了加工時間的縮短。此外，可以在完整間隙生成之后徑向直接退出。完成完整間隙生成，當材料的生成線離開工件?？傮w上，作為正面的效應，徑向退出導致了加工時間的縮短。磨削刀具的旋轉軸相對于工件的旋轉軸至少在陷入期間和磨削期間是傾斜排列的，例如，軸Σ的夾角不為零度。此外，磨削刀具在陷入期間和磨削期間可以朝著工件或者遠離工件的方向傾斜，例如傾斜角(各傾斜角)δ，優(yōu)選規(guī)定為不為零。傾斜角δ的絕對值最好在2度至45度并且優(yōu)選5度至30度的角度范圍之內(nèi)。在相應的改良陷入方法中，該方法針對的是用于連續(xù)切屑切割方法的準備。陷入同樣的也是連續(xù)的并且切屑切割。優(yōu)選的，在所所有實施方式中，使用類似剝離輪并且和面銑刀頭刀具大大不同的磨削刀具。根據(jù)本發(fā)明，磨削刀具具有類似于剝離輪的刀具部分，所述刀具部分具有形成為類似向外傾斜突出切割齒的切割刃。
根據(jù)本發(fā)明，磨削刀具具有類似于剝離輪的刀具部分，所述刀具部分具有生成刀具的形狀，優(yōu)選形狀為盤式刀具、柄式刀具或深擴孔式刀具(例如參照DIN3972或DIN5480)。根據(jù)本發(fā)明類似剝離輪的磨齒刀具設計為所述整體刀具，即涉及刀具是實質上為整體成型，或其形成為具有裝有刀具卡盤的刀頭基體的刀頭刀具(在此稱為扎刀磨削輪)，優(yōu)選以扎刀的形狀。根據(jù)本發(fā)明，在所有實施方式中，磨削刀具優(yōu)選具有所述結構后角。也就是，后角基于磨削刀具的幾何形狀考慮到運動學預先確定。所述和要求的改良陷入方法適用于很多不同齒系統(tǒng)和其他周期性重復結構。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)軸向陷入方法具有一系列的優(yōu)點，以下總結為-提高了切屑切割情況； -更好地有效前角(特別是在刀頭上)；-較小的刀具磨損；-延長了刀具壽命；-較低的刀具單件成本；-刀具不會突然損壞；-更好地成本效益。根據(jù)本發(fā)明的方法可以在干加工和濕加工中應用。改良進給不僅僅用于制造外齒系統(tǒng)。它也可以較好的用于制造內(nèi)齒系統(tǒng)。


本發(fā)明進一步的細節(jié)和優(yōu)點將在以下參照實施例和參照附圖描述。在所有附圖中，出于簡單的原因，工件和磨削刀具減少到在滾圓的情況(分別在工件滾壓圓筒上)。代表條件也為整個齒系統(tǒng)保持齒高度。圖I表示的是成型期間具有圓柱形外輪廓的成型輪與具有外齒系統(tǒng)的工件嚙合的不意圖；圖2A表示的是磨削期間具有圓柱形外輪廓的直齒磨削輪與具有外齒系統(tǒng)的工件嚙合的示意圖；圖2B表示的是磨削期間具有圓柱形外輪廓的螺旋齒磨削輪與具有外齒系統(tǒng)的工件嚙合的示意圖；圖3表示的是參照國際專利申請W02010/060733切除齒槽的簡圖；圖4A表示的是磨削具有外齒系統(tǒng)的工件期間錐形磨削刀具主軸相交(接觸面投影)投影圖，其中軸的夾角是預定的；圖4B表示的是根據(jù)圖4A錐形磨削刀具和工件軸相交(接觸面?zhèn)韧队?的投影圖；圖5表示的是磨削具有外齒系統(tǒng)的工件期間進一步錐形磨削刀具的示意圖，其中磨削刀具相對于工件不傾斜；圖6A表示的是磨削具有外齒系統(tǒng)的工件期間圓柱形磨削刀具的軸相交的投影圖，其中磨削刀具以小角度遠離工件傾斜并且其中切割面偏移效果；
