用于机加工啮合齿的方法、工具布置和切齿机

摘要

本发明涉及用于机加工啮合齿的方法，其中为在形成在啮合齿的端面和属于啮合齿的齿隙的齿面之间的齿边缘上形成倒角，由配备有切削边缘的机加工工具通过切削将材料从齿边缘中除去，机加工工具是处于机加工啮合中，其中机加工工具是带齿的，并且机加工啮合是在机加工工具和啮合齿的旋转轴之间的轴交角处的滚动机加工啮合，该滚动机加工啮合不延伸超过齿隙的齿根部分。

说明书

本发明涉及精加工齿轮齿的领域，并且具体地涉及用于机加工啮合齿的方法，其中，为了在形成在啮合齿的端面和属于啮合齿的齿隙的齿根面之间的齿边缘上形成倒角，在加工操作期间，通过使用配置有有切削边缘的机加工工具经过切削将材料从齿边缘除去，以及涉及适用于机加工工具的工具布置，以及涉及切齿机。

已知用于精加工齿轮齿的方法。在Thomas Bausch的“创新齿轮制造”第三版，304页中找到概述。齿形精加工在形成啮合齿后从啮合齿进行，例如通过滚轧或产生成形。在滚轧过程中，沿着前齿边缘形成所谓的主毛刺，其中滚轧的切削边缘出现，如图8.1-1中的Bausch出版物304页的顶部中心所示。这些毛刺具有锋利的边缘并且是坚固的。它们必须被除去以防止伤害并且在剩余的过程中改善齿几何形状。这通常通过固定的去毛刺铁杆，经由与工具一起行进的去毛刺盘或圆盘锉来完成，通常直接涉及形成齿轮的过程。

简单地去除主毛刺，例如通过将其扭断，通常不足以满足齿边缘的质量要求。由于该原因，通常在齿边缘(前边缘)上形成倒角。在Bausch文件中，前边缘标有B，如图8.1-1左上方所示。在右上方，显示加上倒角以制造正齿轮。在螺旋齿轮传动的情况下，在倒角在侧面线和前横截平面之间的情况下，在一侧有钝角，另一侧有锐角。倒角的几何形状(倒角参数)可以通过倒角角度来规定，例如，也就是说是倒角相对于横向平面的取向之间的角度，以及由倒角的尺寸(其可由例如倒角垂直于端面从端面突出到齿面中多远来规定)和/或经由倒角宽度来规定。这通常使用包含此信息的倒角的适当公差来完成。

存在通过切削产生倒角的方法。因此，DE 10 2009 019 433示出具有切削轮的倒角装置。切削轮轴可以旋转180°，使得齿的上下前端上的切削总是可以从内侧朝向外侧执行，并且仅使用一个工具、优选地相对较小的工具。

然而，使用带齿倒角工具，在加工步骤中通过在辊中挤压而发生齿边缘的塑性变形的方法更常见。齿边缘的材料被塑性变形、压缩和移位。这可以导致材料在齿面和端面方向上的流动，所产生的材料凸起被称为二次毛刺。该技术在Bausch文章第308和309页中有描述，图8.2-5描述了适用于此的工具。此外，此类方法在EP 1 279 127中描述。也已知方法，诸如在WO 2009/017248中所描述的，其中材料移位特别地较多指向端面且较少指向齿面。

此外，除去同样不希望的二次毛刺的措施也是众所周知的。在齿面上的材料凸起例如可以在另外的铣切削中整平或除去，前端凸起可以例如用砂轮盘扭断或除去。

由本发明所解决的问题在于提供用于在齿的前边缘上形成倒角的方法，其中与期望的倒角形状相比，可以可靠地产生高质量和小公差的倒角。

通过本发明经由上述类型的方法的实现从方法设计方面解决该问题，其基本特征在于，机加工工具是带齿的，并且机加工操作(机加工啮合)是在机加工工具和啮合齿的旋转轴之间的轴交角处执行的展成(滚动)机加工操作(机加工啮合)，并且该机加工操作不延伸超过齿隙的齿根部分。

