用于生成通过在机床上铣削工件形成齿根面的控制数据的方法及装置

摘要

本发明涉及一种用于生成控制数据的方法和装置，所述控制数据是通过在至少有五轴的数控机床上铣削工件以形成齿根面，特别是在万能机床上，例如一个铣床，万能铣床或加工中心，基于在机床上生成的控制数据连续使铣刀通过，随着齿根面的几何形状预先定义，在齿根面的几何形状上接触图案面积的预定义，以及控制数据的生成取决于通过定义的参数修改特定的接触图案面积和由接触图案面积定义的齿根面的几何形状。

说明书

发明描述

本发明涉及生成用于在至少包括五轴的数字控制机床上通过铣削工件形成 齿轮齿的控制数据的方法和装置，具体地，利用机床的铣刀在通用机床上沿着 基于生成的控制数据的逐条运动。

具体地，本发明涉及生成用于在至少包括五轴的通用数字控制机床上通过 铣削工件形成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 轨迹逐条运动来控制，为了从工件将材料移除而形成齿面部。

另外，本发明涉及生成用于形成带齿工件的控制数据的方法和装置，包括 预定义齿信息数据的步骤，通过基于该预定义的齿信息数据计算工件的模型， 包括基于该预定义的齿信息数据计算预定齿面部几何形状的步骤，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齿的齿面部的控制数据的 步骤。

进一步地，本发明涉及数控机床，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，其中机床具体包括用于生成控制数据的装置。

最后，本发明涉及计算机程序产品，其中该计算机程序以静态序列形式存 储在存储介质上，静态序列与由数据数据处理设备的数据处理装置进行处理的 命令相对应，以便形成用于生成控制数据的装置。

发明背景

现有技术中关于如何在特定成齿机床上，即在特定单一功能的机器制造齿 轮或其它带齿工件是众所周知的。例如，已知的特定齿轮铣床，其能在工件上 形成齿廓，其中通过控制齿廓铣刀或齿廓磨削盘使得在工件上形成齿面部或 齿。齿轮刀具或齿廓磨削盘具有与工件上即将形成的齿面部预期齿廓形状相应 的截面形状。由于控制齿轮刀具或齿廓磨削盘沿着加工轨迹通过工件，形成一 条或者两条相对的齿面部，齿面部的轮廓对应于工具形状。

进一步地，已知的传统齿加工机器在特定单一功能的机器中同样也是屈指 可数的，其中齿是在齿轮上用铣刀形成，例如，根据Klingelnberg-，Glason-或 Oerliken方法形成。因此，齿面部的预见形状由铣刀的刀锋形状来定义。

上面描述的已知用于在工件上形成齿的方法具有以下不利之处：在工件加 工后，该工件需要后加工。模型化和/或接触图案的最优化，例如需要在特定负 载下优化已经成齿工件的运动行为，例如需要额外工序，在该工序中，工件上 齿的齿面部要按照期望接触图案来重新加工。此需通过手工或额外机床来完成。

例如，WO 2008/045572A1描述这种带齿工件的重新加工，用于后续齿面 部的重新加工reworking以修饰齿面部几何形状，为了获得期望的接触图案 pattern行为。根据WO 2008/045572A1的教导，重新加工通过重叠lapping来实 现，然而这种重新加工例如也可通过滚铣刀具或其他精密刀具来实现。

这种重新加工是非常耗时的，而且，另外还要求齿的接触图案在负载或无 负载下进行测试，而且即便其不用与期望的接触图案相应，也需要对齿面部进 行额外的重新加工。

然而本发明涉及一种最新发展的在至少包括五轴的通用数控机床上形成带 齿工件的方法，例如在铣床、通用铣床或加工中心上形成，其中通过标准铣刀 在工件上形成齿，例如用具有或不具有端部半径端部铣刀在特定加工步骤中沿 着连续铣削轨迹，以形成工件上的齿面部。与上面描述的传统成齿单一功能机 器形成带齿工件不同的是，本发明在通用机床例如铣床、通用铣床或加工中心 上直接在工件上形成齿。

这种在通用机床上形成带齿工件的技术例如在汉斯-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 zu gutenmit hoherauf Standardmaschinen)”的文章(在Carl Hanser Verlag，Munich出版社 出版的《车间和工厂》(WERKSTATT UND 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最新发展的方法 及其进展，该进展为由申请人进一步发展的技术(例如，DE10 2009 008 124)。

发明内容

鉴于以上描述以及现有技术中已知的方法，本发明的一个目的在于进一步 地简化带齿的工件的加工和/或形成，以及扩展在至少包括五轴的数控机床上铣 削工件的选择空间，具体地，在通用机床上，例如，在铣床、通用铣床或加工 中心上。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， 扩展最新发展的用于在机床上制造有齿轮的工件的应用可能，具体地，在通用 机床上，通过在工件的齿面部基于生成的控制数据进行连续或特定铣削加工。 具体地，更进一步地，本发明的另一目的在于使得有齿工件的生成按照这种方 式，以便工件具有期望接触图案的至少一个齿面部以简化、有效的方式形成。