圖6B表示的是參照圖6A圓柱形磨削刀具和工件接觸面的側投影圖；圖7表示的是磨削具有外齒系統(tǒng)的工件期間進一步圓柱形磨削刀具的軸相交的側投影圖，其中磨削刀具以小角度遠離工件傾斜；圖7B表示的是參照圖7A圓柱形磨削刀具和工件接觸面的側投影圖；圖8A表示的是以第一快照模擬磨削刀具切割齒在工件的材料中的相對運動的效果;圖8B表示的是模擬的第二快照，其中磨削刀具的切割齒在工件的材料中相對于圖8A中的情況在切割方向上進一步移動向左邊；圖8C表示的是模擬的第三快照，其中磨削刀具的切割齒在工件的材料中相對于 圖8B中的情況在切割方向上進一步移動向左邊；圖9表示的是包括大量齒和齒隙的工件的一部分，其中根據(jù)圖8A至SC的槽依次通過齒隙；圖10表示的是工件一部分的側視圖，其中根據(jù)本發(fā)明以強化圖示形式所示槽在軸向進給瞬間的位置；圖IlA表示的是工件一部分的側視圖，其中根據(jù)本發(fā)明以強化圖示形式所示槽在徑向進給瞬間的位置；圖IlB表示的是根據(jù)圖IlA工件一部分的頂視圖，其中根據(jù)本發(fā)明以強化圖示形式所示槽在徑向進給瞬間的位置；圖12A表示的是工件一部分的側視圖，其中以強化圖示形式表示插入和陷入；圖12B表示的是表示的是工件一部分的側視圖，其中以強化圖示形式表示插入和陷入；圖13A表示的是槽和棒刀具的切割刃一起的強化圖示，其中前角在所示瞬間值為將近零度；圖13B表示的是槽和棒刀具的切割刃一起的進一步強化圖示，其中前角在所示瞬間值明顯為負的；圖14表示的是工件一部分的頂視圖，其中以強化圖示形式表示槽依次經(jīng)過齒隙的位置；圖15表示的是磨削期間工件的一部分，其中可以看出具有磨削刀具(未示出)切割齒的棒刀具怎樣引導通過齒隙的；圖16表示的是根據(jù)本發(fā)明具有內(nèi)齒系統(tǒng)圓柱形工件在磨削期間使用棒刀具磨削輪的透視圖；圖17表示的是根據(jù)本發(fā)明具有內(nèi)齒系統(tǒng)圓柱形工件在磨削期間使用如磨削輪的大型刀具的透視圖；并且圖18表示的是根據(jù)本發(fā)明的機器的強透視圖，包括具有內(nèi)齒系統(tǒng)工件的齒系統(tǒng)之間的磨削刀具。
具體實施例方式在本詳述措辭使用的上下文中，發(fā)現(xiàn)還使用有關申請和專利。需要注意的是，盡管如此，這些措辭的使用僅僅是為了更好地理解。創(chuàng)造性想法和權利要求的保護范圍不應該由措辭的特殊選擇限制于它們的解釋。本發(fā)明可以轉換而不需要進一步費力于其他術語系統(tǒng)和/或技術領域。在其他技術領域，這些措辭可以對應使用。旋轉對稱周期結構例如包括內(nèi)和/或外齒輪系統(tǒng)的齒輪。盡管如此，例如，也可以針對的是剎車片、離合器或齒輪元件等等。磨削刀具特別適合于制造齒輪軸、渦輪、環(huán)齒輪、齒輪泵、鉸接環(huán)接頭輪轂(鉸接環(huán)接頭用于車輛工業(yè)中從差速器轉換作用力到車輪)、花鍵軸連接、滑套、皮帶輪等等。周期結構在此也稱為周期重復結構。以下，所涉及的主要是齒輪、齒和齒隙。盡管如此，如上所述，本發(fā)明也可以轉用于其他包括不同周期結構的組件。對于這些其他組件，在這種情況下不針對齒隙，但是例如插槽或凹槽。
本發(fā)明使用如開始提及的研究和模擬。根據(jù)本發(fā)明，進給伴隨著如圖IlA所示的不可忽視的徑向運動分量。由于徑向方向的進給，刀具100與工件50在到目前為止在軸向進給期間發(fā)生的磨削第一次接觸期間的不利條件，是可以避免的。在圖IlA中徑向進給參照箭頭和附圖標記A。根據(jù)本發(fā)明，針對的是所述改良進給方法，其中磨削刀具100和工件50進行相對運動，相對運動延伸以使磨削刀具100和工件50在第一次接觸時，在磨削刀具100的切割刃產(chǎn)生幾乎為零度的有效前角。