CN102873407A - 强劲磨削方法和包括磨削刀具的相应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磨削刀具(100)相对于工件(50；70)插入和陷入的方法和设备，使用磨削刀具(100)制造旋转对称周期结构，其中在工件(50)的方向上进行径向进给运动，这样使磨削刀具(100)第一接触工件(50；70)，并且磨削刀具(100)从第一接触一刻以径向陷入运动向下陷入预定深度，在实现旋转对称周期结构适当磨削之前。

Description

强劲磨削方法和包括磨削刀具的相应设备

技术领域

本发明的主题是一种磨削齿轮系统或其他周期结构的强劲方法以及包括磨削刀具的相应设备。 

背景技术

现有很多用于制造齿轮的方法。在碎屑切割软预加工中，滚齿、插齿、刨齿与磨削(也称作动力磨削)存在一个区别。滚齿和磨削称作连续方法，将会在以下详细描述。 

在齿轮的碎屑切割加工中，间断分度加工(或也称作单个分度加工)和一定程度上称作连续分度加工或表面滚齿的连续方法存在一个区别。 

在连续方法中，例如，包括使用对应刀具的刀具用于切削工件的侧面。工件被连续切割，例如，在不间断方法中，在一个夹具中。连续方法是基于复杂、成对的运动序列，其中刀具和被加工工件相对于彼此进行连续分度移动。分度运动是由对应机器的联动的、分别连接的一些驱动轴驱动。 

在单个分度加工中，加工一个齿隙，然后例如刀具的相对移动并且称为分度移动(分度旋转)被执行，其中工件相对于刀具旋转，在那之前进行下一个齿隙的加工。因此齿轮一步步地进行制造。 

由于插齿刀具1的旋转轴R1和工件2的旋转轴R2的夹角(也称为轴的夹角)相当于零度，如图1所示，最初提及的插齿方法可以描述或表示为圆柱齿轮传动系统。如果轴的夹角相当于零度，两个旋转轴R1和R2相对平行运转。工件2和插齿刀具1各自围绕他门的旋转轴R2和R1连续旋转。除了旋转运动，插齿刀具1还进行冲击运动，参考图1中双箭头s_hx，并且在冲击运动中从工件2移除碎屑。 

前一段时间，采取了一种称作磨削的方法。基本要素有将近100年的历史。这类主题的第一个专利申请的专利号为DE243514追溯到1912年。经过开始几年的初步考虑和调查之后，磨削不再受重视的进一步推行。迄今为止，在一定 程度上经验的复杂加工，为了找出用于磨削方法的合适的刀具几何形状是有必要的。 

大约在19世纪八十年代中期，又开始采用磨削。直到现今的模拟方法和现代数控机械，才使得磨削的要素可以在高效的、可重现的且强劲的方法中实施。还有现今刀具材料的高耐磨性、极大的高静态和动态刚性以及现代机器同步运行的高性能。 

在磨削中，如图2A所示，在磨削刀具10(也称作磨削轮)的旋转轴R1和工件20的旋转轴R2之间的轴∑的夹角是预先确定的，所述角不同于0度。在磨削刀具10和工件20之间产生的相对运动是螺旋运动，螺旋运动可以分解为旋转部分(转动部分)和推进部分(移动部分)。产生螺旋形齿轮传动可以看做驱动技术相关的模拟，其中旋转部分对应于滚动并且移动部分对应于侧面的滑移。轴∑的夹角的绝对值越大，工件20加工需要的移动运动部分增加越大。其产生在工件20的齿侧面的方向上磨削刀具10切割刃的运动分量。因此，当磨削时，等效螺旋齿轮传动的作用齿轮的相对结合运动的滑移部分被用于进行切割运动。在磨削中只需要缓慢轴向推进并且所谓的推进运动，已经普遍用于插齿中，被省除掉。因此，在磨削中不会发生反向冲击运动。 

磨削的切割速度受到磨削刀具10和工件20各自的旋转速度以及旋转轴R1和R2的轴∑的夹角直接影响。选择轴∑的夹角并且由此的滑移部分以便于为了加工材料，实现对给定旋转速度的最佳切割速度。 

运动循环和和先前已知磨削方法的进一步详细说明可以从已经涉及的附图2A的图示中得出。图2A表示的是在圆柱工件20上磨削外齿系统。工件20和刀具10(在此：圆柱磨削刀具10)以相反的方向旋转。 

还有进一步的相对运动。为了可以使用刀具10机加工工件20的全部齿系统从而需要轴向进给s_ax。如果工件20上需要斜齿轮(即β₂≠0)，然后差动进给s_D在轴向进给s_ax上叠加。径向进给s_rad可以用于影响工件20的齿系统的凸面加工。 

在磨削中，向量切割速度 

基本上为刀具10和工件20的旋转轴R1、R2的两个速度向量 和 之差，旋转轴相对彼此以轴∑的夹角倾斜。在此， 

是在刀具10外围的速度向量并且 是在工件20外围的速度向量。因此，磨削工序的切割速度v_c可以通过等效螺旋齿轮传动中轴∑的夹角和旋转速度改变。轴 向进给s_ax对切割速度v_c仅具有很小的影响，，可以被忽视并且因此在图2A中具有向量 

的向量图表中没有表示。 

图2B所示使用锥形磨削刀具10磨削工件20的外齿系统。在图2B中，在此表示出了轴∑的夹角、向量切割速度 

在刀具10外围的速度向量 

和在工件20外围的速度向量 以及刀具10的螺旋角β₁和工件20的螺旋角β₂。在图2A中，螺旋角β₂不为零度。在图2B中刀具10的齿头部引用附图标记4。在图2B中齿肋部引用附图标记5。两个旋转轴R1和R2彼此不相交，但是相对彼此倾斜分布。在锥形磨削刀具10中，迄今为止通常选择两个旋转轴R1和R2垂直交点为计算点AP，因为不必要为了提供后角而弯曲磨削刀具10。在此计算点AP恰好是所述接触点。等效螺旋齿轮传动的滚圈在计算点AP相互接触。 

