CN103160677A - 传动齿轮的轮齿的感应淬火 - Google Patents

Abstract

本发明是传动齿轮的轮齿的感应淬火。其涉及一种用于传动齿轮的制造方法。将传动齿轮毛坯（4）夹紧在多轴机床的工件夹具（5）中。借助于夹紧在多轴机床的工具夹具（7）中的铣头（6）从传动齿轮毛坯（4）中铣出齿隙并由此制成具有轮齿（8）的传动齿轮（4′）。将铣头（6）从工具夹具（7）中松开，并将感应器（12）夹紧在工具夹具（7）中。将感应器（12）依次插入在传动齿轮（4′）的每两个直接相邻的轮齿（8）之间。此外，借助于感应器（12）感应加热两个直接相邻的轮齿（8）中的至少一个。将感应器（12）从工具夹具（7）中松开，并将加工工具（13）夹紧在工具夹具（7）中。借助于加工工具（13）进行传动齿轮（4′）的轮齿（8）的再加工。

Description

传动齿轮的轮齿的感应淬火

技术领域

本发明涉及一种用于传动齿轮的制造方法，其中将传动齿轮毛坯夹紧在多轴机床的工件夹具中。

背景技术

通常将大的传动齿轮作为单件或以小批量生产方式制造。在现有技术中首先将传动齿轮毛坯夹紧在专门的切齿机的工件夹具中。在这种情况下借助于铣头在传动齿轮毛坯上铣出齿隙，因此通过将齿隙从传动齿轮毛坯中铣出而制成具有轮齿的传动齿轮。然后将预制的传动齿轮从切齿机中取下并送入熔炉。在此将传动齿轮作为一个整体加热并-在通常情况下加入添加剂-使其淬火。然后在另外的加工机床中进行传动齿轮的轮齿的再加工，例如精铣或精磨。

现有技术的操作方法费时、昂贵并且相对不精确。特别是由于传动齿轮在齿隙的铣出和传动齿轮的轮齿的再加工之间的运输可能导致在调整传动齿轮时的误差。

由出版于《切削加工，技术评论》2010年第4期上的专业论文《五轴铣切代替传统的切齿》已知了用于传动齿轮的制造方法，在此将传动齿轮毛坯夹紧在多轴机床的工件夹具中。借助于在多轴机床的工具夹具中夹紧的铣头在传动齿轮毛坯上铣出齿隙，因此通过从传动齿轮毛坯中铣出齿隙而制成具有轮齿的传动齿轮。然后将传动齿轮从工件夹具中松开、送到另一处地方并在那将其淬火。最终将传动齿轮重新夹紧在工件夹具中，并借助于在工具夹具上夹紧的加工工具进行传动齿轮的轮齿的再加工。所提到的专业论文中的多轴机床被设计成五轴的机床。

由Marcus Nuding在《国际电热》2009年3月第1/2009册第24至26页上的专业论文《用于感应的加热过程的简化的中频变频器技术》已知了通过变频器给感应器供电。运行频率和输出功率可以通过CNC-程序为变频器预先确定。感应器特别可以用于不规则几何形工件的淬火。

由WO 2011/020952 A1已知了用于工件的感应的局部加热的旋转的永磁体。工件可以是齿轮。加热可以在两个加工步骤之间进行。工件可以留在机床中。用于产生感应电流的能量可以来自于机床的电动机。然而不进行对电磁的感应器的供给，而是进行永磁体的旋转。

由DE 10 2007 051 375 A1已知了借助于多轴的机床来铣切齿轮。

由EP 0 810 048 A1已知了紧凑的加工中心，其可以执行多个复杂的过程，例如像翻转、钻孔、打磨、齿轮制造、感应淬火等。提及的是，这里列举的活动在将工件一次夹紧以后进行。EP 0 810 048 A1另外提及，制造中心是五轴机器。其还提到将高频感应线圈用于感应淬火。

