CN103358208B - 采用偏心地移动的磨削工具对锥齿轮进行机加工的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置(20)，具有用于容纳锥齿轮工件(31)的工件主轴(21)，用于容纳具有磨削表面(28.1)的砂轮(24)的工具主轴(42)和用于机加工锥齿轮工件(31)的多个驱动器(B1，B2，B3)。在锥齿轮工件(31)机加工期间，砂轮(24)绕工具主轴(42)旋转轴线(R1)进行旋转，且砂轮(24)接合到锥齿轮工件(31)中，以移除材料。绕着工具主轴(42)的旋转轴线(R1)的旋转与偏心运动(E)叠加，使砂轮(24)仅在磨削表面(28.1)的n个接触区接合到锥齿轮工件(31)。装置(20)设计为可以调整偏心运动(E)，从而在第一加工阶段之后，在下一个加工阶段期间，限定磨削面(28.1)的m个接触区(P2.1，P2.2)，其中m个接触区不与n个接触区重叠。

Description

采用偏心地移动的磨削工具对锥齿轮进行机加工的装置和 方法

技术领域

本申请涉及采用偏心地移动的磨削工具对锥齿轮进行机加工的装置。

背景技术

已知的是，锥齿轮可以利用磨削工具进行机加工。所谓的杯形砂轮经常在这种情况下使用。

所谓的非连续成型磨削为根据单齿分度方法的磨削加工。特别地，非连续成型磨削被用于加工切入的冠齿轮。在杯形砂轮的插入期间，杯形砂轮的轮廓在待制造的冠齿轮的材料中成形。相应的方法也因此被认定为分度成形方法。

在螺旋齿锥齿轮的磨削期间，一齿隙的凹齿面使用杯形砂轮的外圆周表面制造，且该齿隙的凸齿面使用杯形砂轮的内圆周表面制造。如果这是以双面切割方式，也称为完全切割方式来执行，该方式典型地用于加工冠齿轮的切入式磨削情况中，齿隙的两齿面被同时磨削。相反地，在单面磨削中，只有齿隙的凹齿面或者只有齿隙的凸齿面被磨削。

这种情况下，工件整个齿宽上的大量接触表面形成了螺旋齿锥齿轮的切入式磨削。冷却液不能到达此处的磨削区。由于大量的接触表面以及不理想的冷却，所谓的磨削烧伤可能发生在工件的齿面上。此外，碎屑的移除可能发生问题，而且杯形砂轮可能被金属颗粒堵塞。

已知的是，砂轮的切入式移动可以使得中心点重叠的砂轮发生偏心辅助运动，从而因此补救了所提出的问题或者在磨削加工过程中减少它们的影响。由于上述重叠，杯形砂轮中心点在沿着环绕中心点的轨道上运动。这个轨道的半径被设定为偏心行程，且相对于杯形砂轮的半径而言较小。由于这个运动，杯形砂轮从几何学上考虑将仅仅在一点处接触工件，然而，事实上，其是因为进给运动而通过接触所产生的、被局部限定的区域。偏心速度与杯形砂轮的速度的比值便是所谓的偏心率。

偏心辅助运动能够通过按固定规范的形式分别设定偏心率或者偏心速度而在磨床中产生。

磨削盘和冠齿轮之间的不希望存在的大量表面接触可以通过偏心运动来避免。周期偏心运动重合的详细内容可以参考，比如，德国公开申请DE2721164A和DE2445483A。偏心运动的原理显然源自发明者瓦古利，其在1967年做出了相应的研究。

图1A显示了所谓瓦古利方法的示意图，其中杯形砂轮2绕着轮中心点M1旋转，该中心点相对于瓦古利轮3的中心点M2偏移小段距离e(其被称为瓦古利偏心距)。偏心率被限定为偏心速度除以杯形砂轮2的速度之比值。杯形砂轮2以角速度ω1绕着中心点M1旋转。偏心运动引起了杯形砂轮2的中心点M1绕着M2的圆周运动。这个圆周运动在x方向和y方向上具有运动分量。