从德国专利申请DE3915976A1可知在磨削中为了完成侧面线的修正可以在缓慢轴向进给上叠加径向移动。以这种方式，可以影响齿系统的凸面加工。 

另外，从国际专利申请WO2010/060733A1中可知通过叠加轴向进给和径向移动可以制造齿系统，在径向和轴向各端逐渐停止的齿槽进入未形成齿的工件的表面。涉及的国际专利申请主要针对是所述多阶段切割步骤，如图3所示。在图3中，表示出相应的工件8的出自齿槽7的定相。图3表示出了一些磨削刀具在多阶段切割阶段中在工件8上形成的描记线。由于轴向进给和径向移动的叠加，逐渐停止轮廓在齿槽7一端形成，所述轮廓在区域9中由多个曲线段组成。涉及的国际专利申请没有针对完全形成齿隙的形成。 

为了尽可能提高磨削的生产效率，例如当使用像硬质合金的现代切割材料进行干式加工，在磨削刀具和工件之间相对运动的滑移部分必须产生足够高的切割速度。在磨削中，切割速度v_c受到等效螺旋齿轮传动的旋转速度，分别受到工件和刀具有效半径并且受到旋转轴R1和R2的轴∑的夹角的直接影响。在比通过使用加工设备(磨削机)的允许旋转速度限定合适的旋转速度。工件的尺寸是固定预定的。通过加工设备(磨削机)的加工空间并且对于内齿系统同样通过这种齿系统的内部空间限定合适的刀具尺寸。因此，足够高的切割速度通常仅由对应高的轴∑的夹角产生。 

在磨削中，使用的刀具10包括至少一个几何形状确定的切割刃。切割刃在图2A和2B中未示出。切割刃的形状和分布归于必须在实践中具体设计考虑到的一些方面。 

此外，在磨削中，刀具本身也有较大相关生。如图2A所示的例子中，磨削刀具10具有直齿正齿轮的形状。图2A中集体的外轮廓是圆柱形的。尽管如此，它也可以是如图2B所示的斜边形(也称作锥形)。由于磨削刀具10的一个或多个齿沿着切割刃的整个长度加工，在切割刃的刀具10的每个齿需要足够的后角。 

从直齿或螺旋齿锥形磨削刀具10开始，如图4A和4B所示，那么可以看出这样的磨削刀具10具有所述结构后角是由于磨削刀具10的锥形基本形状。由于磨削刀具的几何形状在锥形磨削刀具10头部和侧面的后角是预先确定的。尽管如此，锥形磨削刀具10的切割刃的轮廓，为了实际进行再研磨必须满足一定的条件。在图4A和4B中，表示的是在工件20上切割外齿的锥形磨削刀具10。在锥形磨削刀具刀头的所谓结构后角α_ko在图4B中可见。轴交点AK和磨削刀具10的滚圆与工件的接触点BP在图4A中重合并且在旋转轴R1和R2的交点垂线GL上(在图4A和4B中分别表示为不可见)。 

在图5中，表示出直齿或螺旋齿锥形磨削刀具10和圆柱工件20的进一步描述，其中选择图5的视角以便于旋转轴R1和R2平行延伸，虽然两个轴R1和R2相对彼此倾斜。在图5中，两个轴R1和R2的交点垂线GL是可见的。如图5所示接触点BP在交点垂线GL上。 

在图6A和6B中，表示出了多个圆柱磨削刀具10和具有外齿的圆柱工件20。磨削刀具10不仅相对与工件20的旋转轴R2倾斜分布(如在图6A中可分辨出在对应轴∑夹角的基础上)，还相对于工件20以小角度α_ki倾斜远离它布置(在图6B中可以较好看出)。通过磨削刀具10嵌入的方式，可以因此产生有效后角，如图6B中所示用于头部切割刃的α_ki。同样在刀具切边边缘的一侧，通过插入的方式产生有效后角。尽管如此，这些变得比在头部切割刃的小。总之，这些后角仅有一半大。 

从直齿或螺旋齿锥形磨削刀具10开始，如图6A和6B所示，那么可以看出这样得磨削刀具10不具有所述结构后角，既不在头部也不在侧面。如果这样的圆柱磨削刀具以常规方式夹紧，不会具有后角。通过磨削刀具10插入的方式，可以产生运动后角，如已描述的。在实践中，磨削刀具10的插入方式通过在机器中磨削刀具10的偏心夹具实现，为了由此产生从轴交点AK的切割面的偏移。由于磨削刀具10的插入方式，磨削刀具10的滚圆和工件20的接触点BP不再位于旋转轴R1和R2的交点垂线上。对应的偏移也称作切割面偏移e并且可以 在图6A中得出。磨削刀具10倾斜远离的越远，有效后角变得越大。磨削需要的后角在3度到5度的范围之内。为了规定这些后角，圆柱磨削刀具10的插入方式需要达到10度并且在实践中常见。 

在图7A和7B中，表示进一步描述的直齿或螺旋齿圆柱磨削刀具10和圆柱工件20，其中图7A视角的选择为两个旋转轴R1和R2平行延伸，尽管两个轴R1和R2相对彼此倾斜。在图7A中，可以看出两个轴R1和R2的交点垂线。在图7A和7B中，接触点BP位于交点垂线之上。在图7B中表示出了所述接触视角(也称作接触面的侧面投影)，其中接触点BP是可见的。在图7A的表示中，接触点BP隐藏于工件20的后面。 

自己调查的先前磨削方法已经给出，磨削刀具可能会发生突然失效。更多具体的考虑和评定表示出在其他问题中在磨削中可能会发生极负前角。模拟切割刃全部的轨迹点，表示在间隙的完整切割中切割工件的材料，特别是有效头部前角从最初切屑形成到磨削刀具从间隙中退出变得越来越负。更精确的是，在普通磨削切除切屑中，切屑厚度从生成线增加，其中有效前角从最初将近为零度持续减少。在刀头上切屑形成的最后，所述有效前角的值可能会例如到达-60度或甚至小于-60度非常不利的情况。这一方面可能会导致磨削刀具过早的磨损。 

在图8A至8C的图中表示磨削刀具10的切割齿6的经过工件20的材料移动。图8A到8C表示的是在刀头的前角的有效增进，分别在切割齿6，覆盖在完全切割中的切割过程。由于成对的叠加，即，磨削刀具10围绕第一旋转轴R1和工件围绕第二旋转轴R2的相互同步的旋转运动，和磨削刀具10相对工件20的线性轴向移动，在刀具所有的轨迹点记录中，造成槽形或笼形排序，如图8A至8C、9、10和11A、11B所示。在图8A至8C、9、10中，对应槽用附图标记11表示。 

