CN101421067B - 以具有完全分度误差补偿的分度法加工伞齿轮的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以分度法加工伞齿轮的装置以及齿轮节距的加工方法，补偿了与生产有关的分度误差。所述装置(20)包括一接口(11，12)并可通过所述接口(11，12)与一测量系统(10)连接，其中所述接口(11，12)设计成使所述装置(20)自所述测量系统(10)以这样的方式接收修正值或修正系数：所述装置(20)在开始生产一或多个伞齿轮(31)之前基于所述修正值或修正系数来修改原本存储于所述装置(20)的一存储器(51)内的主数据或中性数据。

Description

以具有完全分度误差补偿的分度法加工伞齿轮的装置和方法
技术领域
本发明涉及以分度法加工伞齿轮的装置以及齿轮的分度加工方法，以补偿与生产有关的分度误差。
背景技术
人们基本上会区分以分度法工作的机床和连续地工作的机床。在分度法中，对一齿间隙加工，然后再作相对位移运动，将工具移离齿间隙，以及进行一所谓的分度运动(分度转动)，使齿轮在下一齿间隙被加工之前相对于机床转动。就此循序渐进地加工齿轮。以分度法工作的切齿机通常设有分度装置，所述的分度装置在机床再次接合之前，将工件绕工件的轴转动一或多个分度。
现代化机器使用一种CNC控制器，该控制器被设计成分度运动可在适当时刻执行。
连续法有时也称为连续分度法，是基于更复杂的运动顺序，其中机床和待加工的工件彼此之间进行连续的分度运动。该分度运动是由多个轴向驱动器的协同驱动而产生的。
分度法具有缺点，即会发生所谓的分度误差。该误差是由于在切齿加工期间铣削工件使工件温度改变而产生的。温度增加会导致与预置设定发生偏离。分度误差也可在磨削期间产生，该误差不是由受热(在工作时会使用磨削油)引起，而是由加工个别间隙期间的磨损而引起。磨盘通常会在每一新工件之前再次磨光，所以每一工件在个别间隙上会发生类似的磨损。
在这以前，人们通过确定分度误差总和并转换成一补偿来对所述分度误差作出补偿。该分度误差总和典型地除以齿数，得到一所谓的线性补偿。不过，该种补偿并不令人满意，因为所有齿都会在一线性补偿下改变，这样有可能导致改变了实际上位于正确位置的齿。
在美国专利US 3,212,403中记载的一种方法和机器是以连续模式工作的。这种连续模式基于机器运动的复协调，由此工具和工件相对彼此进行一连续的分度运动。分度运动是传动运动的协调控制的结果。
从美国专利US 4,893,971可以获知蜗轮的分度误差的补偿。这些蜗轮是在车床上机加工或切削的。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种方法，使分度法在伞齿轮的大量生产中变得更精确及能够自动化。
本发明的目的可通过根据权利要求1所述的装置和根据权利要求6所述的方法来达成。
该目的可根据本发明的装置来实现，所述的装置设有一用于接纳伞齿轮的工件轴、一用于接纳铣具的工具轴、以及多个以单部件法加工伞齿轮的驱动器。在该单分度法中，加工齿轮的一个齿间隙；然后在工具和工件之间执行相对运动以使工具自齿间隙移离；然后伞齿轮进行部分旋转；以及铣具横向进给以加工另一个齿间隙。根据本发明，通过控制器启动所述驱动器以发生所述的相对运动和部分旋转，籍此通过对先前在机器上加工的样本工件所测定的分度误差来补偿正在机器中加工的伞齿轮。
该目的可通过本发明用来加工伞齿轮的特定6轴装置来实现，所述的6轴装置包括一用于接纳伞齿轮的工件轴、一用于接纳工具的工具轴、以及用工具加工伞齿轮的驱动器。所述装置执行完全方法的下列步骤，其中一齿间隙的两齿面在所有情况下都可同时地加工：
-预先限定描述待大量生产的伞齿轮的形状以及为此目的所要求的机床运动学的主数据或中性数据，
-基于所述主数据或中性数据执行单分度完成方法的下列加工步骤，
a)通过执行加工运动用工具加工一样本工件的一个齿间隙，
b)执行在工具和样本工件之间的相对运动以将工具自齿间隙移离，
c)执行分度转动以将样本工件转移到另一角位置，
d)重复执行步骤a)-c)，用工具加工该样本工件的另一个齿间隙，重复该些步骤直到样本加工了工件的所有齿间隙，
-确定该样本工件的所有齿的分度误差(例如在切齿测量中心中的分度误差)，
-确定每齿的合适的分度误差补偿，
-传送或提供修正值(分度角的偏离和/或工具的插入深度)，
-基于修正值修改该6轴装置的加工数据，准备大量生产一系列要补偿分度误差的伞齿轮，
-通过执行步骤a)-d)用修正的加工数据生产要补偿分度误差的伞齿轮，重复这些步骤直至制造出要补偿分度误差的伞齿轮的所有齿间隙。
