CN108602144A - 用于在有齿的工件轮上制造倒棱的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造有齿的工件轮(7)的方法，所述工件轮(7)的齿根(11”)在形成延伸至齿面(11、11’)中的倒棱(13)的情况下与工件轮(7)的端面(12)邻接，其中，所述工件轮(7)的齿部通过用制齿刀具(1)进行滚切产生，所述制齿刀具(1)具有第一数量(N₁)的分别构成切刃(4)的切齿(3)，所述制齿刀具(1)的旋转轴线(2)相对于所述工件轮(7)的旋转轴线(8)以第一轴线交叉角(α₁)布置，通过沿第一进给方向(V)的进给实施制齿，所述第一进给方向平行于待制造的齿面(11、11’)和齿根(11”)的延伸方向。所述倒棱(13)通过用倒棱刀具(14)进行滚切产生，所述倒棱刀具(14)具有第二数量(N₂)的分别构成切刃(17、17’、17”)的切齿(16)，并且所述倒棱刀具(14)的旋转轴线(15)相对于所述工件轮(7)的旋转轴线(8)以第二轴线交叉角(α₂)布置，通过沿第二进给方向(V₂)的进给实施倒棱，所述第二进给方向(V₂)平行于在齿根(11”)中待制造的倒棱(13)的延伸方向。本发明还涉及一种配属的刀具组。

Description

用于在有齿的工件轮上制造倒棱的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造有齿的工件轮的方法，所述工件轮的齿根在形成延伸至齿面中的倒棱的情况下与工件轮的端面邻接，其中，所述工件轮的齿部通过用制齿刀具进行滚切产生，所述制齿刀具具有第一数量的分别构成切刃的切齿，所述制齿刀具的旋转轴线相对于所述工件轮的旋转轴线以第一轴线交叉角布置，通过沿第一进给方向的进给实施制齿，所述第一进给方向平行于待制造的齿面和齿根的延伸方向。

此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的刀具组，所述刀具组由制齿刀具和倒棱刀具组成。

本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备，其具有工件轴和至少一个刀具轴以及电子控制装置，用于控制旋转驱动机组和调节机组，以便使进给的相应轴发生转动并且改变工件轴和刀具轴的轴线之间的轴线交叉角。

背景技术

由WO 2007/045610 A1已知一种用于齿轮制齿的方法，其中，使用切削轮作为制齿工具。该切削轮具有切刃，所述切刃由棱边构成，齿面与端面在所述棱边处邻接。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法、设备和刀具组，由此可以在工件轮的齿根和端面之间的区域内制造具有倒棱的齿部。