图8A表示的是第一快照的磨削刀具10的切割齿6在工件20的材料中的相对移动。切割齿6的切割刃6.1的方向和位置通过粗线表示。由切割齿6的切割刃6.1的所有轨迹点产生的槽11位于工件20的间隙22中用于切割齿6在间隙22中的一个啮合。进一步切割齿(这可能是刀具的同一个或另一个切割齿)随后的啮合同样产生槽11，由于轴向进给和相关差动进给所述槽在轴向间隙22内抵消。因此，在磨削中槽11逐步(至少是几乎)移动通过工件20的材料。 图8A表示的是将槽11分为左右两个部分的线段12。线段12的屏蔽部分表示为虚线。线段12划定了通过在两个直接连续啮合切割齿之间进给在不同位置的两个槽相互叠加。也就是，线段12的特征是两个槽的相交曲线。对于无穷小的轴向进给，这个相交曲线对应于所述生成线。所有的齿隙可以看做是一组这样的在切割方向上穿过工件20的材料的生成线。在包括轴向进给的常规磨削加工过程中，通过驱动切割刃6.1仅从生成线起始段(即，具体的显示为：生成线的左方)从工件20上切除材料。材料已经在切割方向上的生成线前面(即，具体的显示为：生成线的右方)通过刀具先前的啮合被切除。 

图8B表示的是模拟的第二快照，其中磨削刀具10的切割齿6相对于图8A中的情况在工件20的材料中在切割方向SR上进一步向左移动一段距离。 

图8C表示的是模拟的第三快照，其中其中磨削刀具10的切割齿6相对于图8B中的情况在工件20的材料中仍然在切割方向SR上进一步向左移动一段距离。在图8C中，可以较好的看出切割齿6的切割刃6.1的切割面相对于槽11形成锐角。图8C中对应的“临界”部分用附图标记13表示。因此如上所述极负有效前角造成了部分13。 

在磨削过程中，具体是，头部的有效前角如前所述变得越来越负。在磨削中，切割齿6到工件20上间隙假想底部的刀片角度保持近似为常数。切割齿6的头部切割刃“磨碎”槽底部。 

图9工件20的部分包括多个齿21和齿隙22。现在，如果考虑工件20的在磨削机中总的移动进展，可见的是槽11移动穿过齿隙22直到齿隙22完全完成。槽11穿过齿隙22的移动表示为指向进给方向的方向箭头VR。进给方向由轴向和差动进给组成。 

上述提及的磨削中的前角的研究的保持尤其用于正在进行的磨削过程中的完整碎屑的产生。尽管如此，它们在磨削过程开始阶段也提供了重要见解，之一就是必须首先穿透进入间隙。在磨削刀具在工件的轴向上普通横向进给中，切割齿6和工件20以明显的负有效前角发生第一接触。因此，首先，第一切屑是可以想象差的切屑切割条件产生的。由于第一接触较大的负前角，切割刃6.1的负荷很高。作用于切割刃6.1的力(特别是切割刃的边缘)因此突然增加，可能会导致切割刃6.1的突然损坏。这种高负荷可以解释在一定程度上已经注意到的磨削刀具10的突然、意外失效。根据图8A到8C和9的正在进行磨削过程 中，同样如上述产生不利的有效前角；尽管如此，切割刃6.1的负荷持续不断并且因此不突然。因此，不同磨损或失效被关注。 

在先前已经出现的轴向横向进给中，槽11沿着齿隙21在一侧引导以使槽11的槽边缘具有最坏的切割条件于第一时间在如图10所示的前端部分23接触工件20。第一接触普遍发生在切割刃6.1的头部在顺桨侧面的一侧。轴向横向进给在图10中通过箭头ZB表示。因此，箭头ZB与刀具20的旋转轴R2平行运行。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于齿轮或其他周期结构的齿侧面碎屑切割加工的方法和设备，其特征是有较高的生产效率。加工时间的减少和每个齿轮生产成本的降低是本发明的主要目标。在另一方面，推荐的方法和设备应该是强劲的并且应该是适用于一系列制造，例如在汽车行业中。 

特别的针对是通过提高刀具寿命尽可能低的保持刀具损耗。 

根据本发明通过一种方法实现了上述目的，所述方法在此称为使用改良横向进给模式的磨削方法。改良横向进给模式理解为插入和进入以明确的径向移动分量发生，据此在插入中磨削刀具和工件间的第一接触导致值将近为零度的有效前角。这个有效前角导致由于所述槽的形状，槽的底部首先与工件的材料相接触。 

可以对很多不同磨削方法使用改良横向进给模式，适合制造旋转对称轴其结构。 

设计改良横向进给模式使用由刀具主轴支撑的磨削刀具用于在具有旋转对称周期结构的工件的磨削中。在改良横向进给模式中： 

-磨削刀具围绕第一旋转轴持续旋转， 

-工件围绕第二旋转轴持续旋转并且与磨削刀具同步， 

-磨削刀具以径向移动分量在工件方向上插入并且以径向移动分量向下以足够的深度陷入工件中，借此至少在陷入期间第一旋转轴相对于第二旋转轴微微倾斜延伸。 

在随后的磨削期间，从到达足够深度，旋转磨削刀具相对于旋转工件在第二旋转轴的方向上进行相对进给运动，即朝陷入端，借此同样在磨削期间第一 旋转轴相对于第二旋转轴倾斜运行。 

根据本发明的改良横向进给方法的特征是工件和磨削刀具之间的相对运动次序(称为相对运动)是预先确定的并且在第一接触和陷入期间磨削刀具切割齿切割刃的切割条件在一个最佳范围进行。 