为了完成上述发明的目的，根据利要求1提出了一种用于生成用来形成齿 面部的控制数据的方法，根据权利要求20提出了一种用于生成用来制造有齿工 件的控制数据的方法，根据权利要求21提出了一种用于生成用来形成齿面部的 控制数据的装置，根据权利要求22提出了一种用于生成用来制造有齿工件的控 制数据的装置，根据权利要求23提出了一种至少包括五轴的数控机床，以及根 据权利要求24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齿面部的控制数据的方法，具体为在通用机 床，例如铣床、通用铣床或加工中心上通过用机床的铣刀沿着基于生成的控制 数据的连续轨迹加工。根据本发明，该方法包括下列步骤：齿面部几何形状的 预定义，定义预定义的齿面部几何形状上的接触图案面积，定义用于修饰该预 定义的齿面部几何形状的参数以及依赖特定接触图案面积和定义了由该参数所 修饰的接触图案面积的齿面部的几何形状生成控制数据。

因此，根据本发明，例如，齿面部几何形状定义为对应于决定齿面部几何 形状的预定信息和/或数据的数学上精确和/或理论的齿面部几何形状，例如，信 息和/或数据例如是关于齿类型、工件形状、齿形状和/或轮廓形状的信息和/或 数据，这些可用来例如作为数学上精确和/或理论的齿面部几何形状的数字计算 的基础，例如用CAD程序。

然而，控制数据并不直接基于预定齿面部几何形状和/或基于预定齿面部几 何形状的模型(正如在DE 10 2009 008 124中的案例)而生成，但是相反，根 据本发明，接触图案面积决定于预定的齿面部几何形状，进一步，定义了用于 修饰预定齿面部几何形状的参数。因而，基于用于修饰预定齿面部几何形状的 定义了的参数以及基于该预定义的齿面部几何形状上的预定接触图案面积，经 修饰或变更的齿面部几何形状可被计算出，其中，根据本发明，控制数据可基 于修饰过的齿面部几何形状生成。

齿根面几何形状的修改优选的是以这种方式来完成，使得该修改的齿根面 几何形状，对应所定义的接触图案区，相对于所预定义的齿根面几何形状未作 改变，尤其是，修改的齿根面几何形状只是在所定义的接触图案区外部与所预 定义的齿根面几何形状不同。

这样的好处是，在确定接触图案区的步骤中，齿根面几何形状未相对于所 定义的齿根面几何形状修改和/或变化的区域可以很容易定义。因此，这个区域 可以很容易确定，其中修改的齿根面几何形状对应于定义的齿根面几何形状， 即，其中齿根面仍然具有预定义的齿根面几何形状的形状，虽然齿根面几何形 状有变化和/或修改。在定义的接触图案区之外，齿根面的几何形状可不同于所 确定的齿根面几何形状，根据所定义的参数来定。

预定义的齿根面几何形状优选的是对应齿根面几何形状，其在无载滚压区 间具有最大的接触图案。

因此，预定义的齿根面几何形状对应数学上精确和/或理想齿根面几何形 状，其中齿根面在无载滚压期间实质上与整个齿根面。修改齿根面几何形状之 后定义的接触面积优选的是描述在齿根面无载滚压期间与配对齿根面的接触图 案，尤其使得该修改的齿根面几何形状优选地对应一个齿根面几何形状，其具 有的接触图案对应与配对的齿根面在无载滚压期间所定义的接触图案区。

这具有以下优点：通过确定接触斑点区域，区域可以被确定，从而在无负 载情况下与啮合面部的滚动下确定或定义对应的接触斑点，从而对应于齿面部 区域的接触斑点区域可以被获得，其中，相对于预定义的齿面部几何形状，修 改的齿面部几何形状没有被修改。优选地，这对应于一数字精确的和/或理论的 齿面部几何形状，这样，在定义的接触斑点区域中的修改的齿面部仍然有一个 与数字精确的和/或理论几何形状相对应的几何形状。

优选地，该接触斑点区域按照以下方式进行确定，在该方式中在无负载、 与啮合面部滚动过程中，带有期望大小、结构和/或位置结果的接触斑点被获得。

预定的齿根面几何形状对应具有最大接触图案的齿根面几何形状，所述预 定的齿根面几何形状在具有配对的齿根面的齿根面无载荷滚压期间穿过所述齿 根面。

在修改齿根面几何形状之后，所述已经定义的接触斑点区域在具有配对的 齿根面的齿根面无载荷滚压期间描述一种接触图案，特别地，修改的齿根面几 何形状对应齿根面的齿根面几何形状，所述齿根面具有一接触图案，在与一个 配对的齿面无载荷滚压期间，该接触图案对应于所述已定义的接触斑点区域。

