CN101765472A - 齿轮加工设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种齿轮加工设备的加工部分(12)包括枢转地支撑工件齿轮(14)的呈轴(J1)形式的工件支撑件以及呈轴(J2)形式的刀具支撑件，该刀具支撑件支撑倒角刀(18)，使得该倒角刀(18)与安装至所述轴(J1)的工件齿轮(14)啮合。所述轴(J1)成角度，使得所述倒角刀(18)以不为零度的轴交叉角(ψ)与所述工件齿轮(14)啮合并且所述倒角刀(18)的加工齿(32a，32b)不与所述工件齿轮(14)的齿面(28)干涉。还提供了一种齿轮加工方法。

Description

齿轮加工设备及加工方法

技术领域

本发明涉及用于对齿轮的端部边缘进行适当倒角的齿轮加工设备及加工方法。

背景技术

近来机动车辆要求静音、耐用性以及高动力。因此，传递动力(例如，齿轮箱)所用的齿轮要求比以前更精确的齿面，从而在可靠传递动力的同时不会产生噪音。

这样的高精密齿轮通常如以下制造：利用滚刀进行粗切削；倒角；通过剃齿刀成形齿面；通过热处理进行渗碳并硬化；以及磨齿和珩齿以进一步提高精度。

在上述过程中，在刚完成通过滚刀进行的粗切削之后，齿面的端部边缘保持尖锐，尖锐的端部边缘在热处理期间会被过度渗碳并且会在硬化时被不期望地“玻璃化”(脆化)。因此，对齿轮进行倒角过程以防止过度渗碳并提高齿轮强度。

在倒角期间，广泛使用倒角刀，倒角刀压溃工件齿轮的齿面的端部边缘。倒角刀无轴交叉角地与工件齿轮啮合以压溃齿轮边缘。例如在日本特开专利公报No.54-015596以及日本特开专利公报No.61-284318中公开了这样的加工方法。在日本特开专利公报No.54-015596中，公开了倒角刀以0°轴交叉角与工件齿轮啮合。日本特开专利公报No.61-284318中教导了以预定轴角叉角与工件齿轮啮合。

此外，日本特开专利公报No.2006-224228公开了一种齿轮加工设备，该齿轮加工设备在单个设备中依次进行切齿和端部加工。

如以上所述，通常进行粗切削、用倒角刀倒角、利用剃齿刀成形齿面、热处理、磨齿和珩齿，以制造要求高动力输出、静音和耐用性的高精密齿轮。

利用倒角刀进行倒角处理允许对齿面的端部边缘适当倒角。然而，由于端部边缘在倒角过程中基本被压溃，过多的材料被横向推出而形成鼓出部。

这样的鼓出部可通过后继的磨削过程去除。然而，由于齿轮在磨削过程之前已经过热处理，鼓出部相当坚硬。因此，在磨削工具上施加很大的载荷并且需要很长的时间磨削。而且，由于需要额外成本，就制造效率而言优选的是跳过磨削过程。

然而，若不进行磨削过程，在后继的珩齿期间会在研磨石上施加过大的载荷，这不是优选的。这是因为热处理之后工件齿轮的硬度增大并且在珩齿过程中珩齿研磨石和工件齿轮在相同部位接触，使得仅与鼓出部接触的部分过度磨损。

在上述日本特开专利公报No.61-284318中公开的刀具使倒角刀以预定轴交叉角与工件齿轮啮合。然而，如果不慎重地设置这样的轴交叉角，倒角刀的齿端会与工件齿轮的齿面干涉。而且，由于在刀具的齿面上设置作为切削刃的锯齿，难以制造该刀具。

此外，尽管在倒角之后进行的剃齿过程会约束鼓出部，然而与倒角过程相比剃齿过程需要相当长的时间。相应地，所谓的节拍时间延长并且在完成倒角之后直至后继剃齿过程可能需要额外的等待时间。

另一方面，即使在精加工(例如，剃齿)需要相对较低的精度并且不进行热处理的齿轮时，若在精加工齿(例如，剃齿)之前不对由倒角刀倒角产生的鼓出部采取措施，鼓出部也会在刀具上产生载荷，从而不必要地缩短刀具寿命，这会导致更频繁地暂停机床以更换刀具，导致更频繁地维护和检查作业并增大刀具成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够适当地对齿面的端部边缘进行倒角并限制与该端部边缘邻近的鼓出部形成的齿轮加工设备和加工方法。

本发明的另一目的是提供一种能够有效加工的齿轮加工设备和加工方法。

第一特征：根据本发明一个方面的齿轮加工设备包括：枢转地支撑工件齿轮的工件支撑件；以及刀具支撑件，该刀具支撑件枢转地支撑倒角刀，使得该倒角刀与安装至所述工件支撑件的所述工件齿轮啮合；所述刀具支撑件成角度，使得所述倒角刀以轴交叉角ψ(ψ≠0)与所述工件齿轮啮合并且所述倒角刀的齿不与所述工件齿轮的齿面干涉。

由于倒角刀以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合，倒角刀不仅会压溃工件齿轮的端部边缘从而对所述端部边缘进行倒角，而且会限制因所述压溃产生的过多材料而形成鼓出部。而且，倒角刀的齿不与工件齿轮的齿面干涉，从而可以进行适当的倒角过程。

第二特征：所述轴交叉角(ψ)由以下公式表示：

$\mathrm{\ψ}\≤{\cos }^{-1}\left\{\frac{(\frac{\mathrm{DBG}}{\mathrm{Zg}}-\mathrm{SBG})+A\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-1_2\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)}{\mathrm{SKC}}\right\}...\left(2\right)$

其中：BOG表示齿轮偏角；SBG表示节圆的弧齿厚；DBG表示所述倒角刀的齿轮啮合圆直径(即，节圆直径)；l₂表示重叠值(lap value)；SKC表示所述倒角刀的加工齿的齿尖宽度；Zg表示所述工件齿轮的齿数；A表示倒角量。因此，可更可靠地避免倒角刀的齿与工件齿轮干涉。

第三特征：所述倒角刀的齿面为渐开线表面，所述渐开线表面不具有作为切削刃的刃。因此，所述倒角刀可易于制造。

第四特征：所述轴交叉角ψ优选在5°至8°的范围内，从而可获得齿的适当强度和加工性能。

第五特征：根据本发明另一方面的齿轮加工设备包括：枢转地支撑工件齿轮的工件支撑件；以及相对于所述工件支撑件运动以顺序加工所述工件齿轮的第一加工单元以及第二加工单元；所述第一加工单元包括刀具支撑件，该刀具支撑件枢转地支撑倒角刀，使得该倒角刀与安装至所述工件支撑件的所述工件齿轮啮合；所述刀具支撑件成角度，使得所述倒角刀以轴交叉角ψ(ψ≠0)与所述工件齿轮啮合并且所述倒角刀的齿不与所述工件齿轮的齿面干涉；所述第二加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀。

因此，可在单个齿轮加工设备内进行由第一加工单元的倒角刀执行的倒角过程以及由第二加工单元的剃齿刀执行的齿面加工，这可提高制造效率。而且，由于倒角刀以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合，倒角刀通过压溃而对工件齿轮的端部边缘进行倒角，同时限制因所述压溃产生的过多材料而形成鼓出部。

第六特征：根据以上方面的齿轮加工设备可优选包括第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在所述第二加工单元加工所述工件齿轮之后对该工件齿轮进行加工；所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；所述工件支撑件包括与所述第一加工单元、第二加工单元和第三加工单元相对应的至少三个工件支撑件，所述工件齿轮包括三个工件齿轮，所述第一加工单元、第二加工单元和第三加工单元同时对这三个工件齿轮进行加工。

通常，剃齿过程比由倒角刀执行的倒角过程需要更多时间。然而，由于剃齿过程分别由第二加工单元和第三加工单元进行，因而可缩短与第一加工单元执行的倒角的时间差，从而减少第一次加工之后的等待时间。

第七特征：所述工件支撑件优选设置在旋转基座上，该旋转基座的取向可相对于所述第一加工单元进行调节。通过设置旋转基座可设定适用于工件齿轮的适当轴交叉角ψ。

第八特征：所述工件齿轮可为斜齿轮。

第九特征：所述工件齿轮可为用于车辆齿轮箱的齿轮。通过本发明的齿轮加工设备加工的齿轮具有高精度，静音和耐用性优异，因此适用于车辆齿轮箱。

第十特征：所述倒角刀和所述剃齿刀优选设置在转塔机构上，并优选根据该转塔机构的旋转而运动，从而顺序面向所述工件支撑件以对所述工件齿轮进行处理。通过使用转塔机构，由倒角刀执行的倒角过程以及由剃齿刀执行的齿面加工可利用单个齿轮加工设备进行，这提高了制造效率。

第十一特征：所述工件支撑件优选设置在所述转塔机构下方，并且所述转塔机构优选下降以使所述倒角刀和所述剃齿刀与所述工件齿轮啮合。因此，可利用转塔机构自身的重量使刀具与工件齿轮啮合并压靠工件齿轮。