根据本发明，因此使用带齿的机加工工具，其在机加工操作期间有效地仅机加工属于一个齿隙的相同端面的两个前齿边缘中的一个。因此，应该理解短语“不超过齿根部分”意味着在机加工操作期间肯定可以在齿根上形成倒角，并且还可选地在根部分中存在超出齿隙中心之外的机加工接触；然而，在相对的前边缘没有形成倒角。特别地，根据本发明的优选实施例，这可以在不同的后续机加工操作中完成。

作为展成机加工操作的结果，通过旋转的机加工工具和旋转的齿，齿的所有前边缘(例如齿隙的左齿面)可以在同一机加工操作中进行单道机加工。机器轴和和切削的运动学是由于在相应的旋转轴之间的轴交角产生的刮削(动力刮削)的运动学，如来自齿生成和/或精加工(硬刮削)领域的齿轮技术领域技术人员众所周知的。运动学的良好介绍和概述以及所产生的切削过程见于EP 2 537 615。尚未出版的DE 2013 012 797描述了为了刮削啮合齿而设计的圆形刮削工具如何实现以除轴交角之外的引入倾斜角的与齿面正交的切削方向分量，使得当使用该圆形刮削工具时，在齿隙的两个相对的齿面上同时在端面附近产生倒角。

特别是对于具有上述锐角和钝角倒角的啮合螺旋工件，优选用另一个机加工工具进行另一个机加工操作。在这种情况下，该另一个机加工操作优选以不同的轴交角进行。

在特别优选实施例中，第一齿的第一啮合齿数据(该第一齿的螺旋角通过倒角的定向来确定，其中，其横截面轮廓与在从齿面到齿边缘倒角的过渡段中形成的啮合齿的横截面轮廓相匹配)在对机加工倒角之前从针对倒角的预定倒角参数(可从例如上述公差范围获得)确定，该倒角参数涉及其尺寸和其相对于端面的取向，也从被机加工的啮合齿的啮合齿参数确定，该啮合齿参数涉及其轮廓以及可选地涉及螺旋角。可以在另一个齿边缘上重复相同的过程，并且可以对于具有倒角的另一个前边缘以这种方式确定第二等效啮合齿的第二数据。

从这一角度来看，前边缘的倒角因此被认为具有完全不同的含义，特别是作为非常窄的齿宽的虚拟等效啮合齿的齿面。通过用于确定齿形状的常规方法可以容易地对该等效(螺旋)啮合齿的相应轮廓进行建模。在共同的前横截平面中、在将实际产生的啮合齿的齿面过渡到将产生的齿的倒角(共同的前横截平面)处，在两个齿侧处分别存在与所属的等效啮合齿的一致性。在这种情况下，被机加工的啮合齿的倒角定向提供了关于在两侧上相应的等效啮合齿的螺旋角的信息。

还有利的是，根据第一啮合齿的数据配置机加工工具，并且机加工工具特别是被配置为通过刮削生成第一等效啮合齿的圆形刮削工具，其中可以基于第二啮合齿数据类似地配置另一个机加工工具。

从这个角度来看，在靠近端面的区域中生成新的螺旋啮合齿，而不是以某种方式从齿边缘切除材料，该螺旋啮合齿的齿面作为已经产生的啮合齿的倒角出现。这使得可以产生非常精确的倒角，其在紧密公差的公差范围内可重复产生。对于倒角的公差范围在一定程度上比带齿工件的宽度的公差更紧，则优选地检测啮合齿宽度与被机加工的每个啮合齿的期望值的偏差(例如，通过进行距离测量的传感器装置或光学装置)，并且为了机加工操作所需的相对运动，根据该偏差来控制机器轴。