所述接触斑点区域通过这种方式确定：具有所需尺寸、结构及位置的接触 图案导致所述齿根面与一个配对的齿面的无载荷滚压。

所述接触斑点区域的确定包括：

-确定所述接触斑点区域的形状，

-确定在齿根面上的所述接触斑点区域的位置，

-确定所述接触斑点区域的尺寸，和/或

-确定在齿根面上的所述接触斑点区域的校正。

所述接触斑点区域的形状被确定为圆形，椭圆形，方形，正方形以及梯形。

用于修改预设的齿根面几何形状的参数是这样确定的：具有所需尺寸、结 构及位置的接触图案导致在载荷下所述齿根面横跨一个配对的齿面。

确定用于修改所述已定义的齿根面几何形状的步骤包括：在所述预定的齿 根面几何形状，在至少一个确定的复位位置上确定至少一个特殊的复位参数。

相对于所述预设的齿根面几何形状，所述已修改的齿根面几何形状降低到 至少一个确定的复位位置，对应于所述特别确定的复位参数。

优选地，定义用于修改预定义的齿面部几何形状的参数的步骤包括：在预 定义的面部几何形状的至少一个确定的缩进位置定义至少一个特定的缩进参 数。

这具有以下优点：齿面部几何形状的缩进可以在确定的缩进位置通过确定 特定的缩进参数，在接触斑点区域以外以一种特别简单的方式被定义。

优选地，在对应于特定的确定的缩进参数的确定的缩进位置处，修改的齿 面部几何形状被缩进，其中特定的确定的缩进参数是相对于预设的齿面部几何 形状的。

这具有以下优点：即使在生成控制数据之前，缩进参数可以在特定的缩进 位置被确定。其中，根据在特定的缩进位置的确定的缩进参数，即使在处理工 件之前，换言之，即使在控制数据生成之前或生成的过程中，齿面部几何形状 也可以被缩进。这样，在此之前熟悉为齿轮建模而进行齿面部后期处理的齿切 割师，作为示例地，可以通过定义在确定的缩进位置的缩进参数，利用他的经 验进行齿面部几何形状的缩进，该确定的缩进位置对应于在再处理过程中他在 处理齿面部的缩进的经验。

优选地，修改的齿面部几何形状的模型从而被计算出来，优选地，模型基 于修改的齿面部的几何形状。该模型已经根据确定的缩进参数，被缩进到一个 特定的、定义的缩进位置。例如，该确定的缩进参数可以是为了为齿轮的接触 斑点建模，在传统的齿轮机床上而获得的一个精确的齿面部。

优选地，该方法还包括步骤：在预定义的齿面部几何形状上确定一个或多 个缩进位置。

这具有以下优点：除了缩进参数，缩进位置也可以被确定，这样在控制数 据生成之前或生成的过程中，根据定义的缩进参数齿面部几何形状可以被缩进， 例如齿面部几何形状的模型。

优选地，至少一个缩进位置被设置在预定义的齿面部几何形状之外。优选 地，至少一个缩进位置被设置在预定义的齿面部几何形状的转角处。优选地， 至少一个缩进位置被设置在预定义的齿面部几何形状的相邻转角之间。缩进位 置，具体地较优地为至少八个缩进位置，较优地以这种方式进行定义，在这种 方式中，四个缩进位置被各自置于预定义的齿面部几何形状中一个转角处，和/ 或一个缩进位置被置于预定义的齿面部几何形状的两个相邻转角之间。

这具有以下优点：一个或多个缩进位置被定义在齿面部的特定位置，其中 为了每个特定工件和/或特定齿面部被加工出来，只需要位于特定的、预定义的 缩进位置处的缩进参数被定义，这样缩进位置已经被设置于预定义的齿面部的 最优位置。

优选地，齿面部几何形状相对于预定义的齿面部几何形状按照预设的方式 被修改，在该方式中，在定义的齿轮的接触斑点的齿面部几何形状没有被修改、 被缩进到与特定的、定义的缩进参数对应的特定、定义的缩进位置。优选地， 位于缩进位置和接触斑点之间的变换被均匀地计算，优选地，在该步骤中，修 改的齿面部几何形状的模型被计算出来。优选地，从齿面部几何到定义的接触 斑点的外部的变换是一致的和/或相切的。这样，一特定的均匀的几何形状被缩 进，修改的齿面部几何形状可以被获得。

优选地，该方法还包括显示修改后的齿面部几何形状的步骤。

这具有以下优点：修改的齿面部几何形状可以被可视化地检查，以定义改 正的缩进参数，若有必要，通过该步骤，从而可以在计算的模型的基础上控制 数据生成之前，可以再次定义接触斑点，直到在需要的、修改的齿面部几何形 状的基础上生成控制数据之前，对应于需要的、修改的齿面部几何形状，修改 的齿面部几何形状的模型被显示。

优选地，该方法还包括确定负载值。优选地，该方法还包括当齿面部在一 个负载下随着啮合的面部滚动时，期望的接触斑点被表示出来，该负载对应于 在修改的齿面部几何形状上的确定的负载值。

这具有以下优点：当工件随着啮合的面部滚动时，一特定的负载值，例如 一个对应工件的即将进行的操作的负载值，可以被确定。其中当在对应于该负 载值的负载下，齿面部随着啮合的面部滚动时，期望的接触斑点在修改的齿面 部几何形状中被表示出来，这样，从而可以检查在确定的负载值下，期望的接 触斑点是否与期望的接触斑点的大小、结构和/或位置相对应。当表示修改的齿 面部几何形状时，这可以通过在齿面部几何形状上表示高度线来近似地检查。 这些高度线表明了相对于预定义的齿面部几何形状的变化量和/或修改量。这种 高度线可以近似地表示在逐渐增加负载的情况下，接触斑点的行为。

优选地，定义齿面部几何形状的步骤包括：在定义齿面部几何形状的过程 中预定义齿数据。优选地，预定义齿面部几何形状的步骤还包括在预定义的齿 数据的基础上，计算预定义的齿面部几何形状的步骤。