第十二特征：所述转塔机构的旋转轴线优选相对于所述工件支撑件的轴线成角度(不平行)。换言之，由于倒角刀和剃齿刀都以轴交叉角与工件齿轮啮合，因而转塔机构自身可倾斜定位，从而简化设备的结构。

第十三特征：根据本发明以上方面的齿轮加工设备还可包括独立于所述转塔机构设置的第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在所述第二加工单元加工所述工件齿轮之后对该工件齿轮进行加工；其中所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；并且所述工件支撑件包括与所述转塔机构和所述第三加工单元相对应的至少两个工件支撑件，所述工件齿轮包括两个工件齿轮，所述转塔机构和所述第三加工单元同时对这两个工件齿轮进行加工。

通常，剃齿过程比通过倒角刀执行的倒角过程需要更多时间。然而，由于剃齿过程分别由转塔机构的第二加工单元和不设置在转塔机构上的第三加工单元进行，因而可缩短与第一加工单元执行的倒角的时间差，从而减少第一次加工之后的等待时间。

第十四特征：根据本发明以上方面的齿轮加工设备还可包括：第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在所述第二加工单元加工所述工件齿轮之后对该工件齿轮进行加工；其中所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；并且所述第一加工单元的倒角刀、第二加工单元的剃齿刀和所述第三加工单元的剃齿刀分别设置在所述转塔机构上。通过使用转塔机构，由倒角刀执行的倒角过程以及由剃齿刀执行的齿面加工可利用单个齿轮加工设备进行，这提高了制造效率。而且，由于剃齿过程分别由第二加工单元和第三加工单元执行，可有选择地针对第二加工单元(例如，用于半精加工)和第三加工单元(例如，用于精加工)使用适当刀具。

第十五特征，所述工件支撑件优选未设有所述工件齿轮的旋转驱动源，并且所述工件齿轮与所述倒角刀啮合以跟随该倒角刀旋转。因此，可减少旋转驱动源的数量并可简化结构。此外，由于工件齿轮跟随惯性相对较大的复合刀的旋转，因而可减少加速/减速时间。

第十六特征：根据以上方面的齿轮加工设备优选还包括：滚刀单元，该滚刀单元使两个滚刀沿与所述刀具支撑件不同的方向与所述工件齿轮接触以去除该工件齿轮上的毛刺。因此，可同时进行倒角和去毛刺，从而减少加工时间。

本发明的齿轮加工方法包括以下特征。

第十七特征：根据本发明再一方面的齿轮加工方法包括：倒角步骤，该步骤通过使倒角刀在以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合之后旋转而对该工件齿轮的端部边缘进行倒角；热处理步骤，该步骤用于在所述倒角步骤之后没有形成齿面的情况下加热所述工件齿轮；以及至少一个齿面精加工步骤，该步骤用于在所述热处理步骤之后成形所述工件齿轮的齿面。

由于倒角刀以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合，倒角刀通过压溃而对工件齿轮的端部边缘进行倒角，同时限制因所述压溃产生的过多材料而形成鼓出部。而且，当在倒角步骤之后不成形齿面的情况下进行热处理时，可减少步骤数量，从而提高制造效率。

第十八特征：所述倒角刀的齿面优选为渐开线表面，该渐开线表面不具有作为切削刃的刃。因此，倒角刀可易于制造。

第十九特征：所述齿面精加工步骤可从例如精滚齿过程、磨齿过程、珩齿过程和铰削过程中选择至少其中之一。

第二十特征：在上述中，优选使用用于枢转地支撑所述工件齿轮的工件支撑件以及用于枢转地支撑倒角刀的刀具支撑件，使得安装至所述工件支撑件的工件齿轮与所述倒角刀啮合；并且所述刀具支撑件优选使所述倒角刀以轴交叉角ψ与所述工件齿轮啮合。

第二十一特征：所述工件支撑件优选设置在旋转基座上，该旋转基座的取向可相对于所述刀具支撑件进行调节。通过设置旋转基座可设定适用于工件齿轮的适当的轴交叉角ψ。

第二十二特征：所述工件齿轮优选为斜齿轮。

第二十三特征：所述工件齿轮优选为用于车辆齿轮箱的齿轮。由本发明的齿轮加工方法加工的齿轮具有高精度，静音和耐用性优异，因此适用于车辆齿轮箱。

第二十四特征：根据本发明再一方面的齿轮加工方法包括：倒角步骤，该步骤通过使倒角刀在以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合的同时旋转而对该工件齿轮的端部边缘进行倒角；以及至少一个第一齿面精加工步骤，该步骤用于在所述倒角步骤之后不经受热处理而成形所述工件齿轮的齿面。

由于倒角刀以轴交叉角ψ与工件齿轮啮合，倒角刀通过压溃而对工件齿轮的端部边缘进行倒角，同时限制因所述压溃产生的过多材料而形成鼓出部。

而且，由于不进行热处理，上述方法可适用于制造不需要太高精度的齿轮。由于在倒角步骤之后进行的第一齿面精加工步骤不容易产生鼓出部，因而施加在第一齿面精加工步骤所用的刀具上的载荷相对较低，从而可延长刀具寿命。因此，使加工刀具停止以进行刀具更换作业的频率以及维护/检查频率可降低，并可降低刀具成本。

由于在第一齿面精加工步骤时未进行热处理，工件齿轮可易于加工。

第二十五特征：所述第一齿面精加工步骤优选为剃齿过程。

第二十六特征：所述齿轮加工方法还可包括用于在所述第一齿面精加工步骤之后加热所述工件齿轮的热处理步骤。由于通过热处理步骤可增大工件齿轮的硬度，制造出的齿轮可适用于例如要求高输出、静音和耐用性的车辆齿轮箱的高精密齿轮。

第二十七特征：根据以上方面的齿轮加工方法还包括用于在所述热处理步骤之后成形所述工件齿轮的齿面的至少一个第二齿面精加工步骤。通过分别在热处理之前和之后进行齿面精加工步骤可进行精确加工。第二表面精加工步骤提高了工件齿轮的精度，使其进一步适用于要求高输出、静音和耐用性优异的车辆齿轮箱的高精密齿轮。

第二十八特征：所述第二齿面精加工步骤可例如从精滚齿过程、磨齿过程、珩齿过程和铰削过程中选择至少其中之一。

第二十九特征：在上述中，优选使用齿轮加工设备，该齿轮加工设备包括枢转地支撑所述工件齿轮的工件支撑件以及相对于所述工件支撑件运动以顺序加工所述工件齿轮的第一加工单元以及第二加工单元；并且优选通过所述第一加工单元进行所述倒角步骤，优选通过所述第二加工单元进行所述第一齿面精加工步骤。

第三十特征：在根据以上方面的齿轮加工方法中，所述齿轮加工设备优选包括第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在通过所述第二加工单元进行的加工之后对所述工件齿轮进行加工；所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；并且所述工件支撑件包括与所述第一加工单元、第二加工单元和第三加工单元相对应的至少三个工件支撑件，所述工件齿轮包括三个工件齿轮，所述第一加工单元、第二加工单元和第三加工单元同时对这三个工件齿轮进行加工。

通常，剃齿过程比由倒角刀执行的倒角过程需要更多时间。然而，由于剃齿过程分别由第二加工单元和第三加工单元进行，因而可缩短与第一加工单元执行的倒角的时间差，从而减少第一次加工之后的等待时间。

第三十一特征：所述第一加工单元和第二加工单元优选设置在转塔机构上，所述第一加工单元和第二加工单元根据所述转塔机构的旋转顺序运动至面向所述工件支撑件的位置以对所述工件齿轮进行加工。通过使用转塔机构，由倒角刀执行的倒角过程以及由剃齿刀执行的齿面加工可利用单个齿轮加工设备进行，这提高了制造效率。

第三十二特征：所述转塔机构的旋转轴线以轴交叉角ψ相对于所述工件支撑件的轴线成角度。换言之，由于倒角刀和剃齿刀都以轴交叉角与工件齿轮啮合，因而转塔机构自身可倾斜定位，从而简化设备的结构。

第三十三特征：在根据本发明以上方面的齿轮加工方法中，优选设置独立于所述转塔机构的第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在所述第二加工单元加工所述工件齿轮之后对该工件齿轮进行加工；其中所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；并且所述工件支撑件包括与所述转塔机构和所述第三加工单元相对应的至少两个工件支撑件，所述工件齿轮包括两个工件齿轮，所述转塔机构和所述第三加工单元同时对这两个工件齿轮进行加工。

通常，剃齿过程比由倒角刀执行的倒角过程需要更多时间。然而，由于剃齿过程分别由转塔机构的第二加工单元和不设置在转塔机构上的第三加工单元进行，因而可缩短与第一加工单元执行的倒角的时间差，从而减少第一次加工之后的等待时间。

第三十四特征：在根据本发明以上方面的齿轮加工方法中，优选设置第三加工单元，该第三加工单元相对于所述工件支撑件运动以在通过所述第二加工单元加工所述工件齿轮之后对所述工件齿轮进行加工；其中所述第三加工单元包括对所述工件齿轮的齿面进行加工的剃齿刀；并且所述第一加工单元的倒角刀、所述第二加工单元的剃齿刀以及所述第三加工单元的剃齿刀分别设置在所述转塔机构上。