為了完成這些，至少運動的最后階段在插入期間的特征是基本上是如圖12A所示的徑向插入運動il。根據(jù)本發(fā)明，徑向陷入或進給運動伴隨著徑向插入運動Si。在徑向陷入或進給運動22中，磨削刀具的切割刃陷入工件50的材料中。在圖12A所示中，徑向進給A由兩個分量運動和組成，其中在所示情況中，兩個分量運動I和22指向純粹的徑向。兩個分量運動I和22的向量疊加導致了向量A。純粹徑向運動垂直于工件50的旋轉軸R2，這些運動各自平行延伸到工件50的前表面54。在圖12B，圖示徑向進給A有兩個分量運動I和組成，其中在所示情況中，兩個分量運動Jl和具有相當大的徑向分量和很小的軸向分量。生成向量J由兩個分量運動〕1和22向量疊加重復導致。兩個分量運動和A可以指向相同方向(參見圖12A的例子)，或他們具有輕微差別的方向(參見圖12B的例子)。圖13A表示的是槽80*和棒刀具120的切割刃111 一起的強化圖示，其中在切割刃頭部的有效前角Y s在所示瞬間值為將近零度。在投影表示中，大致選擇有效前角YS為切割刃110的切割面53和切割面53和槽80*底部接觸點的法線NI之間的角。在圖13A中，所述法線NI基本位于切割面53的平面上。圖13A表示的是磨削刀具100第一接觸的運動，分別是磨削刀具10的切割刃111，和工件50、70的材料。第一接觸的點和槽80*的最深點TP基本重合。還有，生成線82總是穿過槽80*的最深點TP。在此需要注意的是圖IlAUlB和以下中的槽80*是有意表示為鏡面對稱的。具體是盡管如此，槽80*也可以具有不對稱性狀，例如，當傾斜角δ不為零度時。圖13Β表示的是槽80*和棒刀具120的切割刃111 一起的進一步強化圖示，其中在切割刃頭部的有效前角Ys在所示瞬間值明顯為負的。在圖13Β中，法線NI是可見的，因為它不是位于切割面53的平面上?；趫D13A和13B的強化圖示和例證變得明顯，也就是隨著切割刃111在切割方向SR上逐步移動有效前角Y s變得越來越負。重要的是兩個分量運動和22相對與工件50進行以在工件50的軸向進給運動平行于旋轉軸進行之前(即在進給方向VR上，如圖14所示)使生成線82變得位于工件50材料的外部。此外，需要注意的是第一分量運動I指向使磨削刀具和工件50之間的第一接觸產(chǎn)生接近零度的前角。當在第一次接觸時的軸向運動分量過大，在這種情形下可能不能實現(xiàn)并且可能產(chǎn)生對應于切割刃突發(fā)較強的沖擊載荷。根據(jù)本發(fā)明，生成向量3和旋轉軸R2上的法線之間的有效角P總是銳角。在所有實施方式中，有效角P的絕對值最好在O到30度之間。優(yōu)選的，在所有實施方式中，有效期前角在第一次接觸時的絕對值在O到5度之間。 如在開始已經(jīng)提及的，磨削刀具100圍繞第一旋轉軸Rl和工件50、70圍繞第二旋轉軸R2的聯(lián)合旋轉運動疊加，和磨削刀具100相對于工件50、70的線性軸向運動導致了在切割刃111軌跡點的總體路徑上的一種槽形或籠形，如圖11A、11B、12A和12B所示。在這些附圖中用附圖標記80表示所述對應槽。由切割齒110的切割刃軌跡點的總體路徑形成的槽80位于工件50 (或70)的間隙52中用于在所述間隙52中切割齒111的一次嚙合。進一步切割齒111 (這個切割齒可能是同一個或另一個磨削刀具的切割齒110)的隨后嚙合同樣產(chǎn)生槽80，其由于在間隙52中軸向進給和在軸向的差量進給相聯(lián)合導致偏移。槽80因此逐步(至少是幾乎)繼續(xù)在磨削中經(jīng)過工件50的材料。線82定義相對彼比兩個槽的疊加，通過切割刀具兩個直接隨后嚙合之間的進給區(qū)別于它們的位置。