发明内容

所述技术问题按照本发明通过在权利要求中所述的发明解决，其中，从属权利要求不仅示出并列权利要求的有利的改进方案，而且还示出对所述技术问题的独立解决方案。

首先和基本上规定，工件轮的齿部通过用制齿刀具进行滚切产生。制齿刀具指的是齿轮形式的切削轮，该齿轮的齿部形成第一数量的切齿。切齿构成各个切刃。切刃可以位于切削轮的齿面至切齿的端面的过渡区域内。切齿的端面可以位于共同的平面内。但是端面也可以阶梯形式地相互错位布置。切齿优选以相对于制齿刀具的旋转轴线的倾斜角延伸。在用于制齿的滚切过程中，制齿刀具的旋转轴线与应配设有一定数量齿部的工件轮的旋转轴线呈第一轴线交叉角，由此在齿部之间切削出齿槽。为此，工件轮和制齿刀具彼此同步地被驱动。为此，所述设备具有用于容纳或者说承接刀具的刀具轴和用于容纳或者说承接工件轮的工件轴。两个轴分别被电气的旋转驱动机组旋转驱动。附加地设有调节机组，用于产生进给并且用于调整轴线交叉角。在制齿时进行沿第一进给方向的进给，该第一进给方向平行于待制造的齿面和待制造的齿根的延伸方向地延伸。可以在多个依次相继的步骤中实施制齿，其中，工件轮旋转轴线与刀具旋转轴线之间的轴线间距逐步地改变，在制齿之后，制造倒棱。在制齿时可以在一个或多个粗加工步骤之后进行精加工步骤。倒棱的制造按照本发明同样通过借助有齿的切削刀具的滚切实现，该切削刀具构成倒棱刀具。倒棱刀具具有第二数量的切齿，所述切齿同样构成切刃。这些切刃也可以由棱边构成，切齿的齿面在所述棱边处过渡到切齿的端面中。这些切齿也可以相对于倒棱刀具的旋转轴线具有倾斜角。切齿的端面可以位于同一个平面内。但是也可以规定，所述端面彼此阶梯形地延伸。倒棱刀具的旋转轴线相对于工件轮的旋转轴线以第二轴线交叉角布置。工件轮和倒棱刀具彼此同步地被旋转驱动。为了产生沿第二进给方向指向的进给，工件轴相对于刀具轴进行相对移位。第二进给方向平行于在齿根内的待制造的倒棱的延伸方向地延伸。第二进给方向通过沿工件轮的齿面延伸方向的位移方向和在工件轮的旋转平面内的位移方向的叠加产生，其中，运动分量这样相互协调适配，使得所期望的倒棱角被设定在15°至45°之间的优选范围内。为了实施所述方法使用刀具组，所述刀具组由制齿刀具和倒棱刀具构成。两个刀具由切削轮构成。齿部在相应切削轮的旋转平面内的轮廓彼此不同。制齿刀具的齿部相对于穿过齿部中心的径向线对称地延伸，而在倒棱刀具的切齿中进行轮廓修正，因此侧面的齿面相对于穿过齿部中心的径向线非对称地延伸。两个齿面中的一个从切齿的齿根开始朝齿顶的方向楔形地收窄。相对置的齿面从齿顶开始向齿根楔形地收窄。此外规定，在制齿刀具和倒棱刀具中的切齿的数量是不同的。优选地，制齿刀具的切齿数量多于倒棱刀具的切齿数量。尤其规定，制齿刀具的切齿数量与工件轮的齿部数量的商≥1/2，并且倒棱刀具的切齿数量与工件轮的齿部数量的商≤1/2、优选≤1/3。制齿刀具如此设计，使得制齿刀具的旋转轴线、即刀具轴的旋转轴线与工件轮的旋转轴线、即工件轴的旋转轴线之间的轴线交叉角大约是20°(20°±5°)、优选在15°至30°之间的范围内。倒棱刀具如此设计，使得倒棱刀具的旋转轴线与工件轮的旋转轴线之间的轴线交叉角在制造倒棱时更小。在此，该轴线交叉角可以在10°(10°±5°)的范围内、优选在5°至20°之间的范围内。特别优选地，第二轴线交叉角比第一轴线交叉角小至少10°。设置用于实施所述方法的设备具有至少一个工件轴和刀具轴。工件轴承载工件轮。刀具轴承载制齿刀具和倒棱刀具。尤其规定，制齿刀具与倒棱刀具构成组合刀具，所述组合刀具可以由共同的刀具轴旋转驱动。倒棱刀具和制齿刀具彼此同轴地布置并且抗扭地相互连接，其中，相对于制齿刀具直径较小的倒棱刀具朝刀具轴的自由端部的方向布置在制齿刀具的前面。但是在变型方案中也可以规定，倒棱刀具和制齿刀具分别由配属的刀具轴旋转驱动，因此所述设备具有至少两个刀具轴和至少一个工件轴。为了实施所述方法，在工件轴的卡盘中夹紧毛坯件，所述毛坯件尤其是未制齿的工件轮。通过借助刀具轴相对于工件轴同步地被旋转驱动的制齿刀具产生齿部。这可以在多个依次相继的步骤中实现，其中分别使以轴线交叉角相对于工件轮被旋转驱动的制齿刀具沿工件轮的齿部的齿部延伸方向进给，从而在切削运动中从工件轮的待制造的齿槽中去除切屑。在粗加工中工件旋转轴线与刀具旋转轴线之间的轴线间距发生了相应改变，在必要时在多个步骤中进行的粗加工之后，以减小的进给和减小的切削深度进行精加工。接在制齿之后的是产生倒棱的另外的加工步骤。为此，通过同一个或另外的刀具轴使倒棱刀具被旋转驱动。这以改变的轴线交叉角和工件轴与刀具轴之间改变的转速比实现。在此，沿以下进给方向实施进给，该进给方向沿工件轮的齿槽的齿根中的倒棱的延伸方向延伸。基于当工件轮的齿面在倒棱刀具的切刃上相互滚压时的几何关系，工件轮齿部的连接在齿根上的侧齿面得到彼此不同的倒棱延伸走向。为了补偿这种倒棱延伸走向的偏差，倒棱刀具的切刃具有通过前述的轮廓修正而形成的不对称性。相对于位于端面内的、与旋转轴线相交且在中央穿过切齿延伸的径向线，两个切刃具有不同的倾斜角。如果通过切刃或两个齿面中的每一个设置拟合直线，则这两个拟合直线以彼此不同的角度与径向线相交。