由DE 888 141 C已知了用于齿轮的轮齿的淬火的电磁的感应器。感应器具有单独的导体回线。

发明内容

本发明的目的在于，提出一些可能的方法，借助于这些方法能实现无需额外的专门用于感应器的供电装置的感应淬火。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的制造方法实现。根据本发明的制造方法的有利的设计方案是从属权利要求2至9的内容。

为了实现用于传动齿轮的制造方法，根据本发明提出，

-将传动齿轮毛坯夹紧在多轴机床的工件夹具中，

-借助于夹紧在多轴机床的工具夹具中的铣头从传动齿轮毛坯中铣出齿隙，由此通过从传动齿轮毛坯中铣出齿隙而制成具有轮齿的传动齿轮，

-工具夹具在从传动齿轮毛坯中铣出齿隙期间借助于主轴驱动装置旋转，

-将铣头从工具夹具中松开，并将感应器夹紧在工具夹具中，

-将感应器依次插入在传动齿轮的每两个直接相邻的轮齿之间并借助于感应器感应加热两个直接相邻的轮齿中的至少一个，

-感应器在轮齿的感应加热期间由主轴驱动装置的供电装置供给交流电流，

-将感应器从工具夹具中松开，并将加工工具夹紧在工具夹具中，

-借助于加工工具进行传动齿轮的轮齿的再加工。

在根据本发明的操作方法中，淬火过程所需要的添加剂在通常情况下已经包含在传动齿轮毛坯的材料中。

当将多轴机床设计成至少为五轴的机床时，该制造方法的加工步骤能特别简单地实现。

优选地提出，在感应的加热结束之后，借助于冷却剂主动冷却分别至少一个被感应加热的轮齿，并且在至少一个被感应加热的轮齿的主动冷却期间将感应器插入在传动齿轮的另外两个直接相邻的轮齿之间，以及借助于感应器感应加热后提到的两个直接相邻的轮齿中的至少一个。该操作方法实现了传动齿轮的特别省时的制造。

优选地提出，交流电流具有在5k须z和40kHz之间的频率。该操作方法在加热传动齿轮的轮齿时实现良好的能源利用。当交流电流的频率为至少16kHz，优选为至少32kHz时，这是特别合适的。

感应器的供电装置的交流电流的频率优选地由多轴机床的控制装置预先确定。

交流电压在输送至感应器之前优选地借助于变压器往低转换。通过该设计方案可以将供电装置自身设计成特别紧凑的。当变压器的变压比在5：1和20：1之间时，这是特别合适的。

在现有技术中，由供电装置为感应器供给单相的交流电流是常见的。这种设计方案在本发明的范畴中也是可能的。然而特别优选的是，为感应器供给三相的交流电流。

附图说明

本发明的上述的性质、特征和优点以及实现这些性质、特征和优点的方式和方法结合对实施例的下面的说明而更明确和更清楚易懂，结合附图来进一步说明这些实施例。在此示出

图1示出在第一运行状态下的多轴机床，

图2示出流程图，

图3示出传动齿轮的截面和感应器，

图4示出在第二运行状态下的根据图1的多轴机床，

图5示出在第三运行状态下的根据图1的多轴机床，和

图6和7分别示出感应器和感应器至供电装置的连接。

具体实施方式

根据图1，多轴机床由控制装置1控制。多轴机床可以根据需要设计。根据图1将多轴机床设计为至少五轴的机床，意即其具有至少五个位置被调节的轴。这在图1中由此表明，即控制装置1向机床输出三个位置值x，y，z和两个方位值α，β。

控制装置1设计为可用软件编程的控制装置、特别是CNC。控制装置1的工作方式（及由此还有多轴机床的运行方式共同）由控制程序2确定，利用该控制程序对编程控制装置1进行编程。控制程序2包括可由控制装置1直接处理的机器代码3。机器代码3通过控制装置1的处理使得控制装置1按照以下结合图2详细说明的制造方法来控制多轴机床。补充性地可结合图2的说明一起考虑图1，3，4和5。

