CN101372056A - 用于不连续齿形磨削的刀具和方法 - Google Patents

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Abstract

齿轮磨削工具可以是校准和重整形的。各齿面沿刀具轴线方向的几何形状被设计成使刀具的至少两个以上齿面，最好是全部齿面用于工件齿面的粗加工，并在精加工过程中使仅用于粗加工的重整形齿面缩回足够距离，以使它们在精加工过程中不与工件齿面形成接触。

Description

用于不连续齿形磨削的刀具和方法
本申请要求提交于2007年8月24日的No.DE 102007040894.5德国专利申请的优先权益。
技术领域
本发明涉及外啮合和/或内啮合圆柱齿轮的不连续齿形磨削的刀具以及外啮合和/或内啮合圆柱齿轮的不连续齿形磨削的方法。
背景技术
该创新性方法和刀具用于圆柱齿轮的不连续齿形磨削，尤其是在例如用于风力涡轮发电机系统或造船业内的那些大尺寸工件的领域内，其中齿轮可能具有若干米的直径。目前对这类齿轮的需求量很大。他们通常很昂贵。在许多情形下，使用不连续齿形磨削来加工这类工件。要求在极短的时间内加工这些齿轮而不引起研磨烧伤。遗憾的是，当前还没有针对这类技术加工参数的极限值，一旦超过这些极限值就会导致研磨烧伤。这些极限值的缺乏导致加工安全性的缺乏。
大家都知道，用于不连续齿形磨削的刀具无法校准。这类刀具由多个圆盘构成并因此表现为刀具组。这类刀具能实现短加工时间，但是它们就使用寿命即将结束时的处理和准备而言需要花很大力气并且必须针对每种齿轮几何形状进行专门设计和制造。此外，需要在涂层规格的选择中作出妥协以满足为了粗加工和精加工的工件上的各种不同的要求。部分地因为这些缺陷，这些刀具无法用于具有大尺寸的工件的领域内。
这种情况引出本发明将要达成的目的，即研发出一种方法和所需的刀具，以在大型圆柱齿轮的不连续齿形磨削中相对现有技术显著地减少加工时间和/或显著地增加加工安全性，并在这种情况下使刀具能够适应各项加工任务。
发明内容
根据本发明的第一方面，刀具可以是精确定位和重整形的。各齿形沿刀具轴线的方向的几何形状被设计成使至少两个以上、最好是全部的刀具齿面用于粗加工工件的齿面，并且在精加工期间使仅用于粗加工的重整形齿面缩回，因此在精加工期间，重整形齿面不与工件的齿面形成接触。
根据本发明的另一方面，将刀具制成为可使用于精加工的齿面作为具有尤为适于精加工的规格的圆盘的一部分，相反，根据本发明的刀具中的其余的圆盘则具有尤为适于粗加工的规格。在粗加工时，用于精加工的重整形圆盘缩回足够距离因而不与工件齿面形成接触。在精加工时，重整形的粗加工齿面缩回足够距离因而不与工件齿面形成接触。
根据本发明的又一方面，工件可以是精确定位和重整形的并且至少两个以上的齿面用来粗加工，并且在粗加工后，磨损部分从用于精加工的刀具齿面上去除，并且精加工所不需要的齿面被重整形从而在精加工时不与工件齿面形成接触。在一组工件齿面的粗加工和/或精加工之后，将工件转过粗加工和/或精加工的过程中有用的刀具齿面数除以2。
根据本发明的又一方面，刀具可以是精确定位和重整形的，其中只有属于一个圆盘的两个齿面用来精加工工件。该圆盘具有尤为适于精加工的规格，相反，剩余圆盘具有尤为适于粗加工的规格。在粗加工时，用于精加工的重整形圆盘缩回使该圆盘不与工件齿面形成接触的足够距离以进行粗加工。在精加工时，通过重整形的粗加工齿面缩回足够距离而使它们不与工件齿面形成接触。
根据本发明的又一方面，刀具可以是精确定位和重整形的，其中仅属于至少两个圆盘的齿面用于精加工。这些圆盘具有尤为适于精加工的规格，相反，其余的圆盘具有尤为适于粗加工的规格。适于精加工的重整形圆盘缩回不与工件齿面形成接触的足够距离以进行粗加工。在精加工时，通过重整形的粗加工齿面缩回不与工件齿面形成接触的足够距离。
也可使用单独的刀具进行粗加工和精加工。
附图说明
图1示出根据本发明的在粗加工过程中具有一个宽圆盘和两个窄圆盘的刀具。
图2示出在精加工过程中图1的刀具，其中刀具侧面用于精加工并属于相同的圆盘。
图3示出根据本发明、在粗加工过程中具有三个宽圆盘和两个窄圆盘的刀具。
图4示出在精加工过程中图3的刀具，其中刀具侧面用于精加工并属于相同的圆盘。