也就是，線82特征是兩個槽的相交曲線。對于無窮小的軸向進給，所述相交曲線對應于所述的生成線?？偟凝X隙可被認為是此生成線的布置其繼續(xù)在切割方向上通過工件50的材料。根據(jù)本發(fā)明槽80的形狀和尺寸在徑向進給時是變化的，因為切割齒111的相關軌跡和同樣切割刃和軸心距離變化。這個方面在圖11A、11B、12A、12B、13A和13B中是被忽視的。為了更好地辨別，所述槽在根據(jù)本發(fā)明的進給方法中表示為附圖標記80'在常規(guī)軸向進給中，槽11總是相同的，如圖10所示。在徑向進給時，在朝著工件50的主要徑向運動中，槽80*由槽頭的底部導向，優(yōu)選槽80*頭的最深點TP。通過這種新穎的插入形式(第一分量運動il和隨后進給(第二分量運動〕2)避免了磨削刀具100的切割刃以在-15度至-30度范圍內(nèi)的明顯負前角甚至大于-30度范圍的更大負前角陷入工件50的材料中。根據(jù)本發(fā)明避開的槽80*的依照范圍，以簡化和概括的方法通過加粗曲線81參照圖1認、118、128和13八。在實際中，根據(jù)本發(fā)明在進給時槽80*越來越深的滑向工件50、70的材料中，那么曲線81的相關部分越來越增加到達完全的進給深度。在常規(guī)軸向進給中，曲線81的相關部分從槽邊界83開始增加，而根據(jù)本發(fā)明在徑向進給時，曲線81在槽邊界83的方向上從槽的底端(在80*的最深點)開始增加。根據(jù)本發(fā)明，對于完全生成齒隙52，它足以使進給在可決定的進給位置EP徑向而不是軸向沿著齒系統(tǒng)的齒寬度到工件50，如圖IlA所示。進給位置EP優(yōu)選取決于在圖11A、11B、12A、12B和14中由線段代表的生成線82的位置。在圖IlB中它代表槽80*的最深點TP在第一次接觸時位于工件50或70的材料的略微外側。在這時，槽80*的最深點TP直接位于工件50或70前表面54的前端。根據(jù)本發(fā)明第一切屑移除相比于常規(guī)磨削方法在明顯更為有利的切屑切割條件下進行。磨削是復雜的過程，在刀具100切割刃的切割條件永遠變化時，如基于槽80所表示的。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)化相對運動順序以在第一次接觸時和在進給(稱為陷入)的初始階段中盡量避開槽80的部分81。因此，一方面，在磨削刀具100和工件50的第一次接觸時應用避開部分81，其中通過第一分量運動I徑向劃線明顯，如上所述。另一方面，同樣在各進給陷入齒隙52的足夠深度時，注意磨削刀具的切割刃不會以明顯或較大負前角進入工件50的材料中。出于此原因，第二分量運動同樣參照選取，據(jù)此進行第二移動分量以在陷入最后達到一個中間位置。在生成線82恰好位于要生成 的間隙52的外側的位置(相較于圖11B)。優(yōu)選地為了確定機器CNC控制運動，對此目的所進行的運算精確到點，以在執(zhí)行兩個分量運動Si和22時避免不利的切屑切割條件并且在間隙52適當?shù)哪ハ鏖_始之前到達正確的中間位置。圖14表示的是工件50 —部分的頂視圖，其中以強化圖示形式表示槽80依次經(jīng)過齒隙52的位置。因此圖14表示的是遵循改良進給方法的適當磨削?；趫D14，可辨識出進給方向VR、切割方向SR、切割齒111的位置和切割面53的圖示形式。進給方向VR在間隙的方向延伸并且由軸向進給和工件50的差量進給聯(lián)合組成。切割方向SR與進給方向VR形成銳角。在槽80上的線段82分割第一切割軌跡部分和第二切割軌跡部分，如上所述。