CN102375435A - 生成用于数控机床形成正齿轮齿控制数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施涉及一种生成用于在至少包括五轴的数控机床上通过铣削工件形成正齿轮齿的控制数据的方法和装置，具体地，在铣床、通用铣床或加工中心，在生成的控制数据的基础上，通过沿着多个加工路径连续运动机床的铣刀铣削工件，包括提供至少一个正齿轮齿的齿面部几何形状，根据预设的横向磨削确定描述提供的齿面部几何形状的变化的参数，以及在齿面部几何形状的基础上生成控制数据，该齿面部几何形状在确定的参数基础上发生改变。

Description

生成用于数控机床形成正齿轮齿控制数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及生成用于在至少包括五轴的数字程序控制机床上通过铣削工件形成正齿轮齿的控制数据的方法和装置，具体地，通过机床的铣刀在通用机床上沿着基于生成的控制数据的加工轨迹连续的运动，具体地，通过逐条地运动。

具体地，本发明涉及生成用于在至少包括五轴的数字程序控制机床上通过铣削工件形成正齿轮齿的控制数据的方法和装置，例如，铣床，通用铣床，或加工中心，其中齿面部是根据预定义的齿面部几何形状，通过机床铣刀沿着加工轨迹逐条运动形成的，为了将工件作为材料逐条形成齿面部，加工轨迹由控制数据表示。

进一步地，本发明涉及生成用于控制数据的方法和装置，通过提供齿信息数据用于制造具有齿轮的工件，以及通过基于提供的齿信息数据用于计算工件的模型，包括基于提供的齿信息数据计算预定义齿面部几何形状的齿信息数据，以及生成用于制造工件的控制数据，包括生成用于在工件上形成至少一个正齿轮齿的控制数据。

进一步地，本发明涉及数控通用机床，包括至少5个轴，具体地，涉及一种用于通过机床的铣刀沿着基于生成的控制数据的加工轨迹连续运动铣削工件的通用机床，例如铣床、通用铣床或加工中心，具体地，通过逐条运动。

进一步地，本发明涉及计算机程序产品，包括存储在存储介质上的计算机程序装置，计算机程序装置包括执行装置，该计算机程序装置由数据数据处理设备的数据处理装置执行，这样，数据处理设备形成了一个用于生成控制数据的设备和/或数据处理设备被配置来执行生成控制数据的方法。

背景技术

关于制造具有正齿轮的工件，众所周知，在现有技术中制造正齿轮或具有正齿轮的其它工件是在单一功能的机器上完成的，该机器为单独为加工有正齿轮设计的专业齿轮切割机器。这些专业齿轮切割机器不同于通用机床。

例如，在现有技术中关于专业齿轮切割机器，众所周知地，滚齿机或齿轮磨削机是通过控制齿廓滚铣工具或齿廓磨削盘在工件上形成齿廓的，从而形成齿面部或在工件上的齿。齿廓滚铣工具和齿廓磨削盘具有对应于即将形成的齿面部的齿廓形状的截面形状。通过控制齿廓滚铣工具和齿廓磨削盘沿着加工轨迹通过工件，依赖于齿廓滚铣工具和齿廓磨削盘的轮廓形状，一条甚至两条对应于齿廓滚铣工具和齿廓磨削盘的齿廓形状的对立齿面部被形成。

与上述提到的利用专业齿轮切割机器加工工件相比较，例如单一功能的机器，如滚齿机或齿轮磨削机，本发明涉及一个新揭露的方法，该方法用于在至少包括5轴的数控机床上加工具有齿轮(具体地是正齿轮)的工件，具体地，在通用机床上，例如铣床，通用铣床或加工中心，其中工件上的齿轮通过标准铣刀，例如，带有或不带有圆角限制的端铣刀，通过连续加工而成，具体地通过逐条地加工，其中铣刀做连续运动，具体地，为了在工件上连续地形成齿面部，沿着加工轨迹逐条地运动。

这种加工有齿轮的工件的方法中的所谓标准机床或通用机床，例如铣床、通用铣床或加工中心已在汉斯-彼得-斯科斯戈(Hans-Peter Schossig)的名为“一种在标准机床上高质量地获得好齿-铣削齿轮的简单方法(Aufeinfachem Weg zuguten 

mit hoher 

auf Standardmaschinen

)”的文章(在Carl Hanser Verlag，Munich出版社出版的《车间和工厂》(WERKSTATTUND BETRIEB)期刊，2007年期刊号为ISSN 0043-2792的第4/28号第28-32页)中被描述过，并进一步地在国际专利申请文件号为2008/133517A1中提及。本发明的出发点是该新揭露的方法，具体地，是作为申请人揭露的进一步的发展。

发明内容

鉴于前述现有技术中提到的方法，本发明的目的在于进一步地简化具有正齿轮的工件的加工、处理或制造，以及扩展在至少包括五轴的数控机床上铣削工件的能力，具体地，在通用机床上，例如，铣床、通用铣床或加工中心。具体地，本发明的一个目的在于提供用于生成控制数据的方法和装置，提高新揭露的用于在至少包括五轴的数控机床上制造有齿轮的工件的非传统方法的应用范围，具体地，在通用机床上，工件上的齿轮通过连续加工而成，具体地，基于生成的控制数据在工件上齿面部逐条地加工。具体地，更进一步地，本发明的目的在于简化有正齿轮的工件的制造，提高制造具有正齿轮的工件的效率，这样根据预设的磨削至少该工件的一个齿被形成。

