CN103144042A - 磨齿机和修整磨齿工具的方法 - Google Patents

Abstract

在一种磨齿机中，其工具心轴（18）支承在安装于第一直线运动单元（15）上的第一旋转运动单元（17）上，第二直线运动单元（19）设置在第一直线运动单元（15）上，在该第二直线运动单元（19）上安装有能够可旋转地驱动的修整心轴（21）。

Description

磨齿机和修整磨齿工具的方法

本申请是申请人格里森－普法特机械制造有限公司于2009年9月4日提交的国际申请号为PCT/EP2009/006453（进入中国国家阶段申请号为200980135001.4）、题为“磨齿机和修整磨齿工具的方法”的PCT发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及磨齿机，其具有静止不动的床身、第一直线运动单元和工具心轴，第一直线运动单元相对于床身沿着第一直线运动轴线可移动并携带第一旋转运动单元，第一旋转运动单元布置在第一直线运动单元上，从而能够围绕正交于所述第一直线运动轴线的第一旋转轴线旋转，而工具心轴布置在第一旋转运动单元上，从而能够围绕正交于所述第一旋转轴线的工具心轴轴线转动地被驱动，本发明还涉及修整所述磨齿机的磨齿工具的方法。

背景技术

该类型的磨齿机适于用磨齿工具（例如砂轮或磨削蜗轮）来精加工工件的齿轮齿。由于磨齿工具与工件研磨地啮合，该磨齿工具遭受到磨损。因此，磨齿工具在使用一定次数工作循环之后，就需要进行修整。修整的过程修复磨齿工具所需的几何形状，同时使磨齿工具的表面变得锋利。

现有技术状态对修整过程提供两种主要方法，这两种方法是形式修整（form dressing）和外形修整（profile dressing）。在形式修整方法中，修整工具在要被修整的磨齿工具表面上循着受控制的运动路径，并由此产生磨齿工具的理想轮廓。对于外形修整来说，根据磨齿工具要求的几何形状形成修整工具。

现有技术的滚齿机（EP0614406B1）包括立柱，该立柱沿着床身的纵向方向水平地在床身上可移动，滑架在该立柱上被引导作垂直运动。在滑架背离立柱的自由侧上，布置有用于铣刀蜗轮的支承装置，从而能够围绕水平的旋转轴线旋转，其中，铣刀蜗轮的转动轴线正交于该支承装置的旋转轴线延伸。在该滚齿机中不会发生修整磨齿工具的问题。

发明内容

本发明的目的是提出本文开端所举类型的磨齿机，其中，可修整当前使用的磨齿工具，同时保持其锁定在工具心轴上的位置内。

根据本发明，该方案的装置定向的部分由如下概念组成：在第一直线运动单元上布置第二直线运动单元，该第二直线运动单元沿着第二直线运动轴线可移动，而在所述第二直线运动单元上布置修整心轴，该修整心轴能够被驱动而围绕正交于所述第二直线运动轴线的修整心轴轴线作旋转运动。

该方案的方法定向的部分由根据本发明的磨齿机实施，其修整心轴布置在第二旋转运动单元上，该第二旋转运动单元布置在第二直线运动单元上，从而能够围绕平行于第二直线运动轴线的第二旋转运动轴线旋转，其中，承载修整工具的修整心轴的旋转角度位置相对于第二旋转运动轴线设定为固定值，所述固定值匹配于布置在工具心轴上的磨齿工具，且其中，根据要求的修整方法使修整工具与磨齿工具啮合。

因此，对于根据本发明的磨齿机，并在所述机器上执行上述的修整方法，就有可能根据各种情形中所要求的特殊修整方法（例如，外形修整或形式修整）来修整不同类型（例如，研磨蜗轮或研磨砂轮）的磨齿工具。

此外，由于根据本发明的磨齿机轴线的布置，就可对工件实现特别低的夹紧高度，并因此实现系统的高刚度。

较佳地，第一旋转运动轴线应与工具心轴轴线相交。对于该要求未得到准确满足的程度，可在控制系统中用基于软件的修正进行补救。然而，在任何情形中偏差应该很小。较佳地，两个轴线的相交应限制在小于0.1mm的区域之内。

