用于展成齒輪齒的方法和根據(jù)所述方法操作的齒輪切削的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明有關(guān)于一種展成齒輪齒的方法，其中將接納齒形輪廓的工件和切削工具通過滾動運(yùn)動朝向彼此前進(jìn)，直到在工具的多道工序之后展成齒輪輪廓的每個(gè)齒側(cè)面。在每道工序中，在工件上展成包含至少一個(gè)側(cè)面切削的切削表面，其中輔助運(yùn)動與滾動運(yùn)動疊加，由此，在至少兩個(gè)緊鄰的連續(xù)工序中展成的側(cè)面切削彼此連接。此外，本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施所述方法的受控制的齒輪切削機(jī)。
【專利說明】用于展成齒輪齒的方法和根據(jù)所述方法操作的齒輪切削機(jī)
[0001] 本發(fā)明涉及一種生成齒輪齒的方法，其中接納齒形輪廓的工件和切削工具在滾動 進(jìn)給運(yùn)動中朝向彼此前進(jìn)，直到在工具的多道工序之后展成齒輪輪廓的每個(gè)齒側(cè)面，其中 在每道工序中在工件上展成包含至少一個(gè)側(cè)面切削的切削表面。此外，本發(fā)明還涉及一種 齒輪切削機(jī)，其具有必需的控制特征來執(zhí)行該方法。
[0002] 這種加工方法屬于已知的現(xiàn)有技術(shù)，包括特別是滾動/展成方法，其中采用齒輪 形工具，諸如插齒或刮齒（WSlzschWen,削磨）。在這些方法中，在多道工序中展成齒側(cè) 面，這些工序在其相應(yīng)的進(jìn)給深度方面彼此不同，其中在該過程中展成的齒側(cè)面無需符合 最終齒輪輪廓的側(cè)面幾何形狀，因?yàn)樵谶@個(gè)機(jī)加工中通常留出一定裕度用于后來的精加工 過程。通常，例如始于工件坯料，在第一道工序中以第一進(jìn)給深度去除材料以使得展成第一 切削表面，第一切削表面的形狀相對于最終齒輪輪廓的齒隙中心對稱，并且這給出在第一 道工序中去除了多少材料的指示。
[0003] 這在圖3中以截面圖中示意性地示出，其中，圖平面垂直于工件軸線。在此圖中， 附圖標(biāo)記10指示在最后一道工序之后產(chǎn)生的齒側(cè)面，這個(gè)齒側(cè)面在這個(gè)過程中在齒后側(cè) 上，而附圖標(biāo)記20指不在齒如側(cè)上的齒側(cè)面。在此圖中未不出在后來的精加工過程之后完 成的工件的齒隙形狀，后來的精加工過程仍需要從齒側(cè)面10、20去除一定裕度q。
[0004] 這個(gè)圖還示出了第一道工序的切削表面30.1具有（后）側(cè)面切削31、底部切削 33和（前）側(cè)面切削32。工件坯料（在附圖中未示出）的底部切削33與先前表面之間的 距離表示在第一道工序中進(jìn)給深度的量度。
[0005] 在第二道工序中，增加進(jìn)給深度以使得由于通過滾動運(yùn)動的切削作用而去除更多 材料而形成切削表面30. 2,該切削表面30. 2同樣具有兩個(gè)側(cè)面切削和底部切削。
[0006] 通常控制工序數(shù)量以使得每道工序去除所希望的材料量。在現(xiàn)有技術(shù)的示意性 圖示示例中，機(jī)械加工采用五道工序，其中，前四道工序產(chǎn)生切削表面30. 1、30. 2、30.3和 30. 4,而在最后一道工序中形成側(cè)面10、20。因此，相對應(yīng)切削表面表示所得到的齒側(cè)面的 包絡(luò)輪廓。為了使工具的使用壽命最長，另一目的是嚴(yán)密地平衡齒輪切削工具的前后側(cè)面 之間的磨損。這例如在如下圖示中證實(shí)：在工具的齒的切削刃的長度上繪制在齒隙切削中 產(chǎn)生的刮屑的累積厚度。在這個(gè)圖中，兩個(gè)齒側(cè)面基本上關(guān)于工具的切削刃的頭部為鏡像 對稱。
[0007] 盡管現(xiàn)有技術(shù)方法可能接近實(shí)現(xiàn)在前側(cè)面和后側(cè)面上對稱的磨損暴露，并且因此 延長了工具的使用壽命，本發(fā)明具有提供在介紹段落中所描述一般類型的進(jìn)一步改進(jìn)的方 法的目的。