为了完成上述发明的目的，在权利要求1中提出了一个用于生成用来形成正齿轮齿的控制数据的方法，在根据权利要求16中提出了一个用于生成用来制造有正齿轮工件的控制数据的方法，在权利要求18中提出了一个用于生成用来形成正齿轮齿的控制数据的装置，在权利要求19中提出了用于生成用来制造有正齿轮工件的控制数据的装置，在权利要求20中提出了一个至少包括五轴的数控机床，在权利要求21中提出了一个计算机程序产品。在从属权利要求中对优选实施例的特征进行了描述。

根据本发明的第一方面，本发明提出了一种用于生成用来通过在至少包括五轴的数控机床上铣削工件而形成正齿轮齿的控制数据的方法，该正齿轮齿具有预设的横向磨销，具体地，在通用机床上通过沿着多个加工路径连续移动机床的铣刀，例如，通用机床可以为铣床，通用铣床或加工中心，具体地，基于生成的控制数据逐条地运动。

该方法包括提供正齿轮齿中至少一个齿面部的齿面部的几何形状，根据齿的预设横向磨削为提供的齿面部的几何形状的变化描述确定参数，以及基于齿面部的几何形状生成控制数据，该几何形状是基于确定的参数而改变的，其中变化的齿面部的几何形状对应于具有预设的横向磨削的齿轮的齿面部的几何形状。

根据上述的发明的一方面，一个齿面部几何形状被提供，例如数字上精确的或理论的齿面部的几何形状，该齿面部的几何形状对应于表示齿面部的几何形状的数据的提供的信息，或对应于定义齿面部的几何形状的数据的提供的信息，如表示齿轮类型(例如，直齿，螺旋齿，圆形齿，螺旋状齿或其它类型)、工件的形状和/或几何形状，以及齿轮形状或齿廓形状(例如渐开线形齿廓形状、摆线形齿廓形状、圆形齿廓形状或其它形状)等的信息或数据。基于这此信息或数据，数字上精确的或理论的齿面部几何形状可以被计算，例如通过CAD程序(CAD计算机辅助设计)。

尽管如此，根据本发明的实施例，控制数据并不是基于提供的齿面部几何形状或提供的齿面部几何形状的模型(可能如申请号为DE10200900814的德国专利所述的情况)直接生成的，但是，具体地，本发明实施例包括根据齿预设的横向磨削为提供的齿面部几何形状的变化描述确定参数。

因此，基于为提供的齿面部几何形状的变化描述以及依赖于提供的齿面部几何形状所确定的参数，一个修改的或改变的齿面部几何形状被计算出来，其中根据本发明的实施例控制数据是基于改变的齿面部几何形状而生成的。

这提供了这样的优点，即在机床上加工工件是基于与改变的齿面部几何形状对应的控制数据而执行的，这样，根据在形成齿面部的加工之后已经存在的改变的齿面部几何形状，制造的工件具有一个齿面部或具有包括一个实际齿面部形状的多个齿面部。因此，在加工完一个或多个具有一个或两个改变的齿面部的齿后，直接获取了制造的工件，从而使得在机床上加工后，制造的工件包括一个或多个具有预设的横向磨削的齿。一个齿面部或多个齿面部的时间耗费以及额外不便的后期处理不是必需的。通过对比，一个齿/多个齿可以基于控制数据被直接加工，从而使得一个齿/多个齿的预设的横向磨削可以无需任何后续加工被获得。术语正齿轮齿的“横向磨削”是指齿轮具有一个朝向该正齿轮外侧一面或两面减少的齿厚(在螺距方向)。

因此，在生成控制数据以前，本发明以一个简单有效的方式生成修改或改变了与数字精确的或理论的齿剖面几何形状对应的正齿轮齿的齿面部几何形状，例如，根据预设的横向磨削的方式。

因此，本发明明显地改良和扩展了新揭露的用于在至少包括五轴的数控机床上制造具有齿轮的工件方法的功能和应用范围。该方法在至少包括五轴的数控机床上通过沿着多个加工路径连续移动机床的铣刀制造具有齿的工件，具体地，沿着从齿面部延伸的加工路径的充分平行的线条通过铣刀的逐条移动，通过铣刀的方式，例如，端铣刀工具或其它，

具体地，正齿轮的制造可以被明显地改良和简化，相对于普通的、众所周知的专业齿轮切割制造机器的制造过程，例如单一功能的机器、齿轮滚削机、齿轮磨削机，由于已具有预设横向磨削的改变的齿面部几何形状能够直接基于生成的控制数据而形成，其应用可能性也得到了明显扩展。在前述普通的专业齿轮切割制造机器的制造过程中，例如单一功能的机器、齿轮滚削机、齿轮磨削机，齿的齿廓形状大多数是由齿轮滚削机或齿轮磨削机预先确定的，为了形成齿面部，这些工具只沿着一个加工路径移动(可能多次)，这样，构建一个具有横向磨削的齿的模型的可能性明显地被限制，从而使得齿面部的后期处理更加耗时和不便。

优选地，生成控制数据包括计算基于提供的齿面部的几何形状和确定的参数的改变的齿面部的模型，具体地，较优地计算基于提供的齿面部的几何形状和确定的参数的正齿轮的齿的模型。

这提供了以下优点，根据修改的或改变的齿面部几何形状可以提供/计算一个模型，这与数字精确或理论的齿面部的几何形状不同，数字精确或理论的齿面部几何形状是根据为描述提供齿面部几何形状确定的参数而获得的。其中在改变的齿面部几何形状的基础上，控制数据可以以简单和可能自动地生成，该控制数据可能包括一个NC程序或至少一个NC程序的部分。

