用于齒輪切割機(jī)上硬精加工噪聲優(yōu)化齒輪的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在齒輪切割機(jī)上硬精加工噪聲優(yōu)化齒輪的加工方法，具體涉及一種用于在齒輪切割機(jī)上通過校正和/或修正硬精加工齒側(cè)面的方法。在該方法中，在變速器內(nèi)或測試裝置內(nèi)彼此嚙合的相應(yīng)的齒輪副被加工，同時考慮相應(yīng)的配合齒側(cè)面，并且，相關(guān)工件的齒側(cè)面設(shè)置有周期性的波紋校正或波紋修正。根據(jù)本發(fā)明，通過測量在齒輪測量裝置和/或變速器內(nèi)的齒輪副的旋轉(zhuǎn)距離誤差來確定旋轉(zhuǎn)誤差范圍，以及，該測量結(jié)果用作用于限定所述齒輪副的齒側(cè)面上的周期性側(cè)面波紋校正的振幅、頻率和相位的輸入值，以用于齒輪切割機(jī)中的生產(chǎn)。
【專利說明】用于齒輪切割機(jī)上硬精加工噪聲優(yōu)化齒輪的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在齒輪切割機(jī)上進(jìn)行噪聲優(yōu)化齒輪的磨齒和/或珩齒的方法、相關(guān)的測量方法以及用于齒輪切割機(jī)的相應(yīng)控制的控制軟件。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代變速器對于結(jié)構(gòu)尺寸、噪聲特點和可輸送功率的要求正日益增加。因此，對于所安裝的齒輪的制造精度的要求尤其增加。為了滿足這些要求，在許多情況下，以與單純地漸開的側(cè)面幾何形狀不同的有針對性地修改的側(cè)面幾何形狀來制造齒輪。關(guān)于這點，變型被設(shè)計成，使得它們在負(fù)載壓力條件下正面影響變速器的運行平滑性和傳遞特性。
[0003]在當(dāng)前有效負(fù)載壓力條件下根據(jù)齒輪的激發(fā)或根據(jù)齒輪的振動特性、或者根據(jù)相應(yīng)的齒嚙合中的齒力的時間演變在關(guān)鍵點處確定變速器的運行噪聲。在負(fù)載和加速下的直齒輪副的振動激發(fā)呈現(xiàn)出在小齒輪和輪之間的旋轉(zhuǎn)運動的不規(guī)則性。該不規(guī)則性可結(jié)合可變路徑傳輸、旋轉(zhuǎn)距離差異或者旋轉(zhuǎn)距離誤差進(jìn)行描述。旋轉(zhuǎn)距離差異或旋轉(zhuǎn)距離誤差是齒輪幾何形狀以及整個傳送系統(tǒng)的彈性行為的函數(shù)。齒輪幾何形狀對于激發(fā)特性的影響決定性地通過主要的幾何特征(例如，橫向接觸度或重合度)以及通過齒側(cè)面拓?fù)湫螤詈屯ㄟ^制造公差來確定。
[0004]由于不同的研究方案，現(xiàn)已認(rèn)識到，除了諸如關(guān)于齒輪的重合度、齒距精度、修緣和修根的因素外，以波的形式對齒輪的側(cè)面的周期性校正在負(fù)載壓力條件下也對齒輪的噪聲激發(fā)具有積極的影響。
[0005]為此目的，在不同的研究方案中制作了計算程序，通過該計算程序的輔助，齒修正和齒校正對于直齒輪副的運行特性和噪聲特性的影響能夠被模擬。因此，為了執(zhí)行低噪聲齒輪副的計算，需要大量的具體知識以及經(jīng)驗調(diào)查。所計算的結(jié)果必須被轉(zhuǎn)換成校正值和修正值、或者必須在用于齒輪切割機(jī)的CNC加工程序下實施。最終，齒輪切割機(jī)必須能夠?qū)⑦@些校正結(jié)果非常精確地傳遞到相應(yīng)的齒側(cè)面上。
[0006]如前所述，除了宏觀幾何學(xué)的在幾微米范圍內(nèi)的齒側(cè)面校正和齒側(cè)面修正外，這些齒側(cè)面校正和齒側(cè)面修正主要正面影響了齒輪嚙合的接合沖擊和脫離沖擊，在齒側(cè)面上的微觀校正(齒側(cè)面波紋)也是必需的，該微觀校正具有齒對的低噪聲齒嚙合的結(jié)果。
[0007]已經(jīng)眾所周知能夠執(zhí)行齒側(cè)面的校正的齒輪切割機(jī)。