第二直线运动轴线和第二旋转运动轴线应尽可能准确地彼此对齐，并应相交于工具心轴轴线。如果该条件未能准确地得到满足，则这些轴线相交的公差范围最好应小于5μm。

较佳地，在不同轴之间所需的正交，应该尽可能精确地满足。然而，只要在公差之内，可能的偏差可通过控制系统中的软件程序来协调。

适于执行本发明任务的修整工具具有相对于转动轴线呈旋转对称的盘形体，该盘形体界围在两个间距开的、面向轴向的侧边之间，在其径向外围圆周区域内形成有修整区域，这些修整区域适于与磨齿机的磨齿工具操作地啮合，修整工具的特征在于，面向轴向的侧边之一的修整区域构造用于形式修整的过程，其中，修整区域在磨齿工具上沿着产生磨齿工具的期望轮廓的受控制的路径移动，并且相对的面向轴向的侧边的修整区域构造用于外形修整的过程，对此，修整区域根据磨齿工具的期望轮廓形成外形。

术语“形式修整”尤其应用于外形研磨的研磨砂轮的修整，而术语“外形修整”应用于研磨蜗轮的修整。

在根据本发明的修整工具中，以这样一种方式形成为形式修整构造的修整区域的轮廓，即，其操作啮合基本上集中在待修整的磨齿工具的一点上，且通过沿着磨齿工具表面上适当规定的操作路径执行受控制的运动，使所述修整区域产生期望的磨齿工具的轮廓。相比之下，为外形修整而构造的修整区域基本上沿着啮合线会合待修整的磨齿工具，有关磨齿工具的期望轮廓的信息在此情形中被包含在修整区域本身内。由于这种轴向非对称构造的缘故，通过使待修整的磨齿工具有选择地与修整区域中的一个或另一个操作地啮合，根据本发明的修整工具就可用于形式修整以及外形修整。因此，不必为了从形式修整切换到外形修整而在其夹紧装置内改变修整工具，反之亦然。

鉴于这样的事实：形式修整在修整工具的修整区域和待修整的磨齿工具之间需要单点接触，因此在实用的实施例中考虑对构造用于形式修整的修整区域给予弧形的形状，如在修整工具的轴向截面中所示。

另一方面，构造用于外形修整的修整区域在实用的实施例中以这样一种方式实现，即，如在修整工具的轴向截面中所示，其形状符合于让修整赋予磨齿工具的待修整的那部分的外形形状。在为待修整的磨齿工具（具体地为研磨蜗轮）区域的外形选择合适的剖切平面时，例如可考虑其轴向截面、其法向截面，或靠近于或在轴向和法向截面之间的任何剖切平面。对于未修正的渐开线螺旋表面的研磨来说，修整工具的轴向截面直线地延伸。在此情形中，例如，在研磨蜗轮的外形修整时，如在轴向截面中所见的直线修整部分，相对于盘形体的径向平面布置成对应于研磨蜗轮的齿腹角的角度进行布置。对于修正的渐开线外形，相应地修正轴向截面的形状。

修整工具的修整区域特别地以现有技术状态的方式用磨削材料层涂覆，该磨削材料粘结到修整工具的本体上。磨削材料可通过正向或负向过程进行涂覆。通常的磨削材料例如包括呈不同形式的刚玉、氮化硼（CBN）或金刚石。

附图说明

下面参照附图，通过实用实施例的实例来详细地解释本发明，其中：

图1显示磨齿机的立体图，该磨齿机的外壳已被移去；

图2显示用于磨齿工具和修整工具的心轴（也显示在图1中）结构的详图；

图3显示指向磨齿机（这里显示有其外壳）背侧的视图，那里布置有工具变换装置；以及

图4（a）和4（b）是两个示意图，分别示出磨齿蜗轮的外形修整以及外形砂轮的形式修整。

具体实施方式

图1中所示的磨齿机具有床身1，该床身基本上呈细长的直角平行六面体的形状（下文中称其为长方体），其纵向轴线平行于该磨齿机所放置的地面延伸，其中，该长方体两个最大表面之一形成了面向地面的底侧，而相对的表面2形成顶侧。布置在顶侧2上的是直线导轨3和4，它们平行于长方体的纵向轴线延伸，立台5支承在直线导轨上，并被导向用于沿第四直线运动轴线X1运动，该第四直线运动轴线X1平行于长方体的纵向轴线延伸。立台5沿第四直线运动轴线X1的运动借助于由控制器控制的直线运动驱动器6对其提供动力。