优选地，确定用于改变提供的齿面部几何形状的参数，从而使得具有改变的齿面部几何形状的齿显示预设的横向磨削。

优选地，为描述提供的齿面部几何形状确定参数，包括确定为提供的齿面部几何形状中的至少一个齿面部的一个或多个定义的移位位置中的每个位置确定一个移位参数。

这具有以下优点：生成用于以简单的方式形成具有预设的横向磨削的齿的控制数据只是由用户输入、确定或定义的各个移位参数决定的，这些参数是用于一个或多个定义的移位位置中每一个的，从而为生成控制数据定义预设的横向磨削，这些控制数据已反映了预设的横向磨削。

优选地，一个或多个移位位置被定义或排列在至少一个齿面部的齿面部曲线上，齿面部曲线对应于齿的一个截面与提供的齿面部几何形状的至少一个齿面部的相截线。

这具有这些优点：一个或多个移位位置被定义或排列在至少一个齿面部的齿面部曲线上，使得可以通过简单的输入一个或多个参数来定义或输入预设的横向磨削，该参数对应于沿着齿面部的齿面部曲线上的位置。具体地，优选沿着至少一个齿面部横向延伸的齿面部曲线。

优选地，齿的截面为齿的一个截平面，具体地，较优地为一个水平面的截平面。较优地，截平面与正齿轮的分度圆是同向同轴的。具体地，其中截平面较优地与正齿轮的分度圆在截平面的中心位置同向同轴。

这具有以下优点：移位参数可以沿着齿面部曲线被定义，从而沿着至少一个齿面部进行横向延伸。因此，沿着横向方向到齿根或齿顶可以大体上维持一个相同的距离(高度)，以及另外地，沿着横向方向到齿根或齿顶可以维持一个大体上相同的距离。从而移位参数可以在齿面部的中心位置被定义，并大体上被定义在齿高度的一半处，具体地，也就是，靠近或大体上位于与正齿轮齿的齿的分度圆处。

根据优选实施例的优点之一，齿的截面沿着圆柱形平面延伸，该圆柱形平面的轴优选地与正齿轮的转动由同向同轴。较优地，齿的截平面沿着正齿轮的分度圆进行延伸。

根据优选实施例的可选的优点之一，通过准确地将移位参数定义或确定在与正齿轮的齿的分度圆的相同位置，可以将移位参数定义在齿面部的中心位置以及准确地定义在齿高的一半处。另外，移位位置在齿面部维持的高度被定义，也就是，到齿根或根顶的距离处，具体地，在齿根与根顶之间的一半处。

较优地，一个或多个移位位置被大体上定义在与正齿轮的分度圆相同的位置处。

较优地，本发明提出的方法进一步包括在提供的齿面部几何形状上确定或定义一个或多个移位位置。

这具有的优点有：可以进一步地获得灵活性，不只能够为通过输入移位位置而形成横向磨削，定义齿面部的移动或移位的距离，另外，还可以在提供的齿面部几何形状上定义移位位置的排列。

当移位位置可以被定义可选择地被排列在齿面部曲线上，在提供的齿面部的几何形状上确定或定义一个或多个移位位置可以通过定义或确定用于每个移位位置的各个单个参数被方便地执行，例如，通过确定参数，该参数描述了对应移位位置到相邻移位位置或齿面部边缘的距离。

优选地，改变的齿面部的几何形状在一个或多个移位位置处被缩进一定的距离，该距离是通过确定的移位位置与提供的齿面部的几何形状比较而获得的，从而根据预设的横向磨削通过在每个移位位置处定义一个齿面部或齿面部的几何形状的缩进，定义一个横向磨削。

优选地，改变提供的齿面部几何形状，从而根据各个确定的移位参数使得通过围绕正齿轮的转动轴转动齿廓，齿面部的齿廓在一个或多个移位位置中的每一个被移位。

这提供了以下优点：整个齿廓的改变或修改可以在一特定的移位位置以简单的方式被方便定义，该特定的移位位置可以通过只输入或确定一个移位位置来实现，这样，在对应于确定的移位参数的该特定移位位置齿廓被转动，确定的移位参数是相对于正齿轮的转动轴的，从而在特定移位位置移位齿廓以获得改变的齿面部的几何形状。

因此，改变的齿面部的几何形状可以从移位的齿廓获得，移位的齿廓则是根据在一个或多个移位位置的各个定义的移位参数，通过各个齿廓围绕正齿轮的转动轴转动来获得的，其中，优选地，在相邻的移位位置，齿面部的几何形状以平滑的、连续的内插值替换，从而使得平滑的、连续的变换，以及较优的切线变换在各个移位位置被获得。

较优地，本发明提出的方法进一步包括显示改变的齿面部的几何形状的一个模型。

这提供了以下优点：生成控制数据是在计算的模型的基础上的，为了在生成控制数据之前，再次调整和/或纠正确定的移位位置和/或移位参数，直到根据预设的改变的齿面部的几何形状模型包括一个齿面部的几何形状，改变的齿面部的几何形状可以被用户可视地检查，也就是说，基于改变的齿面部的包括有预设的横向磨削的几何形状的控制数据生成之前，用户可以再次调整和/或纠正确定的移位位置和/或移位参数，直到一个改变的齿面部的几何形状显示出预设的横向磨削。

优选地，提供齿面部几何形状的步骤包括提供齿信息数据，以及基于提供的齿信息数据计算提供的齿面部的几何形状。

优选地，齿信息数据包括表示工件大小和形状的数据，包括表示齿形状(齿类型)的数据，具体地，包括表示包括直齿形状、螺旋齿形状以及螺旋形齿形状的齿类型之一的数据，包括表示齿面部的齿廓形状的数据，具体地，包括表示渐开线形齿廓形状、摆线形齿廓形状以及圆形齿廓形状的数据，包括表示正齿轮齿的几何形状的大小和形状的数据，和/或包括表示正齿轮齿的数量的数据。

