用于锥齿轮切削的具有有效安置棒型刀片的切削工具

摘要

一种面滚削和面铣削的锥齿轮制造面切削头(2)，其中面切削头包括夹紧到有效安置表面(14、18)的有效刀片安置且棒型矩形或方形切削刀片(6)。各切削刀片通过非自锁系统进行轴向运动来径向调整。

说明书

技术领域

本发明涉及用于齿轮的切削刀具，且具体涉及具有切削头的面切削工具， 该切削头具有棒型切割刀片以及将切割刀片夹持在切削头内的装置。

发明背景

锥齿轮和准双曲面齿轮可以在单分度工艺(平面铣齿)中进行切削或在连 续分度工艺(平面滚齿)中进行切削。在展成或摇台平面内的基本的切削装置 将刀头的中心置于远离展成齿轮中心(摇台轴线)一定量的位置，其中该量被 称为径向距离。当刀具旋转时刀具刀片的廓形代表展成齿轮的一个齿。用于锥 齿轮切削的常用的端面刀具具有若干刀片组，其中每组刀片组具有1到4个刀 片.最常见类型的端面刀具是带有一个外侧与一个内侧刀片的双面(完全)刀具。

在大多数棒型刀片切削系统中，具有矩形刀片横截面的切削刀片通常经由 夹持块或夹持螺钉与切削头的径向安置表面之间的摩擦安置而固定到切削头 内。在US6,120,217中示出有效(positive)刀片安置的示例，其包含具有两 个特殊定向安置表面的五边形横截面。对于切削刀片(尤其是如果刀片材料是 金刚砂时)来说，实现刀片与切削头之间的刚性和精确安置是非常重要的。夹 持系统的一个目的是切削刀片的精确定位和高安置刚度而在刀具运行期期间 没有任何刀片运动，刀具运行期例如可以是连续齿轮切削超过8小时。

发现具有有效刀片安置的某些类型的切削系统具有有限的工业利用率。这 些切削系统中包括利用具有圆形或半圆形横截面的刀片的那些系统(例如US 5,934,841和EP1240966A2)。锥形楔夹具组合用于将圆柱形刀片棒压入绕切 削头本体的周界定向的圆孔内的那些系统。US2011/0164931使用复杂差动串 联楔来将具有矩形横截面的刀片夹持到矩形切削头槽的角部内。在上述情况 下，圆形或矩形刀片被楔入具有自锁夹持部件的安置表面内。修正需要用锤子 敲击以释放各楔块并释放刀片进行轴向运动。精确的切削头构件需要能够释放 夹持系统的夹持力而不会干扰轴向刀片定位从而使刀片相对于其先前位置轴 向少量移动。这种修正过程用自锁系统是不可能的，自锁系统中需要来自诸如 锤子或螺丝刀的工具的撞击，然后刀片可轴向移动。

发明内容

本发明涉及用于面滚削和面铣削的锥齿轮制造面切削头，其中面切削头包 括夹紧到有效安置表面的有效刀片安置且棒型矩形或方形切削刀片。各切削刀 片通过非自锁系统进行轴向运动来径向调整。

附图说明

图1(a)示出具有用夹持块和一个夹持螺钉连接到切削头的棒型刀片的 切削头的剖视图。图1(b)示出类似的剖视图，但用两个夹持螺钉将夹持块压 抵刀片。

图2示出切削头截面上的俯视图。棒型刀片从单个螺钉和夹持块被压到径 向安置表面上。

图3示出切削头剖面的三维视图，矩形棒型刀片用两个夹持螺钉和夹持块 压到径向密封表面上。刀片与切削头之间的连接是摩擦安置。

图4示出具有一个矩形槽的切削头截面的俯视图。槽内的棒型刀片被两个 角部螺钉和角形夹持块压抵切向和径向安置表面。

图5示出具有一个刀片槽的切削头截面的三维视图。矩形刀片被一个角部 螺钉和角形夹持块压抵切向和径向安置表面。

图6示出具有一个刀片槽的切削头截面的三维视图。矩形刀片被两个角部 螺钉和角形夹持块压抵切向和径向安置表面。

具体实施方式

此说明书中使用的术语“发明”、“该发明”和“本发明”意在宽泛地涉及此说明 书和下述任何专利权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应理解为限制 文中所述的主题，或者限制下面任何专利权利要求的含义或范围。此外，此说 明书并不试图在本申请的任何具体部分、段落、陈述或附图中描述或限制被任 何权利要求覆盖的主题。应参照整个说明书、所有附图和下文的任何权利要求 来理解主题。本发明能够呈其它构造，并能够以各种方式来实践或实施。还有， 应理解的是，这里所用的措词和术语是为了说明的目的，而不应被认作为是限 制性的。