根据本发明的改良横向进给方法的特征是陷入期间磨削刀具和工件的第一接触点大约对应于槽的最深点TP。 

根据本发明，微小的平移在插入和径向陷入中叠加，因此导致运动矢量相对弓箭的正常旋转轴心具有一个锐角。 

本发明基于磨削刀具相对与工件预先确定相对运动，这样相对于常规轴向陷入产生相当有利的切割条件。 

根据改良进给模式进行的磨削期间，材料从工件上逐步切割直至完全形成齿或其他周期结构。 

通过改良陷入方法避免磨削刀具切割齿的极负前角的突然产生。此外，改良进给方法具有的优点是相比于常规轴向进给需要在轴向上相当小的进入区域。 

根据本发明可以直接使齿隙进入足够的深度并且在这种情况下不必通过多阶段切割形成。因此，陷入最好发生在向下到足够的深度。优选的，在所有实施方式中，在此针对的是关系到一次切割的进给。 

另外，针对连续的齿系统在齿系统开端的磨削，即，在此不针对在开始时封闭齿槽的磨削。 

改良进给方法的特征是不会导致，即最终的，通过移除材料在进给期间生成间隙几何形状。最终间隙几何形状仅在进给之后通过适当的磨削加工生成。 

为了完整的生成齿隙，根据本发明足够在齿系统宽度方向上相对于工件在确定位置设置径向运动分量并且向下陷入足够的径向深度。径向陷入的位置优选取决于生成线的位置。 

根据本发明，在所有实施方式中，第一切屑去除相比于常规磨削方法发生在相当有利的切削条件下。因此，磨削刀具的寿命大大提高并且重要的是，尤其可以避免磨削刀具的突然损坏。 

根据本发明，由于径向插入，磨削刀具第一次接触工件的点位于保证在磨削刀具切割齿上合适的接近于零度的有效前角的范围。 

根据本发明，磨削刀具第一次接触工件的点，优选直接在工件前端和侧区的过渡区域。 

根据本发明，磨削刀具在进给方向穿过工件材料开始其运动的点，优选取决于考虑到生成线的位置。为了确保在轴向上仅仅是短程进给路线，虚拟生成线位于待加工工件前侧表面前端的较短距离，因为材料在常规磨削中仅仅在生成线之后切削。作为正面的效应，有生成线的位置导致了加工时间的缩短。 

此外，可以在完整间隙生成之后径向直接退出。完成完整间隙生成，当材料的生成线离开工件。总体上，作为正面的效应，径向退出导致了加工时间的缩短。 

磨削刀具的旋转轴相对于工件的旋转轴至少在陷入期间和磨削期间是倾斜排列的，例如，轴∑的夹角不为零度。 

此外，磨削刀具在陷入期间和磨削期间可以朝着工件或者远离工件的方向倾斜，例如倾斜角(各倾斜角)δ，优选规定为不为零。 

倾斜角δ的绝对值最好在2度至45度并且优选5度至30度的角度范围之内。 

在相应的改良陷入方法中，该方法针对的是用于连续切屑切割方法的准备。陷入同样的也是连续的并且切屑切割。 

优选的，在所所有实施方式中，使用类似剥离轮并且和面铣刀头刀具大大不同的磨削刀具。 

根据本发明，磨削刀具具有类似于剥离轮的刀具部分，所述刀具部分具有形成为类似向外倾斜突出切割齿的切割刃。 

根据本发明，磨削刀具具有类似于剥离轮的刀具部分，所述刀具部分具有生成刀具的形状，优选形状为盘式刀具、柄式刀具或深扩孔式刀具(例如参照DIN3972或DIN5480)。 

根据本发明类似剥离轮的磨齿刀具设计为所述整体刀具，即涉及刀具是实质上为整体成型，或其形成为具有装有刀具卡盘的刀头基体的刀头刀具(在此称为扎刀磨削轮)，优选以扎刀的形状。 

根据本发明，在所有实施方式中，磨削刀具优选具有所述结构后角。也就是，后角基于磨削刀具的几何形状考虑到运动学预先确定。 

所述和要求的改良陷入方法适用于很多不同齿系统和其他周期性重复结 构。 

本发明相对于传统轴向陷入方法具有一系列的优点，以下总结为： 

-提高了切屑切割情况； 

-更好地有效前角(特别是在刀头上)； 

-较小的刀具磨损； 

-延长了刀具寿命； 

-较低的刀具单件成本； 

-刀具不会突然损坏； 

-更好地成本效益。 

根据本发明的方法可以在干加工和湿加工中应用。 

改良进给不仅仅用于制造外齿系统。它也可以较好的用于制造内齿系统。 

附图说明

本发明进一步的细节和优点将在以下参照实施例和参照附图描述。在所有附图中，出于简单的原因，工件和磨削刀具减少到在滚圆的情况(分别在工件滚压圆筒上)。代表条件也为整个齿系统保持齿高度。 