[0008]例如，在德國專利DE102004057596中，除了磨削工具和相關(guān)的成型(profiling)工具外，還描述了利用三維修正的寬度區(qū)來成型蝸桿砂輪的方法。該文獻(xiàn)的目的為蝸桿砂輪寬度的增加的使用程度。使用根據(jù)該說明的成型齒輪，關(guān)于齒側(cè)面的三維校正首先被傳遞到蝸桿砂輪、然后再次從蝸桿砂輪傳遞到地面工件上。然而，由于合適的三維校正的成型齒輪必須被首先制造、使得其表面結(jié)構(gòu)可依次通過蝸桿砂輪被傳遞到精加工的齒輪，故這種類型的成型非常不靈活。對于成型齒輪的修正是密集型勞動，因此不能夠在短的時期內(nèi)以大規(guī)模生產(chǎn)工藝實施。
[0009]德國專利DE19706867A1和DE3704607分別描述了用于齒輪的對角線切割以根據(jù)齒輪寬度對齒側(cè)面進(jìn)行校正的方法。這樣是一種嘗試的且可靠的方法，以首先通過球形斜齒輪來直接制造或者減少齒輪的側(cè)面上的交叉。為此，在右/左蝸桿側(cè)面上的蝸桿砂輪的接合角度從工具的一端到工具的另一端持續(xù)變化，且在磨削工藝期間工具根據(jù)工件寬度位置在該工具的軸向方向上改變。然而，該工藝不足以單獨直接地在磨削的齒輪的齒側(cè)面上制造波紋。為此，需要在齒高度范圍內(nèi)的修整工具和/或蝸桿砂輪的表面修正?？蛇x地，甚至需要齒輪切割機(jī)的額外的軸向移動。
[0010]德國專利DE19517359涉及錐齒輪副的加工，其中，齒輪副中的一個齒輪被磨削，而另一齒輪被細(xì)磨以實現(xiàn)在變速器中的低運行噪聲。這在直齒輪變速器中是已知的。磨削后的齒輪的表面結(jié)構(gòu)在齒輪的側(cè)面方向上延伸，細(xì)磨的齒輪的表面結(jié)構(gòu)具有逗號形狀的結(jié)構(gòu)。在齒側(cè)面上的表面結(jié)構(gòu)的這些不同方向具有這樣的特性:當(dāng)它們彼此滾壓時，該錐齒輪副在運行中比使用相同的硬精加工工藝加工的兩個齒輪更加平滑。然而，僅僅這兩種加工方法的組合不足以滿足目前對于變速器中的齒輪的平滑運行的增加的需求。然而，仍需要采取額外的進(jìn)一步的措施。
[0011]在德國專利DE102010026412A1中描述了一種通過周期性的齒側(cè)面調(diào)整而局部齒輪磨削齒側(cè)面的方法。在該方法中，在反復(fù)的行程移動中沿著齒側(cè)面引導(dǎo)工具，其中，在單次行程期間在工具的每一行程移動和未執(zhí)行任何滾動移動的工件之間在法線方向上發(fā)生傳遞。在該方法中，對于加工單獨的齒側(cè)面所需的行程移動的數(shù)目以及相關(guān)聯(lián)的每個工件的高效的勞動強(qiáng)度是不利的。
[0012]在這方面，還已知，當(dāng)滾壓時，在所有齒中，相互嚙合的齒輪的齒側(cè)面上的不具有相移的相同波度通常產(chǎn)生更低的噪聲激發(fā)，因此其與具有補(bǔ)充的波紋的工件相比具有較低的噪聲臨界值。
[0013]還已知，齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與齒側(cè)面上的每一點相關(guān)，且特征在于當(dāng)滾壓時它的位置。相反，旋轉(zhuǎn)角度的測量或者在該情況下旋轉(zhuǎn)誤差角度的測量可被追溯到齒側(cè)面上的點。因此，如果齒的旋轉(zhuǎn)距離誤差被記錄，則導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)角度相對于理論上可被計算的值過小或過大的區(qū)域，即為旋轉(zhuǎn)移動提前或滯后的區(qū)域。該旋轉(zhuǎn)運動的不規(guī)則性導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的振動激發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本申請的目的在于增加旋轉(zhuǎn)運動的均勻性，從而避免變速器的振動激發(fā)或至少使變速器的振動激發(fā)最小化。
[0015]因此，提供了一種用于通過在齒側(cè)面上進(jìn)行波紋形式的齒側(cè)面修正而制造噪聲優(yōu)化齒輪的方法，其中，所述波紋的振幅、頻率和相位根據(jù)變速器的旋轉(zhuǎn)距離誤差的測量來確定且作為用于齒輪切割機(jī)的輸入值。