这提供了以下优点：提供的齿面部的几何形状可以一种通过提供齿信息数据的简单方式来提供，实际上，其中只提供、确定或输入一点齿信息数据对于提供完整的齿面部的几何形状是必需的，或对于计算数字上精确或理论的齿面部的几何形状至少也是必需的。例如，齿信息数据可以包括表示工件大小和形状的数据。进一步地，齿信息数据可以包括表示一预设的齿的形状(齿的类型)，例如，是否直齿形状、螺旋齿齿轮形状以及螺旋形的形状可以被形成。进一步地，齿信息数据可以以包括表示一预设的或可能数字精确的齿面部的齿廓形状的数据的形式来提供。例如，齿廓形状可以是渐开线形齿廓形状、摆线形齿廓形状以及圆形齿廓形状。进一步，齿信息数据可以是以表示齿轮的齿的几何形状的大小和形状的数据的形式提供，和/或以表示齿轮的齿的数量的数据的形式来提供。

具体地，优选地齿信息数据包括可以用于计算数字精确的或理论的齿面部几何形状，具体地，通过计算提供的齿面部几何形状的模型的方式来计算，或通过计算具有正齿轮的整个制造的工件的模型的方式来计算，该正齿轮可以是提供的具有预设的齿面部几何形状的一个或多个正齿轮(也就是，优选地提供没有磨削的正齿轮)。

根据本发明的第二方面，提供了一种生成用于制造具有齿轮的工件的控制数据，包括：提供齿数据信息，在提供的齿数据信息的基础上计算工件的模型，在提供的齿数据信息的基础上计算工件的模型包括在提供的齿数据信息的基础上计算提供的齿面部几何形状，以及生成用于制造工件的数据，生成用于制造工件的数据包括生成用于根据本发明的第一方面的方法或以上描述中优选方面中的至少一个在工件上形成正齿轮一个齿的控制数据。

根据本发明的第三个方法，提供了一种生成用于形成正齿轮齿的控制数据，该正齿轮包括一预设的通过在具有至少五轴的数控机床上铣削工件而获得的横向磨削，具体地，在通用机床上根据本发明前述方面中的方法通过沿着基于生成的控制数据的多个加工路径连续移动机床铣刀，该装置包括：用于提供正齿轮齿的至少一个齿面部的齿面部几何形状的第一输入装置，用于根据齿的预设的横向磨削为描述提供的齿面部的几何形状的变化确定参数的第二输入法装置，用于在齿面部的几何形状的基础上生成控制数据的控制数据生成装置，该齿面部的几何形状会根据确定的参数而改变，其中改变的齿面部的几何形状对应于具有预设的横向磨削的齿的齿面部的几何形状。

根据本发明的第四个方面，提出了一种生成用于制造具有齿轮的工件的控制数据，包括：提供齿数据信息的输入装置，在提供的齿数据信息的基础上计算工件的模型的模型计算装置，在提供的齿数据信息的基础上计算工件的模型包括在提供的齿数据信息的基础上计算提供的齿面部的几何形状，以及生成用于制造工件的数据的控制数据生成装置，生成用于制造工件的数据包括生成用于根据本发明以上描述的一方面中的方法在工件上形成正齿轮一个齿的控制数据。

以下描述的优选实施例涉及根据前述本发明的第三和第四方面的装置。

优选地，该装置包括用于在提供的齿面部几何形状和确定的数据的基础上计算改变的齿面部几何形状的模型，具体地，在提供的齿面部几何形状和确定的参数的基础上计算正齿轮齿的模型。

优选地，该装置包括用于确定提供的齿面部的几何形状中的至少一个的一个或多个移位位置的第三输入装置。

优选地，该装置包括用于显示改变的齿面部几何形状的模型显示装置，较优地，该模型显示装置进一步被配置用来显示提供的齿面部几何形状、用来显示工件的未加工部分的几何形状、用来在形成正齿轮之前显示工件的几何形状，和/或用来在形成正齿轮后显示工件的已完成部分的几何形状。

优选地，该装置包括用于输入、确定或定义齿信息数据的输入装置，或第一输入装置包括用于输入、确定或定义齿信息数据的输入装置，该齿信息数据可以包括表示工件大小和形状的输入、确定或定义的齿信息数据，该齿信息数据可以包括表示齿形状的输入、确定或定义的齿信息数据，具体地，表示包括直齿形状、螺旋齿轮形状以及螺旋形齿形状之一的齿形状的输入、确定或定义的齿信息数据，该齿信息数据可以包括表示齿面部的齿廓形状的输入、确定或定义的齿信息数据，具体地，表示包括渐开线形齿廓形状、摆线形齿廓形状以及圆形齿廓形状之一的齿廓形状的输入、确定或定义的齿信息数据，该齿信息数据可以包括表示齿轮齿的几何形状大小和形状的输入、确定或定义的齿信息数据，和/或包括表示齿轮的齿的数量的输入、确定或定义的齿信息数据。

根据本发明第五方面，提出了一种至少包括五轴的数控机床，具体在为通用机床，用于沿着基于生成的控制数据的多个加工路径连续移动机床铣刀铣削工件。该机床包括上述本发明的第三或第四方面的装置。

在本发明的第六方面中，提供了一种包括计算机可读存储介质和其上的计算机程序装置的计算机程序产品，计算机程序装置用于形成一数据处理装置的数据处理装置，从而用来执行至少一个上述方面中的方法。