本发明的这个方面也被独立地公开并被认为是值得保护的，而不管形成倒角的机加工操作的运动学如何。因此，用于在形成在啮合齿的端面和属于啮合齿的齿隙的齿面之间的齿边缘上形成倒角的方法由于独立地值得保护被公开，其中，第一啮合齿的啮合齿数据从用于倒角的预定倒角参数确定，该倒角参数涉及其尺寸和其至所述端面的取向，也从被机加工的啮合齿的啮合齿参数确定，该啮合齿参数涉及其轮廓以及可选地涉及螺旋角，其中第一啮合齿的螺旋角由倒角的取向确定，其中倒角的横截面轮廓与正在形成的啮合齿的横截面轮廓在从齿面到齿边缘倒角的过渡(部分)中相匹配，并且机加工工具构造成根据啮合数据来形成倒角。

在该方法的优选形式中，机加工工具和另一个机加工工具具有共同的旋转轴，其可特别地枢转超过180°。通过枢转旋转轴180°，以对应的线性定位，两个机加工工具然后也可以以与在第一端面上生成倒角相同的方式在啮合齿的另一个端面上生成倒角。因此，工具(刀具)移动进入每个端面的两个位置，从而对应于相应的加工操作，使得每个啮合齿总共有四个定位。这些可以提前计算，就像机加工工具的配置一样。

机加工工具和/或另一个机加工工具可以被设计为直齿圆形刮削工具，这简化了它们的生产。在这种情况下，机加工操作/机加工工具的其他机加工操作/其他机加工工具的轴交角被设定为第一等效啮合齿/第二等效啮合齿的螺旋角。所需的位置以及接近路径、进入和离开路径、旋转速度和走刀量(进给量)同样可以在机加工之前由软件模拟。

如通常为了获得工具与啮合齿的同步联接所需的正确的切削位置，工具切削边缘的位置以及工件的啮合齿的位置可以被精确地测量并且被馈送到控制软件。为了这个目的，可以执行从现有技术已知的所谓定心的定中心操作。工件啮合齿的位置、特别是两个端面的高度也可以在实际机加工的位置之外被检测，例如通过先前设置在限定的工件托架上并且与工件托架一起装载导机加工工位中的工件。这同样适用于上述对工件的啮合齿的端面的高度的确定，这也可以在实际加工位置的之内或之外确定。

在另一方法方面，还可以设想，在机加工工具的旋转轴和与啮合齿和机加工工具的中心之间的连接方向正交的平面之间设置非零倾斜角。为此，机器上不需要额外的旋转轴。相反，工件啮合齿和机加工工具之间的此相对位置可以通过线性轴定位来实现，其中在与啮合轴线正交的平面中进行偏移。以这种方式，获得额外的可能性来影响生成的倒角的形状，这在一定程度上能够配置用于预先指定的等效啮合齿的机加工工具，并且使用相同方法、通过相应的机器轴的校正运动产生倒角，这些校正运动导致与上述立体图中的等效啮合齿不同的啮合齿。

在设备设计方面，该问题通过用于在啮合齿的端面与啮合齿的齿面之间的齿边缘上形成倒角的工具布置来解决，该工具布置具有在前面有齿的第一轮状机加工工具，该第一轮状机加工工具的旋转轴可以特别地枢转超过180°，以在啮合齿的齿隙的一侧上形成倒角，并且具有在前面有齿的第二轮状机加工工具，特别是具有相同的旋转轴，以在齿隙的另一侧上形成倒角。因此，该工具布置特别地是不同设计的圆形刮削工具的特殊布置。

根据本发明的工具布置的优点来自本发明方法的优点。如上所述，通过具有直齿的第一机加工工具和/或第二机加工工具可以实现简化。此外，第一机加工工具/第二机加工工具以圆柱形圆形刮削工具的形式制造是有利的，工具的顶圆直径相差不超过15％，优选地不超过10％，特别是不超过5％是有利的，形成的机加工工具不具有切削面角度和/或形成的机加工工具没有铲磨是有利的。这里的“和/或”组合示出本列表的每个单独的特征本身都是有利的，但也可以组合使用。这导致圆形刮削工具的再磨的优点，其现在更简单；具有圆柱形形状时，相对于工具主轴的齿的径向位置在再磨时也不改变。