优选地，齿数据包括表示工件大小和形状的数据、表示齿的设计的类型的 数据，具体地，包括来自正齿轮、伞齿轮、冕形齿轮、圆柱形齿轮和齿条设计 的设计，表示齿的类型的数据，具体地，包括来自正齿、螺旋齿、曲形齿、螺 旋形齿的齿形的数据，表示齿廓形状的数据，具体地，包括来自渐开线形齿廓、 摆线形齿廓和圆形齿廓的齿廓形状的数据，表示齿的齿几何形状的大小和形状 的数据，和/或表示齿轮的齿的数量的数据。

这具有以下优点：预定义的齿面部几何形状可以通过齿数据的定义被容易 地定义，其中只有很少的齿数据需要被定义，以用于定义齿面部几何形状。例 如，齿数据可以包括表示工件大小和形状的数据，表示齿的设计的类型的数据， 这样，例如，具体地，包括来自正齿轮、伞齿轮、冕形齿轮、圆柱形齿轮和齿 条设计的设计，进一步地，齿数据可以被定义为表示齿的类型的数据，例如， 正齿、螺旋齿、曲形齿、螺旋形齿的齿形之一被生成。进一步地，齿数据可以 包括表示期望的，或许数字精确的齿廓形状的数据，具体地，例如，齿廓可以 为渐开线形齿廓、摆线形齿廓和圆形齿廓的齿廓形状。进一步地，齿数据可以 包括表示齿的齿几何形状的大小和形状的数据，和/或表示齿轮的齿的数量的数 据。

具体地，较优地带有表示的齿数据使得可以计算出数字精确的、期望的齿 面部几何形状，具体地，通过计算预定义的齿面部几何形状的模型或计算具有 齿的已完成的工件的模型来实现，其中齿具有预定义的齿面部几何形状。

在本发明的第二方面中，提出了一种生成用于制造具有齿的工件的控制数 据的方法，包括如下步骤：齿数据的定义，在预定义的齿数据的基础上工件模 型的计算，包括在预定义的齿数据的基础上齿面部的计算的步骤，以及用于制 造工件的控制数据的生成，包括用于根据前述本发明的第一方面中方法，形成 工件上齿的齿面部的控制数据的生成。优选地，与前述的本发明的方法中的描 述的优选实施例中一个或多个进行结合。

在本发明的第三方面中，提出了一种生成用于在至少包括五轴的数控机床 上通过铣削工件获得的齿面部的形成的控制数据的方法，具体地，在生成的控 制数据的基础上，在铣床上，在通用铣床上或在加工中心通过连续移动机床的 铣刀，其中优选地控制数据是控制本发明的第一方面或第二方面中的方法生成 的。其中，设备包括：用于预定义齿面部几何形状的第一输入装置，用于在预 定义的齿面部几何形状上预定义一个接触斑点区域的第二输入装置，用于为修 改预定义齿面部几何形状确定参数的第三输入装置，以及用于在依赖于定义的 接触斑点区域和定义的参数修改的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。

在本发明的第四方面中，提出了一个用于根据前述本发明第二方面方法制 造具有齿的工件的设备，包括：用于齿数据定义的输入装置，用于在预设的齿 数据的基础上计算工件的模型的装置，包括在预设的齿数据的基础上计算预设 的齿面部几何形状的步骤，以及用于工件制造的生成控制数据的生成控制数据 的装置，包括根据前述的本发明的第一方面中方法，为工件上齿的齿面部几何 形状的形成生成控制数据的步骤，优选地，与前述本发明第一方面中方法的一 个或多个优选实施例进行结合。

在以下描述的优选实施例涉及本发明第三或第四方面中描述的设备。

优选地，该设备包括用于在预定义的齿面部几何形状、定义的接触斑点区 域以及定义的参数的基础上，计算修改的齿面部几何形状的模型的模型计算装 置。该模型计算装置可以被包含在生成控制数据的装置中，或作为一个独立的 装置被提供。

该设备和/或用于确定接触斑点区域的第二输入装置，优选地，包括用于确 定接触斑点区域的形状的输入装置，用于在齿面部上确定接触斑点区域的输入 装置，用于确定接触斑点区域的大小的输入装置，和/或用于在齿面部上确定接 触斑点区域的基础线的输入装置。

优选地，用于为修改预定义的齿面部几何形状确定参数的该设备和/或第三 输入装置包括：用于在预定义的齿面部几何形状上的至少一个确定的缩进位置 确定至少一个特定的缩进参数的输入装置。优选地，用于为修改预定义的齿面 部几何形状确定参数的该装置和/或第三输入装置也包括：用于在预定义的齿面 部几何形状(5)上确定缩进位置(2a至2h)中至少一个或多个特定缩进参数。

优选地，该设备包括一表示装置，用于表示修改的齿面部几何形状的模型， 用于表示预定义齿面部形状模型，用于表示工件的空白组件的几何形状，从而 在制造齿之前表示空白工件的几何形状，和/或表示工件的已完成组件的几何形 状，从而在制造齿之后表示已完成的工件的几何形状。