根据本发明，确定分度误差补偿以改变控制数据或加工数据的方法相对于这些在制造由主数据或中性数据限定的样本工件期间设定的原始预置设定来改变多个加工运动和分度转动。
换句话说，对至少两个或甚至全部六个轴进行分度误差补偿。因此至少转动可通过修正部分旋转来改变，而齿间隙的深度可通过修正齿到齿的加工运动来改变。根据本发明，这种修正并不是线性修正，而是对每齿或每齿间隙作的个别修正。
也就是说，根据本发明，在大量生产中的待加工的伞齿轮的每一齿或每一齿间隙进行各自的修正，所以每一齿或每一齿间隙都位于″正确的″点上。参照点是伞齿轮的z个齿的其中之一。这个齿会用作为分度误差补偿的参考齿。
本发明尤其涉及单分度完成方法中的伞齿轮的干磨跣削(dry milling)。因为分度误差在干磨中更明显，所以本发明特别适用于干磨。这是因为在其中，在干磨加工期间的温度比湿磨期间的温度上升得更剧烈，所以加工机切得比“预期”要深。如果材质变得较热，齿间隙通常会变得较大。视乎制造方法，工件的温度从最初的室温上升至加工结束时大约40和50°之间的温度。
本发明的方法也适用于齿轮研磨削(grinding)中的分度误差补偿。在磨削时，在加工部件之前磨光磨盘。在磨削期间，磨盘的高度和宽度上都有磨耗，所以齿间隙不断地变浅和变窄。在加工下一部件之前再次磨光磨盘。所以本发明的补偿方法也可应用于该情况下。
在确定该样本工件的分度误差之后，通过计算机确定应如何改变分度角τ(分度转动)和/或插入深度(加工运动)，从而在大量生产中补偿过深的切削或太浅的切削，正如所述。
通过从属权利要求可得知其他有利的实施例。
附图说明
以下将参照附图对本发明的示范性实施例作更详细的叙述。其中：
图1所示为本发明的具有六根轴的伞齿轮铣削机的视图；
图2所示为本发明的装置的示意方框图；
图3所示为本发明的小伞齿轮的正面部份的细节和确定分度误差的示意图；
图4A所示为在左(凸)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图；
图4B所示为在右(凹)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图；
图4C所示为齿间隙的累积分度误差的示意图；
图5A所示为根据本发明作补偿后的在左(凸)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图；
图5B所示为根据本发明作补偿后的在右(凹)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图；
图5C所示为根据本发明作补偿后齿间隙的累积分度误差的示意图；
图6A-6C所示为根据本发明的补偿的更多细节的示意图。
具体实施方式
本说明书所用的有关术语也用于相关的出版物和专利。然而，应该注意，该些术语的使用只为了更好地理解本发明。根据本发明的思想和权利要求的保护范围不受限于该些特定选择的术语的释义。本发明在无需另外的措施下就可转移到其它系统和/或领域。该些术语可相应地适用于其它的领域。
图1所示为本发明的第一装置20。根据本发明的第一装置20可完全或部份地对应于如专利申请DE 196 46 189C2所述的用于生产螺旋伞齿轮的CNC机器。第一装置具有一使平面铣刀24绕其转轴17转动的驱动电动机41。电动机41和平面铣刀24位于第一滑块44之上，该滑块在机床外壳36被侧面引导并且可沿高度方向移动(与Z轴平行)。该机床外壳36又可在机床床身座47上水平地移动(与X轴平行)，在该机床床身上另外设有第二滑块45。该第二滑块45携带可绕竖轴C转动的并具有工件轴49和工件31的工件架48，该工件31安装在工件架48上绕水平轴32转动。该第二滑块45也可水平地移动(与Y轴平行)，但其垂直于机床外壳36的X轴和第一滑块44的Z轴。这些机床零件由此形成利用本发明的分度补偿的单分度法通过轧制过程生产伞齿轮的必要机械。本发明的装置与典型装置的决定性差别包括改变了装在开关柜33之内的CNC控制器的控制装置。根据本发明，控制装置包括一控制器，该控制器在生产至少一样本工件之后载入新的控制数据，这些控制数据然后会被用于大量生产要补偿分度误差的伞齿轮。
根据本发明，在横向进给运动之后加工伞齿轮的齿间隙。该过程称为加工工序，对应的运动称为加工运动。然后，在工具和工件之间，发生相对运动以将工具移离齿间隙。相对运动可以是倾斜运动或由平移运动和倾斜运动组成的复合运动。
通过相对运动把工具移离齿间隙，不会与刚加工的邻接齿的齿根面相撞。根据本发明，现在将执行绕工件的转轴进行的分度转动，并使该工具再次横向进给。该分度转动相对于对样本工件进行的相应的部分旋转有改变，以便补偿分度误差。
