一種用于制造邊齒的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在特別是圓形的工件上制造邊齒的方法，其中用工具通過沖擊滾切加工方法制造齒，所述工具沿由升降凸輪控制的路徑移動，其中用于制造齒面并在工件的軸向方向上延伸的向下移動之后為退出移動，所述退出移動實質(zhì)上在工件的徑向方向上并且斜向于所述向下移動而進行。
【專利說明】一種用于制造邊齒的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在特別是圓形的工件上制造邊齒的方法，其中用工具通過沖擊滾 切加工方法制造齒，所述工具沿由升降凸輪控制的路徑移動，其中用于制造齒面并在工件 的軸向方向上延伸的向下移動之后為退出移動，所述退出移動實質(zhì)上在工件的徑向方向上 并且斜向于所述向下移動而進行。

【背景技術(shù)】
[0002] 從現(xiàn)有技術(shù)已知用于制造齒輪的齒輪滾切加工及沖擊滾切加工方法。例如，可借 助于沖擊滾切加工方法在圓柱形主體中制造外部及內(nèi)部邊齒。在長軸向齒面的情況下，還 執(zhí)行連續(xù)沖擊滾切加工工藝。在現(xiàn)有技術(shù)中，所述工藝通常被稱為〃梭式?jīng)_擊（shuttle impact) 〃。在沖擊滾切工藝方法中，工具穿過一軌道，在所述軌道中，在工件的軸向方向上 延伸的工具的向下移動之后為斜向于向下移動延伸并且實質(zhì)上在工件的徑向方向上的退 出移動，所述退出移動在向下移動之后以弧狀方式沿待加工的工件的外部行進。在最后的 沖程期間，通過以下方式選擇工件的輪廓：使工具（沖擊工具）沿待制造的工件的輪廓外部 軸向行進。由于這個原因，在齒面末端處提供結(jié)構(gòu)性凹口，即凹槽，所述凹槽至少以一深度 延伸到工件中以使得凹槽至少在齒溝處終止。所述結(jié)構(gòu)性凹口代表工件的弱化，特別是在 高負載下應避免所述弱化，特別是在動力扳手中，所述邊齒經(jīng)受所述弱化。
[0003] 根據(jù)例如JP01-115513A進一步已知在圓形工件上制造邊齒在于，用工具通過沖 擊滾切加工方法制造齒，所述工具沿由升降凸輪控制的軌道行進，其中用于制造齒面并且 在工件的軸向方向上延伸的向下移動之后為退出移動，所述退出移動實質(zhì)上在工件的徑向 方向上延伸，其中所述退出移動與向下移動以一方式疊加，使得在所述退出期間產(chǎn)生彎曲 軌道。盡管在所述工藝中不制造結(jié)構(gòu)性凹口，而是在齒面末端制造彎曲過渡，但通過所述方 法，工具可能將磨損得極快。
[0004] 因此，本發(fā)明基于提供用于在特別是圓形的工件中制造邊齒的方法的目標，所述 方法在制造邊齒期間防止結(jié)構(gòu)性凹口并且可在無工具的任何相關(guān)磨損的情況下執(zhí)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 所述目標通過以下方法實現(xiàn)，所述方法通過以下方式制造上文提及類型的邊齒： 使退出移動與向下移動以一方式疊加，使得在退出期間獲得彎曲軌道。工具的相對前角 在退出移動的任何時間點處不小于最小前角，所述最小前角對應于工具的前角 Υ，所述前角減小了工件的縱軸與工具移動的方向向量之間的角度S。根據(jù)本發(fā)明將相對 前角理解為工具表面與垂直于工具的退出移動的方向向量的直線之間的角度。例如， 角度S可確定為工具移動的方向向量的徑向分量的時間導數(shù)除以軸向分量的時間導數(shù)的 反正切。
[0006] 通過所述措施，可有利地避免齒面的徑向跳動（run-out)中的底切。齒面末端處 的彎曲過渡反而是通過疊加向下移動與退出移動及通過選擇半徑來實現(xiàn)的，與所述位置的 底切設置相反，所述彎曲過渡使材料的擴充成為可能以及因此使穩(wěn)定性增加成為可能。與 通過使用底切制造邊齒相比，所述操作在工具沒有任何主要磨損的情況下是可能的。
[0007] 獨立權(quán)利要求中提及的方法的其他有利發(fā)展和改進通過附屬權(quán)利要求中提及的 措施實現(xiàn)。