优选地，该设备包括用于定义和/或确定齿数据的输入装置，或优选地，第 一输入装置也包含一个用于定义表示工件的大小和形状和/或几何形状的数据 的输入装置，用于定义表示齿的设计类型的数据的输入装置，具体地，设计包 括来自正齿轮、伞齿轮、冕形齿轮、圆柱形齿轮和齿条设计的设计，用于定义 表示齿形状的数据的装置，具体地，齿形状包括来自直齿、螺旋齿、曲形齿、 螺旋形齿的形状，用于定义表示齿廓形状的数据的输入装置，具体地，齿廓形 状包括来自渐开线形齿廓、摆线形齿廓、圆形齿廓中的形状，用于定义表示齿 的齿几何形状的大小和形状的数据的输入装置，和/或用于定义表示齿的齿数量 的数据的输入装置。

在本发明的第五方面中，一个用于铣削工件的至少包括五轴的数控机床被 提出，通过在基于生成的控制数据的基础的机床上连续移动铣刀来铣削工件， 具体地数控机床为铣床、通用铣床或加工中心，提出的数控机床包括在本发明 的第三、第四方面中用于生成控制数据的设备。

在本发明的第六方面，提出了一个包括计算机可读介质和其上的计算机程 序的计算机程序产品，其中计算机程序可以以与设计用来被数据处理设备的数 据处理装置处理的命令对应的状态序列的形式进行保存，从而根据本发明的第 三、第四方面用于生成控制数据的设备被形成。

附图说明

图1是具有齿轮的工件上的一个齿的示例性的表示示意图；

图2是一个齿廓的示例性示意图；

图3是本发明的一个实施例中具有确定的接触斑点区域和缩进位置的齿面 部的示例性表示示意图；

图4A是通过缩进位置2h和2d剖视示意图，图中忽略了预定义的齿面部 几何形状的齿廓曲率；

图4B是通过缩进位置2f和2b剖视示意图，图中忽略了预定义的齿面部几 何形状的齿廓曲率；

图4C是通过缩进位置2g和2c剖视示意图，图中忽略了预定义的齿面部 几何形状的齿廓曲率；

图5A是通过缩进位置2h和2d剖视示意图，图中考虑了预定义的齿面部 几何形状的齿廓曲率；

图5B是通过缩进位置2f和2b剖视示意图，图中考虑了预定义的齿面部几 何形状的齿廓曲率；

图6A是本发明的一个实施例中用于生成控制数据的设备的示意图；

图6B是图6A中的设备的一个输入装置的示意图；

图7是本发明的一个实施例中用于生成控制数据的设备显示装置的示例性 图形表面。

具体实施方式

在下述详细描述中本发明中的优选实施例将结合附图进行说明。尽管如此， 本发明并不限于描述的实施例。本发明由权利要求的范围进行定义，在附图中 本发明实施例中的相同或相似特征由相同引用数字进行表示。

图1描述了生产过程中的工件的一个齿的齿1的示例性齿面部，例如，正 齿。图1中的齿1具有一个齿顶1b和齿根1a，其中齿面部1c位于齿顶1b和 齿根1a之间，该齿面部由虚线表示，在操作前述具有齿的工件的过程中啮合面 部在其上滚动。齿面部1c通过被表示为齿1侧面的活动齿区域。

在这里，例如，图1中的齿1c与齿1的区域相对应，齿1具有与数字上预 定义的齿面部几何形状对应的精确的齿面部几何形状。这意味着不加载负载的 情况下沿着齿面部1c滚动时，具有与数字上精确的齿面部几何形状对应的啮合 面部将与齿面部1c的整个区域进行基本上的接触，和/或与其滚动接触(对应 于一条直线或/或一条曲线，在从齿根1a滚动到齿顶1b或齿顶1b到齿根1a的 过程中，该直线和/或曲线沿着该滚动移动，并依赖于滚动的方向)。这样，当 在在没有负载的情况下，带有一数字精确的啮合面部的数字精确的齿面部1c 滚动时，图1中的齿面部1c(在图1中用虚线表示)通过接触斑点在实质上被 定义。

在齿顶1b和齿根1a的区域，齿的形状可能与预定义的齿面部几何形状和/ 或定义的齿廓不同，这样在以后论述中这个区域不被考虑在齿面部1c中，在以 后论述中齿面部1c的齿廓包括定义为活动齿的齿廓。

在本发明中，可以计算出齿面部1c的几何形状模型，例如，通过使用CAD 系统，通过被定义和/或确定的必需的齿数据。在这点上，为了计算齿面部1c 的数字或数学上的模型，以下数据可能是必需：

-在加工(例如用于计算粗坯和/或已完成部分几何形状和/或粗坯的模型和 /或已完成组件几何形状)之前和/或之后表示整个工件大小和形状的数据，

-表示齿的设计类型的数据，具体地设计包括来自正齿轮、伞齿轮、冕形 齿轮、圆柱形齿轮和齿条或其它设计的设计，

-表示齿类型的数据，具体地来自正齿、螺旋齿、曲线齿、螺旋形齿或其 它的齿形状类型，

-表示齿廓形状的数据，具体地，齿廓形状来自渐开线形齿廓、摆线形齿 廓和圆形齿廓或其它齿廓的齿廓形状，

-表示齿的齿几何形状的大小和/或形状的数据，具体地，例如，齿高、齿 宽或其它类似参数，和/或

-表示齿的齿数量的数据。

而且，例如在锥齿轮和/或对应的小锥齿轮(pinon)的情形下，可能有必要 指定或定义欲被制造的齿轮是否被设计成左或右旋转，锥齿轮和小锥齿轮的轴 线是否具有轴向位移，以及必要时，指定或定义表示相对齿轮的形状、尺寸及 任何其它表面特征的数据。