在配备了CNC控制器的本发明的第一装置20中，以″电子方式″执行分度误差补偿，即适当地调整个别运动的顺序。
可对本发明的控制器编程，使得在实际大量生产开始之前载入改变后的控制数据，然后再修正加工数据，即建立各个轴运动的数据。
在一特别优选的实施例中，CNC控制器包括一特定软件模组(例如，图1中的软件模组11)，允许自一测量机床10接收改变后的控制数据，正如图1中的箭头12所示的那样。
图2所示为与本发明的装置20对应的框图。该装置20具有六个驱动器X、Y、Z、B、C和A1，它们在图1中显示为功能块。每一所述驱动器由CNC控制器40控制。在所示的实施例中，CNC控制器40和所述驱动器之间的连接由双箭头示出，表示驱动器可把反馈送回控制器40。旋转驱动器B、C、A1可提供例如与转矩相关的反馈，或可使用角度编码器将角位置传到控制器40。例如，驱动器X、Y、Z可通过距离或位置编码器将信息传回该控制器。在所示的示范性实施例中，控制器40与一软件模组42连接。该软件模组42例如可以允许存取数据存储器51，以及提供控制器40可转换的数据格式。
根据本发明，软件模组42例如可以这样设计成它可基于预定的控制数据45制造一或多个样本工件。这些控制数据45可以例如通过接线46从计算机或另一系统预先限定。控制数据45储存在存储器51内，如果装置20设计成直接转换这些控制数据45的话，所述控制数据直接用于控制装置20。为此，可通过用47所示的接线从该存储器51中存取数据。然而，显而易见的是，根据实施例，可将其它形式的数据传入存储器51之内而不是控制数据。例如，使用的软件模组42可通过接线44接收这些数据，并在执行生产运动之前将这些数据转换成控制信息或控制数据48。
正如已结合图1的说明，较佳的实施例中，CNC控制器40包括特定的软件模组(例如软件模组11)，允许它自测量机床10接收数据，如图2中的箭头12所示的那样。该软件模组11确定大量生产用的改变后的控制数据48′。
可选择地，控制器40从测定机床或者与测量机床连接的计算机(例如，如图2所示的计算机50)接收或载入改变后的控制数据45′。这些改变后的控制数据45′可重写存储器51中的控制数据45。该方案在图2中以虚线示出。在此情况下，所述改变后的控制数据45′用于大量生产。
图3所示为小伞齿轮K1的正面部份的细节的示意图。根据本发明确定分度误差基于该图来说明。根据DIN标准，从最后的编号为7的齿开始。所有的分度误差都相对于该齿7(参考齿)来测量。从该齿7的右(凹)边直到齿1的右(凹)边的分度角由RF1表示，从该齿7的左(凸)边直到齿1的左(凸)边的分度角则由LF1表示。类似地，其它齿的分度角也相对于该第七齿来测量。线S1和S2各自表示没有发生偏差的理想或给定情况。向上或向下角偏差由符号″-″和″+″表示。箭头U示出转动的方向。
图4A所示为在左(凸)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图。这实施例为具有齿数z＝12的小伞齿轮。所述齿按图4A所示编号。第十二且也是最后的齿成为参考齿。累积的分度偏差由线L1示出。由齿1到齿11的所有齿都在左齿根面具有分度误差。
图4B所示为图4A中的小伞齿轮在右(凹)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图。也对所述齿图4B作了编号。累积的分度偏差由线R1示出。由齿1到齿7的所有齿都在右齿根面具有分度误差。
图4C所示为图4A和图4B的小伞齿轮的齿间隙的累积分度误差的示意图。齿间隙的宽度由双T形笔划的长度示出，而齿间隙的位置则由该双T形笔划的上下位移示出。第十二齿间隙被限定为具有正确的齿间隙宽度和位置。所有其它齿间隙显示有偏差。
如果图4A至图4C所示的图形被假定为一样本工件的复制品，则其后大量生产的小伞齿轮示于图5A至图5C中。在大量生产开始之前，按前文所述那样修正分度误差。
图5A所示为在大量生产的小伞齿轮的左(凸)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图。累积的分度偏差由线L1′示出。只有齿1至齿8仍在左齿根面上有看得见的分度误差。
图5B所示为在大量生产的小伞齿轮的右(凹)齿根面上累积的齿间分度误差的示意图。累积的分度偏差由线R1′示出。现在所有齿在齿根面上的分度误差均极细小。
图5C所示为大量生产的小伞齿轮的齿间隙累积分度误差的示意图。所有其它齿间隙只有轻微的位置偏差。齿间隙宽度则几乎是理想的。
当然，本发明也可用于制造个别的伞齿轮。