[0008] 可首先選擇并設定在退出移動期間移動的工具的半徑。方法的高度有利實施方式 提供：連續(xù)并穩(wěn)定地以十分小的半徑發(fā)生從向下移動到退出移動的過渡。
[0009] 優(yōu)選地，在齒面末端處向下移動方向與退出移動方向之間的角度稍微大于90°。 因此，工具在齒面末端處不以徑向方向移動，但徑向方向與軸向方向疊加，即，工具以傾斜 方式向下或向上移動，如在工具的軸向方向上所見。所述情況導致齒面的連續(xù)彎曲徑向跳 動并因此導致齒面末端的區(qū)域中及因此邊齒末端處穩(wěn)定性的所需增加。
[0010] 已經(jīng)證明設置為鐘形輪的工具的使用對于尤其是制造內(nèi)部邊齒特別有利。在這種 鐘形輪的情況下，內(nèi)部邊齒可借助于上述梭式?jīng)_擊以簡單、快速并精密的方式制造。
[0011] 外部邊齒也可借助于這類鐘形輪分別制造，其中在所述情況下，工件的同時轉(zhuǎn)動 在機械加工工藝期間是必要的。
[0012] 工件可具有一直徑，所述直徑在工件的一點處的變化為工具的直徑的至少一半。 典型工具直徑在20mm至25mm的范圍內(nèi)。使用傳統(tǒng)齒輪滾切加工或沖擊滾切加工方法以在 具有所述大直徑變化的工件上制造外部邊齒是不可能的（所述外部邊齒在直徑變化區(qū)域 中終止），因為在所述情況下，工具不再可能安全地退出。
[0013] 工件自身優(yōu)選地具有圓柱形輪廓或中空圓柱形輪廓。
[0014] 當工件設置為待在其中制造內(nèi)部邊齒的中空圓柱時，根據(jù)本發(fā)明的方法允許所述 中空圓柱的齒具有至少對應于中空圓柱中的中空空間或杯狀物的直徑的齒高。
[0015] 工件優(yōu)選地由高強度高性能鋁合金組成。
[0016] 所述鋁合金可借助于上述沖擊滾切加工特別優(yōu)良地機械加工。還可能機械加工由 鋼組成的工件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明的實施方式圖示于附圖中并且在下文描述中進行更詳細說明。特征可彼此 獨立或組合相關(guān)，其中：
[0018] 圖1示意性圖示工件的截面圖，其中邊齒由根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的制造方法制造；
[0019] 圖2圖示在圖1中以元件符號II指示的區(qū)域的截面放大；
[0020] 圖3圖示類似于圖1的工件，其中內(nèi)部與外部邊齒借助于根據(jù)本發(fā)明的方法制 造；
[0021] 圖4圖示圖3中以元件符號IV指示的截面放大；
[0022] 圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的方法在開始工具的升離移動之前的示意圖；
[0023] 圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的方法在工具的升離移動期間的示意圖；
[0024] 圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的方法在工具的升離移動結(jié)束時的示意圖；及
[0025] 圖8圖示在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方式中在工具凸輪的升離移動上的工具沖 程的視圖。

【具體實施方式】
[0026] 整體以元件符號100指示的工件設置為例如中空圓柱。中空圓柱105在中空圓柱 的一個末端處具有內(nèi)部邊齒110。外部邊齒150提供在中空圓柱的另一末端處。外部邊齒 和內(nèi)部邊齒的特征在于，在內(nèi)部邊齒110的情況下，在一個末端提供底切115,并且在外部 邊齒150的情況下，在一個末端提供底切155。這是因為內(nèi)部邊齒110和外部邊齒150都是 借助于工具以已知方式通過沖擊滾切加工工藝制造，所述工具沿由升降凸輪控制的軌道行 進，其中在齒面制造中使用的并且在工件的軸向方向上延伸的工具的向下移動之后為退出 移動，所述退出移動斜向于向下移動并且實質(zhì)上在工件的徑向方向上延伸。