在以上数据的基础上，计算或生成数字精确的有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 10 2009 008 124，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。

有鉴于此，在本发明中，控制数据不是基于预定义齿面部几何形状的模型 生成的，其中该模型具有该齿面部轮廓或几何形状的数学上精确的形状。而是， 根据本发明，在生成控制数据之前或期间，该模型被修改和/或为了以有利的方 式模型化齿面部上的接触图案而甚至在工件的初始处理之前被修改。因此，以 一种简单有效的方式，在有齿工件的后续操作中可以实现一个特定的期望接触 图案行为，无需工件被重工，以在机床上初加工之后进行接触图案的建模。

接触图案的模型化和/或用于模型化一个接触图案而对预定义齿面部几何 形状所作的变化将在下面结合图2至5B并更具本发明的一个范例性实施例进 行阐释。

图2示出了为一个简单矩形的齿面部1C的抽象表示。在此，我们讨论一 个简化的抽象表示和/或变化的表示，其中根据预定义齿面部轮廓和/或预定义齿 面部几何形状的齿面部1c的曲度不加以考虑。因此，所发明的齿面部几何形状 的修改和/或变化可更加容易地例示。没有曲度的矩形，如图2所示，因此在此 是齿面部1C的抽象表示，其中图4A至4C所示的齿面部1C的抽象表示的曲 度表示不同于预定义齿面部几何形状的曲度之外的其它曲度。

图3是图2的齿面部1C的范例性抽象表示，其中，根据本发明的一个实 施例，接触图案区3和减少位置(reduction position)2a至2h被确定在齿面部 1C上。例如，图3中预定义的接触图案区3被确定或定义为椭圆形或椭圆体。 然而，本发明并不限制于椭圆体接触图案区，接触图案区也可以定义为任何形 状，例如，具有任何特定几何形状的形状或对应于基本几何形状的形状，比如 矩形、圆形或梯形，或对应于其它二维几何形状。

接触图案区3的面积例如由主轴3d和3c确定或定义，齿面部1C上的被 定义的接触图案区3的位置由主轴3d和3c的交点3a所确定或定义。

而且，在这个范例性实施例中，定义的接触图案区3的对齐可由表示椭圆 性的所定义的接触图案区3的主轴3b的对齐的角度来确定。

减少位置2a至2h被确定在齿面部1c之外。在此，减少位置2a、2c、2e 和2g例如位于齿面部1c的角落处，减少位置2b、2d、2f、2h位于齿面部1c 的两相邻角落的中间。减少位置2a至2h和/或其数量可由根据本发明生成控制 数据的程序或设备使用者定义或确定。

因此，在本发明中，减少参数是在10个具体减少位置2a至2h处确定，因 此，与预定义齿面部几何形状相比，该齿面部几何形状将在这些具体减少位置 被减少。

而且，在本发明中，齿面部几何形状没有被修改或没有在所定义的接触图 案区3中被修改。根据本发明在减少位置2a至2h进行的减少参数的定义因此 仅实现位于接触图案区3之外的齿面部区域的齿面部几何形状的减少。换句话 说，在所定义的接触图案区3内部，数学上精确的齿面部几何形状可以被保留， 其对应所定义的齿面部几何形状。因此，可以确保，尽管所定义的接触图案区 3之外的齿面部几何形状被减少，在齿面部1c随配合面部的无负载转动过程中， 会产生至少一个接触图案，其大小、位置和结构与所确定的接触图案区3对应。

鉴于在齿面部几何形状的变化之前，齿面部1c随配合面部的无负载转动过 程中，将会在齿面部1c的实质上整个区域产生接触图案，根据本发明，接触图 案可以在这些面部的无负载转动过程中已经产生，其大小、形状和/或结合可被 选定或随机定义。

为了模型化在负载状态下的接触图案，本发明提供了在具体减少位置2a 至2h对具体减少参数的确定，因此，齿面部和/或齿面部几何形状在所定义的 接触图案区3之外确定。

作为一个例子，结合图4A至4C例示齿面部几何形状的减少。例如，图 4A是图3的减少位置2h和2d的剖视图，其中在减少位置2h和2d，具体减少 参数4h和4d被确定，其定义了齿面部几何形状的减少。另外，所定义的接触 图案区3的区域例示在内部，其中从图4A可以证实，在所定义的接触图案区3 的内部，齿面部几何形状没有被修改，其中在具体减少位置2h或2b朝外，齿 面部几何形状的连续减少以这样一种方式完成，使得在减少位置2h和2d，可 根据所定义的减少参数4h和4d获得齿面部几何形状的减少.