现将参照仅示例地示出表示本发明的附图对本发明的细节进行讨论。图 中，类似的结构或部件用相同的附图标记来表示。

在此使用“包括”、“具有”和“包含”及其变型意味着包含了下文所列的物品 及其等效物以及附加的物件。使用字母来识别方法或过程的元素仅仅为了识 别，并不意味着指示各元素应以特定次序来进行。

尽管下文在描述附图时可参照诸如上、下、向上、向下、向后、底部、顶 部、前、后等的方向，但出于方便可相对于附图(如通常所示)来进行参照。 这些方向并不意在按文字上来取或以任何形式来限制本发明。此外，诸如“第 一”、“第二”、“第三”等的术语在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重 要性或意义。

图1(a)示出切削头2的剖视图，该切削头2具有顶表面3、底表面4 和刀片定位槽5(见图2)并还包括棒型刀片6，棒型刀片6用夹持块8和一个 夹持螺钉10或对夹持块8施加力的等同装置定位并保持在切削头2内。刀片6 被压抵径向安置表面14。主切削力垂直于夹持力。安置表面14与刀片6之间 的摩擦应防止刀片垂直于图面移动。由于间歇切削力和切削头2与刀片6的接 触表面的平坦度的容差，会发生初始刀片运动。这种运动使刀片6垂直于图面 滑动，直到刀片的后侧接触到槽5的后侧为止。

图1(b)示出具有矩形棒型刀片6的切削头2的类似剖视图。在该图中， 夹持块8用两个夹持螺钉10、12压抵刀片6。

图2示出切削头2截面上的俯视图。棒型刀片6从单个螺钉10和夹持块 8被压到径向安置表面14上。在刀片6的前部示出允许将刀片6放置在槽5 内所需的间隙16。由于切削，间隙将部分地在刀片前部而部分地在刀片后部与 切向安置表面18之间。非常可能该间隙将存在于切削件顶部处刀片的前部内 和切削件底部处刀片的后部内。在切削尖件顶部与底部之间，间隙将部分地在 切削刀片6的前部内而部分地在切削刀片6的后部内。该类型的安置原理称为 “摩擦安置”，因为不存在将刀片6压抵切向安置表面18的夹持力分量。切 向安置表面18因此不是合格的安置表面。动态切削力可连续地改变切削工艺 期间前部与后部之间间隙分量的分配。

图3示出切削头剖面的三维试图，矩形棒型刀片6用两个夹持螺钉10、 12和夹持块19压到径向密封表面14上。刀片6与切削头2之间的连接是摩擦 安置。主切削力方向垂直于夹持力。仅径向安置表面14与刀片16之间的摩擦 防止刀片进行切向运动。

发明人开发了一种锥齿轮切削头和刀片夹持机构，锥齿轮切削头具有有矩 形或方形横截面的棒型切削刀片，刀片夹持机构提供棒型刀片在面铣削和面滚 削切削工具的切削头槽内的刚性有效安置。

图4示出具有示出的一个矩形槽5的面铣削切削头截面的俯视图。槽内的 棒型刀片6由两个角部螺钉10、12和“L形”角形夹持块20压抵切向安置表 面18和径向安置表面14的至少一部分。径向安置表面14提供刀片6的精确 和刚性径向定位，而切向安置表面18用高接触刚度抵抗主切削力上托刀片。 夹持螺钉10在切削刀片的前部外侧角上以角度γ(相对于垂直于径向安置表面 14的参考线)定向，其力F₁如图4所示以径向分量F_1a和切向分量F_1b作用。 类似定位的下部第二夹持螺钉12的力F₂也以径向分量F₂和切向分量F_2b作用 (图4中未示出)。安置原理是正安置或仿形安置。

图5示出具有所示一个刀片槽5的切削头截面的三维视图。矩形刀片6 由一个角部螺钉10和L形角形夹持块22压抵切向安置表面18和径向安置表 面14的至少一部分。刚性切向安置提供切削过程中的高刀片刚度并防止刀片 振动。刚性径向安置提供精确刀片定位并还防止齿轮切削过程期间的刀片运动 和振动。

图6示出具有所示一个刀片槽5的切削头截面的三维视图。矩形刀片6 被两个角部螺钉10、12和角形夹持块22压抵切向安置表面18和径向安置表 面14。根据夹持块22的设计和刀片6的夹持长度，有利地会是使用第二夹持 螺钉。在这种情况下，上部夹持螺钉10可位于到切削头2的上表面3一定距 离处，而下部夹持螺钉12可相对于夹持块22位于最下部可能位置。