因此，工具在延 長時間段期間在軸向方向上直線地行進并且隨后向彎曲弧狀移動靠攏以便再次從工件退 出。在長邊齒的情況下，連續(xù)執(zhí)行所述沖擊滾切加工工藝。梭狀向下沖擊工藝的所述連續(xù) 順序被稱為"梭式?jīng)_擊"。在所述工藝中，向下移動（即，工具在工件的軸向方向上的移動） 與退出移動（即，工具斜向于向下移動的移動）的疊加類型是無關(guān)的，因為由于機械加工工 件中的工具的弧狀移動而由第一沖擊滾切加工工藝和之后的第二沖擊滾切加工工藝形成 的不良過量材料部分通過之后的向下移動消除。由于這個原因，還在齒末端處提供各個底 切115和155,所述底切必須夠深并且必須設置有在軸向方向上的一長度，以使得考慮工具 (即，例如鐘形輪）的弧狀移動，以致到"無接觸"退出移動在齒面末端處是可能的程度。
[0027] 所述底切115在邊齒末端處弱化工件，所述底切115必須至少在徑向方向上延伸 到進入工件的程度（至少和齒溝一樣深）并且在工件的軸向方向上必須設置有一長度以使 得工具的向下移動仍存在于齒面的末端處。
[0028] 本發(fā)明的主要理念為通過可完全避免底切的方式進一步開發(fā)所述沖擊滾切加工 方法以及特別是所謂的梭式?jīng)_擊。將通過參看圖3和圖4在下文說明所述方法，其中相同 元件具有與圖1及圖2中的相同元件符號。此外，再次提供中空圓柱形工件100,所述工件 具有不同直徑，其中內(nèi)部邊齒120提供在齒面對應于內(nèi)部邊齒110的區(qū)域中，并且外部邊齒 160提供在齒面對應于外部邊齒150的齒面的另一區(qū)域中。
[0029] 與圖1和圖2中所示的邊齒相反，不提供底切。相反，邊齒以彎曲方式在各自的末 端處在區(qū)域122和162中逐漸變小。所述彎曲的逐漸變小部分通過以下方式制造：工具的 退出移動與向下移動以一方式疊加使得在退出期間獲得彎曲軌道。所述彎曲軌道特別清晰 地圖示在圖4的截面放大中。內(nèi)部邊齒具有元件符號122并且外部邊齒具有元件符號162。 從在工件100的軸向方向上的向下移動到退出移動（即，實質(zhì)上斜向于軸向方向并且?guī)缀?在工件100的徑向方向上）的過渡以十分小的半徑以實質(zhì)上連續(xù)并且穩(wěn)定的方式發(fā)生。條 件是在齒面的區(qū)域中，向下移動與退出移動之間的角度稍大于90°，即退出移動不在齒面 的區(qū)域中的徑向方向上發(fā)生，但斜向于徑向方向而以十分小的角度發(fā)生。以此方式在齒面 122、162的末端的區(qū)域中獲得斜向前進，所述前進此時（與現(xiàn)有技術(shù)相反）不會導致材料的 任何薄化。相反，所述情況甚至使得材料能夠厚化，并且因此同時導致穩(wěn)定性增加以及簡單 的制造。
[0030] 圖5圖示如何借助于根據(jù)本發(fā)明的方法制造齒面122。工具200以朝向齒溝124 的后角 α作用于表面上或中空圓柱105的表面中。因此，后角α描述工具200與待機械 加工的表面之間的間隙角。所述工具200以楔形物方式成形，并且工具的刀片具有楔角β。 工具200的表面與垂直于齒溝124的直線之間的角度被稱為前角γ。所述前角影響機械加 工期間切屑的壓縮和排出以及熱分布。根據(jù)中空圓柱材料的硬度選擇所述前角Y。后角 α與楔角β的總和被稱為切割角。后角α、楔角β與前角Υ的總和為90°。工具200 以第一切割速度Vd平行于中空圓柱105的縱軸切割至點Α，齒面122平行于中空圓柱105 的縱軸延伸到所述點A。在所述情況下，相對前角對應于前角。
[0031] 在退出移動后，切割移動的方向向量脫離中空圓柱105的縱軸。以第二切割速度 νΛ例如在點B處發(fā)生切割，如圖6中所示。圖7圖示在退出移動結(jié)束時處于點C的工具。 點Α與點C之間（S卩，退出移動的開始與結(jié)束之間）的距離被稱為徑向跳動a。點Α與點C 在徑向方向上的距離（所述距離由工具200的沖程引起）在圖7中用元件符號t指示。工 具200在點C處具有第三切割速度v cC。
[0032] 相對前角Y 對應于工具200的表面與垂直于工具的退出移動的方向向量的直 線之間的角度。在圖6和圖7中圖示點B和點C。