附图说明

以下结合附图阐述本发明的实施例。在附图中：

图1示出沿工件轮7的旋转轴线8的轴向的俯视图，具有在切削啮合中示出的制齿刀具1，所述制齿刀具1的切齿3啮合到工件轮7的齿槽10内，其中，制齿刀具1围绕旋转轴线2被旋转驱动；

图2示出沿图1中的箭头II的方向的侧视图，用于显示切齿3的在截锥表面包络面上延伸的齿顶和切刃4在齿槽10内的切削啮合；

图3示出沿图1中的箭头III的侧视图，用于显示制齿刀具1的旋转轴线2与工件轮7的旋转轴线8之间的第一轴线交叉角α₁；

图4示出沿图1中的线IV-IV剖切所得的剖视图，用于显示切刃4在工件轮7的齿面11内的作用点和进给方向V₁；

图5示出根据图1的但是在产生倒棱13时的视图，其中，围绕旋转轴线15被旋转驱动的倒棱刀具14构成切齿16，该切齿啮合到工件轮7的齿槽10中；

图6示出根据图2的但是在产生倒棱时的视图；

图7示出根据图3的但是在产生倒棱时的视图，用于显示倒棱刀具14的旋转轴线15与工件轮7的旋转轴线8之间的轴线交叉角α₂；

图8示出沿图5中的线VIII-VIII剖切所得的剖视图，用于显示在产生倒棱时的进给V₂和用于产生倒棱13的切刃17”的作用；

图9示出沿图5中的箭头IX的观察方向观察工件轮7的齿槽10的放大视图；

图10示出图5中的局部X-X的放大视图；

图11示出倒棱13的立体图；

图12示出图5中的局部XII-XII，放大了倒棱刀具14的切齿16；

图13示出沿图12中的箭头XIII观察的切齿16的齿顶并且

图14示出用于实施方法的设备的主要元件的示意图。

具体实施方式

图14示意性示出一种机床，其具有未示出的刀具台，所述刀具台是调节机组23、26的支架。通过调节机组23、26能够沿多个空间方向相互调整工件轴24和刀具轴21。此外，刀具轴21和工件轴24的旋转位置能够相对彼此进行调节。

工件轴24承载待加工的、形式为优选未制齿的工件轮7的毛坯件，所述工件轮7上应制造多个即N₀个齿部。刀具轴21承载制齿刀具1和相对于制齿刀具1朝刀具轴21的自由端部的方向错位的、与制齿刀具1同轴布置的、直径更小的倒棱刀具14。借助旋转驱动机组22、25可以使工件轮7和两个刀具1、14围绕各自的旋转轴线8、2、15转动。

设有可编程的电子控制装置27，通过所述电子控制装置可以程序控制地进行制齿和接下来产生倒棱。为此，工件轮7和刀具1、14以与各自的齿数比例N₁/N₀或N₂/N₀相应的转速比同步地被彼此旋转驱动。