也就是，所述線段82對應于最初已經(jīng)提及的生成線?；趫D14，可以辨識出切割齒111的刀具切割刃使所述的槽狀表面80在穿過間隙52時產(chǎn)生，由此根據(jù)本發(fā)明切屑的切屑形成在插入和陷入開始和進行到槽點時以使最初產(chǎn)生的后角不為負或僅僅是微小負值并且在在切割齒111的隨后陷入時不會產(chǎn)生明顯或極大的負后角。圖15表示的是在磨削時工件50的一部分，由此可以看出包括切割齒111的棒刀112具是怎么引導穿過齒隙52的。如圖15所示包括用于容納多個棒刀具120的基體的磨削刀具100 (稱為棒刀具磨削輪100)。盡管如此，在此所示的只有一個棒刀具120。圖16表示的是根據(jù)本發(fā)明具有內(nèi)齒系統(tǒng)圓柱形工件70在磨削期間使用棒刀具磨削輪100的透視圖。在圖16中，所示僅有一個棒刀具120?；w，其中安裝棒刀具120，是空出的。在此，沒有表示出棒刀具120以錐形方位在基體中分布。圖17表示的是根據(jù)本發(fā)明具有內(nèi)齒系統(tǒng)圓柱形工件70在磨削期間使用大型刀具100作為磨削輪的透視圖。所示磨削輪100具有多個切割齒111。磨削輪100優(yōu)選整體形成，即，切割齒111是盤式基體的固定組件。在以下段落中，給出了根據(jù)本發(fā)明關于磨削的進一步說明。原則上，磨削刀具100和工件50、70之間的相對運動對應于螺旋齒輪傳動，也稱作生成螺旋齒輪型傳動。螺旋齒輪傳動針對的是立體齒輪傳動。磨削加工的基本設計因此產(chǎn)生了像在齒輪傳動設計中，在計算點AP(參見圖2B)。在此理解基本設計意味著定義磨削刀具100和工件50、70各自立體分布和運動(運動學)，同樣定義磨削刀具100的幾何基本量，例如直徑和傾角(基本刀具幾何)。在計算點AP，盡量最佳設計幾何和運動接觸條件。接觸條件隨著從計算點AP距離的增加而變化。在這方面，磨削代表非常復雜的方法，其中接觸條件同樣在切割刃運動時持續(xù)變化。盡管如此，通過在計算點AP的接觸條件可以刻意影響變化的接觸條件。因此，在計算點AP接觸條件的正確設計在磨削加工設計中是具有必要意義的。關于軸分布的規(guī)定這里是定義軸分布所要求的一些規(guī)定。這些規(guī)定在下表中描述。
權利要求
1.應用磨削刀具(100)對具有旋轉對稱、周期結構的工件(50;70)磨削的方法，其特征在于，在實際磨削之前進行以下步驟 -圍繞第一旋轉軸(Rl)旋轉磨削刀具(100)， -圍繞第二旋轉軸(R2)耦合旋轉工件(50 ；70)， -在工件(50 ；70)的方向上進行徑向進給運動(I )，使磨削刀具(100)第一接觸工件(50 ;70)， -從第一接觸一刻在工件(50;70)的方向上以徑向陷入運動(52 )向下進給刀具(100)至預定深度，其中至少在進給期間兩個旋轉軸(R1、R2)相對彼此偏斜排開。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，到達預定深度時，相對于旋轉工件(50；70)進行由在第二旋轉軸(R2)方向的軸向推進和至少在進給刀具(100)期間旋轉的差量推進組成的推進運動，其中同樣在這個推進運動期間兩個旋轉軸(R1、R2)相對彼此偏斜排開。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于，至少在進給期間磨削刀具(100)朝向工件(50 ；70)或遠離工件(50 ；70)傾斜。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生軸有效夾角(Σ@)，其在于以下范圍之一 -60° 彡Σ eff <0 且 0<Σ eff 彡 60°。