特别地，优选的是，机加工工具的切削表面特别是工具主轴上的直接接触表面。因为切削表面因此在每次再磨之后用作工具主轴上的接触表面，所以切削边缘相对于工具主轴的轴向位置不改变。以这种方式大大简化了倒角设备的设置及其操作。

这一方面也被本发明公开为独立值得保护的。因此，本发明还涉及特别为圆柱形圆形刮削工具在如下布置中的使用，用于在形成在啮合齿的端面和齿面之间的齿边缘上形成倒角，在该布置中，圆形刮削工具的切削表面是工具主轴上的接触表面的布置，使得即使在再磨之后，切削边缘相对于工具主轴的轴向位置也不改变。

否则，当然也可以使用铲磨圆形切削工具，以及具有切削面角度的圆形刮削工具或螺旋圆形刮削工具，以及具有阶梯切屑的圆形刮削工具或其组合。

在进一步优选的实施例中，存在用于两个机加工工具的共同的驱动，其中驱动力可以特别地施加在机加工工具之间。作为示例，驱动可以是皮带驱动或直接驱动。以这种方式，可以产生紧凑且节能的工具布置形式。

在这种情况下，机加工工具的具有切削边缘的前侧应该面朝向彼此或彼此远离，特别是彼此面对。在这种情况下，加工工具之间的距离足够大，以便可靠地防止在机加工工具的机加工操作期间另一个机加工工具与啮合齿的碰撞。

具有这种工具布置的倒角工位可以包括一个、优选地至少两个、特别是至少三个线性独立的线性机器轴(线)，以相对于工件位置定位机加工装置。

最终，本发明保护了切齿机，该切齿机具有：工件主轴以用允许旋转驱动的方式接纳工件；用于在工件上生成啮合齿的主要工具；以及用于在带齿机加工工具之间设定轴交角的机器轴线，其中带齿机加工工具用于在形成在啮合齿的端面和属于啮合齿的齿隙的齿面之间的齿边缘上形成倒角，其主要特征在于控制设备，该控制设备被编程为允许根据上述方法方面之一在切齿机上运行方法，和/或具有根据上述方面之一的工具布置的倒角工位。

参考附图描述本发明；明确参考附图的所有细节，该细节对于本发明至关重要并且不在说明书中更详细地展示，其中：

图1示出啮合齿和啮合齿的法向截面轮廓和两个虚拟等效啮合齿的截面图；

图2示出具有两个倒角圆形刮削工具的工具布置；

图3示出啮合齿和圆形刮削工具的旋转轴之间的位置关系；

图4示出啮合齿和圆形刮削工具的另一个位置关系。

图1的下部区域示出啮合齿2的轴向截面图，其中截面穿过啮合齿2的两个齿，其中齿隙4位于它们相互面对的齿面3和齿面7之间。因此，截面与端面6正交并平行于啮合齿2的啮合轴线Z2。

在图1的上部区域中，示出啮合齿2的垂直截面轮廓，并且啮合齿2用A表示。

由于啮合齿2是螺旋啮合齿，所以在齿面3和端面6之间形成钝角，而在齿面7和端面6之间形成锐角。这导致要形成在齿面3的前边缘上的倒角5和要形成在齿面7的前边缘上的倒角9的不同取向，其也在下方的图1中绘制。这些取向和倒角尺寸(这里测量为端面6与前横截平面8的距离，其中齿面3、7转变进入倒角5、9)预定为例如上述公差范围的一部分。具有倒角5和倒角9的啮合齿2因此一方面由用于生成啮合齿的啮合齿参数限定，这种参数包括A的垂直截面轮廓以及啮合齿的螺旋角β，以及由倒角5和倒角9的倒角参数限定，这种参数包括相对于横截平面的取向及其倒角大小。啮合齿A的轮廓可以是渐开线轮廓；啮合齿2的啮合齿参数可以是，作为示例：模数＝5mm、压力角＝20°、螺旋角β＝25°，和0.17的轮廓偏移系数。