图1至4示出第一加工步骤，其中，借助制齿刀具1在工件轮7内制造齿部9，所述齿部具有处于其间的齿槽10。齿槽具有齿根11”和两个侧面的齿面11、11’。

制齿刀具1具有多个即N₁个切齿3，所述切齿分别构成切刃4。通过切刃4在滚切运动中制造齿槽10，为此切齿3在齿面11、11’和齿根11”上如此滚动，从而基于制齿刀具1的旋转轴线2和工件轮7的旋转轴线8之间的轴线交叉角α₁进行切削加工。

在实施例中，相对于旋转轴线2倾斜延伸的切齿3的齿面6在形成直角棱边的情况下分别过渡到切齿3的端面5中。过渡棱边构成切刃4。端面5阶梯形地布置。

图4示出在制齿时的进给方向V₁。进给方向V₁与工件轮7的齿槽10的齿面11、11’和齿根11”的轴向延伸方向一致。

可以在多个依次相继的加工步骤中实施制齿，其中，逐步地加深齿槽10直至最终的深度。在此，旋转轴线2、8之间的轴线距离逐步地改变。最后的加工步骤可以是精加工步骤。

紧接着滚切制齿的是滚切倒棱，如以下结合图5至8所述：

倒棱刀具14同样如制齿刀具1那样是具有多个即N₂个切齿16的切削刀具。在倒棱刀具14中，切齿16的顶点线同样相对于倒棱刀具14的旋转轴线15倾斜地延伸，但是具有相比制齿刀具1减小的倾斜角。在此，齿面18在其过渡至切齿16的端面19的过渡棱边的区域中也分别形成切刃17、17’、17”，其中，切刃17、17’是侧面切刃，用于在侧向齿面11、11’的区域内产生倒棱13，并且切刃17”是顶侧的切刃，用于在工件轮7的齿槽10的齿根11”的区域内产生倒棱13。

在倒棱刀具14中，切齿16的端面19位于共同的端面平面中，该端面平面位于倒棱刀具14的旋转平面中。

参照图1至4所述的制齿过程以大约20°的第一轴线交叉角α₁进行，而在图5至8中所示的产生倒棱13的过程以倒棱刀具14的旋转轴线15和工件轮7的旋转轴线8之间的大约10°的第二轴线交叉角α₂进行。

图8以箭头V₂示出倒棱刀具14在制造倒棱13时相对于工件轮7移动的进给方向。进给方向V₂相对于工件轮7的端面12以大约30°的角度β延伸。而根据图4中箭头的在制齿时的进给V₁垂直于工件轮7的端面12延伸。

倒棱13应在工件轮7的端面12到工件轮7的齿槽10的齿根11”的过渡棱边的区域中产生。此外，制成的倒棱13应延伸至端面到齿槽10的侧向齿面11、11’的过渡棱边中或者说延伸至端面到工件轮7的布置在两个齿槽10之间的齿部9的侧向齿面11、11’的过渡棱边中。倒棱13的配属于齿根11”的部段由切齿16的切刃的顶侧部段17”制造，而两个侧向齿面11、11’由切齿16的侧面的切刃17、17’制造。由于侧向齿面11、11’与齿根11”之间的角，倒棱13的配属于侧向齿面11、11’的部段的轮廓走向不同于倒棱13的配属于齿根11”的部段的轮廓走向，如图9至11所示。

为了补偿由于运动几何图形造成的很难避免的倒棱走向的不对称性，倒棱刀具14的切齿16获得轮廓校正。图12用附图标记20示出延伸经过倒棱刀具14的旋转轴线15的、穿过切齿16的中线。相对于该中线20，两个侧面切刃17、17’设计为不对称的。切刃17相对于假想的对称的包络曲线以较小的侧面角延伸。而切刃17’相对于该包络曲线较陡地延伸。相对于该包络曲线，切刃17的齿顶侧的端点朝中线的方向位置错移。然而，切刃17的基点位于假想的对称包络曲线中。在切刃17’中，顶点位于假想的包络曲线中。但是，切刃17’的基点相对于对称的包络曲线朝中线20的方向轻微地错移。