直线导轨3、4延伸超过图1中床身1的大约左边一半。在靠近直线导轨3和4右端的床身的顶侧2上布置有转动单元7，该转动单元7设计成围绕工件转动轴线C1被驱动作旋转运动，该工件转动轴线C1正交于顶侧2延伸。呈要被研磨的齿轮形式的工件被夹紧在转动单元7上，并根据磨齿工艺的要求围绕其轴线作受控制的转动。

立柱8突起在图1中床身1的右端部分上方，该立柱正交于顶侧2并具有平行于顶侧2的大致正方形横截面外形。在面向转动单元7的一侧上，立柱8承载有正交于顶侧2延伸的直线导轨9。从立柱8沿转动单元7的方向突出的尾座10受导轨7约束，而平行于工件转动轴线C1作直线滑动。尾座10承载对中心轴11，该对中心轴与工件转动轴线C1对齐，且与夹紧在转动单元7上的工件对中地接合。

立台5由四个正交于床身1的顶侧2的侧壁界围，这些侧壁中的两个平行于长方体形床身1的纵向轴线，而另两个正交于长方体形床身1的纵向轴线。面向转动单元7的侧壁12承载直线导轨13、14，它们正交于顶侧2并平行于工件转动轴线C1延伸，直线导轨13、14引导第一直线运动单元15沿第一直线运动轴线Z1作直线运动，所述第一直线运动轴线Z1平行于工件转动轴线C1延伸。由控制器引导的直线运动驱动器16致动第一直线运动单元15沿第一直线运动轴线Z1运动。

在第一直线运动单元15的下部内，即，最靠近床身1的那部分，第一旋转运动单元17布置在朝向转动单元7的那侧上，而且能够围绕第一旋转运动轴线A1旋转，第一旋转运动轴线A1正交于第一直线运动轴线Z1并平行于长方体形床身1的纵向轴线延伸。工具心轴18布置在该第一旋转运动单元17上，其工具心轴轴线B1正交于第一旋转运动轴线A1。工具心轴18设计成在受控制的驱动源的动力作用下围绕其工具心轴轴线B1转动。它还能够沿着第三直线运动轴线Y1受控制地运动，该第三直线运动轴线Y1与工具心轴轴线B1对齐。

在第一直线运动单元15的上部内，即，最远离床身1的那部分，第二直线运动单元19在朝向转动单元7的前侧上被导向，沿着第二直线运动轴线Z2受控制地运动。第二直线运动轴线Z2位于平行于第一直线运动轴线Z1和第一旋转运动轴线A1的平面内。在该平面内，第二直线运动轴线Z2相对于第一直线运动轴线Z1倾斜，从而在背离床身1的方向上，第二直线运动轴线Z2朝向第一直线运动轴线Z1以锐角延伸。

第二旋转运动单元20布置在第二直线运动单元19的下端处，即，面向工具心轴18的那端。该第二旋转运动单元20可以围绕平行于第二直线运动轴线Z2的第二旋转运动轴线C2旋转。布置在该第二旋转运动单元20上的是修整心轴21，该修整心轴设计成围绕修整心轴轴线S2被驱动而作转动运动。修整心轴轴线正交于第二旋转运动轴线C2和第二直线运动轴线Z2而定向。

工具心轴18适于固定磨齿工具并赋予工具以旋转运动，该磨齿工具用于对夹紧在转动单元7上的工件上的齿轮齿进行精细操作。尤其是，该精细操作可由滚齿研磨或外形研磨操作组成。磨齿工具例如可以是砂轮或磨齿蜗轮。

修整心轴21适于固定用于形式修整和外形修整的修整工具并赋予其旋转运动。在形式修整操作中，盘形的修整工具在要被修整的磨齿工具表面上循着受控制的运动路径，并由此产生磨齿工具的理想轮廓。对于外形修整来说，根据磨齿工具要求的轮廓来构造盘形的修整工具。

