CN113631311A - 生产或加工齿部的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在工件(3)上生产或加工齿部(2)的方法，在该方法中，围绕其旋转轴线(C)被旋转驱动的工件与围绕旋转轴(C2)旋转的刀具齿部(5)进行滚动加工接合，尤其是与工件旋转轴线呈非零交叉轴线角度，其中已经在源自刀具磨损(52)、尤其是至少一个刀具齿(51)与其他刀具齿相比磨损更高的反复出现不规则性的机器操作阶段使用传感器自动记录加工操作以自动监控所述加工操作。本发明还涉及一种齿轮切削机床以及用于其的监控程序。

Description

生产或加工齿部的方法

本发明涉及一种用于在工件上生产或加工齿部的方法，在该方法中，围绕其旋转轴线被旋转驱动的工件与围绕旋转轴线旋转的刀具齿部进行滚动加工接合，该旋转轴线特别地与工件的旋转轴线呈非零交叉轴角度。本发明还涉及为此目的设计的齿轮切削机床。这样的方法是本领域技术人员众所周知的，例如在例如EP 2 537 615 A1中描述的齿轮刮削，该文献关于齿轮刮削的术语和加工接合通过引用并入本文，其中齿轮刮削是本发明优选的齿轮加工。

特别是在加工较大的工件批次时，会用新刀具定期更换设计有刀具齿部的刀具，因为刀具的逐渐磨损导致加工质量低于所需公差。由于刀具更换是以牺牲每个工件的平均加工时间为代价的，因此尝试通过使用例如增加磨损的涂层来实现尽可能长的使用寿命。此外，人们试图尽可能延迟刀具更换，即不要过早更换刀具。例如，这是通过以下方式实现的：定期抽取所生产的工件齿轮的随机样本，例如检查其齿面的齿廓偏差，然后在工件侧面与其所需理想形状的偏差超过适当设定的公差阈值时更换刀具。

有时，也会发生刀具故障，例如刀具齿断裂。这种一次性事件由现代CNC机床中惯用的监控机制来检测，并发起紧急停止以避免对机床造成进一步损害。

然而，尽管采取了所有这些安全措施，但有时会发生这样的情况，如果需要，工件误差仅在后续使用带齿工件时才被检测到，并且可以追溯到不在期望公差范围内的工件齿部数据。即使这种差异是在后续使用(例如最终检查)之前确定的，但关于这是否是由于单个工件造成的或者该缺陷工件之前或之后的工件是否也可能具有影响的问题仍存在不确定性。

考虑到这些困难，本发明基于改进开头提到的类型的方法的目的，特别关于一方面刀具寿命和另一方面可靠性的良好组合。

本发明从方法论的观点，通过进一步发开发开头提到的类型的方法来实现该目的，其主要特征在于已经在源自刀具磨损，尤其是至少一个刀具齿与其他刀具齿相比磨损更高的反复出现不规则性的机器操作阶段使用传感器记录加工操作以自动监控加工操。由于根据本发明的监控，实现了工件出错或工件不正确生产的可能性降低，因为在加工操作期间已经可以获得关于最大局部刀具磨损的信息。相应地，可以在早期采取适当的措施，例如在刚通过工件的加工道次加工完的工件后中断加工，甚至立即停止加工。通过尽可能长时间地用尽当前使用的刀具来增加使用寿命，同时如果太接近或超过刀具的公差极限则减少后续的努力。

在优选实施例中，监控包括大于齿数和工件旋转速度的乘积的时间尺度上的周期性。以此方式，可以以特别合适的方式确定磨损最严重的刀具齿的相对影响。

为此，特别优选地将通过感官检测产生的时间信号变换到互补空间中，尤其是傅立叶变换。这有利于评估并允许引入合适的和期望的终止标准。

在这个背景下，优选地规定，监控包括置于变换信号上方的监控窗口。因此，在磨损最严重的刀具齿的影响在数量上最有效的区域中，特别地检查变换后的信号的行为。

如上所述，根据可能可变的可定义终止标准，不应再发生工件批次的不变加工。因此，如果不规则性超过预定水平，则监控系统生成警告信号。警告信号可以从操作员可以对其作出反应的代表不同警告级别的一类信号中选择，但也包括机器自动作出反应的信号。例如，可以在预警告阶段通知机床操作员以评估当前对不规则性的定量确定。如果只缺少几个工件来完成一个工件批次，操作员可以决定该工件批次仍待完成，例如，在下一个工件批次开始之前开始刀具更换。如有必要，机床本身也可以使用合适的算法做出这样的决定。在任何情况下，优选地规定，包括在任何情况下都没有用这种相关阶段的当前使用刀具加工新工件的警告信号。