附图说明

图1是一个工件的正齿轮上的一个齿的示例性立体示意图；

图2是图1中的齿的示例性剖视示意图；

图3是在图2中沿着截面A-A的截面的示例性示意图；

图4是本发明的一个实施例中用于描述齿廓的移位位置的一个示例性剖视示意图；

图5是本发明的另一实施例中用于描述齿廓的移位的示例性剖视示意图；

图6是本发明的一个实施例中的一个齿廓的转动移位的示例性示意图；

图7A和图7B是本发明的一个实施例中沿着齿高的方向的齿廓的垂直移位的示例性示意图；

图8A是本发明的一个实施例中一个用于生成控制数据的装置的示例性示意图；

图8B是图8A中装置中的输入装置的示例性示意图。

具体实施方式

接下来将参考附图详细描述本发明的优选择实施例，尽管如此，本发明并不限于被描述的实施例。本发明的范围在权利要求中描述。实施例中的相同或类似特征在附图中由相同的引用数字标识。

作为典型的直齿轮，图1为一个工件的正齿轮的齿1的典型立体示意图。图1中的齿1包括一个齿根1a，一个齿顶1b以及包括齿面部1c的齿面部，其中齿面部1c位于齿根1a和根头1b之间。在后续使用正齿轮的过程中，一个对应的正齿轮的对应侧滚离齿面部1c。齿面部1c有时被提及作为齿1的侧面的活动齿区域。

齿面部1c可以对应于齿1表面区域，根据一个数字精确的齿面部几何形状该表面区域展现了一个数字精确的齿廓。在靠近齿根1a和齿顶1b的区域，齿1的形状可能不同于提供的数字精确的齿廓的数字精确的齿面部几何形状，这样的区域则可能不是活动的齿区域，也就是齿面部1c的区域。在后续描述中根据齿的活动齿廓，假设齿面部1c是齿廓的一个部分。

根据在修改或改变的齿面部几何形状之前提供的齿面部几何形状，图1中的齿1具有齿面部。具体地，沿着齿1的整个宽度齿1具有相同数字精确的齿廓(在这里作为典型的，为一个渐开线形的齿廓)。在图1中齿1沿螺距方向的齿厚为常数，从而齿1没有展现出横向磨削。

可能地，可以在提供的、决定的或输入的必需齿信息数据的范围内计算正齿轮的齿面部1c的几何模型，例如，可以通过CAD系统来计算。具体地，例如下述齿信息数据可以用来计算齿面部1c的数学的或数字模型：

·在加工之前和/或加工之后表示工件大小、形状的数据(例如，用于计算工件未加工的部分的几何形状的数据和/或工件完成的部分或工件未加工的部分的模型的几何形状的数据和/或工件已完成的部分的几何形状的数据)，

·表示齿形(齿的类型)的数据，具体地，表示不同齿中的一种齿形的数据，包括直齿、螺旋齿齿轮、圆形齿以及螺旋齿形的齿或其它，

·表示齿面部的齿廓的数据，具体地，表示不同齿廓形状中的一种齿廓的形状的数据，包括渐开线齿廓、摆线齿形齿廓以及圆形齿廓或其它形状的齿廓，

·表示齿轮齿的齿几何形状的大小和/或形状的数据，具体地，表示齿高度、齿厚度、齿宽度或类似参数的数据，和/或

·表示齿轮的齿的数量的数据。

在以上数据的基础上，计算或生成数字精确的齿或包括齿的工件模型是可能的，该齿包括齿面部或一个对应于一数字精确的齿面部几何形状的齿面部1c。根据齿面部的表示的齿廓，如渐开线齿廓形状，具体地，可以使得齿具有一个数字精确的齿面部几何形状。

从计算模型出发，如通过CAD系统的计算模型，可以在该模型的基础上计算出加工路径数据，例如通过CAM或CAD/CAM系统(CAM计算机辅助制造)为生成一个如NC程序(用于数控的NC)或部分NC程序。加工路径数据包含在控制数据中，基于该控制数据的工具，例如端铣刀或其它，可以被至少包括五轴的数控机床控制，例如，铣床、通用铣床或加工中心。工具可以被控制从而使得通过沿着由加工路径数据表示的加工路径连接移动该工具，形成齿面部1c，具体地可以沿着加工路径的平行线逐条地移动工具。参见德国专利DE 102009008124，其中描述了优选地如何基于提供的齿面部几何形状生成这些加工路径。

根据本发明的实施例，控制数据不是在提供的齿面部几何形状的基础上生成的，提供的齿面部几何形状是一个数字精确的或理论的齿面部外形或齿面部几何形状，而控制数据是以改变的齿面部几何形状的基础上生成的，为了方便地修改齿的横向磨削，该改变的齿面部几何形状是先于或在生成控制数据过程中被改变或修改的，甚至先于工件的第一次加工。因此，齿的一预设的横向磨削可以通过简单、有效的方式获得，无需在机床加工工件之后，在后期处理过程中为了构建预设的横向磨削在耗费时间以及带来不便的需求。

根据本发明的优选实施例，为横向磨削建模以及为横向磨削建模而修改/改变齿面部几何形状将参考图1至5在后面进行描述。

在图1中，齿1有齿高1f，其中在齿高1f的一半处定义了一个对应于围绕正齿轮的转动轴的圆的分度圆1d，该正齿轮的半径对应于工件的内基本部的半径与齿高1f的一半的和。图1中的截面1e作为示例性地对应于由沿着在分度圆1d的位置的圆柱面延伸而成的齿1的截面。其中圆柱面的轴与正齿轮的转动轴共轴。因此，在该实施例中截面1e沿着分度圆1d进行延伸。尽管如此，本发明并不限制截面为圆柱面，可以参见图5相关的实施例的描述。

截面1e与齿面部1c在分度圆1d处，也就是在齿根1a和齿顶1b之间高度的一半处定义了一个直齿面部曲线7。

图2是图1中齿的作为示例性的剖视示意图。因此，根据提供的齿面部几何形状，齿1有一个齿面部1c。引用数字1g描述了正齿轮的内基部分，也就是在齿根1a处的一个圆。同一个齿1的相对的齿面部1c’也在图中被示出。