图5示出根据本发明、在粗加工过程中由两个宽圆盘和两个窄圆盘构成的刀具。
图6示出精加工过程中图5的刀具，其中刀具侧面用于精加工并属于相邻的圆盘。
图7示出根据本发明、在内齿轮传动装置的粗加工过程中由两个宽圆盘和两个窄圆盘构成的刀具。
图8图解地示出使用宽圆盘的实例、藉由校准器来实现的刀具整形过程。
具体实施方式
现在参照仅以示例方式给出的附图对本发明进行详细说明。尽管图1-7示出与正齿齿轮工件啮合的刀具，但应当理解这些刀具也能用来加工斜齿齿轮。尽管图1-7示出具有共同基体的刀具，然而本发明也涵盖组装自单独圆盘的刀具。在下面的说明中，能以两个齿面工作的圆盘被称为“宽圆盘”。其它圆盘分别只有一个齿面适于磨削并被称为“窄圆盘”。
根据现有技术，在大尺寸工件的领域中只采用一个型面磨削圆盘。为此，需要通过选择用于校准的适宜工艺值来使圆盘满足粗加工和精加工两者的要求。为了将制造时间保持地尽可能短，应当采用尽可能最高的相对体积去除速率。随着体积去除速率的增加，研磨烧伤的风险也随之增加。在实践中，相对体积去除速率的这些矛盾效果是一个很大的问题。
就相对体积去除速率而言，它并不是表示研磨烧伤产生的明确极限的特征值。它甚至只应用于对产生研磨烧伤的所有已知影响——例如工件硬度、圆盘推进、冷却润滑剂等保持不变的情形。不过，由于目前为止还没有评价该过程更为合适的变量，因此在实践中使用该变量。
下面内容示出降低制造时间并因此降低加工时间和/或降低研磨烧伤风险的方式。然而根据现有技术，所能获得的仅为两个刀具齿面，这两个刀具齿面同时执行切割，显然使用根据本发明的刀具和根据本发明的方法可使更多刀具齿面同时啮合于工件，尤其是在粗加工时。当假设工件的所有齿面处具有固定公差并在对应于现有技术的工艺条件下以本发明的方式工作时，粗加工所花费的制造时间以2除以当使用根据本发明的刀具和根据本发明的方法时在粗加工过程中可用刀具齿面的数目的因数而改变。这适用于正齿齿轮装置。在加工斜齿圆柱齿轮时，制造时间也明显缩短。
本发明的优点着重于本文所述大型工件的粗加工所需的那部分制造时间无疑大于精加工所需的那部分时间这一事实。可用节省的制造时间在与现有技术相比更短的时间内加工工件。还可保持与现有技术相同的制造时间并降低研磨烧伤的风险。在实践中，人们可以实现两种措施的组合并因此将制造时间和研磨烧伤风险减少至某一程度。
图1—图7示出不同设计的刀具5的示意图。刀具5保持在绕轴线2转动的刀具轴3上。附图标记1表示机床中心。刀具5容纳在刀架4上。在根据图1和图2的实施例中，刀具具有位于两对称的窄圆盘7之间的宽圆盘6。刀具5相对于机床中心1设计成镜面对称的方式。该中心、宽圆盘6具有两个齿面9、10，而两窄圆盘7各自仅具有一个适于磨削的齿面15。在图1所示的粗加工过程中，刀具5的齿面9、10和15加工作为外齿齿轮工件的工件8的齿面13。
在根据图1的粗加工过程中，刀具齿面9、10、15与工件齿面13啮合。在精加工过程中(图2)，只有宽圆盘6的刀具齿面9、10在加工工件齿面13，而窄圆盘7的刀具齿面15通过重整形而与工件齿面13形成间隔。采用这种刀具5，同时用宽圆盘6的两个刀具齿面9、10进行精加工，这两个刀具齿面9、10加工工件8的相邻齿16的工件齿面13。因此，工件8的精加工表现出与现有技术相同的情况。为此，也能通过已知装置来形成从现有技术中获知的齿面修正。
使用根据图5和图6的刀具，刀具5用来精加工的齿面9、10属于刀具组中相邻的圆盘6(见图6)。这意味着这里的情况与现有技术不同；为了形成具有复杂齿面修正的齿轮，这种刀具需要相对现有技术进行修正的软件。
同样被设计成对称于机床中心1的图3和图4的刀具5具有彼此隔开的并排的三个宽圆盘6，它们被设置在刀具组的窄圆盘7之间。宽圆盘6的刀具齿面9、10和窄圆盘7的刀具齿面15在粗加工过程中啮合于工件齿面13。在精加工过程中(图4)，只有中间的宽圆盘6的齿面9、10与工件齿面13啮合，而其它圆盘6、7的齿面9、10、15与工件齿面13形成距离。至于图2的实施例，齿面9、10属于刀具组的相同的圆盘6。
使用具有图5和图6的刀具5，提供两个居中的宽圆盘6，这两个宽圆盘6被设置在两窄圆盘7之间。对应于之前的实施例，宽圆盘6各自具有两个刀具齿面9、10，而窄圆盘7同样各自仅具有一个刀具齿面15。在粗加工过程中(图5)，圆盘6、7和它们的刀具齿面9、10、15与工件齿面13啮合。在精加工过程中(图6)，两个居中跨圆盘6中仅直接相邻的齿面9、10与工件齿16的两工件齿面13啮合。两圆盘6的其它齿面9、10不与工件齿面13形成接触。