[0016]通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造工件的方法而實現(xiàn)了該目的。本發(fā)明的方法的其它有利實施方式為從屬權(quán)利要求的主題。
[0017]因此，必須注意到，在齒輪滯后的區(qū)域中，彼此滾壓對的接觸較早發(fā)生。因此，在加工中在這些區(qū)域(即波紋峰)中必須在齒側(cè)面上產(chǎn)生較多的材料。相反，在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時，在硬精加工工藝中必須去除較多的材料。因此，關(guān)于這點，必須考慮到，諸如接合沖擊點或脫離沖擊點、齒力的變化點或者在壓力下的齒變形點以及重疊的增加的點必須被考慮，以在壓力下首先獲得盡可能均勻且恒定的齒嚙合、或者以實現(xiàn)彼此滾壓對的滾壓，該滾壓盡可能的連續(xù)從而獲得平滑運行的齒輪。
[0018]為此，在加壓嚙合條件下，在外部測量裝置(測量機(jī)、傳動測試臺、噪聲測試臺等)上在嚙合的同時測量齒輪，并且記錄齒輪所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)距離誤差。該旋轉(zhuǎn)距離誤差被傳遞給齒輪切割機(jī)的控制軟件。通過補(bǔ)償計算來平滑在測量結(jié)果的不規(guī)則性，并且將結(jié)果轉(zhuǎn)換成用于描述在輪廓方向和在側(cè)面方向上的所需的波紋的至少一個周期函數(shù)。
[0019]使用這些函數(shù)(對于每個滾動對，至少一個函數(shù))，齒輪切割機(jī)的控制軟件計算在涉及嚙合的齒輪副的齒側(cè)面上的波紋度，其導(dǎo)致在給定的嚙合條件下的低噪聲齒嚙合，并且，從中制作加工程序，利用該加工程序，相應(yīng)的齒輪必須被硬精加工。
[0020]加工程序包含用于產(chǎn)生該波紋度所需的機(jī)器移動且將它們復(fù)制在相關(guān)聯(lián)的修整工具上和/或復(fù)制它們作為指令以在工件的加工中移動機(jī)床軸線。
[0021]涉及滾壓工藝的齒輪必須相應(yīng)地使用該加工程序被加工，同時考慮嚙合條件和齒輪齒數(shù)比，并且，必須在硬精加工工藝中在齒側(cè)面上設(shè)置精確地互相匹配的波紋。
[0022]不同的加工工藝可被用于生成波紋。關(guān)于這點，最簡單的變型在于使用修整工具將波紋直接轉(zhuǎn)移到硬精加工工具中，并且利用該硬精加工工具來加工工件。在考慮齒輪齒數(shù)比的同時，波紋被直接地從工具上傳遞到加工齒輪的齒輪側(cè)面上。該工藝不能夠被用于未修正的齒側(cè)面或者僅僅進(jìn)行輕微修正的齒側(cè)面。
[0023]如果需要更復(fù)雜的齒側(cè)面修正，則可使用其它工藝，例如使用蝸桿砂輪加工齒側(cè)面，其中在齒高度上僅僅某些區(qū)域起作用，這些區(qū)域的位置相對于齒高度在齒寬度上變化。因此，該工具可用在對角線磨削工藝中從而產(chǎn)生直接的、低噪聲的微波紋形式的輪廓修正。在磨削工具上的凸起區(qū)域通過重復(fù)的轉(zhuǎn)換和磨削工具的重新接合而被用在不同的側(cè)面位置，從而在齒側(cè)面上產(chǎn)生所需的波紋。
[0024]另一可能的方法通過直接產(chǎn)生搖擺式移動和/或被使用的磨削工具或細(xì)磨工具的偏心率而起作用。由此，還實現(xiàn)了在通過磨削工具磨削的或通過細(xì)磨工具細(xì)磨的工件的活動表面上產(chǎn)生輪廓修正或輪廓波紋、尤其限定的周期性的側(cè)面波紋。
[0025]齒輪切割機(jī)中的附加測量裝置可獨立地檢驗加工結(jié)果，且波紋的結(jié)果可優(yōu)選被更好地修改至在后續(xù)的優(yōu)化磨削中所期望的最終結(jié)果。
[0026]由于加工是具有大批量的大規(guī)模生產(chǎn)，故在大規(guī)模生產(chǎn)的起始時直到實現(xiàn)所期望的結(jié)果這些重復(fù)步驟僅在一些工件上是必需的。因此，該努力也是值得的。在下文的大規(guī)模生產(chǎn)中，重新測量以查看結(jié)果是否匹配需求，可以僅僅在修整循環(huán)或工具更換后進(jìn)行。
[0027]測量循環(huán)的數(shù)目和頻率取決于最終加工的工件的要求。公差越嚴(yán)格，則要求越高，從而必須發(fā)生更頻繁的重新測量和可能的重新調(diào)整。