根据图2，首先在步骤S1中将传动齿轮毛坯4夹紧在多轴机床的工件夹具5中。在工件夹具5中借助于适当的夹紧装置5′将其保持住。夹紧动作通常由一个人（或多个人）或一个机器人实施。步骤S1在图2中只用虚线示出，以表明该步骤是通常不由控制装置1执行的步骤。

在步骤S2中将铣头6夹紧在多轴机床的工具夹具7中。步骤S2可以由一个人完成。在通常情况下，步骤2由控制装置1在控制程序2的机器代码3的处理范围内自动控制。

在步骤S3中，借助于铣头6从传动齿轮毛坯4中铣出齿隙（见图3）。通过从传动齿轮毛坯4中铣出齿隙，可由传动齿轮毛坯4制成了传动齿轮4′。传动齿轮4′具有轮齿8。在从传动齿轮毛坯4中铣出齿隙期间，工具夹具7（并且铣头6和该工具夹具一起）借助于主轴驱动装置9旋转。主轴驱动装置9具有电动机10和转换器11。转换器11相当于用于主轴驱动装置9的供电装置。

步骤S3由控制装置1自动控制。步骤3在控制程序2范围内的执行是专业技术人员所熟悉的。

在步骤S4和S5中，首先将铣头6从工具夹具7中松开。然后将感应器12夹紧在工具夹具7中。图4示出多轴机床的相应的状态。

与步骤S2类似地，步骤S4和S5可以由人完成。步骤S4和S5优选地由控制装置1在控制程序2的机器代码3的处理的范围内自动控制。

控制装置1在步骤S6中选择传动齿轮4′的第一对直接相邻的轮齿8。在步骤S7中，将感应器12导入这两个轮齿8之间的齿隙中。感应器12的相应的状态在图3中示出。在步骤S8中，为感应器12加载交流电流I。交流电流I在相应的轮齿8的对的至少一个轮齿8中产生涡电流。通过涡电流结合相应的轮齿8的欧姆电阻加热相应的轮齿8。

对应于图3中的描绘，感应器12有可能布置在相对于另一个轮齿8而言更靠近相应的轮齿8的对的其中一个轮齿8的位置。在这种情况下，基本上两个轮齿8中仅有一个得到显著程度的加热。可替换地，感应器12有可能-精确地或者至少大概地-位于相应的轮齿8的对的两个轮齿8之间的中心处。在这种情况下，两个轮齿8或多或少地平均受热。

在将感应器12导入各个齿隙中之后，感应器12通常对应于各个齿面移动，以便逐步加热整个齿面-参见图3中的箭头A。然而这不是始终且绝对必要的。

当-针对各个齿隙-各个加热过程结束之后，根据图2在步骤S9中将感应器12从相应的齿隙中取出。

控制装置1在步骤S10中检查，是否应当终止感应加热。控制装置1特别地可以在步骤10中验证，是否已经加热了所有要加热的轮齿8。当感应加热不应结束时，控制装置1转到步骤S11，其中它选择了下一对轮齿8。“下一”这个概念就此而言针对在时间上作为下一对被选择的轮齿8。其在针对之前被选择的轮齿对8上来看可以是几何学上的下一对轮齿8。然而这不是强制必需的。控制装置1从步骤S11返回到步骤S7。

步骤S6至S11由控制装置1自动控制。它们是控制程序2的组成部分。

当感应加热应该完全结束时，会转到步骤S12和S13。在步骤S12中将感应器12从工具夹具7中松开。在步骤13中将加工工具13夹紧在工具夹具7中（见图5）。加工工具13例如可以是铣头或磨头。铣头可以是指在步骤S3的执行范围内用到的同一个铣头6。可替换地，其可以是指另外的铣头。关于步骤S12和S13，上面的用于步骤S4和S5的实施方式同样适用：它们可以由人完成，然而通常由控制装置1在控制程序2的执行范围内自动控制。

在步骤S14中借助于加工工具13对传动齿轮4′的轮齿8进行再加工。步骤S14由控制装置1在机器代码3的处理的范围内自动控制。

最后，在步骤S15中将传动齿轮4′从多轴机床的工件夹具5中松开。在通常情况下，松开动作由一个人（或多个人）或机器人实施。步骤S15在图2中仅以虚线示出，以表明该步骤-与步骤S1相似-是不由控制装置1完成的步骤。