通过使用转塔机构，由倒角刀执行的倒角过程以及由剃齿刀执行的齿面加工可利用单个齿轮加工设备进行，这提高了制造效率。而且，由于剃齿过程分别由第二加工单元和第三加工单元执行，可有选择地针对第二加工单元(例如，用于半精加工)和第三加工单元(例如，用于精加工)使用适当刀具。

结合附图从以下说明将会更清楚本发明的以上及其它特征和优点，在附图中以示例性实施例示出了本发明的优选实施方式。

附图说明

图1是示出齿轮加工设备的加工部分的示意立体图；

图2是示出工件齿轮的立体图；

图3是示出倒角刀的立体图；

图4是示出倒角刀与工件齿轮之间的啮合部的放大立体图；

图5是工件齿轮和倒角刀分别沿其圆周展开的示意图；

图6是分别沿其周长展开的根据现有技术的啮合状态的工件齿轮和倒角刀的示意图；

图7A是示出在初始啮合阶段啮合部的示意立体图；

图7B是示出在中间啮合阶段啮合部的示意立体图；

图7C是示出在最后啮合阶段啮合部的示意立体图；

图8是示出加工之后的右齿面的示意立体图；

图9A是示出在轴交叉角为5°时倒角刀在端部边缘处的运动轨迹的图；

图9B是示出在轴交叉角为8°时倒角刀在端部边缘处的运动轨迹的图；

图10是示出加工之后的左齿面的示意立体图；

图11是示出工件齿轮和倒角刀沿其圆周展开的局部放大示意图；

图12是示出倒角刀与工件齿轮之间的啮合部的放大侧视图；

图13是在以0°的轴交叉角加工之后工件齿轮的端部边缘的放大图；

图14是在以5°的轴交叉角加工之后工件齿轮的端部边缘的放大图；

图15是在以8°的轴交叉角加工之后工件齿轮的端部边缘的放大图；

图16是在以5°的轴交叉角加工两千次之后第两千个工件齿轮的端部边缘的放大图；

图17是示出倒角刀的齿与轴交叉角、刀尖宽度、干涉量、间隙及刀刃宽度之间的关系的示意图；

图18A是在轴交叉角为4°时倒角刀的齿面在端部边缘处的运动轨迹的图；

图18B是在轴交叉角为5°时倒角刀的齿面在端部边缘处的运动轨迹的图；

图18C是在轴交叉角为6°时倒角刀的齿面在端部边缘处的运动轨迹的图；

图19是示出根据第一实施例的齿轮加工设备的平面图；

图20是示出根据第二实施例的齿轮加工设备的立体图；

图21是示出根据第三实施例的齿轮加工设备的平面图；

图22是根据第一实施方式的齿轮加工方法的流程图；

图23是示出磨齿步骤的加工状态的示意图；

图24是示出珩齿步骤的加工状态的示意图；

图25是根据第二实施方式的齿轮加工方法的流程图；

图26是根据第三实施方式的齿轮加工方法的流程图；

图27是根据第四实施方式的齿轮加工方法的流程图；

图28是根据第五实施方式的齿轮加工方法的流程图；以及

图29是根据第六实施方式的齿轮加工方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图1至29描述根据本发明的齿轮加工方法的实施方式。在当前实施方式的齿轮加工方法中，工件齿轮的端部边缘在利用滚刀粗切削齿之后至少进行倒角。根据当前实施方式的齿轮加工方法利用例如齿轮加工设备10a(参见图19)、10b(参见图20)和10c(参见图21)进行。以下将针对齿轮加工设备10a至10c开始描述用于利用倒角刀加工工件齿轮的加工部分12。

如图1中所示，加工部分12包括：轴J1，该轴J1作为用于枢转地支撑工件齿轮14的工件支撑件；以及轴J2，该轴12作为用于枢转地支撑倒角刀18的刀具支撑件。轴J2能够通过驱动源(未示出)旋转。轴J1与和倒角刀18啮合的工件齿轮14一起旋转。

轴J2枢转地支撑倒角刀18，使得倒角刀18与附连至轴J1的工件齿轮14啮合。轴J2是成角度的，使得倒角刀18以轴交叉角ψ(不为0°)与工件齿轮14啮合，并且倒角刀18的加工齿32a、32b不与工件齿轮14的齿26的齿面28干涉(参见图5)。轴交叉角ψ为由工件齿轮14的轴J1与倒角刀18的轴J2形成的角(参见图5)。

如图2所示，工件齿轮14例如为斜齿轮，该斜齿轮在粗切削之后具有位于右端部边缘30和左端部边缘31(参见图7A)上的尖锐部33。加工部分12对尖锐部33进行倒角。由加工部分12加工的工件齿轮14不限于斜齿轮，而是可以另选地为直齿轮等。工件齿轮14例如用于机动车辆的齿轮箱。由加工部分12加工的齿轮高度精密，并且静音和耐用性优异，这种齿轮适用于机动车辆的齿轮箱。

如图3中所示，倒角刀18设有第一部件34a和第二部件34b，第一部件34a在厚度方向上的一侧包括一组倒角加工齿34a，第二部件34b在另一侧包括另一组倒角加工齿32b。第一部件34a和第二部件34b固定在凸台36上以提供所谓的三部件结构。第一部件34a和第二部件34b分别能够利用细长孔38相对于凸台36调节角度。

如图4和图5所示，加工齿32a和加工齿32b与工件齿轮14的厚度相对应地相互隔开。倒角刀18和工件齿轮14在相互啮合的同时旋转，并且倒角刀18的加工齿32a被挤压到端部边缘30上以压溃尖锐部33并对尖锐部33进行倒角。在倒角过程中，倒角刀18的加工齿32b被挤压到另一端部边缘31上以压溃尖锐部33。

图5以分别沿其圆周展开的工件齿轮14和倒角刀18的示意图示出工件齿轮14的齿26与倒角刀18的加工齿32a、32b之间的相对位置关系。从图5中可以看出，工件齿轮14和倒角刀18以轴交叉角ψ布置成倾斜相交。

另一方面，如图6所示在现有技术的啮合中不提供轴交叉角。

接下来描述如何将倒角刀18的加工齿31a挤压在端部边缘31上以压溃尖锐部33。

工件齿轮14在图5中沿向右方向(即，沿箭头A1的方向)旋转。另一方面，倒角刀18沿以角ψ倾斜的方向(即，箭头A2的方向)旋转。

如图7A中所示，倒角力18的加工齿32a最初抵靠在大约位于齿26的端部边缘30的顶部的部分P1上。此时(初始啮合阶段)，加工齿32a关于齿26向右倾斜，从而相对于中心线C的前侧与部分P1接触。在该状态下，尖锐部33留在端部边缘30上。在图7A至图7C中，中心线C标在加工齿32的齿面上以便于理解。此时的啮合对应于由图5中的箭头B1表示的啮合状态。

如图7B中所示，在中间啮合状态，倒角刀18的加工齿32a抵靠在大约位于齿26的高度的中间处的部分P2处。在中间啮合状态，加工齿32a与齿26近似平行，中心线C紧靠部分P2。尽管部分P2上方的一侧被倒角并且尖锐部33被去除，然而部分P2下方的区域残留有尖锐部33。此时的啮合对应于由图5中的箭头B2表示的啮合状态。

如图7C中所示，在啮合结束时，倒角刀18的加工齿32a抵靠在大约位于齿26的底部的部分P3处。在啮合结束时，加工齿32a关于齿26向左倾斜，使得相对于中心线C的更深部分抵靠在部分P3上。此时，端部边缘30在其整个长度上都被倒角并且尖锐部33被去除。此时的啮合对应于由图5中的箭头B3表示的啮合状态。

如图8中所示，在被倒角的端部边缘30上形成薄的平面部并且尖锐部33被去除。加工齿32A的运动轨迹如箭头D1所示倾斜定向，包括横向(齿厚方向)运动分量。

倒角刀的齿面在端部边缘30上的更详细的运动轨迹在图9A和图9B中示出。图9A示出轴交叉角ψ为5°时的运动轨迹，图9B示出轴交叉角ψ为8°时的运动轨迹。代码Z表示工件齿轮14与倒角刀18的啮合圆。通过图9A和图9B可理解，在运动轨迹中包括相当多的横向分量，轴交叉角ψ为8°时的运动轨迹大于轴交叉角ψ为5°时。切削性能通常与横向分量成比例。

相比之下，由于根据现有技术的啮合不具有轴交叉角ψ(即，ψ＝0°)(参见图6)，加工齿32a的运动轨迹不包括图8中的箭头E所示的横向运动分量。

换言之，由于倒角刀18以轴交叉角ψ与加工齿轮14啮合，齿轮加工设备的啮合部分12不仅使工件齿轮14的端部边缘30上的尖锐部33被压溃而进行倒角，而且产生包括横向运动分量的面面滑动运动。因此，可防止或限制在齿面28上邻近倒角部的部分82处(参见图8和图10)产生过多的鼓出材料。