[0008] 從工藝為導(dǎo)向的觀點(diǎn)而言，通過進(jìn)一步發(fā)展前述方法而完成了這個(gè)任務(wù)，其中改 進(jìn)基本上在于以下事實(shí)：由疊加的輔助運(yùn)動來補(bǔ)充滾動運(yùn)動，輔助運(yùn)動具有在至少兩個(gè)緊 鄰的連續(xù)工序中展成的側(cè)面切削（Flankenschnitt，齒側(cè)切削）將彼此連接的效果。
[0009] 在本發(fā)明的過程中，得出以下結(jié)論：本發(fā)明的方法使切削工具的使用壽命更長。它 減少了三個(gè)齒側(cè)面刮屑的數(shù)目（即，通過在給定工序中生成的齒隙的兩個(gè)側(cè)面和底部同時(shí) 去除材料而產(chǎn)生的刮屑、也被稱作U形切屑），基于切削刃附近的相關(guān)切屑分離區(qū)將工具磨 損考慮在內(nèi)，盡管使用上文所解釋的對稱切削策略，還是會繼續(xù)生成三側(cè)面刮屑。
[0010] 利用將輔助運(yùn)動與滾動運(yùn)動疊加的發(fā)明構(gòu)思，實(shí)現(xiàn)了在相繼各道工序中展成的兩 個(gè)齒側(cè)面切削將結(jié)合在一起的結(jié)果，由此將使這個(gè)過程中產(chǎn)生的U形切屑量減到最少。工 具沿著在前一道工序中展成的側(cè)面切削引導(dǎo)，并且當(dāng)工具齒下降到在當(dāng)前工序中清除的工 件間隙內(nèi)時(shí)，因此將基本上不再從這個(gè)引導(dǎo)表面切下切屑。這意味著由被引導(dǎo)的切削刃切 去的切屑厚度有效地接近零，在任何情況下，在這個(gè)區(qū)域中的切屑厚度小于由切削刃圓角 半徑限定的切屑厚度極限。
[0011] 特別地設(shè)想到在若干（特別地全部）相繼工序中、在相繼各工序的側(cè)面切削之間 形成這種連接，因此，由于引導(dǎo)路徑的長度延長并且隨著工序數(shù)量增加，工具的切削刃的連 續(xù)增大的部分基本上不再執(zhí)行任何切削工作。然而，由于更有利的切削策略的總體優(yōu)點(diǎn)而 延長了工具的使用壽命。在前述過程中展成的齒側(cè)面能隨后在精加工操作中進(jìn)行再加工。 例如，在n= 2道工序中可以將第一齒側(cè)面展成為具有連接的側(cè)面切削，并且在m彡1道工 序的之后階段，可以對工件進(jìn)行機(jī)加工而沒有疊加的輔助運(yùn)動。
[0012] 為了限制所需的輔助運(yùn)動對于展成過程的操作順序的影響，優(yōu)選地，在切削之間 (即，由至少三道連續(xù)工序所產(chǎn)生的切削之間）的兩個(gè)連續(xù)的連接形成于相同側(cè)面的那側(cè) 上。因此，在給定工序中所需的額外指向切向的運(yùn)動將不具有相對于輔助運(yùn)動的零點(diǎn)的相 反的代數(shù)符號，僅其量值變化。
[0013] 優(yōu)選地，連接的側(cè)面切削形成于在機(jī)加工過程中位于后側(cè)的齒側(cè)面上。由于切削 系統(tǒng)有一定剛度，這具有以下效果：特別是在正齒輪的機(jī)加工中，獲得維持相同方向的切向 力，這改進(jìn)了結(jié)果的品質(zhì)。在前側(cè)面的機(jī)加工中，因此切屑厚度增加了顯著的量。切屑分離 區(qū)在切屑表面上朝向離切削刃更遠(yuǎn)的區(qū)域移位。
[0014] 特別優(yōu)選地，連接的側(cè)面切削遵循正在展成的齒側(cè)面的輪廓（與從齒隙中心沿兩 個(gè)方向朝向待展成的齒側(cè)面對稱地去除材料的切削相比）。因此，本發(fā)明還作為獨(dú)立公開陳 述了一種展成齒輪齒的方法，其中接納齒形輪廓的工件以及切削工具在滾動的進(jìn)給運(yùn)動中 朝向彼此前進(jìn)，直到在工具的多道工序之后展成在齒輪輪廓的齒側(cè)面之間的每個(gè)齒隙，其 中該方法的特征在于將輔助運(yùn)動疊加到滾動運(yùn)動上，這具有以下效果：齒隙的展成從一個(gè) 齒側(cè)面?zhèn)认蛄硪积X側(cè)面?zhèn)劝l(fā)生。
[0015] 在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)想到展成的齒側(cè)面部分地由在最后一道工序 之前的各工序中的至少一道工序的側(cè)面切削來決定。在前面的工序中生產(chǎn)的、呈側(cè)面切削 形式的引導(dǎo)表面因此基本上置于所展成的齒側(cè)面上。這具有以下效果：多個(gè)完成的側(cè)面切 肖IJ、特別是所有工序的側(cè)面切削有助于決定所展成的齒側(cè)面。由于疊加的輔助運(yùn)動，工具的 每道工序現(xiàn)形成側(cè)面的包絡(luò)切削，其中在最后機(jī)加工步驟中的輔助運(yùn)動可能并且優(yōu)選地減 小至零。