对于不同的修整过程和工具几何形状，修整工具和磨齿工具彼此之间需要有不同位置，这通过计算机控制各自运动的轴线得以实现。举例来说，对于外形修整方法来说，承载修整工具23的修整心轴21的旋转角相对于第二旋转运动轴线C2夹紧在一个固定位置上。此外，围绕修整心轴轴线S2转动的修整心轴21的相应rpm转速与围绕工具心轴轴线B1转动的工具心轴18的相应rpm转速之间的比例设置为一个固定值。沿着第二直线运动轴线Z2和第三直线运动轴线Y1的运动根据外形修整方法进行控制。对于形式修整方法来说，修整心轴21相对于第二旋转运动轴线C2的旋转角设定在由磨齿工具22的参考直径所规定的位置处。修整心轴21相对于修整心轴轴线S2的转动角位置和沿第三直线运动轴线Y1的运动均根据形式修整方法进行控制，它们取决于工具心轴18相对于工具心轴轴线B1的转动角位置。此外，对于非旋转的磨齿工具，则要控制沿第二直线运动轴线Z2的运动。

图2示出由磨齿心轴18驱动的磨齿工具22是研磨蜗轮的情形。图2还示出布置在第二旋转运动单元20上的修整心轴21上的盘形修整工具23。

如图1中那样，图2中附图标记15标识第一直线运动单元，而附图标记17标识第一旋转运动单元。

带有其就位的外壳的磨齿机显示在图3的立体图中，露出图1的背侧和右手侧。邻近于背侧布置在外壳外面的固定齿条24保持磨齿工具22、22'作好准备，以备被工具变换器所拾取。当需要其中一个工具时，工具变换器就使该工具沿着某一路径移动，该路径位于正交于第一直线运动轴线Z1和工件转动轴线C1的平面内，延伸通过外壳背侧内的开口25，终止在工具心轴18的操作空间内。工具心轴18通过其运动轴线的合适定向运动，接受来自工具变换器的工具并将其夹紧在如图1和2所示位置中的工具心轴18上。自然地，在其反向运动顺序中，夹紧在工具心轴18上并需要被交换的工具被工具变换器所接纳，并被装载在外面并放入放置框架24。当工具交换不再发生时，用滑动门26关闭外壳内的开口25。

面向背侧的相反方向并因此在图中不可见的外壳的前面装备有水平滑动门，该水平滑动门在其打开位置中允许进入到磨齿机的工作空间内，即，立台5和立柱8之间的空间，而在其关闭位置中完全地使磨齿机与外界屏蔽。

图4（a）和（b）各自显示出工艺中的修整操作，在含有工具心轴轴线B1和修整心轴轴线S2的剖切平面中绘出，其中，图4（a）中的磨齿工具22是铣磨蜗轮22'，而在图4（b）中是研磨砂轮22''。在这两种情况中修整工具23是相同的。

就其详细的特征来说，修整工具23具有相对于修整心轴轴线S2为旋转对称的盘形体27，延伸在修整心轴轴线S2上方的仅一半的盘形体27示出在图4（a）和（b）中。该盘形体界限在两个面向轴向的侧边28、28'之间，所述侧边彼此间距一定的轴向距离。这些面向轴向的侧边28、28'的径向外围圆周区域分别构造为修整区域29和29'。在这些修整区域29和29'中的每一个内，修整工具的本体27涂覆有粘结到本体27的研磨材料。在本体27的径向中心区域内，形成与修整心轴轴线S2同轴的毂30，其允许本体27被夹紧到修整心轴21。

在图4（a）和4（b）所示的轴向剖面的绘图平面中，为外形修整而构造的修整区域29开始于本体27的径向台肩31处，并以某一角度朝向相对的面向轴向的侧边28'径向向外地延伸，终止在本体27的径向外边缘32处。如果要修整的磨齿工具被设计用于未修正的渐开线螺旋表面的磨削，则该轮廓遵循一直线；用于修正的螺旋表面，则其合适地进行改适。相比之下，对于形式修整而构造的修整区域29'的轴向剖面轮廓，首先从面向轴向的侧边28'沿向外弯曲弧突出，然后，沿朝向外边缘32的方向以弓形弧转回。