而且，倒角刀18的加工齿32a的齿面设计成挤压在端部边缘30上并抵靠端部边缘30滑动。因此，倒角刀18的齿面为不具有刃的渐开线表面，这种表面可容易地制造。

顺便提及，尽管省略了详细说明，然而工件齿轮14的相对侧上的端部边缘31适合由倒角刀18的加工齿32b倒角，从而可防止或限制在邻近倒角部的部分82(参见图10)处产生过多的鼓出材料。在这种情况下，加工齿32b的运动轨迹如图10中的箭头D2所示倾斜定向，并包括横向运动分量，从而可实现与加工端部边缘30相同的效果。更具体地说，该运动轨迹与图9A和图9B中所示的箭头相反地定向。

顺便提及，在根据现有技术的啮合(参见图6)中通常不设置轴交叉角ψ。这是因为忽略了由过多材料在邻近倒角部的部分82(参见图8)处产生的鼓出部，或者由于还未意识到为解决该问题而设置轴交叉角ψ的有效性。

尽管在日本特开专利公报No.61-284318中公开的装置中设置轴交叉角ψ，然而利用锯齿部对端部边缘30和31进行倒角实践起来不容易。

而且有，由于轴交叉角ψ的设置有时会引起倒角刀18的加工齿32a、32b与工件齿轮14的齿26的齿面28相干涉(参见图6中的虚线)，因而难以设定轴交叉角ψ，从而使得不存在轴交叉角。

本发明的发明人找到以下公式(1)来适当设定轴交叉角ψ。

$\left.\begin{array}{c}(\frac{\mathrm{DBG}\×\mathrm{\π}}{\mathrm{Zg}}-\mathrm{SBG})+A\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-l_2\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-\mathrm{\α}\\ \≥\mathrm{SKC}\×\cos \left(\mathrm{\ψ}\right)\\ \cos \left(\mathrm{\ψ}\right)\≤\frac{(\frac{\mathrm{DBG}\×\mathrm{\π}}{\mathrm{Zg}}-\mathrm{SBG})+A\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-l_2\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)}{\mathrm{SKC}}\end{array}\right\}...\left(1\right)$

这里，以上公式的左侧表示工件齿轮14与倒角刀18的干涉。因此，可通过以上公式左侧指示的值使加工齿32a、32b变薄而避免干涉。右侧表示加工齿32a、32b的齿尖宽度的余弦分量。

而且，如图11中所示，l₁表示倒角宽度，l₂表示重叠值，BOG表示齿轮偏角，SBG表示节圆上的弧齿厚。DBG表示工件齿轮14的节圆直径。A表示倒角量。

如图12中所示，DBG表示工件齿轮14的节圆直径，DKG表示工件齿轮14的外径，DBC表示倒角刀18的节圆直径，DKC表示倒角刀18的外径。Zg表示工件齿轮14的齿数，α表示余量。SKC表示倒角刀18的加工齿32a、32b的齿尖宽度。

对以上公式(1)进行变型可得到以下公式(2)。

$\mathrm{\ψ}\≤{\cos }^{-1}\left\{\frac{(\frac{\mathrm{DBG}\×\mathrm{\π}}{\mathrm{Zg}}-\mathrm{SBG})+A\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-l_2\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)}{\mathrm{SKC}}\right\}...\left(2\right)$

换言之，通过调节由公式(2)表示的轴交叉角ψ，可更可靠地防止倒角刀18的加工齿32a、32b与工件齿轮14干涉。

接下来描述由这样布置的齿轮加工设备的加工部分12产生的实验性加工。

图13是示出在如现有技术中那样以轴交叉角ψ＝0°倒角之后，端部边缘30(右齿面)的放大图。从图13中可以看出，在倒角部附近的部分(参见图8中的部分82)存在由过多材料形成的鼓出部80。鼓出部的高度由H1表示，其宽度由H2表示。在以ψ＝0°加工预定次数之后左右齿面的结果在表1和表2的栏“ψ＝0°”中示出。利用轮廓测量仪等测量齿面。

表1

鼓出部的高度H1(单位：mm)

表2

鼓出部的宽度H2(单位：mm)

图14是示出在以轴交叉角ψ＝5°倒角之后端部边缘30(右齿面)的放大图。从图14中可以看出，鼓出部80的形成收到了相当大的限制。在以ψ＝5°加工预定次数之后左右齿面的结果在表1和表2的栏“ψ＝5°”中示出。

图15是示出在以轴交叉角ψ＝8°倒角之后端部边缘30(右齿面)的放大图。从图15中可以看出，难以产生鼓出部80。在以ψ＝8°加工预定次数之后左右齿面的结果在表1和表2的栏“ψ＝8°”中示出。顺便提及，负值在表1和表2中由“0”表示。

图16是示出在以轴交叉角ψ＝5°在两千个工件齿轮上进行倒角过程之后第两千个齿轮的端部边缘30(右齿面)的放大图。通过对比图14和图16可理解，鼓出部80在首个齿轮与第两千个齿轮之间几乎没有变化。而且，倒角刀18的加工齿32a和加工齿32b的轮廓的精确测量表明在两千次加工之后识别不到磨损。

如以上所述，所述齿轮加工设备可防止或相当大地限制鼓出部80的形成。而且，即使在多次加工之后，产品精度保持稳定，不会在倒角刀18上产生磨损，这会提供充分耐用性。

接下来描述这样布置的齿轮加工设备的加工部分12的轴交叉角ψ的值的分析结果。

如图17中所示，当轴交叉角ψ设定为较大时，加工齿32a与工件齿轮14的齿26干涉。因此，在加工齿32a的后侧的端部上设置与齿26近似平行的逃脱面300。逃脱面300允许增大轴交叉角ψ并提高加工效率。图17示出了加工齿32a的形状，其中考虑到与工件齿轮14的齿26的干涉鉴于干涉量S1和间隙S2而相对于刀尖宽度S确保刀刃宽度S3。

顺便提及，就强度而言优选的是设置0.4mm以上的刀刃宽度S3。考虑到可能存在的误差等，优选将间隙S2设定为大约0.5mm。轴交叉角ψ、干涉量S1、刀尖宽度S以及刀刃宽度S3之间的关系在标准状态下的分析和计算结果在表3中示出。间隙S2设定为0.5mm。

表3

轴交叉角ψ	干涉量S1[mm]	刀尖宽度S[mm]	刀刃宽度S3[mm]
				4°	1.14	2.18	0.54
5°	1.18	2.19	0.51
				6°	1.23	2.20	0.47
7°	1.28	2.21	0.43
				8°	1.31	2.23	0.42
9°	1.36	2.24	0.38

如表3中清楚所示，当轴交叉角ψ为8°时，刀刃宽度S3为0.42mm，以充分确保强度。当轴交叉角ψ为9°时，刀刃宽度S3为0.38mm，致使强度不足。换言之，就强度而言轴交叉角ψ优选为8°以下(ψ≤8°)。

当轴交叉角ψ为4°时，刀刃宽度S3为0.54mm，认为可确保足够强度。然而，加工效率变差。认为当倒角刀18的加工齿32a在端部边缘30处的运动轨迹更横向地定向时可更有效地限制在工件齿轮14的倒角部附近形成鼓出部。

如图18A的模拟结果所示，当轴交叉角ψ＝4°时，加工齿32a的运动轨迹显示出相当陡峭的倾度，仅包含少量横向分量，从而对鼓出部的形成产生低限制效果。

另一方面，如图18B的模拟结果所示，当轴交叉角ψ＝5°时，加工齿32a的运动轨迹显示相对缓和的倾度，包含一定量的横向分量，这会限制鼓出部的形成。

如图18C的模拟结果所示，当轴交叉角ψ＝6°时，加工齿32a的运动轨迹变得相当缓和，包含大量横向分量，这会对鼓出部的形成产生高限制效果。换言之，为了限制鼓出部的形成，优选的是轴交叉角ψ为5°以上(ψ≥5°)。

因此，为了既满足加工齿32a的强度又满足加工性能，轴交叉角ψ优选在5°至8°的范围内。

顺便提及，日本特开专利公报No.61-284318公开了倒角刀以预定轴交叉角α与工件齿轮啮合。日本特开专利公报No.61-284318中所用的倒角刀采用独特刀具布置，其中该刀“包括沿垂直于齿轮的方向并相互平行延伸的多个锯齿刃，锯齿刃的相位沿刀具中心方向每刃依次略微偏移”。因此，插齿刀的相应齿的锯齿刃切割齿轮在刀具旋转方向上的前侧的侧缘。由于刀具的相应切削面的锯齿刃沿刀具中心方向每刃依次略微偏移，锯齿刃与相应齿的倒角部抵接的抵接部略微偏移，使得整个倒角面可被均匀切割。

换言之，在日本特开专利公报No.61-284318中利用具有锯齿刃的倒角刀“切割”工件齿轮，并设置轴交叉角α以切割工件齿轮。而且，难以在齿面上设置作为切削刃的锯齿并且预计寿命较短，因而在实践中未过多考虑。事实上，根据日本特开专利公报No.61-284318的刀具还未实际应用。