图6A-6C所示为用于本发明先前的较佳实施例中确定分度误差的数学方法。可从齿间隙开始。然而，所述方法也可利用齿来进行。在图6A中，在参考齿左边的齿间隙由线A最后表示，另一齿(第n个齿)左边的齿间隙由线An示出。应可看出，第n个齿间隙的位置太过向上，具有稍微小了点的间隙宽度。图6B所示为该方法的一个中间步骤。齿间隙An向左移位，现由A′n标示，这是因为它是被补偿或修正的齿间隙。该移位使得两齿间隙的中心线相叠合。在该瞬时图片中，可以确定径向插入深度U(B＝0，X)。还可确定该些齿根面彼此的径向距离X。
最后的齿间隙由线A最后标示并且相应于由线An标示的第n个齿间隙的给定位置。两齿根面的偏差在每一情况下由fu标示。偏差的值与图4A和图4B中的测定纪录中所示的偏差一致。
第n个齿间隙通过深度变化X(插入运动)和工件转动B(分度运动)来移位，以致于偏差fu(图6A和图6B)变成零。每一齿间隙都会进行这种移位。
正如所述，分度误差在切齿测量中心10内确定，所述切齿测量中心10至少暂时与装置20连接并可形成一种闭合。分别对样本工件的所有齿测定分度误差，因此，相对于中性数据或主数据来测量分度误差。
正如所述，根据本发明，适当的分度误差补偿的确定是基于每齿的两齿根面(凹和凸)的分度误差总和总是与最后的齿有关。其中偏差被设定为零。在闭合环中修改加工或控制数据。为此，修正值(偏差)或修正系数联机地传到装置20，并且会整合入/施加于机床或控制数据。这意味着切齿测量中心10只传递修正值(偏差)或修正系数。
根据本发明，测量中心10设计成它可执行测定分度误差的新颖方法，然后可确定修正值(偏差)或修正系数。此外，测量中心10必须要设计成它可通过接口或接线12将适当格式的修正值(偏差)或修正系数传给装置20。
最好不要改变这齿，但可改变间隙位置及间隙深度。这最好通过计算机三角叠加来进行，如图6A和6C所示。对每一齿间隙进行分度误差补偿，所以各个齿间隙所要求那样相对于最后的齿间隙出现及定位。
在一较佳的实施例中，可预先限定一公差，于是只需个别地修正在公差范围以外的齿或齿间隙。

Claims (8)

1.一种生产要补偿分度误差的伞齿轮(31)的方法，所述的方法使用一装置(20)，所述装置包括一用于接纳所述伞齿轮(31)的工件轴(21)、一用于接纳工具(24)的工具轴(42)、以及多个使用所述工具(24)以单分度完成法加工所述伞齿轮(31)的驱动器(X，Y，Z，B，C，A1)，所述方法包括以下的步骤：
-预先限定描述待大量生产的伞齿轮(31)的形状以及所要求的机床运动学的主数据或中性数据，
-基于所述主数据或中性数据执行下列的加工步骤，
a)通过执行加工运动用所述工具(24)加工一样本工件的一个齿间隙，
b)执行在所述工具(24)和样本工件之间的相对运动以使所述工具(24)移离所述齿间隙，
c)执行分度转动以将所述样本工件转移到另一角位置，
d)重复执行步骤a)-c)，用所述工具(24)加工所述样本工件的另一个齿间隙，重复这些步骤直到加工了所述样本工件的所有齿间隙，
-将所述样本工件传送到一测量系统(10)，
-确定所述样本工件的所有齿的分度误差，
-确定每齿或每齿间隙的修正值或修正系数，使用所述样本工件的一个齿或齿间隙作为参考点，
-传送或接收所述修正值或修正系数，
-基于所述修正值或修正系数修改所述装置(20)的加工数据或中性数据，准备生产至少一个要补偿分度误差的伞齿轮(31)，
-通过执行步骤a)-d)用修改后的加工数据生产要补偿分度误差的至少一个伞齿轮，重复这些步骤直至制造出要补偿分度误差的所述伞齿轮(31)的所有齿间隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：分别对每一齿或每一齿间隙进行各自的修正。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预先限定一公差，只对在公差范围以外的齿或齿间隙进行各自的修正。
4.根据权利要求1至3其中一项所述的方法，其特征在于：所述方法是伞齿轮铣削法。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法是干磨铣削法。
6.根据权利要求1至3其中一项所述的方法，其特征在于：所述方法是研磨法。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述方法是使用磨盘的研磨法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述磨盘被磨光。
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