类似地，图4B和4C示出了齿面部几何形状的沿减少位置2f和2b(图4b) 之间和减少位置2g和2c(图4c)的截面进行的减少，其中对应的减少参数4f、 4d和4c是被确定的。

从图4A至4C可以证实，根据本发明的实施例，齿面部几何形状的减少被 执行，使得过渡位置(尤其是在与所定义的接触图案区3相交的区域)被连续 地和/或沿切向执行，尤其具有一致的过渡。从内部定义的接触图案区3到所确 定的减少位置同样连续地发生减少，尤其具有一致的曲率。

如已经在上面提到的，在图3至图4C中，为了简化表示，已经定义的数 学上精确的齿面部1c的齿面部几何形状的曲率被省略了或者没有示出。图5A 和5B示出了根据本发明的一个实施例，结合考虑齿廓曲率情况下的实际齿面 部几何形状，如何在生成控制数据之前进行接触图案的建模。

图5A示出了减少位置2h和2d之间的截面，其中标号5表示预定义齿面 部几何形状，标号6表示在所确定的减少位置2h和2d确定接触图案区3和确 定减少参数4h和4d之后的改变的齿面部几何形状。由于在当前这个例子中， 我们讨论的是直齿轮，减少位置2h和2d是确定在齿的相同高度(实质上是在 半圆的水平)，与所预定义的齿面部几何形状5相交的线在图5A中是直线。

然后，被修改的齿面部几何形状在减少位置2h和2d具有对应于所定义的 减少参数4h和4d的减少，其中在优选的连续曲率的情形下，减少朝确定在内 部的接触图案区3降低，同时进入接触图案区3，尤其是沿切向方式进入。根 据本发明，在所确定的接触图案3区域内的齿面部几何形状没有被修改。

相反地，图5B示出了沿减少位置2b和2f之间的齿廓的截面，其中在此范 例中，齿廓形状与渐开线形状对应。这意味着图5B的预定义地齿面部5的相 交线呈渐开线形状。继而，根据所定义的齿面部5，齿面部几何形状的变化是 在减少位置2b和2f进行，从而获得修改的齿面部几何形状6。继而，在所定 义的接触图案区3的区域，齿面部几何形状6与预定义的齿面部几何形状5相 比没有被修改，其中修改的齿面部几何形状6具有一致的过渡，尤其是在所定 义的接触图案区3的外齿面部具有切向过渡。

现在，根据被修改的齿面部几何形状，被修改的齿面部几何形状和/或具有 被修改的齿面部几何形状的有齿工件的模型可以被建立。然后，根据该模型， 以已经从德国专利DE10 2009 008 124所知的方式，用于制造该工件或齿面部 1c的控制数据可以被生成，使得铣刀例如机床的端部铣刀，例如根据该控制数 据通过连续铣削移动来铣削齿面部。

从这种铣削加工产生的工件则具有齿面部(制造后立刻具有)，其对应修 改的齿面部几何形状，使得接触图案刚好在生成控制数据之前和处理或制造之 前就被建模，则不必要进行之后的再处理例如研磨或磨削。

特别是，减少参数和所定义的接触图案区3可以这种方式确定，以在配对 的齿面部上具有特定负载的情况下齿面部移动期间，接触图案将具有期望的接 触图案，尤其是具有期望的大小、位置和形状。本发明因此可以简单有效的方 式实现齿面部的接触图案的建模，使得在随配合齿面部做无负载转动时和/或在 负载状态下移动齿面部时，例如，对于特定负载值，期望的接触图案可被获得。

图6A示意性的示出根据本发明的一个实施例用于产生控制数据以制造有 齿工件或生成控制数据的装置200。装置200适合产生控制数据用于通过在具 有至少5轴的数控机床上铣削工件而形成齿面部。尤其是在铣床上，在通用铣 床上或在处理中心，通过连续进刀，根据所产生的控制数据来进行。该装置可 以是机床的一部分，即，包括在机床中或可被至少固定在机床上，或甚至可单 独于机床制造。该装置可由一个或多个数据处理装置形成，例如一个或多个计 算机或类似计算机的数据处理装置。

装置200包括用于输入数据、参数、信息或用于定义齿数据的输入装置210 以及用于在所定义的齿数据的基础上计算工件模型的模型计算装置220，具体 地，用于基于齿数据计算预定义的齿面部几何形状的模型。另外，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 机床上的工件形成齿轮的齿面部生成控制数据，该数控机床由控制数据被控制。

另外，根据本范例的装置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，显示所定义的齿面部几何形状的模型，显示在形成齿轮之前 的工件未加工部分的几何形状，以及显示形成齿轮后的工件的完成部分的几何 形状。

另外，装置200包括接口装置250，用于连接该装置至机床或机床的控制 设备以例如将控制数据传输到机床或机床的机床控制设备。例如，通过有线连 接或无线连接，如无线局域网。接口装置250可也适合存储装置200产生的控 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。

图6B示出了图6A中装置200的输入装置210的示意图。输入装置210包 括用于确定或定义齿面部几何形状的第一输入装置211，用于在所预定义的齿 面部几何形状上确定或定义的接触图案区的第二输入装置212，以及用于定义 或确定所定义的齿面部几何形状的变化的参数的第三输入装置213。