另一方面，由于倒角刀18的加工齿32a、32b不具有锯齿刃而是具有基本光滑的表面，因而倒角刀18可易于制造，寿命长并且实用。这种齿轮加工设备(参见图20)已投入实际应用并且已展示优选效果。

接下来描述具有加工部分12的齿轮加工设备10a、10b和10c。

如图19中所示，根据第一实施例的齿轮加工设备10a用于在多个工件齿轮14上同时进行倒角过程和剃齿过程。齿轮加工设备10a包括：用于以间歇方式使工件齿轮14转过90°的进给台101；用于利用倒角刀18对工件齿轮14进行倒角的第一阶段(第一加工单元)102；用于对工件齿轮14进行第一次剃齿的第二阶段(第二加工单元)104；用于对工件齿轮14进行第二次剃齿的第三阶段(第三加工单元)106；以及用于更换工件齿轮14的加载/卸载阶段108。进给台101例如水平旋转。

进给台101在其外圆周附近以相等间隔(90°)包括能够枢转地支撑工件齿轮14的四个旋转轴(工件支撑件)110a、110b、110c和110d。这四个旋转轴110a至110d可通过四个电机独立旋转，或者另选地可通过来自单个电机的分配驱动力旋转。在旋转轴110a至110d当中，位于加载/卸载阶段108处的旋转轴停止以加载/卸载工件齿轮14，此时与该齿轮对应的电机停止或者对应离合器断开。

第一阶段102为用于对工件齿轮14的端部边缘30、31进行倒角的阶段，并设有加工部分12(参见图1)。如以上所述，加工部分12设有倒角刀18，该倒角刀18以轴交叉角ψ与工件齿轮14啮合。倒角刀18能够相对于进给台101进行前进和后退。当倒角刀18对工件齿轮14进行倒角时，倒角刀18与工件齿轮14啮合。另一方面，当进给台101旋转时，倒角刀18向外退。

第二阶段104为用于在工件齿轮14的齿面28上进行第一次加工(即，剃齿)的阶段，该第二阶段104设有剃齿刀112。剃齿刀112能够相对于进给台101径向前进和后退。当工件齿轮14被加工时，剃齿刀112与工件齿轮14啮合。另一方面，当进给台101旋转时，剃齿刀112向外退。第二阶段104的剃齿过程对应于半粗加工。

第三阶段106为用于在工件齿轮14的齿面28上进行第二次加工(即，剃齿过程)的阶段，该第三阶段106设有剃齿刀114。剃齿刀114能够相对于进给台101径向前进和后退。当工件齿轮14被加工时，剃齿刀114与工件齿轮14啮合。另一方面，当进给台101旋转时，剃齿刀114向外退。第三阶段106的剃齿过程对应于精加工。第三阶段106的剃齿刀114可与第二阶段104的剃齿刀112相同，或者另选地可使用适于精加工的不同刀。

用于枢转地支撑工件齿轮14的旋转轴110a、110b、110c和110d垂直设置。另一方面，第一阶段102、第二阶段104和第三阶段106的相应刀具优选倾斜以提高轴交叉角ψ。优选的是可调节地设置该角。

工件齿轮14在经历直至第三阶段106的过程之后被送至加载/卸载阶段108，然后从齿轮加工设备10a卸下以送至后继处理(例如，热处理)。

根据这样布置的齿轮加工设备10a，可在单个设备上有效地进行在第一阶段102处利用倒角刀18进行的倒角以及在第二阶段104和第三阶段106处利用剃齿刀112和114对齿面进行的精加工。具体地说，由于可利用单个设备进行倒角和剃齿，在倒角和剃齿之间无需工件齿轮14的中间设备输送并可减少空间。

而且，由于倒角刀18以轴交叉角ψ与工件齿轮14啮合，因此倒角刀18不仅会压溃工件齿轮14的端部边缘30、31，而且会限制因该压溃产生的过多材料而形成鼓出部。

对应于第一阶段102、第二阶段104、第三阶段106和加载/卸载阶段108设置作为工件支撑件的旋转轴110a至110d，使得可由第一阶段102、第二阶段104和第三阶段106同时加工三个工件齿轮14。

典型的剃齿过程比通过倒角刀18进行倒角需要更多时间。然而，由于将剃齿过程分成两个阶段，即第二阶段104和第三阶段106(或者第二步骤至第N步骤(N≥4))，可缩短与倒角(第一步骤)的时间差，因而可减少第一步骤之后的额外等待时间。

尽管齿轮加工设备10a除加载/卸载阶段108之外包括三个处理阶段，然而，工件齿轮14的处理阶段的数量可以为两个或大于三个。换言之，通过设置至少第一阶段102和第二阶段104可实现有效处理。例如当设置大于三个处理阶段时，可将用于剃齿过程的阶段分成三个阶段。另选的是，可在第一阶段102之前设置用于滚齿的处理阶段。

接下来描述根据第二实施例的齿轮加工设备10b。在齿轮加工设备10b的说明中，横向定义为X方向，深度方向定义为Y方向，高度方向定义为Z方向。

如图20中所示，齿轮加工设备10b包括：设置在基座200上的转台(旋转基座)202；设置在转台202上的工件支撑件204；驱动板206；以及设置在驱动板206附近的刀具支撑件208。在图20中，未示出齿轮加工设备10b的控制台、润滑装置、液压源和冷却液。

工件支撑件204包括：设置在转台202上的X-滑动基座；相对于X-滑动基座210沿X方向滑动的X-滑动件212；在X-滑动件212上从工件齿轮14的两侧旋转支撑该工件齿轮的头架214和尾架216；以及在Y方向上设置在远侧以去除工件齿轮14上的毛刺的滚刀单元220。X-滑动件212能够沿被X-电机219驱动的X-滑动基座210的纵向(ψ＝0时等同于X方向；以下有时简称为X方向)运动。

在滑动基座210上设置基座旋转电机222。滑动基座210由基座旋转电机222驱动而在水平面内相对于转台202旋转。例如利用蜗轮机构致使滑动基座210相对于转台202旋转。在转台202上设置传感器(例如，旋转编码器)224，以精确测量滑动基座210的旋转。可基于传感器224的信号通过全封闭反馈精确确定滑动基座210的位置。具体地说，由于利用传感器224直接检测滑动基座210的旋转而不是基于基座旋转电机222的旋转依赖于间接反馈(所谓的半封闭控制)，因而可精确控制滑动基座210的位置。

在转台202上设置多个(例如，四个)夹具226，以刚性固定已完成定位的滑动基座210。夹具226(在图20中仅示出了其中一个)以规则间隔绕转台202设置。滑动基座210的旋转对应于轴交叉角ψ。滑动基座210可例如旋转大约±20°。当转角为0°时(标准状态)，工件齿轮14的轴线与X方向重合(ψ＝0°)。

头架214包括：可沿X方向滑动的子滑动件230；可沿X方向相对于子滑动件230滑动的轴支撑箱232；用于驱动轴支撑箱232的头架电机234；以及用于支撑工件齿轮14的一侧的支撑轴236。支撑轴236对应于轴J1。尾架216与头架214基本对称地布置，其中头架214与尾架216标有相同的附图标记并且不做详细说明。头架214和尾架216用于沿X方向运动的驱动力不同，头架214的驱动力设定成更大。头架214确定工件齿轮14在X方向上的位置。在安装和卸下工件14时，头架214和尾架216朝向彼此和相互分离地运动。在头架214和尾架216上未设置用于使工件齿轮14旋转的驱动源。

滚刀单元220包括：沿X方向并置的两个滚刀228；旋转支撑滚刀228的固定支撑件240；Y-滑动基座242；以及Y-电机224。Y-电机244使滚刀支撑件240沿X-滑动基座210的横向(当ψ＝0时等同于Y方向；以下有时简称为Y方向)相对于Y-滑动基座242前进和后退。将两个滚刀228之间的间隙调整成工件齿轮14的齿宽，使得在将滚刀228施加在工件齿轮14上时可去除毛刺。在滚刀单元220上未设置用于使滚刀228旋转的驱动源。使滚刀228与工件齿轮14接触以随工件齿轮14的旋转而去除毛刺。滚刀单元220设置在滑动基座210上。

刀具支撑件208包括：Z-滑动基座250；相对于Z-滑动基座250沿上下方向运动的刀具支撑机构箱252；以及相对于刀具支撑机构箱252间歇旋转的转塔机构254。

Z-滑动基座250设置在驱动板206附近，驱动板206沿Z方向延伸从而以可沿Z方向垂直运动的方式保持刀具支撑机构箱252。在Z-滑动基座250的上侧设置用于实现刀具支撑机构箱252的上下运动的Z-电机256。

刀具支撑机构箱252包括用于以每次60°使转塔机构254间歇旋转的分度电机258以及主轴电机260，并因此包括相当多的配重。刀具支撑机构箱252还包括定位销机构以及离合器机构(都未示出)。转塔机构254可借助定位销机构而精确定位。离合器机构控制传递至转塔机构254的动力传递。