图1表示的是成型期间具有圆柱形外轮廓的成型轮与具有外齿系统的工件啮合的示意图； 

图2A表示的是磨削期间具有圆柱形外轮廓的直齿磨削轮与具有外齿系统的工件啮合的示意图； 

图2B表示的是磨削期间具有圆柱形外轮廓的螺旋齿磨削轮与具有外齿系统的工件啮合的示意图； 

图3表示的是参照国际专利申请WO2010/060733切除齿槽的简图； 

图4A表示的是磨削具有外齿系统的工件期间锥形磨削刀具主轴相交(接触面投影)投影图，其中轴的夹角是预定的； 

图4B表示的是根据图4A锥形磨削刀具和工件轴相交(接触面侧投影)的投影图； 

图5表示的是磨削具有外齿系统的工件期间进一步锥形磨削刀具的示意图，其中磨削刀具相对于工件不倾斜； 

图6A表示的是磨削具有外齿系统的工件期间圆柱形磨削刀具的轴相交的 投影图，其中磨削刀具以小角度远离工件倾斜并且其中切割面偏移效果； 

图6B表示的是参照图6A圆柱形磨削刀具和工件接触面的侧投影图； 

图7表示的是磨削具有外齿系统的工件期间进一步圆柱形磨削刀具的轴相交的侧投影图，其中磨削刀具以小角度远离工件倾斜； 

图7B表示的是参照图7A圆柱形磨削刀具和工件接触面的侧投影图； 

图8A表示的是以第一快照模拟磨削刀具切割齿在工件的材料中的相对运动的效果； 

图8B表示的是模拟的第二快照，其中磨削刀具的切割齿在工件的材料中相对于图8A中的情况在切割方向上进一步移动向左边； 

图8C表示的是模拟的第三快照，其中磨削刀具的切割齿在工件的材料中相对于图8B中的情况在切割方向上进一步移动向左边； 

图9表示的是包括大量齿和齿隙的工件的一部分，其中根据图8A至8C的槽依次通过齿隙； 

图10表示的是工件一部分的侧视图，其中根据本发明以强化图示形式所示槽在轴向进给瞬间的位置； 

图11A表示的是工件一部分的侧视图，其中根据本发明以强化图示形式所示槽在径向进给瞬间的位置； 

图11B表示的是根据图11A工件一部分的顶视图，其中根据本发明以强化图示形式所示槽在径向进给瞬间的位置； 

图12A表示的是工件一部分的侧视图，其中以强化图示形式表示插入和陷入； 

图12B表示的是表示的是工件一部分的侧视图，其中以强化图示形式表示插入和陷入； 

图13A表示的是槽和棒刀具的切割刃一起的强化图示，其中前角在所示瞬间值为将近零度； 

图13B表示的是槽和棒刀具的切割刃一起的进一步强化图示，其中前角在所示瞬间值明显为负的； 

图14表示的是工件一部分的顶视图，其中以强化图示形式表示槽依次经过齿隙的位置； 

图15表示的是磨削期间工件的一部分，其中可以看出具有磨削刀具(未 示出)切割齿的棒刀具怎样引导通过齿隙的； 

图16表示的是根据本发明具有内齿系统圆柱形工件在磨削期间使用棒刀具磨削轮的透视图； 

图17表示的是根据本发明具有内齿系统圆柱形工件在磨削期间使用如磨削轮的大型刀具的透视图；并且 

图18表示的是根据本发明的机器的强透视图，包括具有内齿系统工件的齿系统之间的磨削刀具。 

具体实施方式

在本详述措辞使用的上下文中，发现还使用有关申请和专利。需要注意的是，尽管如此，这些措辞的使用仅仅是为了更好地理解。创造性想法和权利要求的保护范围不应该由措辞的特殊选择限制于它们的解释。本发明可以转换而不需要进一步费力于其他术语系统和/或技术领域。在其他技术领域，这些措辞可以对应使用。 

旋转对称周期结构例如包括内和/或外齿轮系统的齿轮。尽管如此，例如，也可以针对的是刹车片、离合器或齿轮元件等等。磨削刀具特别适合于制造齿轮轴、涡轮、环齿轮、齿轮泵、铰接环接头轮毂(铰接环接头用于车辆工业中从差速器转换作用力到车轮)、花键轴连接、滑套、皮带轮等等。周期结构在此也称为周期重复结构。 

以下，所涉及的主要是齿轮、齿和齿隙。尽管如此，如上所述，本发明也可以转用于其他包括不同周期结构的组件。对于这些其他组件，在这种情况下不针对齿隙，但是例如插槽或凹槽。 

本发明使用如开始提及的研究和模拟。根据本发明，进给伴随着如图11A所示的不可忽视的径向运动分量。由于径向方向的进给，刀具100与工件50在到目前为止在轴向进给期间发生的磨削第一次接触期间的不利条件，是可以避免的。 

在图11A中径向进给参照箭头和附图标记A。 

根据本发明，针对的是所述改良进给方法，其中磨削刀具100和工件50进行相对运动，相对运动延伸以使磨削刀具100和工件50在第一次接触时，在磨削刀具100的切割刃产生几乎为零度的有效前角。为了完成这些，至少运动的 最后阶段在插入期间的特征是基本上是如图12A所示的径向插入运动 

根据本发明，径向陷入或进给运动 

伴随着径向插入运动 

在径向陷入或进给运动 

中，磨削刀具的切割刃陷入工件50的材料中。 

在图12A所示中，径向进给A由两个分量运动 

和 

组成，其中在所示情况中，两个分量运动 

和 指向纯粹的径向。两个分量运动 

和 

的向量叠加导致了向量 纯粹径向运动垂直于工件50的旋转轴R2，这些运动各自平行延伸到工件50的前表面54。 

在图12B，图示径向进给A有两个分量运动 

和 

组成，其中在所示情况中，两个分量运动 

和 

具有相当大的径向分量和很小的轴向分量。生成向量 由两个分量运动 

和 

向量叠加重复导致。 

两个分量运动 

和 可以指向相同方向(参见图12A的例子)，或他们具有轻微差别的方向(参见图12B的例子)。 

图13A表示的是槽80^*和棒刀具120的切割刃111一起的强化图示，其中在切割刃头部的有效前角γs在所示瞬间值为将近零度。在投影表示中，大致选择有效前角γs为切割刃110的切割面53和切割面53和槽80^*底部接触点的法线N1之间的角。在图13A中，所述法线N1基本位于切割面53的平面上。图13A表示的是磨削刀具100第一接触的运动，分别是磨削刀具10的切割刃111，和工件50、70的材料。第一接触的点和槽80^*的最深点TP基本重合。还有，生成线82总是穿过槽80^*的最深点TP。 

在此需要注意的是图11A、11B和以下中的槽80^*是有意表示为镜面对称的。具体是尽管如此，槽80^*也可以具有不对称性状，例如，当倾斜角δ不为零度时。 

图13B表示的是槽80^*和棒刀具120的切割刃111一起的进一步强化图示，其中在切割刃头部的有效前角γs在所示瞬间值明显为负的。在图13B中，法线N1是可见的，因为它不是位于切割面53的平面上。基于图13A和13B的强化图示和例证变得明显，也就是随着切割刃111在切割方向SR上逐步移动有效前角γs变得越来越负。 

重要的是两个分量运动 

和 

相对与工件50进行以在工件50的轴向进给运动平行于旋转轴进行之前(即在进给方向VR上，如图14所示)使生成线82变得位于工件50材料的外部。此外，需要注意的是第一分量运动 

指向使磨削刀具和工件50之间的第一接触产生接近零度的前角。当在第一次接触时的轴向 运动分量过大，在这种情形下可能不能实现并且可能产生对应于切割刃突发较强的冲击载荷。 