正如由图6和7可见，用于感应加热各个轮齿8（或者更确切地说各个轮齿8的对）的感应器12由转换器14供给交流电流I。交流电流I具有额定电流强度和基本频率f。

基本频率f通常位于5kHz和40kHz之间。其优选地为至少16kHz，特别为至少32kHz。基本频率f可以被预先确定。优选地由控制装置1为转换器14（=感应器12的供电装置）预先确定基本频率f。

交流电流I的额定电流强度很大。该额定电流强度可以大于1kA。相反地，所需的交流电压U相对较低（通常为40V到100V）。因此优选地在供电装置14和感应器12之间布置有变压器15。通过变压器15将由供电装置14输出的交流电压-例如400V或690V-在输送至感应器12之前往低转换。与此对应地将电流强度相应地往高转换。

变压器15具有变压比。该变压比可以根据需要选择。其通常在5：1和20：1之间，例如在8：1和12：1之间。

在现有技术中，通常将感应器12设计成单独的导体回线16，其由感应器12的供电装置14供给单相的交流电流。这种设计方案在本发明的范畴中也是可能的并在图6中示出。然而感应器12优选地由三个导体回线16组成。这种设计方案在图7中示出。在这种情况下感应器12可以由供电装置14供给三相的交流电流I。这三个导体回线16优选地无重叠地与彼此邻接。这三个导体回线16位于同一平面内。其优选地-亦即单独地以及一起地-围成凸出的表面，例如单独分别是四角形并且一起是六角形。

工具夹具7由主轴驱动装置9驱动，见图1。特别地，工具夹具7在从传动齿轮毛坯4中铣出齿隙期间借助于主轴驱动装置9旋转。通常情况下也在再加工期间借助于加工工具13实现工具夹具7的旋转。主轴驱动装置9的转换器11（=其供电装置）通常为电动机10供给三相的交流电流。主轴驱动装置9的供电装置11和感应器12的供电装置14有可能是彼此不同的装置。然而根据图1和3中的描绘-见转换器11在图1中的布置和转换器14在图4中的布置处在同一个位置上并且图4中的附图标记11与14等同-感应器12在轮齿8的感应加热期间优选地由主轴驱动装置9的供电装置11供给交流电流I。如果为感应器12供给三相的交流电流I，那么这种设计方案是特别有利的。

如同上面说明的，在根据本发明的制造方法中单独地或成对地感应加热传动齿轮4′的轮齿8。在感应加热结束之后优选地借助于冷却剂（压缩空气或-优选地-水）主动地冷却轮齿8。出于这个原因，在图4中一起示出冷却装置17，其在图4中示意性地示作喷嘴。借助于冷却装置17将冷却剂输送到相应的轮齿8上。冷却剂的输送也通过由控制装置1相应控制多轴机床来实现，就是说在控制程序2的机器代码3的处理的范围内。

为了实现在感应加热之后的主动冷却，可将冷却装置17布置在多轴机床的预先确定的位置上并且通过工件夹具5的相应的控制将齿轮4′分别对应地定位。可替换地，冷却装置17有可能可以由控制装置1-至少在一定的限度内-定位和跟踪。

可能的是，在所有轮齿8的感应加热之后才主动冷却轮齿8。也可能的是，间歇地实施轮齿8的感应加热和轮齿8的主动冷却，也就是说加热一个轮齿8或两个轮齿8，然后冷却这个轮齿8或这两个轮齿8，接着加热另外一个轮齿8或另外两个轮齿8等等。然而优选地同时进行感应加热和主动冷却。因此优选地在一个之前刚刚加热了的轮齿8或两个之前刚刚加热了的轮齿8的主动冷却期间，将感应器12导入另外两个轮齿8之间的齿隙中，在那里，感应器12感应加热两个后提到的轮齿8中的至少一个。