[0016] 根據(jù)上文所述內(nèi)容，在前一段落中涉及的齒側(cè)面優(yōu)選是在機(jī)加工過程中位于后側(cè) (nachlaufendeFlanke，尾側(cè)）的側(cè)面，也被稱作后側(cè)面（auslaufendeFlanke，出口側(cè)）。 [0017]輔助運(yùn)動本身優(yōu)選地通過計(jì)算基于滾動運(yùn)動工件將占據(jù)的位置與齒側(cè)面的位置 之間的偏移量來確定。這可能例如通過將作為校正參數(shù)的偏移量施加到純滾動運(yùn)動來實(shí) 現(xiàn)，其中參數(shù)值指示根據(jù)相應(yīng)工序的進(jìn)給深度，展成的齒側(cè)面離開齒隙中心的距離。在每道 新工序中調(diào)整這種偏移。如果機(jī)械加工過程涉及連續(xù)變化的橫向進(jìn)給，偏移變成了進(jìn)給深 度的連續(xù)函數(shù)，例如，如果在插齒過程中的橫向進(jìn)給以螺旋形進(jìn)給運(yùn)動的形式出現(xiàn)。
[0018] 關(guān)于疊加的輔助運(yùn)動的性質(zhì)，若干變型是可能的。首先，展成輔助運(yùn)動的優(yōu)選方式 是在工件繞工件旋轉(zhuǎn)軸線的滾動旋轉(zhuǎn)與工具繞工具旋轉(zhuǎn)軸線的滾動旋轉(zhuǎn)之間引入相對相 位角變化。以簡化方式被稱作"輔助旋轉(zhuǎn)"的這種輔助運(yùn)動同樣取決于進(jìn)給深度。如果需 要側(cè)面修改，這種依賴橫向進(jìn)給的輔助旋轉(zhuǎn)可例如通過將聯(lián)接中的另一偏移疊加到滾動運(yùn) 動來補(bǔ)充，另一偏移在其它參數(shù)方面不同并且適于實(shí)現(xiàn)齒側(cè)面修改。
[0019] 作為展成輔助運(yùn)動的替代和/或額外分量，可以使用在工具與工件之間的線性相 對運(yùn)動，其在工件繞工件旋轉(zhuǎn)軸線的滾動旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的切向上運(yùn)行。取決于修改進(jìn)給移動的 方式，這種線性相對運(yùn)動關(guān)于工具和工件的相對位置呈現(xiàn)切向位移的形式，其中針對每道 工序選擇位移量，雖然在連續(xù)進(jìn)給運(yùn)動的情況下，線性相對運(yùn)動呈現(xiàn)取決于進(jìn)給深度的連 續(xù)線性運(yùn)動的形式。
[0020] 關(guān)于為每道工序選定的進(jìn)給深度，原則上能以等距步幅選擇進(jìn)給運(yùn)動。然而，優(yōu)選 地，根據(jù)生成切屑的體積/時(shí)間率來控制在工具與工件之間的相互進(jìn)給運(yùn)動。例如，如果 規(guī)定了切屑去除的最大體積率，則針對下一道工序的最大進(jìn)給深度從預(yù)期過程策略推斷， 并且下一偏移又從下一進(jìn)給深度推斷，下一進(jìn)給深度可以被選擇為等于或小于最大進(jìn)給深 度。
[0021] 該方法的優(yōu)選應(yīng)用在插齒和刮齒的領(lǐng)域。
[0022] 本發(fā)明要保護(hù)的范圍也擴(kuò)展到用于控制齒輪切削機(jī)的計(jì)算機(jī)程序，其中該程序當(dāng) 在齒輪切削機(jī)的控制器裝置中執(zhí)行時(shí)控制齒輪切削機(jī)執(zhí)行上文所討論的方法方面之一的 方法。
[0023] 關(guān)于機(jī)器設(shè)計(jì)的技術(shù)方面，保護(hù)范圍還擴(kuò)展到齒輪切削機(jī)、特別是插齒機(jī)或刮齒 機(jī)，插齒機(jī)或刮齒機(jī)的控制器裝置被設(shè)計(jì)和操作成控制該機(jī)器執(zhí)行根據(jù)上文所討論的方面 的方法。如本文所用的術(shù)語"插齒機(jī)"和"刮齒機(jī)"并不限于僅配備用于插齒和刮齒的機(jī)器， 而且還包括主要能執(zhí)行插齒和刮齒過程的機(jī)器。