优选地，确定用于输出警告信号和/或从可用警告级别中选择警告信号的标准，更准确地说，基于与被变换信号超过的监控窗口有关的预定阈值，生成警告信号所基于的不规则性超出预定量。阈值可以是结合到监控窗口中的变换信号的阈值。然而，在特别简单且可靠的形式中，使用幅度阈值。后者自然是第一个被监控窗口中增长最快的峰值超过的，因此，在这种情况下，也有针对性地考虑磨损最严重的刀具齿的影响。

关于加工操作的检测，优选在传感器检测期间记录声学信号。例如，这可能包括使用麦克风进行的录音。然而，优选地使用由加工操作引起的结构传播的噪声，并且诸如振动传感器/加速度传感器的传感器用于信号检测并且例如附接到承载刀具的刀具头上。通常一个传感器就足够了，但也可以使用多个传感器进行验证或故障安全。例如，所使用的一种加速度传感器根据基本原理工作，例如，振动质量被弹簧悬挂在加速度传感器壳体中，并且当传感器由于质量位置的关于传感器壳体的惯性相关变化而加速时确定质量位置，这可以通过弹簧行程来测量。优选使用具有尽可能高的固有频率的传感器，为此压电传感器被认为是合适的。传感器检测到的幅度变量的物理单位，例如以mg(g＝9.81m/s²)为单位指定的幅度，并不是唯一的实现选项；也可以使用以例如mm/s为单位的振荡速度。本领域技术人员可获得合适的传感器。此外，加工的功率值也可以用作输出信号，例如来自刀具主轴或工件主轴的旋转驱动器的电流。

在对变换信号的评估中，优选使用传感器记录的时间信号的时间范围，时间范围记录在至少一个工作道次中，其中在整个齿接的过程中考虑的接触区域大于大部分其他道次中的接触区域。这是最有效地记录最超前磨损的地方。

还规定，相关的感官检测发生在至少在一个区域中的一个道次内，该区域位于刀具齿部由于进给率完全进入和它开始退出之前之间。这增加了变换信号的稳定性和信息价值。相反，还优选的是，在传感器测量值被包括在变换信号中之前，等待与刀具齿部的进入相关联的加工干预的关于轴向进给的变化。为此，例如规定，流入的记录时间值仅是在达到工件的齿部宽度的20％、35％或50％时记录值。

确定变换信号所基于的时间间隔的长度；优选使用至少0.1秒的记录长度，但优选至少0.3秒或至少0.5秒。基本上，变换信号由于截止而在非常低的频率上是不精确的，并且在任何情况下相对那里的幅度都不能被完全加载。然而，这并不代表本发明的主要障碍，因为还在变换信号中检测到幅度阈值可以与最大幅度相关的谐波。

在优选实施例中，工件和刀具的齿数是可公度的或至少是准可公度的。可公度是指存在刀具和工件的齿数(不等于1)的最大公因数，特别是奇数最大公因数；准可公度是指该条件至少适用于与实际齿数相差最大值n的虚构齿数，其中n≤这个最大公因数的1/3。例如，下面的具体实施例，齿数85和51可与最大公因数17公度，齿数53和83可以通过分别改变2(2+2＝4<17/3)减小至此，因此这种配对存在准可公度。最大公因数优选为5或更大，特别是7或更大。

在这方面，工件和刀具的齿数差异至少为3，特别是至少为5，特别是至少为7也是优选的。在这样的条件下，其他机床频率的振荡效应更低，因此互补空间中的信号更清晰，这使得更容易确定更精确的阈值。

此外，取决于工件中刀具翻转的变换信号的区域也包括在监控中。相关性可以在于，例如，包括由工件速度乘以翻转因子形成的值的监控窗口，和/或该值的下一个(例如高达五次或六次)谐波中的至少一个。

在装置技术方面，一种用于在工件上生产或加工齿部的齿轮切削机床，具有用于工件的可旋转从动轴承和用于带齿刀具的可旋转从动轴承，以及用于控制滚动联轴器中发生的加工操作的控制装置，该齿轮切削机床受到保护，并且主要特征在于包括至少一个传感器的自动监控装置，该监控装置已经在源自刀具磨损，尤其是至少一个刀具齿与其他刀具齿相比磨损更高的反复出现不规则性的机器操作阶段使用传感器记录加工操作以自动监控加工操。