5.如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，旋轉對稱、周期結構涉及工件(50;70)的具有內(nèi)齒的齒系統(tǒng)或外齒的齒系統(tǒng)。
6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，工件(50；70)涉及圓柱形工件。
7.如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，磨削刀具(100)和工件(50；70)第一接觸的點位于工件(50 ；70)前端(54)和側面之間的范圍。
8.如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在工件(50；70)磨削期間使用一次性切割策略。
9.應用磨削刀具(100)對具有旋轉對稱、周期結構的工件(50；70)磨削的設備(200)，所述設備包括 -用于固定磨削刀具(100)的工刀具主軸(170)， -用于固定工件(50 ；70)的工件主軸(180)， -用于耦合地進行相對運動并且連同刀具主軸(170)和磨削刀具(100) —起圍繞第一旋轉軸(Rl)耦合旋轉和連同工件主軸(180)和工件(50 ；70) 一起圍繞第二旋轉軸(R2)耦合旋轉的數(shù)控驅動， 其中設備(200)包括數(shù)控(201)或可連接數(shù)控(201)，其在磨削之前設計為 -徑向進給磨削刀具(100)并且隨后使磨削刀具(100)相對于工件(50 ；70)向下徑向陷入到預定齒深度，并且， -至少在陷入期間，第一旋轉軸(Rl)相對于第二旋轉軸(R2)偏斜排開。
10.如權利要求9所述的設備(200)，其特征在于，磨削刀具(100)具有切割刃，其展開為切割齒(111)的形式并且設計向外傾斜。
11.如權利要求9所述的設備(200)，其特征在于，磨削刀具(100)具有盤式生成刀具、柄式生成刀具或深擴孔式生成刀具的形狀。
12.如權利要求9所述的設備(200)，其特征在于，數(shù)控(201)設計為在陷入和磨削期間分別傾斜磨削刀具(100)朝向工件(50 ;70)，或遠離工件(50 ;70)。
13.如權利要求9-12之一所述的設備(200)，其特 征在于，設備(200)涉及包括六個軸的機器。
14.如權利要求9-12之一所述的設備(200)，其特征在于，磨削刀具(100)涉及大型工具或棒刀磨削輪。
15.如權利要求9-12之一所述的設備(200)，其特征在于，數(shù)控(201)設計為用于進行根據(jù)權利要求1-8任意一項的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磨削刀具(100)相對于工件(50；70)插入和陷入的方法和設備，使用磨削刀具(100)制造旋轉對稱周期結構，其中在工件(50)的方向上進行徑向進給運動，這樣使磨削刀具(100)第一接觸工件(50；70)，并且磨削刀具(100)從第一接觸一刻以徑向陷入運動向下陷入預定深度，在實現(xiàn)旋轉對稱周期結構適當磨削之前。
文檔編號B23F5/02GK102873407SQ201210325650
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2011年6月21日
發(fā)明者H·馬克斯, O·沃格爾 申請人:科林基恩伯格股份公司