[0033] 根據(jù)公式1在退出移動的每一點處計算相對前角的容許最小值Ymin作為前 角Y和工具200的移動的方向向量與中空圓柱105的縱軸之間的角度δ之間的差異：
[0034] Y rel ^ Y min = Y ~ 5 (公式 D
[0035] 如果所述值低于所述最小值Ymin，那么存在工具200將損壞的增加的風險。
[0036] 在圖7中，相對前角精密地對應于前角在點C處的容許最小值Ymin。
[0037] 角度δ可根據(jù)公式2確定為工具移動的方向向量的徑向分量太的時間導數(shù)除以 軸向分量?的時間導數(shù)的反正切：
[0038] δ = arctan (分 （公式 2)
[0039] 方向向量應理解為在退出移動的每一點中的向量，所述向量可放置為齒溝上的切 線，即在點B及點C中為速度 Vc;B和速度V。。的向量。在退出移動開始之前，方向向量平行于 中空圓柱105的縱軸延伸，并且因此對應于速度v。。的向量。
[0040] 工具200的移動通過升降凸輪控制。圖8圖示在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施方 式中取決于升降凸輪的升離Ab的工具200的沖程t。
[0041] 齒面的制造以及尤其是內(nèi)部邊齒的制造可借助于鐘形輪執(zhí)行，如上文已說明。長 邊齒可借助于同樣在上文已說明的梭式?jīng)_擊制造。
[0042] 已經(jīng)證明鋁和鋁合金對于根據(jù)本發(fā)明的方法的應用特別有利。也可主要使用鋼。 鋁的典型前角Y為25°，而鋼的傳統(tǒng)前角γ為10°。
【權(quán)利要求】
1. 一種在特別是圓形的工件（100)上制造邊齒的方法，其中所述齒（120)用工具 (200)通過沖擊滾切加工方法制造，所述工具（200)沿由升降凸輪控制的路徑移動，其中用 于制造齒面并在所述工件（100)的軸向方向上延伸的向下移動之后為退出移動，所述退出 移動實質(zhì)上在所述工件（1〇〇)的徑向方向上進行，其中所述退出移動與向下移動疊加，使 得在所述退出期間獲得彎曲軌道，其特征在于，所述工具（200)的相對前角不低于最 小前角Y min，所述最小前角對應于所述工具（200)的所述前角γ，所述前角減小了所述工 件（100)的縱軸與所述工具移動的方向向量之間的角度S。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度δ確定為所述工具 移動的所述方向向量的徑向分量的時間導數(shù)（i：)除以軸向分量的時間導數(shù)（>)的反 正切。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，以十分小的半徑發(fā)生從向下移動到退 出移動的過渡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，向下移動方向與退出移動方向之間的 角度稍微大于90°。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工具（200)為鐘形輪。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述工件（100)具有一直徑，所述直徑在所 述工件（100)的一個點處的變化為所述工具（200)的直徑的至少一半。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工件（100)具有圓柱形 輪廓或由中空圓柱形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述工件（100)設置為中空圓柱，在所述 中空圓柱中制造內(nèi)部邊齒（120)，所述中空圓柱的齒（120)具有至少對應于所述中空圓柱 中的中空空間的所述直徑的齒高。
【文檔編號】B23F5/16GK104114308SQ201280066557
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】馬克·加賴斯, 克勞斯·維爾切克 申請人:羅素麥特擰緊技術(shù)公司