[0028]如果重復(fù)大規(guī)模生產(chǎn)步驟，由于基礎(chǔ)設(shè)置與工件數(shù)據(jù)通過機(jī)器控制被存儲在一起，則同樣必須僅進(jìn)行輕微修正，從而仍可用于下一個步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]根據(jù)附圖中所示的實施方式，將解釋本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點。其中:
[0030]圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的齒輪磨削機(jī)；和
[0031]圖2a和圖2b為齒輪齒的可能的齒側(cè)面結(jié)構(gòu)的三維示圖?！揪唧w實施方式】
[0032]圖1示出齒輪切割機(jī)的透視圖，尤其是用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法以在準(zhǔn)備被齒輪切割的工件上制造輪廓修正或輪廓波紋(尤其是周期性側(cè)面波紋)的齒輪磨削和輪廓磨削機(jī)。關(guān)于這點，齒輪切割機(jī)具有用于加工所需的自由度，且尤其能夠執(zhí)行所描繪出的移動Al、B1、B3、C2、C3、C5、V1、X1、Zl和Z4。具體地，Xl描述基座托架的徑向移動；V1描述工具的切向移動或者轉(zhuǎn)向移動；Z1描述工具的軸向運動；B1描述工具的旋轉(zhuǎn)運動；C2描述工件的旋轉(zhuǎn)運動；A1描述工具的樞轉(zhuǎn)移動；Z4描述計數(shù)器支架的豎向運動；C3描述環(huán)狀充電器的旋轉(zhuǎn)運動；B3描述修整工具的旋轉(zhuǎn)運動；和05描述用于改變在磨削工具處的接合角度α的修整工具的樞轉(zhuǎn)角度。
[0033]在圖1中，未示出用于測量在齒輪切割機(jī)范圍內(nèi)的齒側(cè)面可用的測量裝置，但是該測量裝置可設(shè)置在加工頭5上，且同樣可使用在加工工藝中使用的機(jī)床軸線，該機(jī)床軸線尤其是軸線Zl、V1、X1和C2。
[0034]如果工件未通過相應(yīng)的成型工具或修整工具被轉(zhuǎn)移到磨削工具，則這些軸線Ζ1、￥1、乂1和02以及可選的Al同樣能夠被用于在齒側(cè)面上產(chǎn)生波紋?？商孢x地，它們當(dāng)然也能夠附加地并且有針對性地 在加工工具的成型或修整時被控制。
[0035]圖2a和圖2b示出齒輪的單個齒I的可能的齒側(cè)面結(jié)構(gòu)的三維示圖。與側(cè)面方向平行的周期性結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明使用的硬精加工工藝中。根據(jù)旋轉(zhuǎn)距離誤差測量的要求,通過齒輪切割機(jī)軟件確定振幅、頻率和相位。
[0036]在示圖中，相對于未進(jìn)行改變且不具有波紋(虛線)的硬精加工齒輪，示出齒側(cè)面的表面波紋的振幅演變。為了說明，附加引入了另外的輪廓線(P)和側(cè)面線(F)，其中，輪廓線(P)在每一側(cè)面上從齒尖20延伸到齒根區(qū)10。側(cè)面線(F)在整個齒寬度(b)上延伸，SP，垂直于輪廓線的排列方向。
[0037]從圖中可進(jìn)一步看出，側(cè)面結(jié)構(gòu)在橫向方向(B卩，在整個齒寬度(b)上)上是恒定的，即，在該方向上不存在波紋。波紋僅僅從齒尖20延伸到齒根10。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在齒輪切割機(jī)上通過校正和/或修正硬精加工齒側(cè)面的方法，其中，在變速器內(nèi)或測試裝置內(nèi)彼此嚙合的相應(yīng)的齒輪副被加工，同時考慮相應(yīng)的配合側(cè)面，并且，相關(guān)工件的齒側(cè)面被設(shè)置有周期性的波紋校正或波紋修正， 其特征在于， 