也可设计图中未示出的刀具。例如，可为刀具5提供不止两个的窄圆盘7。也可使用不止两个的刀具齿面9、10进行精加工。然而，这样做的一个条件是工件8侧仅需要简单的齿面修正，并且对齿轮装置的几何性质没有额外的要求且工件的齿数高，否则的话，各种齿面13处的切割要求会过于不同，并且即使刀具5具有相同的径向进给，也会产生不同的齿面粗糙度、不同的齿形斜度偏差和单节距偏差。
与圆柱齿轮的齿形磨削相关的啮合条件很复杂。在文章背景中，作为工件齿面13上的切线和在该切线的切点处的刀具转轴2上的法线之间的夹角的开度角δ(图3)具有特殊的重要性。该角在工件齿面13的齿根11和齿顶12之间变化并另外随着切点相对于机床中心1的接触位置而变化。如果所述角δ越小，啮合状况就越不理想。图3示出工件8的两个左齿面13的所述角δ。在图3中，角δ在图的右半部接近30°，而在图的左半部大约只有10°。在图3的左半部，角δ过小而无法有效加工。这就是为什么这里不希望与工件5有接触的原因。因此，仅窄圆盘7提供相应齿隙14。窄圆盘7仅与具有足够大开度角的工件的右齿面13接触。
图7示出根据本发明的方法同样可用于加工内啮合齿轮装置。刀具5具有宽圆盘6和两个窄圆盘7。图示的刀具5用于工件8的粗加工。窄圆盘7的两刀具齿面15和宽圆盘6的齿面9和10与工件齿面13接触。与结合图1和图2针对外啮合齿轮工件的讨论相似，图7的刀具也能用来精加工内啮合齿轮工件的齿面。为此，窄圆盘7的刀具齿面15缩回足够距离，以仅使宽圆盘6的刀具齿面9、10与相邻工件齿16的工件齿面13形成接触。
只要图1—7的刀具由一组独立的圆盘或圆盘组组装而成，即不由共同的基体形成，则用于粗加工和/或精加工的圆盘可具有不同的磨削材料规格。
在一个实施例中(未示出)，不同的刀具用于粗加工和精加工。这些刀具就材料和表面性质而言具有面向各加工任务的不同规格。不同的刀具可一并安装在轴上并移至工作位置以进行加工。还可针对各种操作改变刀具。用于精加工的刀具可具有两个或多个齿面。根据本发明，用于粗加工的刀具具有沿轴向并排设置的多种外形，它们被设计成象位于刀具轴上的适宜位置的单独整形的磨削圆盘的型面。
由于在传统的刀具整形中只使用校准器的环形表面积，因此这些校准器受到明显的磨损且整形过程耗时。由于采用刀具校准和/或重整形，必须从刀具上加工去除明显多的体积，因此这些特征对于本发明方法而言也很重要。前述特征的明显改善在于，校准器与环形表面积直接毗邻的圆柱形表面积的附加部分可用于整形过程。
具有旋转轴线24(图8)的校准器17用于新刀具的整形和/或重整形(例如用于带变化的齿形几何形状的工件)。这些刀具一般每个刀具齿面仅有一个环形表面积18和或21在工作。它们在若干工步从底部到顶部以“点接触”整形各刀具齿面。环形表面积18、21因此受到高磨损并且加工时间很长。这些状况的明显改善在于，除了环形表面积18、21中的一个以外，直接毗邻的圆柱表面积19也用于校准。需要大的公差以使用圆柱表面积19来从磨削圆盘5去除材料，并且校准过程必须沿从顶部至底部的方向进行(见图8的箭头)。
校准器17可执行径向进给移动，即沿刀具5的旋转轴线2的径向进给移动(见图8的箭头)，或者经由平行于磨削刀具5的齿面9和/或10的最终齿形的轨迹进给。在径向进给移动中，使径向移动量适应于齿面9、10所要求的最终轮廓。图8示出在加工步骤结束时并在加工齿面9中的附加加工步骤结束时呈小截面22、23形式的校准器17。在这种校准中，各刀具齿面的最终轮廓接近阶梯形。
通过校准器17的第二环形表面积21和直接相邻的圆柱表面积19对应地加工刀具齿面10，以使其与刀具齿面9的加工镜面对称。然后在本文所述的粗加工校准后进行精加工校准；这是以每个刀具齿面仅通过一个环形表面积18、21的已知方式实现的。
尽管已结合较佳实施例对本发明进行了阐述，然而要理解本发明不仅限于这些细节。本发明旨在包括本领域内技术人员能清楚知道的与主题内容相关而不偏离所附权利要求书的精神和范围的修改。

Claims (11)