转塔机构254具有六角形侧面，其由分度电机258驱动而在Y-Z平面内每次旋转60°。在转塔机构254的六角形的各顶部周围设置第一臂262a、第二臂262b、第三臂262c、第四臂262d、第五臂262e和第六臂262f，各臂均沿X方向指向。诸如倒角刀18等各种刀具可安装至臂262a至262f并可从这些臂卸下。

转塔机构254布置成使得六个臂262a至262f中的最下方的臂恰好位于工件齿轮14上方。这六个臂262a至262f以规则间隔(60°)布置。设置在位于下侧的其中一个臂上而面向工件齿轮14的刀具可通过离合器机构借助主轴电机260旋转。在转塔机构254上设置齿面检测传感器(未示出)。刀具可基于齿面检测传感器的信号与工件齿轮14自动啮合。

第一臂(第一加工单元)262a利用倒角刀18对工件齿轮14进行倒角。由于工件支撑件204的支撑轴236(轴J1)根据转台202的转动运动而形成轴交叉角ψ，因而加工部分12(参见图1)由第一臂262a和支撑轴236提供。

在利用第一臂262a进行倒角的同时，两个滚刀228由Y-电机244驱动而挤压在工件齿轮14的两侧上以去除这两侧上的毛刺。换言之，转塔机构254和滚刀单元220从不同方向(即，Z方向和Y方向)朝工件齿轮14运动以同时进行倒角和去毛刺，从而减少加工时间。在去毛刺之后，滚刀228返回初始位置。

第三臂(第二加工单元)262c在工件齿轮14上进行第一剃齿过程。第五臂(第三加工单元)262e在工件齿轮14上进行第二剃齿过程。第二臂262b、第四臂262d和第六臂262f用作备用件。通过这样交替设置备用件，在使用三个刀具时，转塔机构254可很好地平衡。当利用两个刀具时，这些刀具可优选设置在对置位置，而备用件可优选设置在其余位置。

在第三臂262c上设置半精加工剃齿刀270。在第五臂262e上设置精加工剃齿刀272。

随着转塔机构254的旋转，第一臂262a、第三臂262c和第五臂262e依次与工件支撑件204上的工件齿轮14相对以在该处加工工件齿轮14。换言之，由Z-电机256驱动的转塔机构254的相应刀具能够上下运动。因此，当要对工件齿轮14进行倒角时，使刀具下降以与工件齿轮14啮合。另一方面，当要使转塔机构254旋转时，使刀具升起而避开。

当要加工工件齿轮14时，工件齿轮14随与其啮合的转塔机构254的刀具的旋转而动。因此，无需用于使工件齿轮14旋转的驱动源，从而提供简单的布置。由于连接至转塔机构254的相应刀具的尺寸与工件齿轮14相比相对较大，因而刀具的惯性大，必然需要尺寸相对较大的主轴电机260。通过利用相对较大的主轴电机260，可缩短工件齿轮14利用刀具加速和减速的时间。换言之，由于工件齿轮14的惯性相对较小，工件齿轮易于随着刀具的加速和减速而运动，从而可缩短加工时间。

齿轮加工设备10b根据待驱动的部分而分别采用液压驱动、气动驱动和电气驱动。通过NC控制而精确定位X-电机219、基座旋转电机222、Y-电机244和Z-电机256的轴。

在加工工件齿轮14时，刀具支撑机构箱252和转塔机构254的重量施加在工件齿轮14上。刀具支撑机构箱252和转塔机构254具有相当大的重量。因此，即使Z-电机256不产生极大的力(例如，当施加至Z-电机256的电流为0时)，也可有效地在工件齿轮14上施加充分载荷。因而，可在适当挤压的同时加工工件齿轮14，这防止了工件齿轮14在加工期间偏移或偏心，从而实现稳定处理。

根据这样构造的齿轮加工设备10b，可利用第一臂262a由倒角刀18对工件齿轮进行倒角，并可利用第三臂262c和第五臂262e由剃齿刀270和272对齿面进行加工，从而实现利用单个设备进行有效加工。而且，由于倒角刀18以轴交叉角ψ与工件齿轮14啮合，因而倒角刀18不仅会压溃工件齿轮14的端部边缘30、31，而且会限制因该压溃产生的过多材料而形成鼓出部。

而且，由于在转台202上设置工件支撑件204以相对于相应的臂262a至262f调节方向，因而可与工件齿轮14相对应地设定适当的轴交叉角ψ。

转塔机构254的相应臂262a至262f与工件支撑件204的轴J2形成轴交叉角ψ。换言之，转塔机构254自身相对于轴J2倾斜定位，倒角刀18和剃齿刀270、272都以轴交叉角ψ与工件齿轮14啮合，从而利用单个结构而使得不必要独立的调节角。

通过单个齿轮加工设备10b，转塔机构254可利用倒角刀18进行倒角并利用剃齿刀270、272加工齿面，从而实现有效的加工。而且，由于剃齿过程由第三臂262c和第五臂262e分别进行，因而具有第三臂262c的第二加工单元可用于半精加工，具有第五臂262e的第三加工单元可用于精加工，在这种情况下可有选择地使用适当刀具。

齿轮加工设备10b可利用X-电机219和Z-电机256的同时协作操作在工件齿轮14上形成各种齿面。

如在图21中示出的根据第三实施例的齿轮加工设备10c，除转塔机构254以外还可设置具有剃齿刀162的第三加工单元164或者具有剃齿刀166的第四加工单元168。换言之，可通过与进给台101类似的台170使多个工件支撑件172运动，从而可由转塔机构254、第三加工单元164和第四加工单元168顺序加工工件齿轮14。工件支撑件172可设置成允许根据设置在台170上的倾斜机构174的旋转而调节轴交叉角ψ。

根据齿轮加工设备10c，可由转塔机构254、第三加工单元164和第四加工单元168同时加工多个工件齿轮14。转塔机构254对应于其中通过第一臂154a进行倒角并通过第二臂154b进行粗剃齿的第一阶段。由于利用上述齿轮加工设备10b的第三臂154c进行的精剃齿由第三加工单元164和/或第四加工单元168进行，因而可将耗时的剃齿过程分成多个阶段，从而可缩短与第一阶段中的倒角的时间差，并可减少第一阶段之后的等待时间。

接下来描述当前实施方式的齿轮加工方法。

如图22中所示，在根据第一实施方式的齿轮加工方法中，在步骤S101中利用滚刀等在齿轮坯料上进行切齿。所述切齿形成工件齿轮14的齿26的轮廓，这对应于齿面的半精加工。

在步骤S102(倒角)中，利用加工部分12对工件齿轮14进行倒角。如以上所述，倒角刀18以轴交叉角ψ对工件齿轮14进行倒角。因此，不仅会压溃工件齿轮14的端部边缘30、31并对其进行倒角，而且可在加工部分12中限制该压溃产生的过多材料形成鼓出部。步骤S 102例如利用齿轮加工设备10a至10c进行。然而，该过程先于后继步骤S103而不进行诸如剃齿之类的齿面成形处理。

在步骤S103(热处理)中，通过对工件齿轮14进行热处理而使其渗碳并硬化。因而，提高了工件齿轮14的硬度。

在步骤S104(齿面精加工)中，对工件齿轮14进行磨齿(磨削过程)。如图23中所示，磨齿是用于使具有螺旋花纹的研磨石180与工件齿轮14啮合以致使同步旋转而精加工齿26的齿面的过程。此时，尽管工件齿轮14由于热处理而相当硬，然而由于工件齿轮14在倒角过程中被倒角且同时限制了鼓出部的形成，因而不会在研磨石上施加过大载荷。

在步骤S105(齿面精加工步骤)中，进行工件齿轮14的珩齿(珩磨步骤)。如图24中所示，通过使工件齿轮14在与内齿研磨石182啮合的同时旋转而进行珩齿以进一步精加工齿26的齿面。

如以上所述，在根据第一实施方式的齿轮加工方法中通过在倒角过程之后不进行齿面成形而进行热处理减少了过程数量，从而进行有效加工。

如图25中所示，根据第二实施方式的齿轮加工方法包括以以下顺序进行的切齿步骤(步骤S201)、倒角步骤(S202)、热处理步骤(步骤S203)以及珩齿步骤(步骤S204)。这些步骤对应于根据图22的第一实施方式的齿轮加工方法的步骤S101、S102、S103和S105，其中省略了磨齿步骤(步骤S104)。

当如上所述省略磨齿过程时，在实际应用中，在步骤S204中进行的珩齿过程期间施加至内齿研磨石182上的载荷微乎其微。这是因为尽管热处理后的工件齿轮14的硬度增大，但是限制了鼓出部80(参见图14)的形成。若存在大的鼓出部80，则由于鼓出部始终接触内齿研磨石182的同一部分，该研磨石局部过度磨损，因此不适用于实际应用。由于在当前实施方式中限制了鼓出部80的形成，可限制在内齿研磨石182的预定部分局部施加过大载荷。