根据本发明的齿轮切削机床的优点源于根据本发明的方法的上述优点。该方法还以存储在数据载体上的监控程序的形式受到保护。

本发明的进一步特征、细节和优点可在参考附图的以下描述中找到，其中

图1是剥离轮和内齿部的剖视图，

图2a至图2c示出了刀具齿的磨损状态，

图3是对应于图2a的变换检测信号的表示，

图4是对应于图2b的变换检测信号的表示，

图5是对应于图2c的变换检测信号的表示，以及

图6示出了齿轮刮削机床。

在下文中，基于用于通过具有刀具齿部5的剥离轮4对具有内齿部2的工件3进行齿轮刮削的具体示例来示出本发明。从图1中可以看出，工件旋转轴C和刀具旋转轴C2呈交叉轴角度Σ。在选定的表示中，加工发生在轴的交点处，中心距轴与纸平面正交，但也可以想到偏心加工操作，如外部有齿工件的加工。

在具体实施例中，工件每分钟旋转353转，刀具每分钟旋转589转，工件z的齿数为85，而刀具的齿数z2为51。因此齿数的最大公因数为17，刀具在工件上翻转五次，即在将刀具旋转五次后，相同的刀具齿再次与相同的工件齿槽啮合。然而，也可以使用其他可公度或准可公度的齿数比。

工件每转一圈，工件的所有齿槽都是用选定刀具加工的，没有跳跃系数，由此可以由工件上的齿数与工件速度的乘积计算出接合频率，即对于所使用的具体示例为500Hz。

在该实施例中附接到机床的刀具头的传感器64拾取在加工操作期间发生的振动的时间信号。然而，传感器信号也可以被其他传感器检测到，如开头所述。记录可以连续进行，但无论如何在用于进一步评估信号的时间段内进行。在例如八个道次增加进刀量和加深切削的齿轮刮削的本实施例中，选择其中刀具齿部5和工件齿部2之间的接触区域较大的第五切削道次，并且，在该实施例中，从在工件齿部的中心水平上开始加工，通过傅立叶变换对被记录一秒的信号进行变换。如在该实施例中一样，也可以执行重复测量，例如两到四次进一步的测量和变换，但是优选地，只要轴向进给还没有进展到不再存在完全加工接合的程度，就只使用值。

互补空间中传感器信号的平均表示由在该实施例中通过对各个变换信号求平均而变换的三个记录形成。

这样的信号如图3所示，它反映了使用新切割轮进行的加工(图2a)。可以在上述500Hz的干预频率处看到峰值。

在进一步加工一批工件的过程中，刀具齿磨损，但通常不完全均匀；相反，刀具齿51通常是第一个示出磨损迹象52并且磨损进展最快的。对于这种齿，图2中示出了这种进展，图2b中的磨损范围为0.2毫米，图2c中的磨损已经达到2毫米，这会导致接合中的加工误差超出所制造工件的公差。

通过继续对参照图3描述的测量信号进行测量和评估，可以避免由刀具磨损引起的工件废品，因为当在低于接合频率下超过测量信号中的预定阈值时，加工一批工件的过程被中断。该阈值如图5所示，用S表示。相比之下，在磨损相对最超前的刀具齿的情况下尚未达到该阈值S，但从绝对值来说，在范围内仍可以进一步使用。另一方面，会形成峰值，在本实施例中，峰值主要在120(以及略低于150)Hz的范围内发展，并且随着该刀具齿的磨损增加而显着增加，并且在某些情况下甚至在幅度方面超过接合频率处的峰值。这可以通过以下事实来理解，磨损的刀具齿修改了在给定的翻转期间存在的工件齿槽的齿槽形状的变化(按1、52、18、69、35和1的顺序与其相关)，它们在工件旋转中发生的接合也发生在其他刀具齿上，但是，顺序为1、18、35、52和69，因此基本频率约为29.4Hz，这是可识别的作为监控窗口中峰值之间的距离，因此具体示例中的相关监控峰值是4次和5次谐波中的那些。因此，在特定实施例中监控窗口能够设置在80和160Hz之间的范围内，其中可以根据记录时间和其他齿数比得出其他单独的值，从而可以将监控窗口选择为更大以避免过度个性化，例如在从30到350Hz的范围内或从接合频率的第一百分比(例如5％、10％或15％)到接合频率的第二百分比(例如80％、65％或50％)的范围内。