通過測量在齒輪測量裝置和/或變速器內(nèi)的齒輪副的旋轉(zhuǎn)距離誤差來確定旋轉(zhuǎn)誤差范圍，以及，該測量結(jié)果用作用于限定所述齒輪副的齒側(cè)面上的周期性側(cè)面波紋校正的振幅、頻率和相位的輸入值，以用于齒輪切割機(jī)中的生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被加工的工件的齒側(cè)面通過測量裝置被測量，且在考慮所獲得的測量結(jié)果的同時，根據(jù)需要再次對齒輪進(jìn)行波紋校正或者波紋修正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，齒輪副的工件在同一齒輪切割機(jī)上相繼被加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，齒輪副的工件在多個齒輪切割機(jī)上被加工，多個加工程序能夠在所述多個齒輪切割機(jī)上彼此交換。
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，硬精加工工具通過修整工藝被修整和成型，其中，根據(jù)所需的用于在精加工的工件上產(chǎn)生周期性的齒側(cè)面修正的數(shù)據(jù)，用于所述硬精加工工具的修整數(shù)據(jù)被所述齒輪切割機(jī)固定。
6.一種硬精加工工件的方法，該工件具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的校正的齒輪幾何形狀和/或修正的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過硬精加工工具在工件的相應(yīng)的至少一個齒側(cè)面上產(chǎn)生周期性的側(cè)面波紋。
7.一種硬精加工工件的方法，該工件具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的校正的齒輪幾何形狀和/或修正的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過硬精加工工具僅在齒輪副的齒輪的齒上產(chǎn)生周期性的側(cè)面波紋。
8.一種硬精加工工件的方法，該工件具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的校正的齒輪幾何形狀和/或表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過硬精加工工具在齒輪副的第一工件上產(chǎn)生周期性的側(cè)面波紋，以補(bǔ)償齒嚙合頻率的旋轉(zhuǎn)距離誤差。
9.一種硬精加工工件的方法，該工件具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的校正的齒輪幾何形狀和/或表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過硬精加工工具在齒輪副的第二工件上產(chǎn)生周期性的側(cè)面波紋，以補(bǔ)償兩倍或多倍齒嚙合頻率的旋轉(zhuǎn)距離誤差。
10.一種齒輪切割機(jī)，所述齒輪切割機(jī)用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
11.一種用于安裝在齒輪切割機(jī)上的計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序具有用于接受外部測量裝置的測量值的輸入或數(shù)據(jù)、且具有計算功能以使用外部測量值生成加工程序，以根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的方法加工齒側(cè)面上具有周期性波紋的齒輪。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的計算機(jī)程序，其中，所述計算機(jī)程序具有用于檢驗所述齒側(cè)面上已經(jīng)生成的周期性波紋的測量功能、且具有用于校正所述加工程序的校正功能，以最小化所測量的波紋和實現(xiàn)的波紋之間的差異。
【文檔編號】B23F23/00GK104028849SQ201410079642
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月5日
【發(fā)明者】漢斯約爾格·蓋澤 申請人:利勃海爾-齒輪技術(shù)有限責(zé)任公司