图3为沿着图2的截面A-A的截面1e的示例性示意图。作为典型的，截面1e根据分度圆1d沿着圆弧线进行伸展，而不是沿着直线进行伸展。在齿面部7上定义了移位位置2a、2b、2c、2d、2e、2f以及2g。这些移位位置可以是预定义的或通过用户输入的输入参数，这些输入参数决定了齿面部曲线7上的移位位置。这此参数可以通过输入移位位置2a到2g分别到它们各自相邻移位位置的距离来确定，和/或通过输入移位位置2a到2g分别到齿面部曲线7的外边缘的距离来确定。

为了定义齿面部几何形状的预设移位，在分度圆处的齿面部或齿面部曲线7对应于移位位置2a到2g的每个位置定义或确定了移位参数3a到3g。

从而，根据修改后的齿面部曲线8在分度圆处齿面部的移位被确定。优选地，齿面部曲线8表示以内插值替换的曲线，该曲线为由各个移位参数确定的横横切位置，这样在这些位置的转变是均匀的和连续的，具体地，转变位置较优地为切线。

按照类似的方式，在对应的齿面部1c’上的齿面部曲线7’定义移位位置2a’到2g’，对应地的移参数3a’到3g’可以被定义或确定。因此，对于对应的齿面部1c’，也可以根据移位参数3a’到3g’获得修改后被移位的齿面部曲线8’。

获得的修改后的齿面部曲线8和8’定义了在分度圆1d处的改变后的齿面部几何形状。因此，在本实施例中，只需要在分度圆外定义用于修改齿面部几何形状的参数。整个齿面部的几何形状的改变可以根据下面图4的描述的原理以简单、有效地方式获得。

在本发明实施例中，为了描述齿形状的移位，在图4中描述了齿1沿着图3中截面B-B的示例性剖面示意图。

如图3所示，通过在定义移位位置2b和2b’时确定移位位置3b和3b’，移位或齿面部1c和1c’的缩进被示例性定义或确定在分度圆处。齿面部曲线7和7’的截面位置以及8和8’也在图中被示出。

参考数字4描述了齿面部1c的齿廓，参考数字4’描述了齿面部1c’的齿廓。

通过围绕正齿轮齿的转轴转动直到各个齿廓与修改的齿面部曲线8和8’各自相切时，齿面部1c和1c’的修改的齿面部几何形状可以根据图4中按照箭头方向定义在移位位置2b和2b’处的移位参数3b和3b’，通过转动或转动移位齿廓4和4’来获得。

因此，通过在位移位置处齿廓的转动移位，可以通过只输入各个位移参数，以简单有效的方式移位整个齿廓。

不论横向磨削的信息是什么，通过齿廓的转动或转动移位，随后的正齿轮运动行为仍然是最优的。在低负载情况下，正齿轮齿只沿着最小转动的移位位置或对应于最小移位参数的移位位置处的齿廓上的中心位置线滚动。在高负载情况下，根据增加的负载，一般情况下齿面部会发生变形，其中由于变形的原因，由对应于大移位参数转动的较大转动获得的齿面部的部分会与相对滚动的齿面部接触。由于根据图4这些部分的齿廓转动移位，不论在高负载情况下形成的横向磨削，正齿轮的滚动行为仍然是最优的。

在以上实施例中，移位参数作为示例性地被定义在分度圆处。尽管如此本发明并不受此限定，在其它实施例中移位参数也可以被定义在其它处，例如，在齿根处或齿顶处。

根据本发明的另一实施例，为了描述齿廓的移位，图5示出了齿1的一示例性剖视示意图。在本实施例中，沿着分度圆的相切方向，截面1e由一截平面给出，具体地，中心接触分度圆并相切在点6，从而截面1e相对于齿1位于水平方向，例如位于穿过齿1的常数高度，该截面在与齿面部1的相交处定义了齿面部曲线7，在与齿面部1’的相交处定义了齿面部7’。

如图5所示，在本发明实施例中，虽然移位位置2b和2b’没有被精确定义在分度圆处，但是大体上仍然被定义在分度圆处。在各个移位位置齿廓的转动移位过程可以如参见图4所述的转动移位类似地执行。

作为示例，图6描述了本发明一个实施例中齿廓的转动移位，例如，通过图4和图5中的实施例获得的转动移位。引用数字1g描述了正齿轮模型的圆柱形内基体的外表面线，引用数字1d描述了被形成的正齿轮的分度圆。在移位位置2b(与图4类似作为示例地被设置在分度圆处)处通过移位参数3b定义或确定了齿面部1的移位。在移位位置2b齿面部几何形状的修改或改变是通过参考图4和图5所述的转动移位来实现的，在图4和图5中，根据移位参数值对应的距离值，齿廓围绕正齿轮的转动轴1h或正齿轮转动。

在前述实施例描述中，在被定义的对应于各个被定义的移位参数的移位位置，通过围绕正齿轮基体的转动轴转动齿廓描述了齿廓的“单向的”移位。与此无关的或除此之外，也就是说，与“单向的”齿廓移位无关或除“单向的”齿廓之外，齿廓可以被移位到齿1的垂直方向，也就是齿高度方向以及相对于正齿轮基体的转动轴的径向方向。