如果通过这两个切刃17、17’中的每一个如此实现拟合直线，使得其通过切刃17、17’至齿根的过渡点和切刃17、17’与端面切刃17”的过渡点得到，则这两条直线以不同的角度与中线20相交并且也与倒棱刀具14的中点具有不同的间距。

上述实施方式用于阐述整体包含在本申请中的发明，所述发明也至少通过以下特征组合分别独立地扩展了现有技术，即：

一种方法，其特征在于，所述倒棱13通过用倒棱刀具14进行滚切产生，所述倒棱刀具14具有第二数量N₂的分别构成切刃17、17’、17”的切齿16，并且所述倒棱刀具14的旋转轴线15相对于所述工件轮7的旋转轴线8以第二轴线交叉角α₂布置，通过沿第二进给方向V₂的进给实施倒棱，所述第二进给方向V₂平行于在齿根11”中待制造的倒棱13的延伸方向。

一种用于对工件轮7制齿的刀具组，所述工件轮7的齿根11”在形成延伸至齿面11、11’中的倒棱13的情况下与工件轮7的端面12邻接，所述刀具组具有能够围绕旋转轴线2被旋转驱动的制齿刀具1，所述制齿刀具1具有第一数量N₁的分别构成切刃4的第一切齿3，所述第一切齿3设计为，使得借助所述第一切齿3在沿第一进给方向V₁进给时通过滚切能够实施制齿，并且所述刀具组还具有能够围绕旋转轴线15被旋转驱动的倒棱刀具14，所述倒棱刀具14具有第二数量N₂的分别构成切刃17、17’、17”的第二切齿16，所述第二切齿16设计为，使得借助所述第二切齿16在沿第二进给方向V₂进给时通过滚切能够制造倒棱13，所述第二进给方向V₂不同于第一进给方向V₁。

一种设备，其特征在于，所述电子控制装置27被如此编程，使得所述设备根据权利要求1所述的方法运行。

一种方法，其特征在于，切齿3的第一数量N₁大于切齿16的第二数量N₂。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于，切齿3的第一数量N₁与工件轮7的齿部9的数量N₀的商≥1/2。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于，切齿16的第二数量N₂与工件轮7的齿部9的数量N₀的商≤1/2、优选≤1/3。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于，第一轴线交叉角α₁大于第二轴线交叉角α₂。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于，第一轴线交叉角α₁比第二轴线交叉角α₂大至少10°。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于，所述倒棱刀具14的齿面侧的切刃17、17’相对于穿过切齿16延伸的中央径向线20不对称地延伸。

一种方法、刀具组或设备，其特征在于前述权利要求中的一个或多个区别技术特征。

所有公开的特征(本身及其相互组合)对发明均很重要。在本申请的公开文件中，所属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求的特征都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改进设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。

附图标记列表

1 制齿刀具

2 旋转轴线

3 切齿

4 切刃

5 端面

6 齿面

7 工件轮

8 旋转轴线

9 齿部

10 齿槽

11 齿面

11’ 齿面

11” 齿根

12 端面

13 倒棱

14 倒棱刀具

15 旋转轴线

16 切齿

17 切刃

17’ 切刃

17” 切刃

18 齿面

19 端面

20 中线

21 刀具轴

22 旋转驱动机组

23 调节机组

24 工件轴

25 旋转驱动机组

26 调节机组

27 控制装置

α₁ 轴线交叉角

α₂ 轴线交叉角

β 角

N₀ 数量

N₁ 数量

N₂ 数量

V₁ 进给方向

V₂ 进给方向

Claims (10)