现在，啮合齿2将仅在横截平面8和端面6之间的区域中被考虑，即、只有啮合齿2的“薄”片，其宽度由倒角尺寸确定。在该薄片中，对于齿隙的两侧确定法向截面轮廓，表示权利要求的用词中的虚拟等效啮合齿B、C。由于将形成的倒角5、9，这些等效啮合齿B、C产生不同的啮合齿数据。

图1示出在倒角5这侧上确定的特定等效啮合齿B的垂直截面轮廓和属于倒角9的等效啮合齿C。具体来说，对于等效啮合齿B的实施例，导致3.472mm的模数、55.09°的右螺旋角和-2.915的轮廓变位系数，而等效啮合齿C的啮合齿数据为：模数5.162mm、左螺旋角19.91°和轮廓变位系数0.291。在横截平面8中，A和B的横截面轮廓在齿面3这侧相互转变；在齿面7这侧上，A和C的端部截面轮廓相互转变。

根据这个观点，具有倒角5和倒角9的啮合齿2因此由在倒角5这侧上的啮合齿B的横截平面8和端面6之间的区域，以及在倒角9侧上的啮合齿C和直到啮合齿A的另一个端面(或在那里形成的倒角)的相邻区域组成。然后通过设计圆形刮削工具来实现倒角5、9的形成，其中选择的设计使得使用这些圆形刮削工具可以在圆形刮削工具运动学中生成等效啮合齿B和/或等效啮合齿C。如果在这一点上假设先前生成的与啮合齿A相对应的啮合齿2，并且在前边缘上没有形成倒角，则在刮削的运动学条件下，使用为啮合齿B和/或啮合齿C设计的圆形刮削工具，一个接一个地形成倒角5和倒角9。

图2以立体图示出工具布置10。CNC控制的驱动装置(这里是工具布置10的皮带驱动装置(未示出))驱动其单个工具主轴，其主轴轴线限定圆形刮削工具15和19的工具旋转轴Z10，圆形刮削工具15和19以它们的互相面对的切削表面直接接触工具主轴。此外，工具布置10必须容纳在能够围绕枢转轴线A10枢转的倒角工位中，使得用于倒角的圆形刮削工具15、19能够转换图2所示的位置，并且可以设定用于机加工到啮合轴线Z2的所需轴交角。

因此，工具主轴同时接收用于倒角的两个圆形刮削工具15、19，但是两个圆形刮削工具15、19中只有一个与啮合齿2机加工接合。

为了生成倒角5而提供的用于倒角的圆形刮削工具15和为了生成倒角9而提供的用于倒角的圆形刮削工具19二者都以直齿圆柱形正齿轮的形式简单设计，其中在图2中齿轮的各齿没有在圆形刮削工具的端面上示出。在每次再磨之后，切削表面又被用作工具主轴上的接触表面，使得切削表面相对于工具主轴的轴向位置不改变。此外，由于直圆形刮削工具齿的圆柱形状，齿相对于工具主轴的径向位置也不改变。因此，倒角工位的设置及其操作是简单的。

应当理解，如上所述，具有用于倒角的圆形刮削工具15和圆形刮削工具19的工具布置的设计仅仅是示例，当然还有可能使用磨削圆形刮削工具或具有切削面角度的圆形刮削工具，以及具有阶梯切屑的圆形刮削工具和/或螺旋圆形刮削工具及其组合。

因此，包括该工具布置10在内的倒角工位的机器轴是旋转轴Z10，其可以由CNC控制的驱动装置与工件的啮合轴线Z2以及枢轴A10的旋转同步地操作。此外，工具布置10可以由枢转单元通过三个线性轴(X，Y，Z)、例如经由十字滑块组件相对于工件定位，该枢转单元用于轴线A10。因此，线性运动轴Z可以被配置用于平行于啮合轴线Z2的运动，线性轴X可以允许径向接近/下沉(拉入，浸入)运动，并且线性轴Y可以提供切向的、额外的线性独立的运动轴。因此，倒角工位获得与主要工具组件(比如滚刀)通常具有的相似的机器轴。