根据本发明，生成向量 

和旋转轴R2上的法线之间的有效角ρ总是锐角。 

在所有实施方式中，有效角ρ的绝对值最好在0到30度之间。 

优选的，在所有实施方式中，有效期前角在第一次接触时的绝对值在0到5度之间。 

如在开始已经提及的，磨削刀具100围绕第一旋转轴R1和工件50、70围绕第二旋转轴R2的联合旋转运动叠加，和磨削刀具100相对于工件50、70的线性轴向运动导致了在切割刃111轨迹点的总体路径上的一种槽形或笼形，如图11A、11B、12A和12B所示。在这些附图中用附图标记80表示所述对应槽。 

由切割齿110的切割刃轨迹点的总体路径形成的槽80位于工件50(或70)的间隙52中用于在所述间隙52中切割齿111的一次啮合。进一步切割齿111(这个切割齿可能是同一个或另一个磨削刀具的切割齿110)的随后啮合同样产生槽80，其由于在间隙52中轴向进给和在轴向的差量进给相联合导致偏移。槽80因此逐步(至少是几乎)继续在磨削中经过工件50的材料。线82定义相对彼比两个槽的叠加，通过切割刀具两个直接随后啮合之间的进给区别于它们的位置。也就是，线82特征是两个槽的相交曲线。对于无穷小的轴向进给，所述相交曲线对应于所述的生成线。总的齿隙可被认为是此生成线的布置其继续在切割方向上通过工件50的材料。 

根据本发明槽80的形状和尺寸在径向进给时是变化的，因为切割齿111的相关轨迹和同样切割刃和轴心距离变化。这个方面在图11A、11B、12A、12B、13A和13B中是被忽视的。为了更好地辨别，所述槽在根据本发明的进给方法中表示为附图标记80^*。在常规轴向进给中，槽11总是相同的，如图10所示。 

在径向进给时，在朝着工件50的主要径向运动中，槽80^*由槽头的底部导向，优选槽80^*头的最深点TP。通过这种新颖的插入形式(第一分量运动 

和随后进给(第二分量运动 

)避免了磨削刀具100的切割刃以在-15度至-30度范围内的明显负前角甚至大于-30度范围的更大负前角陷入工件50的材料中。根据本发明避开的槽80^*的依照范围，以简化和概括的方法通过加粗曲线81参照图11A、11B、12B和13A。在实际中，根据本发明在进给时槽80^*越来越深的滑向工件50、70的材料中，那么曲线81的相关部分越来越增加到达完全的 进给深度。在常规轴向进给中，曲线81的相关部分从槽边界83开始增加，而根据本发明在径向进给时，曲线81在槽边界83的方向上从槽的底端(在80^*的最深点)开始增加。 

根据本发明，对于完全生成齿隙52，它足以使进给在可决定的进给位置EP径向而不是轴向沿着齿系统的齿宽度到工件50，如图11A所示。进给位置EP优选取决于在图11A、11B、12A、12B和14中由线段代表的生成线82的位置。在图11B中它代表槽80^*的最深点TP在第一次接触时位于工件50或70的材料的略微外侧。在这时，槽80^*的最深点TP直接位于工件50或70前表面54的前端。 

根据本发明第一切屑移除相比于常规磨削方法在明显更为有利的切屑切割条件下进行。 

磨削是复杂的过程，在刀具100切割刃的切割条件永远变化时，如基于槽80所表示的。根据本发明，优化相对运动顺序以在第一次接触时和在进给(称为陷入)的初始阶段中尽量避开槽80的部分81。 

因此，一方面，在磨削刀具100和工件50的第一次接触时应用避开部分81，其中通过第一分量运动 

径向划线明显，如上所述。 

另一方面，同样在各进给陷入齿隙52的足够深度时，注意磨削刀具的切割刃不会以明显或较大负前角进入工件50的材料中。出于此原因，第二分量运动 

同样参照选取，据此进行第二移动分量 

以在陷入最后达到一个中间位置。在生成线82恰好位于要生成的间隙52的外侧的位置(相较于图11B)。 

优选地为了确定机器CNC控制运动，对此目的所进行的运算精确到点，以在执行两个分量运动 和 

时避免不利的切屑切割条件并且在间隙52适当的磨削开始之前到达正确的中间位置。 

图14表示的是工件50一部分的顶视图，其中以强化图示形式表示槽80依次经过齿隙52的位置。因此图14表示的是遵循改良进给方法的适当磨削。基于图14，可辨识出进给方向VR、切割方向SR、切割齿111的位置和切割面53的图示形式。进给方向VR在间隙的方向延伸并且由轴向进给和工件50的差量进给联合组成。切割方向SR与进给方向VR形成锐角。在槽80上的线段82分割第一切割轨迹部分和第二切割轨迹部分，如上所述。也就是，所述线段82对应于最初已经提及的生成线。基于图14，可以辨识出切割齿111的刀具切割刃 使所述的槽状表面80在穿过间隙52时产生，由此根据本发明切屑的切屑形成在插入和陷入开始和进行到槽点时以使最初产生的后角不为负或仅仅是微小负值并且在在切割齿111的随后陷入时不会产生明显或极大的负后角。 

图15表示的是在磨削时工件50的一部分，由此可以看出包括切割齿111的棒刀112具是怎么引导穿过齿隙52的。如图15所示包括用于容纳多个棒刀具120的基体的磨削刀具100(称为棒刀具磨削轮100)。尽管如此，在此所示的只有一个棒刀具120。 

图16表示的是根据本发明具有内齿系统圆柱形工件70在磨削期间使用棒刀具磨削轮100的透视图。在图16中，所示仅有一个棒刀具120。基体，其中安装棒刀具120，是空出的。在此，没有表示出棒刀具120以锥形方位在基体中分布。 

图17表示的是根据本发明具有内齿系统圆柱形工件70在磨削期间使用大型刀具100作为磨削轮的透视图。所示磨削轮100具有多个切割齿111。磨削轮100优选整体形成，即，切割齿111是盘式基体的固定组件。 

在以下段落中，给出了根据本发明关于磨削的进一步说明。 

原则上，磨削刀具100和工件50、70之间的相对运动对应于螺旋齿轮传动，也称作生成螺旋齿轮型传动。螺旋齿轮传动针对的是立体齿轮传动。 

磨削加工的基本设计因此产生了像在齿轮传动设计中，在计算点AP(参见图2B)。在此理解基本设计意味着定义磨削刀具100和工件50、70各自立体分布和运动(运动学)，同样定义磨削刀具100的几何基本量，例如直径和倾角(基本刀具几何)。 