[0024] 將在附圖的下文的描述中解釋本發(fā)明的另外的顯著特點(diǎn)、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0025] 圖la至圖If示意性地示出了用于根據(jù)本發(fā)明的方法的離散機(jī)械加工位置的時(shí)間 順序；
[0026] 圖2示意性地示出了專門與圖3相比的、由每道工序產(chǎn)生的切削表面和齒隙；以及
[0027] 圖3呈類似于圖2的形式，表示通過現(xiàn)有技術(shù)過程展成的切削表面和齒隙。
[0028] 圖la至圖If示意性地表示工具40和在利用根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行的插齒過程 中通常出現(xiàn)的、待展成的齒輪齒的離散的滾動位置50a至50f的順序。圖lb至圖If中的 每一個(gè)還示出了所有前面的工序的離散的滾動位置。根據(jù)一道工序的滾動位置與先前路徑 的位置相比的變化，顯然，由于與純滾動運(yùn)動疊加的輔助運(yùn)動所致的偏移，這些工序彼此不 同。屬于離散的滾動位置的曲線束50a至50f的相應(yīng)對稱軸線（在附圖中未圖示）切向上 彼此間隔開。將這種偏移選擇成使得在相繼工序中由逐漸更深的工具接合而展成的側(cè)面切 削在后齒側(cè)面上結(jié)合在一起。
[0029] 因此，基本上僅通過展成前齒側(cè)面的切削刃、在切削工具的齒頭處的切削刃和展 成后齒側(cè)面的切削刃的緊鄰齒頭的部分來執(zhí)行切削工具的切屑去除工作。換言之，在工具 的齒的切削刃的長度上繪制齒隙切削中產(chǎn)生的刮屑的累積厚度的圖中，將至少在遠(yuǎn)離切削 刃的齒頭部的各區(qū)域之間存在顯著的不對稱。這種不對稱性可能達(dá)到100%或更大，特別是 百分之幾百。
[0030] 在此示例中，作為精加工工序來執(zhí)行最后一道機(jī)加工工序，其中疊加的輔助運(yùn)動 相對于先前的機(jī)加工工序修改，并且可能相對于純滾動運(yùn)動減小為零。
[0031] 如通過檢查根據(jù)本方法的機(jī)加工過程所生成的切屑在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)那樣，僅仍生成 少量的U形切屑。在生成的切屑的統(tǒng)計(jì)分布中，最大值為L形切屑?？偨Y(jié)果是減少工具上 的磨損量和因此工具能保持使用的時(shí)段增加。
[0032] 圖2同樣以示意圖示出了以一定工序順序形成齒隙的相繼各階段（在圖2的示例 中五道工序）以便看出切削表面進(jìn)展中的差異，與圖3的切削表面30. 1、30.2……的相應(yīng)側(cè) 面切削31相比具體為側(cè)面切削11、12、13、14。雖然在圖3的情況下，后來的工序的切削表 面包含基本上對稱并且離開一定距離的前一工序的切削表面，在圖1中，沿著一個(gè)側(cè)面不 存在這種切削跡線的分離，因?yàn)閮蓚€(gè)相繼工序的側(cè)面切削結(jié)合在一起。如從圖2更加顯然， 在側(cè)面切削11、12、13、14……結(jié)合在一起的那側(cè)上，它們遵循將展成的齒側(cè)面10的輪廓， 以使得被機(jī)加工的齒隙不能從中心朝向側(cè)面對稱地清除，而是從一個(gè)側(cè)面朝向另一側(cè)面清 除。僅在前側(cè)面上發(fā)生在切削刃的整個(gè)長度上切去材料，與圖3相比這使得切屑厚度顯著 增加。這種表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明所公開的教導(dǎo)內(nèi)容的不同機(jī)加工構(gòu)思的特征。在最后的工序 中，用于軸線移動以展成齒側(cè)面的機(jī)器設(shè)置對于圖2和圖3所示的兩種方法相同；然而，由 于前一道工序的不同的切削表面，與圖3的最后一道工序相比，在圖2的最后一道工序中切 削的切屑的形狀和尺寸不同。