本发明具有很多优点。最大的优点在于，全部的加工可以在不需要将传动齿轮4′在此期间从工件夹具5中松开并稍后再夹紧的情况下完成。所以，传动齿轮毛坯4在铣出齿隙之前被夹紧在工件夹具5中并在那里保持夹紧，直到在轮齿8的再加工结束之后将传动齿轮4′从工件夹具5中松开。因此由传动齿轮毛坯4在唯一一次撑开时以及在唯一一个多轴机床内制造出传动齿轮4′是可能的。控制程序2特别地可以设计成实现根据图2的整套步骤的统一的控制程序，也就是说，既实现步骤3的铣出又实现步骤S6至S11的淬火，以及还执行步骤S14的再加工，并且如有可能还实现步骤S2，S4，S5，S12和S13。另外，通过感应器12的交流电流I的频率调节可以控制穿透深度，因此-与齿轮4的全体积的加热相比-有另外的用于优化的控制参数可供使用。根据本发明的操作方法一方面使得传动齿轮4′的制造加快并且另一方面使得制造精度改进。此外不再需要齿轮4′的全体积的彻底加热，因此还能实现能源节约。另外，基于传动齿轮4的轮齿8的仅局部的加热-与传动齿轮4′的全体积的加热相比降低了所谓的淬火延时，因此能以更小的加工余量实现齿隙的铣出并由此能更简单地和更快地进行再加工。

尽管详细地通过优选的实施例进一步地图解和描述了本发明，但是本发明不由公开的实施例所限制并且专业技术人员可以在不离开本发明的保护范围的情况下由此推导出其它的变体。

Claims (9)

1.一种用于传动齿轮（4′）的制造方法，

-其中，将传动齿轮毛坯（4）夹紧在多轴机床的工件夹具（5）中，

-其中，借助于夹紧在所述多轴机床的工具夹具（7）中的铣头（6）从所述传动齿轮毛坯（4）中铣出齿隙，由此通过从所述传动齿轮毛坯（4）中铣出所述齿隙而制成具有轮齿（8）的传动齿轮（4′），

-其中，所述工具夹具（7）在从所述传动齿轮毛坯（4）中铣出所述齿隙期间借助于主轴驱动装置（9）旋转，

-其中，将所述铣头（6）从所述工具夹具（7）中松开，并将感应器（12）夹紧在所述工具夹具（7）中，

-其中，将所述感应器（12）依次插入在所述传动齿轮（4′）的每两个直接相邻的所述轮齿（8）之间并借助于所述感应器（12）感应加热所述两个直接相邻的轮齿（8）中的至少一个，

-其中，所述感应器（12）在所述轮齿（8）的感应加热期间由所述主轴驱动装置（9）的供电装置（11）供给交流电流（I），

-其中，将所述感应器（12）从所述工具夹具（7）中松开，并将加工工具（13）夹紧在所述工具夹具（7）中，

-其中，借助于所述加工工具（13）进行所述传动齿轮（4′）的所述轮齿（8）的再加工。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述多轴机床设计为至少五轴的机床。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在感应加热结束之后，借助于冷却剂主动冷却分别至少一个被感应加热的所述轮齿（8），并且在至少一个被感应加热的所述轮齿（8）的主动冷却期间将所述感应器（12）插入在所述传动齿轮（4′）的另外两个直接相邻的所述轮齿（8）之间，以及借助于所述感应器（12）感应加热后提到的所述两个直接相邻的轮齿（8）中的至少一个。

4.根据权利要求1，2或3所述的制造方法，其特征在于，所述交流电流（I）具有在5kHz和40kHz之间的频率（f）。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述交流电流（I）的所述频率（f）为至少16kHz，优选为至少32kHz。

6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述主轴驱动装置（9）的所述供电装置（14）的所述交流电流（I）的所述频率（f）由所述多轴机床的控制装置（1）预先确定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，交流电压在输送至所述感应器（12）之前借助于变压器（15）往低转换。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述变压器（15）的变压比在5：1和20：1之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，为所述感应器（12）供给单相的或三相的交流电流（I）。

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