1.一种用于制造有齿的工件轮(7)的方法，所述工件轮(7)的齿根(11”)在形成延伸至齿面(11、11’)中的倒棱(13)的情况下与工件轮(7)的端面(12)邻接，其中，所述工件轮(7)的齿部通过用制齿刀具(1)进行滚切产生，所述制齿刀具(1)具有第一数量(N₁)的分别构成切刃(4)的切齿(3)，所述制齿刀具(1)的旋转轴线(2)相对于所述工件轮(7)的旋转轴线(8)以第一轴线交叉角(α₁)布置，通过沿第一进给方向(V₁)的进给实施制齿，所述第一进给方向(V₁)平行于待制造的齿面(11、11’)和齿根(11”)的延伸方向，其特征在于，所述倒棱(13)通过用倒棱刀具(14)进行滚切产生，所述倒棱刀具(14)具有第二数量(N₂)的分别构成切刃(17、17’、17”)的切齿(16)，并且所述倒棱刀具(14)的旋转轴线(15)相对于所述工件轮(7)的旋转轴线(8)以第二轴线交叉角(α₂)布置，通过沿第二进给方向(V₂)的进给实施倒棱，所述第二进给方向(V₂)平行于在齿根(11”)中待制造的倒棱(13)的延伸方向。

2.一种用于制造有齿的工件轮(7)的刀具组，所述工件轮(7)的齿根(11”)在形成延伸至齿面(11、11’)中的倒棱(13)的情况下与工件轮(7)的端面(12)邻接，所述刀具组具有能够围绕旋转轴线(2)被旋转驱动的制齿刀具(1)，所述制齿刀具(1)具有第一数量(N₁)的分别构成切刃(4)的第一切齿(3)，所述第一切齿(3)设计为，使得借助所述第一切齿(3)能够在沿第一进给方向(V₁)进给时通过滚切制造齿部，并且所述刀具组还具有能够围绕旋转轴线(15)被驱动的倒棱刀具(14)，所述倒棱刀具(14)具有第二数量(N₂)的分别构成切刃(17、17’、17”)的第二切齿(16)，所述第二切齿(16)设计为，使得借助所述第二切齿(16)能够在沿不同于第一进给方向(V₁)的第二进给方向(V₂)进给时通过滚切制造倒棱(13)。

3.一种用于制造有齿的工件轮(7)的设备，所述工件轮(7)的齿根(11”)在形成延伸至齿面(11、11’)中的倒棱(13)的情况下与工件轮(7)的端面(12)邻接，所述设备具有工件轴(24)，用于容纳在加工工件轮时围绕旋转轴线(8)旋转的工件轮(7)，所述设备还具有能通过刀具轴(21)旋转驱动的制齿刀具(1)，所述设备还具有能通过相同的或另外的刀具轴(21)旋转驱动的倒棱刀具(14)，并且所述设备还具有电子控制装置(27)，用于控制刀具轴(21)和工件轴(24)的旋转驱动机组(22、25)以及控制用于产生进给(V₁、V₂)的调节机组(23、26)并且用于改变刀具轴与工件轴的轴线(2、8)之间的轴线交叉角(α₁、α₂)，其特征在于，所述电子控制装置(27)被如此编程，使得所述设备根据权利要求1所述的方法运行。

4.按照权利要求1所述的方法或者按照权利要求2所述的刀具组或者按照权利要求3所述的设备，其特征在于，第一数量(N₁)的切齿(3)多于第二数量(N₂)的切齿(16)。

5.按照前述权利要求之一所述的方法、刀具组或设备，其特征在于，切齿(3)的第一数量(N₁)与工件轮(7)的齿部(9)的数量(N₀)的商≥1/2。

6.按照前述权利要求之一所述的方法、刀具组或设备，其特征在于，切齿(16)的第二数量(N₂)与工件轮(7)的齿部(9)的数量(N₀)的商≤1/2、优选≤1/3。

7.按照前述权利要求之一所述的方法、刀具组或设备，其特征在于，第一轴线交叉角(α₁)大于第二轴线交叉角(α₂)。

8.按照前述权利要求之一所述的方法、刀具组或设备，其特征在于，第一轴线交叉角(α₁)比第二轴线交叉角(α₂)大至少10°。

9.按照前述权利要求之一所述的方法、刀具组或设备，其特征在于，所述倒棱刀具(14)的齿面侧的切刃(17、17’)相对于延伸穿过切齿(16)的中央径向线不对称地延伸。

10.一种方法、刀具组或设备，其特征在于前述权利要求中的一个或多个区别技术特征。