[0033] 此外，應(yīng)當(dāng)指出的是本發(fā)明并不限于如在圖la至圖If的示例所示的插齒過程。實(shí) 際上，其也可以用于其它切屑去除的機(jī)加工過程，特別地用于刮削，其中在前文的描述和所 附權(quán)利要求中所公開的個(gè)別特征可能個(gè)別地相關(guān)以及總體上以任何組合用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 的不同實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1. 一種展成齒輪齒的方法，其中將接納齒形輪廓的工具和切削工具在滾動進(jìn)給運(yùn)動中 朝向彼此前進(jìn)，直到在所述工具的多道工序之后展成齒輪輪廓的每個(gè)齒側(cè)面（10, 20)，其中 在每道工序中，在所述工件上展成包含至少一個(gè)側(cè)面切削（11，12, 13, 14)的切削表面， 其特征在于， 將輔助運(yùn)動疊加到滾動運(yùn)動上，這具有使在至少兩個(gè)緊鄰的連續(xù)工序 (11-12, 12-13, 13-14)中展成的側(cè)面切削彼此連接的效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由至少三個(gè)緊鄰的連續(xù)工序生產(chǎn)的側(cè)面 切削之間的至少兩個(gè)連接形成于同一側(cè)面的那側(cè)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，被連接的側(cè)面切削形成于在機(jī)加工過 程中位于后側(cè)的側(cè)面上。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，被連接的側(cè)面切削遵循展成 的齒輪齒側(cè)面的輪廓，并且其中特別是，展成的齒側(cè)面部分地由在最后一道工序之前的各 工序中的至少一道工序的側(cè)面切削所決定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，展成的至少一個(gè)齒側(cè)面由所有工序的側(cè) 面切削決定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，展成的齒側(cè)面為在機(jī)加工過程中位于 后側(cè)的側(cè)面（10)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從基于滾動運(yùn)動所述工件將 占據(jù)的位置與所述齒側(cè)面的位置之間偏移的計(jì)算來確定所述輔助運(yùn)動。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了生成所述輔助運(yùn)動，在所 述工件繞工件旋轉(zhuǎn)軸線的滾動旋轉(zhuǎn)與所述工具繞工具旋轉(zhuǎn)軸線的滾動旋轉(zhuǎn)之間引入相對 相位角變化。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了生成所述輔助運(yùn)動，在所 述工具與所述工件之間引入線性相對運(yùn)動，所述線性相對運(yùn)動沿所述工件繞所述工件旋轉(zhuǎn) 軸線的滾動旋轉(zhuǎn)的切向運(yùn)行。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述工具與所述工件之間的 相互進(jìn)給移動根據(jù)生成切屑的體積/時(shí)間率來控制。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法為插齒方法。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法為刮齒方法。
13. -種用于控制齒輪切削機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件程序，其特征在于，所述程序當(dāng)在所述齒輪 切削機(jī)的控制器裝置中執(zhí)行時(shí)控制所述齒輪切削機(jī)來執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所 述的方法。
14. 一種齒輪切削機(jī)、特別是插齒機(jī)或刮齒機(jī)，所述齒輪切削機(jī)的控制器裝置被設(shè)計(jì)和 操作成控制所述機(jī)器來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號】B23F5/12GK104379286SQ201380032144
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】J·克瑞斯切爾, C·克比爾卡 申請人:格里森-普法特機(jī)械制造有限公司