本发明的切削头使用具有方形或矩形刀片横截面的棒型刀片。相对于切削 工具转动的方向，夹持块22较佳地接触到前表面24的至少一部分、外侧表面 26的至少一部分和由前侧表面和外侧表面的相交限定的刀片角部28(如图4-6 所示定位在切削头内的切削刀片所限定的)。夹持块22纵向延伸不超过槽5 的顶表面3与底表面4之间的长度。一个或多个夹持螺钉10、12定位成接触 夹持块22的角部区域、较佳的是平坦区域30，并相对于垂直于径向安置表面 14的参考线以适当角度γ(例如45°)定向(参见图4)。径向夹持力分量F_1a将棒型刀片6压抵径向安置表面14并提供精确定位以及径向安置刚度。切向 力分量F_1b将棒型刀片6压抵切向安置表面18并提供刀片沿切向方向的限定位 置和刚性安置。主切削力方向发现来自切向安置表面的反作用力而没有切向刀 片运动和动态干扰。本发明的安置布置提供方形或矩形棒型刀片与切削头之间 的有效刀片安置。

如图4-6可以看出的，当切削刀片6定位于切削头2的刀片定位槽5内时， 刀片角中的三个紧接着径向安置表面14和切向安置表面18中的一个或两个定 位。因此由刀片前表面24和外侧表面38(相对于切削工具旋转方向)的相交 部限定的第四刀片角28定义为前外侧角并远离径向安置表面14和切向安置表 面18定位。相对于槽5的参考线以角度γ定向的夹持力F₁由一个或多个夹持 螺钉(例如10和/或12)较佳地经由夹持块20、22施加，夹持块22对前外侧 (例如远部)角28施加夹持力。替代地，可对靠近切削刀片的角28(即“远 部角区域”)定位的刀片前表面24和/或外侧表面28的区域施加夹持力。

夹持螺钉角γ可低于45°，从而具有高径向安置接触力并沿切向方向产 生仅足以得到切向安置表面18上限定且刚性安置的力。主切削力矢量F₁将在 上部区域抵靠切向安置表面18递送附加力。主切削力将还试图将切向安置表 面18在槽5的下部区域内分开。下部区域内的切向压力分量(来自一个或多 个夹持螺钉)用于防止该区域内的表面分离。在两个夹持螺钉(例如10、12) 的情况下，还能够在顶部夹持螺钉10上使用较低扭矩并在下部夹持螺钉12上 使用较高扭矩或相反。

控制上部和下部夹持螺钉的不同径向和切向力分量可通过使用上部和下 部夹持螺钉10、12的不同角度定向来实现。例如，上部夹持螺钉10可具有更 大的径向定向(例如γ₁＝30°)，而下部夹持螺钉12可具有更大的切向定向(例 如γ₂＝60°)。在选定角度γ的情况下，作用在两个安置表面14、18上的力F₁的分量为：

F_1a＝F₁cosγ₁

F_1b＝F₁sinγ₁

F_2a＝F₂cosγ₂

F_2b＝F₂sinγ₂

图4中的图示指示γ＝γ₁＝γ₂

在图4中，仅上部夹持螺钉10可见。夹持螺钉12(力＝F_2，夹持螺钉角＝γ₂) 位于上部夹持螺钉10下方并隐藏在图4的视图中。

为了便于理解和解释本发明，图5和6中坐标系的Y轴选择成平行于切削 头旋转轴线，而Z轴向左的延伸线(负方向)与切削头旋转轴线相交。理论刀 片前部在由Y轴和Z轴限定的平面中定向。尽管实际切削头中的棒型刀片通常 使其长度方向相对于Y轴倾斜并使其理论前表面相对于Z轴偏移，但调整原理 功能不会改变，且如果考虑实际实现的切削头设计，则形成的刀片末端位置和 角度变化仅在一个百分比范围内不同。

本发明的夹持系统还适用于不利用夹持块的那些切削工具。这些切削工具 类型的夹持螺钉通常包括为旋转末端(例如回转头)设置垂直于夹持螺钉轴线 的平坦区域，从而提供夹持螺钉的末端与棒型刀具之间限定和稳定接触的表 面。

尽管参照较佳实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于 其特定形式。本发明旨在包括对本发明所属领域的技术人员显而易见的、不偏 离所附权利要求书的精神和范围的各种改型。