图3在观测方向X上，以立体图(图3a)、俯视图(图3b)和后视图(图3c)在最简单的变型中示出啮合齿2的旋转轴Z2和用于倒角的圆形刮削工具15或19之一的旋转轴Z10的相对位置。由此，限定了平面E1，在该平面中存在啮合齿2的旋转轴线Z2以及用于倒角的圆形刮削工具15(19)的工具中心点。轴交角Σ由与平面E1正交并穿过工具中心点的平面E2产生；该轴交角为平面E1和E2的交点轴线与工具旋转轴Z10之间的角度。在该实施例中，倒角圆形刮削工具具有直齿，并且轴交角Σ被设定为相应等效啮合齿的倾角β，即，在用于倒角的圆形刮削工具的机加工操作中，为形成倒角9，轴交角被设定为等效啮合齿C的螺旋角(Σ＝β_C)；在倒角圆形工具19的机加工操作中类似地进行加工以形成倒角5，轴交角被设定为等效啮合齿B的螺旋角(Σ＝βB)。通过平衡校正，也可以使用Σ≠βC。

例如，如果图3所示的圆形刮削工具15通过单齿面机加工来形成倒角9，则在倒角圆形刮削工具15拉出之后，倒角圆形刮削工具19可以与齿面3进行机加工接合以形成倒角5，这通过使用旋转轴线A10来设定右轴交角β_B，以及通过为了致动机加工操作的定位运动而使用的定位轴X、Y、Z。由于倒角圆形刮削工具15和倒角圆形刮削工具19之间的轴向距离，所以没有不工作的相应的倒角圆形刮削工具与啮合齿2发生碰撞的风险。

可以以类似的方式在啮合齿2的另一个端面上进行相应的机加工操作，其中定位轴Z能够实现正确的高度，并且由于枢轴A10的枢转能力，倒角圆形刮削工具15、19二者都可以转换它们的角色，因为在另一端面上齿面3形成锐角并且获得倒角9，而齿面7与另一个端面呈钝角并且获得倒角5。

对于机加工操作，必须维持倒角圆形刮削工具相对于工件的啮合齿2的正确切削位置。另外，根据精度要求，必须精确地确定啮合齿的端面6的高度，以获得正确的倒角尺寸。

如上面已经进一步说明的那样，相对于同步刮削运动，为此目的执行了定心操作。然而，如果倒角圆形刮削工具的旋转位置是已知的，并且工件啮合齿在各操作之间没有被夹紧在位，则用于工件啮合齿的倒角圆形刮削工具所需的相位位置已经可从同步刮削运动中获得，例如当啮合齿2通过刮削生成时，使得由于共同的控制而不需要额外的定心操作。啮合齿的端面的高度的确定可以由传感器执行，如上所述，也可以在机加工工位之外进行。

图3示出E1平面(X，Z平面)，而E2平面是Y，Z平面，并且在啮合齿2的中心和倒角圆形刮削工具15(19)的中心之间的连接线沿径向定位轴X延伸。

在图4所示的方法变型中，具有工具中心的倒角圆形刮削工具相对于图3中的变型偏移出平面E1(偏移Y)，并且可选地还偏移了其它的偏移量X，Z偏移。在这种情况下，工件中心与工具中心之间的连接线CC以及工件轴定义了与平面E1以角度相交的平面E3。在E2中延伸的工具轴Z10然后不再位于穿过工具中心的CC的法向平面E4中，而是相对于CC倾斜(附加倾斜角)。例如，螺旋角β_C(用于倒角圆形刮削工具15)和/或β_B(用于倒角圆形刮削工具19)将被用于进一步的操作(使用直齿倒角圆形刮削工具)。将在枢轴A10上设定的枢转角然后不再对应于螺旋角β_C(和/或β_B)。相反，其如在投影中被修改(用于基本设定：)。配置有非零倾斜角的机床轴配置增加了该方法的可变性，并且由于切削方向的变化，允许额外的机会来影响倒角的形成，而不需要要求额外的枢转轴线(偏移是足够的)。

本发明不限于上述附图中所示的具体特征。相反，所附权利要求和上述描述的特征可以单独地是必需的，并且与本发明的各种实施例的实现相结合。