不言而喻，可以通过预先确定将阈值水平设置为有意义的值。为此所需要的只是使用刀具进行测试试验，其中齿在磨损极限附近磨损，并创建图3至图5中所示并在上面解释的傅立叶变换传感器信号。因此可以建立一个非常精确的标准，特别是对于较大的工件批次，根据该标准可以及时但不会过早实施更换刀具，并且如果刀具的平均磨损仍然被认为足以满足进一步加工，该标准也会做出响应。

相应的监控控制可以集成到图6所示的齿轮刮削机床的(总体)控制装置99中，否则，该齿轮刮削机床非常典型地具有带有工件台70的机床床身80，通过该机床床身带有夹紧装置(未示出)的工件可以被围绕旋转轴C旋转驱动，并且在其上设有刀具侧CNC控制的机床轴线，以便在加工操作中和加工操作期间执行必要的运动。例如，这包括径向进给轴X、轴向进给轴Z、用于设置刀具旋转轴C2和工件旋转轴C之间的交叉轴角度的枢转轴A、以及在本实施例中连接在枢转轴A下游的切向轴Y，用于偏心加工操作设置。相应地，图6中示出了径向滑动件61，其承载垂直滑动件，在垂直滑动件62上布置有带有用于刀具的刀具头的滑动件63，该刀具头可再次在与径向方向X正交的平面中线性移动。例如，用于检测加工操作的状态的传感器在图6中具有附图标记64。传感器记录的时间信号也可用于过程的其他监控。

本发明不限于具体说明的实施例。相反，以上描述和以下权利要求的特征对于在其不同实施例中实施本发明而言可能是必要的、单独的和组合的。

Claims (16)

1.一种在工件上生产或加工齿(2)的方法(3)，在该方法中，围绕其旋转轴(C)被旋转驱动的工件与围绕旋转轴(C2)旋转的刀具齿部(5)进行滚动加工接合，所述轴特别是于所述工件的旋转轴呈非零交叉轴角度(Σ)，

其特征在于，

已经在源自刀具磨损(52)，尤其是至少一个刀具齿(51)与其他刀具齿相比磨损更高的反复出现不规则性的机器操作阶段使用传感器记录加工操作以自动监控所述加工操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控包括大于所述工件(3)的齿数(Z)和转速(n)的乘积的时间尺度上的周期性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由感官检测产生的时间信号在互补空间中进行变换，特别是傅立叶变换。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监控包括叠加在所述变换信号上的监控窗口。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，如果所述不规则性超出预定水平，则所述监控产生警告信号。

6.根据权利要求4和5所述的方法，其特征在于，基于预定阈值(S)来确定所述超出，所述预定阈值与被变换信号超过的监控窗口相关。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在感官检测期间记录声学信号。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述感官检测发生在至少一个加工过程中，其中在齿接过程中观察到的接触区域大于在多个其他道次中的接触区域。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述感官检测发生在至少一个区域的一个道次中，所述区域位于所述刀具齿部由于进给率而完全进入与其开始退出之前之间。

10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述感官检测期间进行多次记录，特别是长度至少为0.1秒，并且对所述多次记录的变换进行平均。

11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，工件和刀具的齿数(Z、Z2)是可公度的或至少是准可公度的。

12.根据权利要求3至11中任一权利要求所述的方法，其特征在于，依赖于所述工件上方的刀具翻转的变换信号的区域被包括在所述监控中。

13.一种用于在工件上生产或加工齿部的齿轮切削机床(100)，具有工件的可旋转从动轴承、带齿刀具的可旋转从动轴承以及用于控制滚动联轴器中发生的加工操作的控制装置(99)，

其特征在于，自动监控装置包括至少一个传感器(64)，该装置已经在源自刀具磨损，尤其是至少一个刀具齿与其他刀具齿相比磨损更高的反复出现不规则性的机器操作阶段使用传感器记录加工操作以监控所述加工操作。

14.根据权利要求13所述的齿轮切削机床，其特征在于，所述监控装置还被设计为执行根据权利要求2至12中任一权利要求所述的方法。

15.根据权利要求13或14所述的齿轮切削机床，其特征在于，至少一个固体声传感器设置在形成所述刀具轴承的所述刀具头上。

16.一种监控程序，当在齿轮切削机床的控制装置(99)上执行时，所述监控程序监控由根据权利要求1至12中任一权利要求所述的机床执行的方法。

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