在其他比率为常量的情况下，具有齿面的杯形砂轮2的接触频率、杯形砂轮2上该接触区域的位置、以及两面切割情况下凹齿面和凸齿面的接触阶段及其在杯形砂轮2上可能发生的平移，都取决于所选择的偏心率。

比如，如果假设偏心旋转角为0°的情况下(此处0°的位置与y轴线一致)，杯形砂轮2和齿隙5的凹面5.1之间的接触发生在区域4(见图1A)中，因此，在偏心旋转了180°之后，杯形砂轮2和齿隙5的凸面(在图1A中，下一齿隙的凸面用附图标记5.2表示)之间的接触会发生。

如果偏心率为1，在杯形砂轮2的一个回转中偏心旋转一次。且在每一完整的回转期间，杯形砂轮2接触齿隙5的凹面5.1一次(在0°)，杯形砂轮2接触齿隙5的凸面一次(在180°)。该接触通常发生在相同区域中。如果偏心率为2，在杯形砂轮2的一整个回转期间杯形砂轮2分别与齿5的凹面5.1(在0°和180°)或者与齿5的凸面(在90°和270°)接触两次。在偏心率为0.5的情况下，凹面5.1在0°和720°处接触，而凸面在360°和1080°处接触。这些分别限定的角度与杯形砂轮2的固定坐标系统有关，且在所述的三种特殊情况下，沿着砂轮边缘，从整个回转到杯形砂轮2的整个回转都没有发生接触区偏移。

然而，一般来说，杯形砂轮2上的接触区偏移发生在每一完整回转中，这样整个砂轮的边缘被用于工件1的磨削机加工。被预定好的偏心率也可以是有理数实际的示例中，偏心率为0.7。这种情况下，凹面5.1的接触可以在0°和514.2857°(对应于砂轮边缘上的154.2857°)处发生，且凸面在257.1428°和771.4286°(对应于砂轮边缘上的51.4286°)处发生。如果杯形砂轮2执行了多个完整的回转，这些接触区平移得越来越远，且最终轮廓8上的整个砂轮边缘被用于磨削机加工。

图1B显示了沿着线X1-X1剖开杯形砂轮2一部分的截面。杯形砂轮2的轮廓8可以在图1B中辨认出来。

由于叠加的偏心运动，杯形砂轮2的轮廓8的外边缘8.1和工件1的凹面5.1其整个表面之间的、以及杯形砂轮2的轮廓8的内边缘8.2与凸面的整个表面之间的(过于)大量的表面接触得以避免。

比如，美国《The Gleason Works》2008年5月修订版14-15页上，H.J.Stadtfeld的文章“现代锥齿轮磨削原则”，记载了具有叠加偏心运动的磨削方法的详细内容。

大体上，此后都涉及砂轮，尽管在一些具体的情况下，它们大部分都为杯形砂轮。

研究已经表明，磨削烧伤仍然可以在根据瓦格利方法偏心地安装的砂轮上形成。此外，这些偏心安装的砂轮仍然会被金属碎屑堵塞。此外，这些砂轮会具有较短的使用寿命。

发明内容

因此，本发明是基于提供一种使得这样的偏心安装的砂轮进一步提高使用寿命的方法的目的而进行的。

根据本发明，通过根据本专利权利要求1的装置，以及根据本专利权利要求12的方法，达到该目的。

该目的通过根据本发明的装置达到，所使用的装置安装有用于接纳锥齿轮工件(优选地是螺旋齿锥齿轮工件)的工件主轴、用于接纳砂轮的工具主轴、以及用于加工锥齿轮工件的多个驱动器。砂轮执行绕着工具主轴旋转轴线的旋转，且砂轮接合在锥齿轮工件中，从而在锥齿轮工件加工期间移动材料。绕着工具主轴旋转轴线的旋转与偏心运动叠加，这样砂轮不会沿着整个凸和/或凹面利用其外和/或内磨削表面连续地移除材料，但是会间歇地接合在锥齿轮工件中并且只在磨削表面的整个圆周的n{其中}个接触点处接合。