当跳过磨齿过程时，会进一步减少过程数量而进行有效加工。

如图26中所示，根据第三实施方式的齿轮加工方法包括以以下顺序进行的切齿步骤(步骤S301)、倒角步骤(步骤S302)、剃齿步骤(步骤S303；第一齿面精加工步骤)、热处理步骤(步骤S304)、磨齿步骤(步骤S305；第二齿面精加工步骤)以及珩齿步骤(步骤S306；第二齿面精加工步骤)。在上述步骤中，步骤S301、S302、S304、S305和S306对应于图22中所示的根据第一实施方式的齿轮加工方法的步骤S101至S105，并增加了剃齿过程(步骤S303)。

例如利用齿轮加工设备10a至10c进行步骤S302和S304。因此，可在单个设备中有效进行热处理之前的过程，其中不需要工件齿轮14的中间设备输送，使得可减少装置安装空间。剃齿过程可分成多次。因此，如以上所述可缩短节拍时间。

在根据第三(及第四)实施方式的齿轮加工方法中，可通过在热处理之前和之后分别进行齿面精加工步骤而进行精确加工。

如图27中所示，根据第四实施方式的齿轮加工方法包括切齿步骤(步骤S401)、倒角步骤(步骤S402)、剃齿步骤(步骤S403；第一齿面精加工步骤)；热处理步骤(S404)和珩齿步骤(步骤S405；第二齿面精加工步骤)。这些步骤对应于根据图26中所示的根据第三实施方式的齿轮加工方法的步骤S301、S302、S303、S304和S306，其中跳过了步骤S305的磨齿步骤。

在根据第四实施方式的齿轮加工方法中，由于在步骤S402中进行的倒角相当大地限制了鼓出部80(图14)的形成，并且在后继步骤S403中进行剃齿，基本不存在鼓出部80。因此，即使跳过了磨齿步骤，在后继珩齿(步骤S405)期间在内齿研磨石182上施加的载荷在实践中也微乎其微。

顺便提及，热处理之后的齿面精加工过程不限于磨齿步骤和珩齿步骤，而是可根据加工条件从能够精加工齿面的过程中选择至少一种，例如精切齿过程或铰削过程等。应当理解，除了在以上实施方式中明确提到的步骤以外还可进行顶切步骤、内径珩磨步骤等。

如图28中所示，根据第五实施方式的齿轮加工方法包括以以下顺序进行的：切齿步骤(步骤S501)、倒角步骤(步骤S502)以及剃齿步骤(步骤S503；第一齿面精加工过程)。这些步骤对应于图26中所示的根据第三实施方式的齿轮加工方法中的步骤S301、S302和S303，其中跳过了步骤S304中的热处理、步骤S305中的磨齿以及步骤S306中的珩齿。

尽管在根据第五实施方式的齿轮加工方法中不进行热处理，但是该齿轮加工方法可有效应用于不需要太高精度的齿轮。由于在倒角步骤(步骤S502)之后进行的剃齿过程(步骤S503)中几乎不存在鼓出部，因而施加在剃齿刀112、114等上的载荷变小，从而可延长刀具寿命。因此，使齿轮加工设备10a至10c停止以进行刀具更换作业的频率以及维护/检查频率可降低，并可降低刀具成本。

如图29中所示，根据第六实施方式的齿轮加工方法可以包括以以下顺序进行的：切齿步骤(步骤S601)、倒角步骤(步骤S602)、剃齿步骤(步骤603；第一齿面精加工步骤)以及热处理步骤(步骤S604)。这些步骤对应于图26中所示的根据第三实施方式的齿轮加工方法中的步骤S301、S302、S303和S304，其中跳过了S305的磨齿步骤和S306的珩齿步骤。

尽管在根据第六实施方式的齿轮加工方法中在热处理之后不提供齿面精加工步骤，但是该齿轮加工方法借助于通过热处理过程增大工件齿轮14的硬度而可应用于制造不需要太高精度但需要充分耐用性的齿轮。应当理解，优选的是如第三实施方式中那样在热处理之后进行齿面精加工步骤以提供更合适的高精度车辆齿轮箱。

顺便提及，热处理之后的齿面精加工步骤不限于磨齿过程和珩齿过程，而是可根据加工条件从能够精加工齿面的过程中选择至少一种，例如精切齿过程或铰削过程等。应当理解，除了在以上实施方式中明确提到的步骤以外还可进行顶切步骤、内径珩磨步骤等。

如以上所述，由于在根据当前实施方式的齿轮加工方法中倒角刀18以轴交叉角ψ与工件齿轮14啮合，因而倒角刀18不仅会压溃工件齿轮14的端部边缘30、31，而且会限制因该压溃产生的过多材料而形成鼓出部。

由于根据当前实施方式通过齿轮加工设备10a至10c获得的齿轮在热处理之后展现出很大的硬度，因而这些齿轮适用于要求高输出、静音和耐用性的高精度车辆齿轮箱。

另一方面，由于不要求太高精度并且不需经受热处理的齿轮在通过齿轮加工设备10a至10c进行倒角过程期间不容易产生鼓出部，因而在剃齿之类的齿面精加工期间仅在刀具上施加小的载荷，从而可延长刀具寿命。因此，使齿轮加工设备停止以进行刀具更换作业的频率以及维护/检查频率可降低，并可降低刀具成本。

而且，应当理解，通过齿轮加工设备10a至10c进行加工对于不需要太高精度并且经受热处理而其后不伴随齿面精加工的齿轮是有效的。

由于可通过利用倒角刀18进行倒角而防止形成鼓出部80，因而即使跳过剃齿过程和磨齿过程也可通过进行珩齿而制造更精密的齿轮。在这种情况下，由于在工件齿轮14上基本不存在鼓出部80，因而对后继齿轮加工过程(例如，剃齿过程、磨齿过程和珩齿过程)的刀具的影响可相当小。

应当理解，根据本发明的齿轮加工设备和齿轮加工方法不限于以上具体实施方式，而是可进行各种修改并设置各种步骤，只要可实现本发明的目的即可。

Claims (34)

1.一利齿轮加工设备，该齿轮加工设备包括：

枢转地支撑工件齿轮(14)的工件支撑件(J1)；以及

刀具支撑件(J2)，该刀具支撑件枢转地支撑倒角刀(18)，使得该倒角刀(18)与安装至所述工件支撑件(J1)的所述工件齿轮(14)啮合，

所述刀具支撑件(J2)成角度，使得所述倒角刀(18)以不为零度的轴交叉角(ψ)与所述工件齿轮(14)啮合并且所述倒角刀(18)的齿(32a，32b)不与所述工件齿轮(14)的齿面(28)干涉。

2.根据权利要求1所述的齿轮加工设备，其中，所述轴交叉角(ψ)由以下公式表示：

$\mathrm{\ψ}\≤{\cos }^{-1}\left\{\frac{(\frac{\mathrm{DBG}\×\mathrm{\π}}{\mathrm{Zg}}-\mathrm{SBG})+A\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)-l_2\×\tan \left(\mathrm{BOG}\right)}{\mathrm{SKC}}\right\}...\left(2\right)$

其中：BOG表示齿轮偏角；SBG表示节圆上的弧齿厚；DBG表示所述倒角刀(18)的齿轮节圆直径；l₂表示重叠值；SKC表示所述倒角刀(18)的加工齿的齿尖宽度；Zg表示所述工件齿轮(14)的齿数；而A表示倒角量。

3.根据权利要求1所述的齿轮加工设备，其中，所述倒角刀(18)的齿(32a，32b)的各面具有渐开线表面，所述渐开线表面不具有作为切削刃的刃。

4.根据权利要求1所述的齿轮加工设备，其中，所述轴交叉角(ψ)在5°至8°的范围内。

5.一种齿轮加工设备，该齿轮加工设备包括：

枢转地支撑工件齿轮(14)的工件支撑件(J1)；以及

相对于所述工件支撑件(J1)运动以顺序加工所述工件齿轮的第一加工单元(102；262a)以及第二加工单元(104；262c)，

所述第一加工单元(102；262a)包括刀具支撑件(J2)，该刀具支撑件枢转地支撑倒角刀(18)，使得该倒角刀(18)与安装至所述工件支撑件(J1)的所述工件齿轮(14)啮合，

所述刀具支撑件(J2)成角度，使得所述倒角刀(18)以轴交叉角(ψ)与所述工件齿轮(14)啮合并且所述倒角刀(18)的齿(32a，32b)不与所述工件齿轮(14)的齿面(28)干涉，

所述第二加工单元(104；262c)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(112；270)。

6.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，该齿轮加工设备还包括第三加工单元(106；262e)，该第三加工单元相对于所述工件支撑件(J1)运动以在所述第二加工单元(104；262c)加工所述工件齿轮(14)之后对该工件齿轮(14)进行加工；

所述第三加工单元(106；262e)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(114；272)；

所述工件支撑件(J1)包括与所述第一加工单元(102；262a)、第二加工单元(104；262c)和第三加工单元(106；262e)相对应的至少三个工件支撑件，所述工件齿轮(14)包括三个工件齿轮(14)，所述第一加工单元(102；262a)、第二加工单元(104；262c)和第三加工单元(106；262e)同时对这三个工件齿轮(14)进行加工。