作为示例的，图7A和7B描述了根据本发明实施例沿齿高度方向齿廓的纵向移位。图7A示出了正齿轮(参见图1)中齿1的齿面部1c模型的正视图。齿1具有齿高1f。引用数字1a和1b指向齿根1a和齿顶1b。为了实现齿廓的垂直移位，应为改变提供的齿面部几何形状定义或确定参数。作为示例，通过垂直线L1和L2(或相对于所画平面成直角的截面L1或L2)将齿面部1c划分为三个部分B1、B2和B3。图7B在L1处的部分B1和B2之间的边界和/或在L2处的部分B2和B3之间的边界，通过输入高度参数H1描述齿廓的垂直移位。在中间的部分B2区域，齿廓是根据对应于定义的高度参数H`1进行垂直移位的。

在外边的部分B1和B3区域，齿廓是垂直移位的，这样朝向齿面部1c的外侧齿高度是减少的，例如，根据圆弧形曲线(或椭圆曲线或根据数学定义函数的其它曲线)的形状，在L1处从B1到B2的边界或在L2处从B3到B2的边界，该曲线的切线是变化的。这导致了齿面部1c的改变以及导致了齿廓几何形状的改变。图7B中在改变的齿面部1c延伸到齿根1a的阴影线区域，齿1可能显示出一任意的几何形状，例如，根据延伸的齿廓几何形状或根据通过具有端半径的端铣刀方式铣削的一个半径。

为了定义或确定圆弧形齿高在定义图7B中齿廓垂直移位的位置B1或B3处的减少，L1处B1到B2之间的边界或L2处B3到B2之间边界的输入位置以及输入的高度参数H1之中作为可选的输入参数，可以用作一个(对称的两个部分B1和B3)或两个(不对称或独立的两个部分B1和B3)圆弧形曲线的半径参数。

作为示例，图8A描述了用于生成控制数据的装置200的示意图，该控制数据用于制造具有正齿轮的工件或用于在本发明的实施例中生成控制数据。装置200被配置用来生成控制数据，该控制数据用于形成齿或正齿轮的齿面部，齿面部具预设的横向磨削，该磨削由至少包括五轴的数控机床铣削工件而得。具体地，通过沿着基于生成的控制数据生成的加工路径上连续移动机床的铣刀，在通用机床上铣削，例如铣床、通用铣床或加工中心。换言之，该装置可以被包括在机床中或固定或连接在机床上，或可以作为独立的装置被提供。

装置200可以作为一个或多个数据处理设备，例如一个或多个计算机或类计算机的数据处理设备。装置200包括用于输入数据、参数、信息或其它类似数据的输入装置210，具体地，输入装置210用于输入齿信息数据，装置200还包括用于在齿信息数据的基础上计算工件模型的模型计算装置220，具体地，用于基于齿信息数据计算提供的齿面部几何形状的模型。

进一步地，装置200包括控制数据生成装置230，用于为制造工件生成控制数据，具体地，为在数控机床上的工件形成正齿轮齿生成控制数据，该数控机床由控制数据被控制。

在该示例性实施例中，装置200包括显示装置240，用于显示改变的齿面部几何形状的模型，显示提供的齿面部几何形状的模型，显示在形成正齿轮之前的工件未加工部分的几何形状，以及显示形成正齿轮后的工件的完成部分的几何形状。

进一步地，装置200包括接口装置250，为了将控制数据传输到机床或机床的机床控制设备，通过该接口装置装置200可以被连接，例如，通过有线连接或无线连接，如无线局域网。接口装置250可以进一步被配置来存储控制数据在存储介质上，例如USB内存棒，闪存卡或其它介质，其中存储介质可以进一步地可与机床连接以用于传输控制数据到机床。

作为示例，根据本实施例，图8B示出了图gA中装置200的输入装置210的示意图。输入装置210包括用于定义或提供齿面部几何形状(提供的齿面部几何形状)的第一输入装置211，用于定义或确定移位参数的第二输入装置212，以及用于定义或确定移位位置的第三输入装置213。输入装置212和213提供了用于确定或输入参数的输入装置，该参数详细描述了提供的齿面部几何形状的变化。

第一输入装置210用于定义或提供齿面部几何形状甚至或整个工件的几何形状，该工件几何形状包括一个齿面部几何形状，第一输入装置210包括用于输入表示工件大小和形状数据的输入装置2111、用于输入表示齿形状(齿类型)的数据，具体地表示包括直齿、螺旋齿以及螺旋齿形齿中之一的齿的形状数据的输入装置2112，用于表示齿廓的数据，具体地，表示包括渐开线形齿廓、摆线齿廓和圆形齿廓之一齿廓数据的输入装置2113，用于输入表示齿几何形状和大小数据的输入装置2114，以及用于输入表示齿轮齿的数量数据的输入装置2115。

在通过输入装置210输入或定义的参数的基础上，模型计算装置220能够计算出具有齿的工件的模型，具体地，包括具有改变的或修改的齿面部几何形状的模型。在计算的模型的基础上，控制数据生成装置230能够生成控制数据，该控制数据包括为铣刀连续运动，具体地，逐行地铣削对应于改变的齿面部几何形状的正齿轮齿的齿面部的运动提供的加工路径数据。继而在加工路径数据的基础上可以实现控制数据的数字地和自动地生成，控制数据可以是由NC程序或部分NC程序提供的。

综上所述，本发明进一步简化了具有正齿轮的工件的加工、处理和生成过程，扩展了在至少包括五轴的数控机床上铣削工件的能力，具体地，数控机床为通用机床，例如铣床、通用铣床或加工中心。具体地，本发明提供了一种生成控制数据的方法和装置，该控制数据提高了本发明揭露的用于在至少包括五轴的数控机床上制造具有正齿轮的工件的非传统方法的应用范围，具体地，在通用机床上，其中工件上的齿轮可以在生成的控制数据的基础上通过齿面部的连续加工而形成，具体地可以通过逐行地加工而形成。最后，本发明进一步简化和提高了制造具有齿轮的工件的效率，使得根据预设的磨削形成至少一个工件的齿，具体地，在无需后期处理的基础上形成至少一个工件的齿。