1.一种用于外啮合和/或内啮合圆柱齿轮不连续齿形磨削的刀具，所述刀具被形成为旋转对称并在轴向截面上具有多个沿轴向并排设置的齿形，所述齿形被设计成与位于刀具轴适宜位置的单独整形的磨削圆盘的齿形相似并形成一组圆盘，其特征在于，所述刀具(5)可被校准和重整形，并将各齿形的几何形状确定为使至少两个以上的齿面用于粗加工，而在精加工过程中，仅用于粗加工的重整形齿面缩回足够距离以在精加工过程中不与工件齿面形成接触。
2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，至少在齿形区内，刀具(5)由共同的基体构成。
3.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀具(5)由若干单独制造的圆盘组装而成。
4.一种用于外啮合和/或内啮合圆柱齿轮不连续齿形磨削的刀具，所述刀具包括沿刀具的轴向并排设置的多个整形的磨削圆盘并形成一组圆盘，其特征在于，所述刀具(5)是校准的和重整形的，并将各圆盘的几何形状确定为用于精加工的齿面是具有尤为适于精加工的规格的圆盘(6)的一部分，而其余的圆盘(7)具有尤为适于粗加工的规格，在粗加工时，用于精加工的重整形圆盘缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离，而在精加工时，重整形的粗加工齿面(15)缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离。
5.一种用具有由一组并排设置的多个齿形圆盘构成的包络几何形状的刀具来实现外啮合和/或内啮合圆柱齿轮不连续齿形磨削的方法，其特征在于，所述刀具(5)是校准的和重整形的，在粗加工时使用至少两个以上的齿面，在粗加工之后，从用于精加工的刀具齿面去除磨损部分，并将精加工所不需要的齿面重整形以在精加工过程中不与工件齿面(13)形成接触，并且在粗加工和/或精加工一组工件齿面后将所述工件转过粗加工和/或精加工的过程中有用的刀具齿面数除以2(分度过程)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将精加工所不需要的齿面重整形以在精加工过程中不与工件齿面(13)形成接触，但占据下一次粗加工过程中要求的位置。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述刀具(5)的校准和/或重整形是在加工机床上完成的。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在精加工时，仅使用刀具(5)中属于圆盘组中同一圆盘(6)的齿面(9、10)，从而形成齿轮装置的所要求的所有齿面修整。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在精加工时，仅使用刀具(5)中属于圆盘组中一个以上圆盘(6)的齿面(9、10)。
10.一种用由多个沿刀具的轴向并排设置的整形磨削圆盘构成的刀具来实现外啮合和/或内啮合圆柱齿轮不连续齿形磨削的方法，其特征在于，所述刀具是校准的和重整形的，只有属于一个圆盘(6)的两个齿面用于精加工并且所述圆盘具有尤为适于精加工的规格，而其余的圆盘具有尤为适于粗加工的规格，在粗加工时，用于精加工的重整形圆盘缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离，在精加工时，通过重整形的粗加工齿面缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离。
11.一种用由多个沿刀具的轴向并排设置的整形磨削圆盘构成的刀具来实现外啮合和/或内啮合圆柱齿轮不连续齿形磨削的方法，其特征在于，所述刀具是校准的和重整形的，只有属于至少两个圆盘(6)的齿面用于精加工，所述圆盘具有尤为适于精加工的规格，而其余的圆盘具有尤为适于粗加工的规格，在粗加工时，用于精加工的重整形圆盘缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离，而在精加工时，粗加工齿面通过重整形缩回不与工件齿面(13)形成接触的足够距离。
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