7.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，其中，所述工件支撑件(J1)设置在旋转基座(202)上，该旋转基座的取向相对于所述第一加工单元(102；262a)可调节。

8.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，其中，所述工件齿轮(14)为斜齿轮。

9.根据权利要求8所述的齿轮加工设备，其中，所述工件齿轮(14)为用于车辆齿轮箱的齿轮。

10.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，其中，所述倒角刀(18)和所述剃齿刀(270)设置在转塔机构(254)上，并根据该转塔机构(254)的旋转而运动，从而顺序面向所述工件支撑件(J1)以对所述工件齿轮(14)进行处理。

11.根据权利要求10所述的齿轮加工设备，其中，所述工件支撑件(J1)设置在所述转塔机构(254)下方，并且所述转塔机构(254)下降而使所述倒角刀(18)和所述剃齿刀(270)二者与所述工件齿轮(14)啮合。

12.根据权利要求10所述的齿轮加工设备，其中，所述转塔机构(254)的旋转轴线以轴交叉角(ψ)与所述工件支撑件(J1)的轴线成角度。

13.根据权利要求10所述的齿轮加工设备，该齿轮加工设备还包括独立于所述转塔机构(254)设置的第三加工单元(164)，该第三加工单元(164)相对于所述工件支撑件(J1)运动以在所述第二加工单元(262c)加工所述工件齿轮(14)之后对该工件齿轮(14)进行加工；

其中，所述第三加工单元(164)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(162)；

所述工件支撑件(J1)包括与所述转塔机构(254)和所述第三加工单元(164)相对应的至少两个工件支撑件，所述工件齿轮(14)包括两个工件齿轮(14)，所述转塔机构(254)和所述第三加工单元(164)同时对这两个工件齿轮(14)进行加工。

14.根据权利要求10所述的齿轮加工设备，该齿轮加工设备还包括第三加工单元(262e)，该第三加工单元相对于所述工件支撑件(J1)运动以在所述第二加工单元(262c)加工所述工件齿轮(14)之后对该工件齿轮(14)进行加工，

其中，所述第三加工单元(262e)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(272)；并且

所述第一加工单元(102；262a)的倒角刀(18)、第二加工单元(262c)的剃齿刀(270)和所述第三加工单元(262e)的剃齿刀(272)分别设置在所述转塔机构(254)上。

15.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，其中，所述工件支撑件(J1)未设有所述工件齿轮(14)的旋转驱动源，并且所述工件齿轮(14)与所述倒角刀(18)啮合以跟随该倒角刀旋转。

16.根据权利要求5所述的齿轮加工设备，该齿轮加工设备还包括滚刀单元(220)，该滚刀单元使两个滚刀(228)沿与所述刀具支撑件(J2)不同的方向与所述工件齿轮(14)接触以去除该工件齿轮(14)上的毛刺。

17.一种齿轮加工方法，该齿轮加工方法包括：

倒角步骤(S102)，该步骤通过使倒角刀(18)在以轴交叉角(ψ)与工件齿轮(14)啮合之后旋转而对该工件齿轮(14)的端部边缘进行倒角；

热处理步骤(S103)，该步骤用于在所述倒角步骤(S102)之后成形齿面之前加热所述工件齿轮(14)；以及

至少一个齿面精加工步骤(S104，S105)，该至少一个齿面精加工步骤用于在所述热处理步骤(S103)之后成形所述工件齿轮(14)的齿面。

18.根据权利要求17所述的齿轮加工方法，其中，所述倒角刀(18)的各个齿(32a，32b)为渐开线表面，该渐开线表面不具有作为切削刃的刃。

19.根据权利要求17所述的齿轮加工方法，其中，所述齿面精加工步骤(S104，S105)为精滚齿过程、磨齿过程、珩齿过程和铰削过程中的至少一种。

20.根据权利要求17所述的齿轮加工方法，其中，使用用于枢转地支撑所述工件齿轮(14)的工件支撑件(J1)以及用于枢转地支撑倒角刀(18)的刀具支撑件(J2)，使得安装至所述工件支撑件(J1)的工件齿轮(14)与所述倒角刀(18)啮合；并且

所述刀具支撑件(J2)使所述倒角刀(18)以轴交叉角(ψ)与所述工件齿轮(14)啮合。

21.根据权利要求20所述的齿轮加工方法，其中，所述工件支撑件(J1)设置在旋转基座(202)上，该旋转基座的取向相对于所述刀具支撑件(J2)可调节。

22.根据权利要求17所述的齿轮加工方法，其中，所述工件齿轮(14)为斜齿轮。

23.根据权利要求22所述的齿轮加工方法，其中，所述工件齿轮(14)为用于车辆齿轮箱的齿轮。

24.一种齿轮加工方法，该齿轮加工方法包括：

倒角步骤(S302)，该步骤通过使倒角刀(18)在以轴交叉角(ψ)与工件齿轮(14)啮合的同时旋转而对该工件齿轮(14)的端部边缘进行倒角；以及

第一齿面精加工步骤(S303)，该步骤用于在所述倒角步骤(S302)之后不经受热处理而成形所述工件齿轮(14)的齿面。

25.根据权利要求24所述的齿轮加工方法，其中，所述第一齿面精加工步骤(S303)为剃齿过程。

26.根据权利要求24所述的齿轮加工方法，该方法还包括用于在所述第一齿面精加工步骤(S303)之后加热所述工件齿轮(14)的热处理步骤(S304)。

27.根据权利要求26所述的齿轮加工方法，该方法还包括用于在所述热处理步骤(S304)之后成形所述工件齿轮(14)的齿面的至少一个第二齿面精加工步骤(S305，S306)。

28.根据权利要求27所述的齿轮加工方法，其中，所述第二齿面精加工步骤(S305，S306)为精滚齿过程、磨齿过程、珩齿过程和铰削过程中的至少一种。

29.根据权利要求24所述的齿轮加工方法，其中，使用齿轮加工设备，该齿轮加工设备包括：枢转地支撑所述工件齿轮(14)的工件支撑件(J1)；以及相对于所述工件支撑件(J1)运动以顺序加工所述工件齿轮(14)的第一加工单元(102；262a)以及第二加工单元(104；262c)，并且

通过所述第一加工单元(102；262a)进行所述倒角步骤(S302)，通过所述第二加工单元(104；262c)进行所述第一齿面精加工步骤(S303)。

30.根据权利要求29所述的齿轮加工方法，其中，所述齿轮加工设备包括第三加工单元(106；262e)，该第三加工单元相对于所述工件支撑件(J1)运动以在通过所述第二加工单元(104；262c)进行的所述第一齿面精加工步骤之后对所述工件齿轮(14)进行加工，

所述第三加工单元(106；262e)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(114；272)，并且

所述工件支撑件(J1)包括与所述第一加工单元(102；262a)、第二加工单元(104；262c)和第三加工单元(106；262e)相对应的至少三个工件支撑件，所述工件齿轮(14)包括三个工件齿轮(14)，所述第一加工单元(102；262a)、第二加工单元(104；262c)和第三加工单元(106；262e)同时对这三个工件齿轮(14)进行加工。

31.根据权利要求29所述的齿轮加工方法，其中，所述第一加工单元(102；262a)和第二加工单元(104；262c)设置在转塔机构(254)上，所述第一加工单元(102；262a)和第二加工单元(104；262c)根据所述转塔机构(254)的旋转顺序运动至面向所述工件支撑件(J1)的位置以对所述工件齿轮(14)进行加工。

32.根据权利要求31所述的齿轮加工方法，其中，所述转塔机构(254)的旋转轴线以轴交叉角(ψ)相对于所述工件支撑件(J1)的轴线成角度。

33.根据权利要求31所述的齿轮加工方法，其中，所述齿轮加工设备包括独立于所述转塔机构(254)设置的第三加工单元(164)，该第三加工单元(164)相对于所述工件支撑件(J1)运动以在通过所述第二加工单元(262c)进行的所述第一齿面精加工步骤之后对所述工件齿轮(14)进行加工，

所述第三加工单元(164)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(162)，并且

所述工件支撑件(J1)包括与所述转塔机构(254)和所述第三加工单元(164)相对应的至少两个工件支撑件，所述工件齿轮(14)包括两个工件齿轮(14)，所述转塔机构(254)和所述第三加工单元(164)同时对这两个工件齿轮(14)进行加工。

34.根据权利要求31所述的齿轮加工方法，其中，所述齿轮加工设备包括第三加工单元(106；262e)，该第三加工单元相对于所述工件支撑件(J1)运动以在通过所述第二加工单元(104；262c)进行的所述第一齿面精加工步骤之后对所述工件齿轮(14)进行加工，

所述第三加工单元(106；262e)包括对所述工件齿轮(14)的齿面进行加工的剃齿刀(272)，并且

所述第一加工单元(102；262a)的倒角刀(18)、所述第二加工单元(104；262c)的剃齿刀(270)以及所述第三加工单元(106；262e)的剃齿刀(272)分别设置在所述转塔机构(254)上。

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