在计算点AP，尽量最佳设计几何和运动接触条件。接触条件随着从计算点AP距离的增加而变化。在这方面，磨削代表非常复杂的方法，其中接触条件同样在切割刃运动时持续变化。尽管如此，通过在计算点AP的接触条件可以刻意影响变化的接触条件。 

因此，在计算点AP接触条件的正确设计在磨削加工设计中是具有必要意义的。 

关于轴分布的规定： 

这里是定义轴分布所要求的一些规定。这些规定在下表中描述。 

关于磨削刀具和工件之间接触的规定： 

这里是描述磨削刀具100和工件50、70之间接触所要求的一些规定。这些规定在下表中描述。 

进一步的投影： 

这里有用于描述本发明的进一步投影。所述投影在以下表格中说明。 

以下公式[1]提供了描述对于非平面齿系统旋转轴R1和R2特殊分布的角度之间的关系并且对个体数量的转换非常重要： 

cos(∑)＝cos(∑_eff)·cos(δ)        [1] 

在广义坐标中，轴夹角∑分解为轴有效夹角∑_eff和倾角δ，因此轴有效夹角∑_eff决定了对于旋转磨削刀具100和旋转工件50、70之间相对切割运动产生的量。对于平面齿系统，同样定义了轴有效夹角∑_eff和倾角δ，尽管如此，不必遵循关系[1]。 

根据本发明，可以指定倾角δ，其绝对值不为零，即，刀具参照面和刀具100相对于接触面(由两个速度矢量 和 

形成)的倾向为负值或正值。因此，关系到本发明，我们说磨削刀具100朝向或背离工件50、70的倾斜(或倾向)。尽管如此，倾向或倾离是可选的。 

优选的，在所有实施方中，轴有效夹角∑_eff在于以下范围：-60°≤∑_eff＜0并且0＜∑_eff≤60°。 

根据本发明，针对的是所述的改良进给方法，用于涉及工件50、70的磨削，因此在这种磨削旋转对称周期结构中，例如外或内齿系统，应用磨削刀具100对工件50、70加工。如图11、12A和12B所示，改良进给方法特征尤其在于模拟和以协调的方式进行以下步骤： 

-围绕第一旋转轴R1旋转磨削刀具100并且联合围绕第二旋转轴R2旋转工件50、70， 

-以径向第一运动分量 在工件50、70的方向上插入磨削刀具100并且 

-以径向第二运动分量 

在工件50、70的方向上进给磨削刀具100，优选向下到足够深度，从而至少在进给期间，第一旋转轴R1相对于第二旋转轴R2偏斜延伸，两个旋转轴R1、R2分别相对彼此偏斜划线。 

然后，旋转磨削刀具100相对进给运动在进给方向VR上随着相对于旋转工件50、70到达足够深度开始执行，其中同样在磨削时，第一旋转轴R1相对于第二旋转轴R2偏斜延伸，两个旋转轴R1、R2分别相对彼此偏斜划线。 

优选的，至少在进给期间，描述出负值或正值的倾角δ。 

根据本发明，在所有实施方式中，磨削刀具100具有切割刃，切割刃成型为向外突出的切割齿111的形状，可以参见例如图15、16和17。相对于锥形磨削刀具100前的表面随后形成切割齿111的切割面。 

根据本发明，在所有实施方式中，磨削刀具100具有生成刀具的形状，优选盘式生成刀具、柄式生成刀具或深扩孔式生成刀具的形状(例如，参照DIN3972或DIN5480)。在所有实施方式中，在磨削刀具100和锥形刀具主轴170之间可能配置有适配元件，参见图18。 

优选的，在所有实施方式中，磨削刀具100具有圆柱外壳形状或具有碰撞轮廓的基本形状，设计为避免磨削刀具100和工件50、70之间的碰撞。 

在图17中，表示了具有生成刀具形状的磨削刀具100。此处，针对大型刀具，其中切割齿111是磨削刀具100的一部分。此处，磨削刀具100具有25个切割齿111，其中之一在图17中提供有附图标记。磨削刀具100的基体具有截锥盘或截锥板。 

除了运动方面和由所述后角的规定导致的条件，工件50、70的一致性也作为非常重要的条件。总有工件50、70，具有直径大于足圆直径的一部分跟进齿系统或周期结构，和在齿系统或其他周期结构制造中允许低进给或超限。在此，特别有利适用根据本发明的方法，因为在根据图11的径向进给中，参照WO2010/060733A1在轴向插入或叠加插入中需要进给部分中较小的空间。类似的，本发明可以应用于仅仅允许低超限的工件。在这种情况下，在完成齿隙最终形状后径向直接收回磨削刀具100。 

根据本发明设计用于插入、进给和随后磨削的机器200，包括CNC控制单元201，其可以使耦合的轴R1和R2各自轴运动的协调。CNC控制单元201可以是机器200的一部分或可以外部实施并且设计用于针对机器200的通信专用连接202。为了磨削刀具100相对于加工内齿、动力磨削的工件70进行相对运动，所述机器200包括所谓的“电子齿轮传动系统”和“电子或特定控制轴耦合”。进行磨削刀具100和工件70的耦合运动以使再制造过程期间导致磨削刀具100 相对于的工件70的相对运动，对应于螺旋齿轮传动的相对运动。电子齿轮传动系统，由电子或特定控制轴耦合分别提供用于机器200至少两个轴的旋转速度同步。这里至少刀具主轴170的旋转轴R1与工件主轴180的旋转轴R2耦合。此外，优选的在所有实施方式中，工件主轴170的旋转轴R2与轴向进给在R2方向上耦合。线性进给203的垂直线性运动在图18中由双箭头204表示。此外，工件主轴180连接板205可以平行于旋转轴SA线性移动，由双箭头206表示。轴向进给平行于旋转轴R2产生并且由竖直运动分量分量204和水平运动分量组成，竖直运动分量204通过线性进给203产生，水平运动分量由线性运动208产生。此外，板205和工件主轴180一起并且工件170可以围绕旋转轴SA转动，由双箭头207表示。 