Claims (21)

1.一种生成用于在至少包括五轴的数控机床上通过铣削工件形成具有预设横向磨削的正齿轮齿的控制数据的方法，具体地，在通用铣床上通过沿着基于生成的控制数据的多个加工路径连续运动机床的铣刀铣削工件，所述方法包括：

-提供至少一个正齿轮齿的齿面部的齿面部几何形状，

-根据所述正齿轮齿预设的横向磨削确定描述提供的齿面部几何形状的变化的参数，

-在齿面部几何形状的基础上生成控制数据，所述齿面部几何形状在确定的参数基础上发生改变，其中改变的齿面部几何形状对应于具有预设横向磨削的齿的齿面部几何形状。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成控制数据包括：基于提供的齿面部几何形状以及确定的参数计算改变的齿面部的模型，具体地，基于提供的齿面部几何形状和确定的参数计算正齿轮齿的模型。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定用于改变齿面部几何形状的参数，使得具有改变的齿面部几何形状的齿显示预设的横向磨削。

4.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，确定描述提供的齿面部几何形状的变化的参数包括：为提供的齿面部几何形状中的至少一个的一个或多个移位位置中的每一个确定移位参数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，一个或多个移位位置被定义在至少一个齿面部的齿面部曲线上，所述齿面部曲线对应于齿的截面与提供的齿面部几何形状的至少一个齿面部相截的交线。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述齿的截面为一截平面，具体地为一水平面的截平面。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述截平面与正齿轮的分度圆相切，具体地，其中截平面与正齿轮的分度圆相切于截平面的中心位置。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，齿的截面沿着圆柱面延伸，圆柱面的轴与正齿轮的转动轴同向同轴。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述齿的截面沿着正齿轮的分度圆延伸。

10.如权利要求4至9至少一项所述的方法，其特征在于，一个或多个移位位置被大体上定义在与正齿轮分度圆相同的水平处。

11.如权利要求4至10至少一项所述的方法，其特征在于，进一步包括在提供的齿面部几何形状上确定一个或多个移位位置。

12.如权利要求4至11至少一项所述的方法，其特征在于，改变的齿面部几何形状在一个或多个移位位置中的每个位置处相对于提供的齿面部几何形状被缩进一定的距离，该距离由确定的移位参数与提供的齿面部几何形状相比较来确定。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

改变提供的齿面部几何形状，根据各个确定的移位参数通过围绕正齿轮齿的转动轴转动齿面部的齿廓，使得所述齿面部的齿廓在一个或多个移位位置中的每一个处被移位。

14.如权利要求1至13至少一项所述的方法，其特征在于，进一步包括显示改变的齿面部几何形状的模型。

15.如权利要求1至14至少一项所述的方法，其特征在于，提供齿面部几何形状包括：

-提供齿信息数据，以及

-基于提供的齿信息数据计算一个提供的齿面部几何形状。

16.一种用于生成用来制造具有齿轮的工件的控制数据的方法，其特征在于，包括：

-提供齿信息数据，

-基于提供的齿信息数据计算工件的模型，包括基于提供的齿信息数据计算一个提供的齿面部几何形状，以及

-生成用来制造工件的控制数据，包括生成用来根据权利要求1至15至少一顶在工件上形成正齿轮齿的控制数据。

17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述齿信息数据包括：

-用于表示工件大小和形状的数据，

-用于表示齿形状的数据，具体在，表示齿形状中一个齿形状的数据，包括直齿形状、螺旋齿齿轮形状和螺旋形齿的形状，

-用于表示齿面部的齿廓形状的数据，具体地，表示齿廓形状中的一个齿廓形状，包括渐开线形齿廓形状、摆线形齿廓形状以及圆形齿廓形状。

-用于表示齿轮的齿的几何形状的大小和形状的数据，和/或

-用于表示齿轮的齿的数量的数据。

18.一种生成用于在至少包括五轴的数控机床上通过铣削工件形成具有预设横向磨削的正齿轮的控制数据的装置，具体地，根据权利要求1至17中至少一顶所述的方法，在通用铣床上通过沿着基于生成的控制数据的多个加工路径连续运动机床的铣刀铣削工件，所述装置包括：

-用于提供正齿轮齿中至少一个正齿轮齿的齿面部的齿面部几何形状的第一输入装置，

-根据正齿轮齿预设的横向磨削确定描述提供的齿面部几何形状的变化的参数的第二输入装置，

-在齿面部几何形状的基础上生成控制数据的控制数据生成装置，所述齿面部几何形状在确定的参数基础上发生改变，其中改变的齿面部几何形状对应于具有预设的横向磨削的齿的齿面部几何形状。

19.一种用于生成用来为制造具有齿轮的工件的控制数据，包括：

-用于提供齿信息数据的输入装置，

-模型计算装置，用于基于提供的齿信息数据计算工件的模型，包括基于提供的齿信息数据计算提供的齿面部几何形状，以及

-控制数据生成装置，用于生成用来制造工件的控制数据，包括根据权利要求1至17中至少一顶为在工件上形成正齿轮齿生成控制数据。

20.一种至少包括五轴的数控机床，具体地，为通用机床，用于通过沿着基于生成的控制数据的多个加工路径连续运动机床的铣刀铣削工件，机床包括权利要求18或19中的所述装置。

21.计算机程序产品包括计算机可读存储介质以及其上的计算机程序装置，所述计算机程序装置用于形成一数据处理装置的数据处理装置，以用于执行权利要求1至17至少一顶所述的方法。

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