图4（a）示出外形修整工艺中的修整工具23和铣磨蜗轮22'之间的操作啮合。在图4（a）的左侧图中，修整区域29沿着直线的接触面积与铣磨蜗轮22'的左侧齿腹操作地啮合。馈送运动对着左侧齿腹发生在轴向方向上，如箭头所示。在图4（a）的右侧图中，对铣磨蜗轮22'的右侧齿腹示出外形修整过程。修整工具23的定向和馈送运动在此情形中与图4（a）的左侧图为镜面对称。在两种情形中，为形式修整而构造的修整区域29'与铣磨蜗轮22'的齿腹保持一定距离，因此，在全部的修整过程中保持不工作。

相比之下，图4（b）示出研磨砂轮22''的形式修整，其中，设计用于外形修整的修整区域29保持未啮合，由此不进行工作，而通过基本上集中在一点上的操作啮合，使形式修整区域29'与研磨砂轮22'的左侧（图4（b）的左侧图中）和右侧（图4（b）的右侧图中）接触，并且形式修整区域29'沿着产生期望轮廓的路径导向在研磨砂轮22'的侧面上。位于绘图平面内的该路径运动分量在图4（b）的左侧图和右侧图中用箭头表示。

附图标记清单

1      床身

2      顶侧

3、4   直线导轨

5      立台

6      直线运动驱动器

7      旋转运动单元

8      立柱

9      直线导轨

10     尾座

C1     工件转动轴线

11     对中心轴

12     侧壁

13、14 直线导轨

15     第一直线运动单元

16     直线运动驱动器

17     第一旋转运动单元

A1     第一旋转运动轴线

18     工具心轴

B1     工具心轴轴线

Y1     第三直线运动轴线

19     第二直线运动单元

Z2     第二直线运动轴线

20     第二旋转运动单元

C2     第二旋转运动轴线

21     修整心轴

S2     修整心轴轴线

22     磨齿工具

22′     铣磨蜗轮

22”     研磨砂轮

23       修整工具

24       固定框架

25       外壳的开口

26       滑动门

27       盘形体

28，28′ 面向轴向的侧面

29，29′ 修整区域

30       毂

31       径向台肩

32       外边缘

Claims (5)

1.修整工具，具有相对于转动轴线（S2）呈旋转对称的盘形体（27），所述盘形体由两个彼此轴向间距开的面向轴向的侧边（28、28'）界围，在其径向外围圆周区域内形成有修整区域（29、29'），所述修整区域适于与磨齿机的磨齿工具（22、22'、22''）操作地啮合，其特征在于，一个面向轴向的侧边（28'）的修整区域（29'）构造用于形式修整的过程，其中，所述修整区域（29'）在所述磨齿工具（22、22'、22''）上沿着产生所述磨齿工具的期望轮廓的受控制的路径移动，并且另一面向轴向的侧边（28）的所述修整区域（29）构造用于外形修整的过程，对此，所述修整区域（28）根据所述磨齿工具（22、22'、22''）的期望轮廓形成外形。

2.如权利要求1所述的修整工具，其特征在于，构造用于形式修整的修整区域（29'），如在所述修整工具的轴向截面中所示，设计有弧形形状。

3.如权利要求1或2所述的修整工具，其特征在于，构造用于外形修整的修整区域（29）以这样一种方式设计，即，如在所述修整工具的轴向截面中所示，其形状符合于所述磨齿工具的待要修整的那部分的截面外形。

4.如权利要求1或2所述的修整工具，其特征在于，所述修整区域（29、29'）涂覆有磨削剂层，该磨削剂粘结到所述修整工具（23）的本体（27）上。

5.如权利要求1或2所述的修整工具，其特征在于，在所述修整工具（23）的本体（27）中，形成与所述修整工具的所述转动轴线（S2）同轴的毂（30），所述毂适于将本体夹紧到修整心轴（21）上，所述修整心轴设计成被驱动而作旋转运动。

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