优选的使用的机器200，基于如图18所示的纵向配置。在这样的纵向配置中，磨削刀具100和工件主轴170一起位于工件50、70之上和工件主轴180一起，或反之亦然。在进给和磨削期间产生切屑由于引力作用掉落并且例如通过未示出的切屑板移除的切屑。 

此外，设计用于根据本发明改良插入和进给的机器200，具有适合复杂的几何和运动机器设置和所述轴的轴向运动。优选的，在所有实施方式中，机器具有六个轴。这些轴中的五个已经描述。第六个轴，可以忽略的轴，使磨削刀具100相对于工件50、70进行线性相对运动。这个线性相对运动在图18中用双箭头208表示。 

在所有实施方式中，改良进给方式可以应用于干加工或湿加工，其中优选对于干磨削使用改良进给方式。 

改良进给的适用范围很大并且延伸使用在很多不同的旋转对称周期结构制造中。 

附图标记 

成型轮    1 

工件    2 

齿头    4 

齿肩    5 

切割齿   6 

切割刃   6.1 

工件8的齿槽    7 

工件    8 

部分    9 

磨削刀具    10 

槽    11 

生成线    12 

临界部分    13 

(磨削)工件    20 

齿    21 

齿隙    22 

前端    23 

(磨削)工件    50 

齿   51 

齿隙   52 

切屑   53 

前端   54 

(内齿、磨削)工件    70 

槽    80^*

临界部分    81 

生成线    82 

槽边缘    83 

磨削刀具    100 

切割齿    111 

棒刀具    120 

刀具主轴    170 

工件主轴    180 

机器    200 

CNC控制单元    201 

通信专用连接    202 

线性进给    203 

竖直运动分量    204 

板    205 

线性位移    206 

旋转运动    207 

线性相对运动    208 

头刀具的后角    α_ki

结构后角    α_ko

径向进给    A 

径向进给向量 

第一分量运动(插入运动) 

第二分量运动(陷入或进给运动) 

轴交点    AK 

计算点    AP 

接触点    BP 

刀具倾角    β₁

工件倾角    β₂

倾角    δ 

工件滚圆直径    d_w2

进给位置    EP 

接触面法线 

刀具旋转速度    n₁

工件旋转速度    n₂

法线    N1 

刀具旋转轴(刀具轴)    R1 

刀具10的接触半径向量 

工件旋转轴(工件轴)    R2 

工件50、70的接触半径向量 

锐角    ρ 

螺旋轴    SA 

冲程运动    s_hx

轴向进给    s_aX

差量进给    s_D

径向进给    s_rad

切割方向    SR 

轴有效夹角    ∑_eff

轴夹角    ∑ 

最深点    TP 

切割速度绝对值    v_c

切割速度向量 

速度向量绝对值    v₁

磨削刀具速度向量 

工件的切割速度绝对值    v₂

工件的速度向量 

进给方向VR围绕轴R1旋转    ω₁

围绕轴R2旋转    ω₂

轴向进给    ZB。 

Claims (15)

1.应用磨削刀具(100)对具有旋转对称、周期结构的工件(50；70)磨削的方法，其特征在于，在实际磨削之前进行以下步骤：

-围绕第一旋转轴(R1)旋转磨削刀具(100)，

-围绕第二旋转轴(R2)耦合旋转工件(50；70)，

-在工件(50；70)的方向上进行径向进给运动(

)，使磨削刀具(100)第一接触工件(50；70)，

-从第一接触一刻在工件(50；70)的方向上以径向陷入运动(

)向下进给刀具(100)至预定深度，其中至少在进给期间两个旋转轴(R1、R2)相对彼此偏斜排开。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，到达预定深度时，相对于旋转工件(50；70)进行由在第二旋转轴(R2)方向的轴向推进和至少在进给刀具(100)期间旋转的差量推进组成的推进运动，其中同样在这个推进运动期间两个旋转轴(R1、R2)相对彼此偏斜排开。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在进给期间磨削刀具(100)朝向工件(50；70)或远离工件(50；70)倾斜。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，产生轴有效夹角(∑_eff)，其在于以下范围之一：

-60°≤∑_eff＜0且0＜∑_eff≤60°。

5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，旋转对称、周期结构涉及工件(50；70)的具有内齿的齿系统或外齿的齿系统。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，工件(50；70)涉及圆柱形工件。

7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，磨削刀具(100)和工件(50；70)第一接触的点位于工件(50；70)前端(54)和侧面之间的范围。

8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在工件(50；70)磨削期间使用一次性切割策略。

9.应用磨削刀具(100)对具有旋转对称、周期结构的工件(50；70)磨削的设备(200)，所述设备包括：

-用于固定磨削刀具(100)的工刀具主轴(170)，

-用于固定工件(50；70)的工件主轴(180)，

-用于耦合地进行相对运动并且连同刀具主轴(170)和磨削刀具(100)一起围绕第一旋转轴(R1)耦合旋转和连同工件主轴(180)和工件(50；70)一起围绕第二旋转轴(R2)耦合旋转的数控驱动，

其中设备(200)包括数控(201)或可连接数控(201)，其在磨削之前设计为：

-径向进给磨削刀具(100)并且随后使磨削刀具(100)相对于工件(50；70)向下径向陷入到预定齿深度，并且，

-至少在陷入期间，第一旋转轴(R1)相对于第二旋转轴(R2)偏斜排开。

10.如权利要求9所述的设备(200)，其特征在于，磨削刀具(100)具有切割刃，其展开为切割齿(111)的形式并且设计向外倾斜。

11.如权利要求9所述的设备(200)，其特征在于，磨削刀具(100)具有盘式生成刀具、柄式生成刀具或深扩孔式生成刀具的形状。

12.如权利要求9所述的设备(200)，其特征在于，数控(201)设计为在陷入和磨削期间分别倾斜磨削刀具(100)朝向工件(50；70)，或远离工件(50；70)。

13.如权利要求9-12之一所述的设备(200)，其特征在于，设备(200)涉及包括六个轴的机器。

14.如权利要求9-12之一所述的设备(200)，其特征在于，磨削刀具(100)涉及大型工具或棒刀磨削轮。

15.如权利要求9-12之一所述的设备(200)，其特征在于，数控(201)设计为用于进行根据权利要求1-8任意一项的方法。

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