用于定义和/或确定齿面部几何形状或确定整体工件几何形状的第一输入 装置211包括用于定义表示工件大小和形状和/或几何形状的输入装置2111、用 以定义表示齿的设计类型的数据，具体地，表示包括直齿轮、锥轮齿、冠轮(crown  wheel)、圆柱齿轮和齿条之一的输入装置2112，用于定义表示齿形状的数据， 具体地，表示包括直齿轮、螺旋齿轮、弧形齿之一的数据输入装置2113，用于 定义表示齿廓的数据，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2114，用于定义表示齿几何形状和大小数据的输入装 置2115，以及用于定义表示齿轮齿的数量数据的输入装置2116。

用于确定接触图案区的第二输入装置212包括输入装置2121、输入装置 2122、输入装置2123、输入装置2124。输入装置2121用于确定接触图案区的 形状。输入装置2122用于确定接触图案区在齿图面上的位置。输入装置2123 用于确定接触图案区的大小。输入装置2124用于确定接触图案区在齿面部上的 对齐。第三输入装置213用于定义或确定预定义齿面部几何形状的变化的参数， 包括输入装置2131和输入装置2132。输入装置2131用于确定或定义在所定义 的齿面部几何形状上的至少一个确定的减少位置的至少一特定减少参数。输入 装置2132用于确定或定义所定义的齿面部几何形状上的一个或多个减少位置。

在输入装置210的齿数据输入的基础上，模型计算装置220可计算有齿工 件的模型，特别是特定或修改的齿面部几何形状的模型。然而，根据计算的模 型，控制数据生成装置230生成用于铣刀根据变化的齿面部几何形状所作的连 续或特定加工齿面部的路径数据。根据所计算的路径数据，可以实现控制数据 的数字地和自动地生成，例如，以NC程序形式生成。

图7是装置200的显示装置210的表面(特别是交互性)的示意图，用于 根据本发明实施例产生控制数据。例如，图7显示，工件已被指定为锥齿轮， 即齿设计之前就被定义为锥齿轮设计。在输入和现实区10，使用者可选择和/ 或指定齿数据是否要针对锥齿轮或属于之前确定或定义的锥齿轮的小齿轮进行 定义或确定。在输入和显示区20，使用者可选择和/或指定被制造的锥齿轮是否 将具有直齿、螺旋齿，即锥齿轮的齿形可被选择。在输入和显示区30，使用者 可选择和/或指定被制造的锥齿轮是否将被设计用于具有左凹或右凸齿间隙面 部的小齿轮。小齿轮的旋向显示在显示区40。锥齿轮的之前确定的数量显示在 显示区50。在输入和显示区60，使用者可选择和定义被制造的锥齿轮的轴线是 否在操作中将相对于小齿轮的轴线偏移。如果轴向偏移将被使用，则轴线偏移 (例如以mm为单位)可进一步在输入和显示区60中定义。在输入和显示区 70，使用者可选择和定义锥齿轮和小齿轮的二轴线是否将形成直角，如果使用 不同于90度的角，则角度大小可被输入和/或定义。

使用者可在输入和显示区80定义或确定减少参数4a至4h(例如以mm为 单位)。本实施例的减少位置2a至2h已经根据图2所示的齿面部1c上的位置 被指定。修改或根据所定义的接触图案区3和所定义的减少参数4a至4h而修 改的齿面部几何形状6以立体图例示于现实区90(以类似于图4A至4C的抽 象方式表示，即没有显示预定义齿面部几何形状的曲率)。在齿面部上确定的 接触图案区3同样被例示。修改的齿面部几何形状6的立体图例可被旋转以从 不同视角检验修改的齿面部几何形状6。

为了在齿面部上确定和/或定义接触斑点3，用户可以从输入的显示区域100 选择各种基本的形状，以用于定义接触斑点3的形状。例如，用户可以从图7 中的基本椭圆、长方形和梯形形状中选择。在输入的显示区域110，用户可以 在齿面部上定义或确定接触斑点3垂直的或水平位置。定义的接触斑点区域3 的基准线可以在输入的显示区域12(例如作为相对于齿面部水平面中间的有角 的基准线)中被定义。最后，用户可以在输入的显示区域130定义接触斑点区 域的大小，例如由于为了接触斑点区域3在输入和显示区域100，椭圆形状在 图7中被定义，这样，用户可以通过定义椭圆的半轴a和b的长度，定义接触 斑点区域3的大小，具体地，在输入的输入区域130a和130b。

只要齿数据被定义或确定，用户就可以操作输入区域140以启动计算修改 的齿面部几何形状的模型的计算，或以用于在输入信息的基础上生成控制数据， 该输入信息包括确定的接触斑点区域和为修改齿面部几何形状确定的参数。

综上所述，本发明改良和提高了加工和/或制造齿工件的效率，另外扩展了 在至少包括五轴的数控机床上铣削工件的方法，具体地，在通用机床上，例如， 在铣床、通用铣床或加工中心上。具体地，本发明提供了一种用于生成控制数 据的方法和设备，该控制数据扩展了本发明中在机床上制造有齿工件的方式。 具体地，在通用机床上，通过在工件上基于生成的控制数据使用铣刀连续的和/ 或特定铣削齿面部，铣刀可以是端铣刀或类似的铣刀。最后，本发明有齿工件 的制造变得可能，从而并不需要任何后期处理，使得带有期望的接触斑点的工 件的至少一个齿面部可以以一个简单和有效的方式被制造。