本发明的特点在于，该装置是为了允许调整该偏心移动的目的而设计的，从而，在第一加工阶段之后，在下一个加工阶段中限定砂轮磨削表面的整个圆周上的接触点数量为m{其中}个，其中m个接触点与n个接触点不同之处在于角距离。以下的条件适用于m＝n的情况。

根据本发明，角距离总是与砂轮有关，即，角距离建立在砂轮的坐标系中。砂轮的坐标系被固定连接到砂轮，且绕着砂轮旋转轴线随其旋转而旋转。n和m个接触点的建立也与砂轮有关。

当所谓的接触点在此处提及之时，要考虑到接触点是几何值，是从理论计算观察而得。实际上，砂轮和工件之间的接触发生在所谓的接触区中，然而其通过相应的接触点来限定。

根据本发明，角距离被选择为，所有接触区上的角(均匀)分布连续地发生在砂轮磨削内表面和外表面的整个圆周上，也即，所有接触区的(均匀)分布是固定地连接到砂轮的。

为了能够执行对均匀角分布的监控，在不同角度(冲程角)处，砂轮接触锥齿轮工件的材料，这些不同的角度必须相对于砂轮固定。

换句话说，在第一机加工阶段中，而不是在进一步的机加工阶段中，不同的冲程点都相对于砂轮而建立。

进一步的有利实施方式可以通过本专利从属权利要求得知。

附图说明

本发明的示例性实施方式将参考附图做更为详细的说明。

图1A显示了杯形砂轮的示意图，其偏心地以已知方式安装在瓦古利轮上，且对冠齿轮工件的齿隙进行加工；

图1B显示了根据图1A的杯形砂轮一部分沿着线X1-X1剖开的示意截面图；

图2显示了根据本发明具有杯形砂轮的磨床的部分示意图，其被安装从而可以在工具主轴上旋转，且具有待加工的锥形齿轮工件，其可旋转地安装在工件主轴上，其中杯形砂轮和锥齿轮工件在图示这一时刻并不接合；

图3为根据本发明具有杯形砂轮的磨床一部分的部分示意性细节图，其被安装从而可在工具主轴上旋转，且具有锥齿轮工件(此处为螺旋齿锥齿轮)，其可旋转地安装在工件主轴上，其中杯形砂轮和锥齿轮工件在图示时刻接合；

图4A显示了砂轮的示意图，其偏心地安装，且根据本发明处在单面切割的第一加工阶段中，与待加工的工件材料在每一完整的回转中在两个固定(冲程)点处接触；

图4B显示了根据图4A的砂轮的示意图，在单面切割的第二加工阶段中，其与待加工的工件材料在每一完整的回转中在两个其他的固定(冲程)点处接触；

图5显示了砂轮的杯侧的示意图，该轮偏心地安装且根据本发明被细分为多个圆弧段，其中每一圆弧段具有(冲程)点；

图6显示了进一步的砂轮的杯侧的示意图，该轮偏心地安装，且根据本发明被分为六个圆弧段，每个圆弧段具有一(冲程)点，其中圆弧段相互间隔分开；

图7显示了砂轮杯侧的示意图，该轮偏心地安装且根据本发明被分为用于粗加工和精加工的多个圆弧段；

图8显示了示意砂轮的一系列瞬时示意视图A1-A7，该轮偏心地安装且根据本发明具有两个接触点，并用于单面切割中(此处圆弧偏心运动被简单的上下运动替代)；

图9显示了杯形砂轮的示意侧视图，其偏心地安装，用于单面切割中，且根据本发明其在轮廓的外边缘上具有多个接触点，其中有两个接触点是可见的；

图10显示了具有本发明杯形砂轮的示例性工具其主轴的示意性截面图，其可以通过两条皮带和皮带轮驱动。

具体实施方式

本说明书内容中所使用的术语同样使用在相关的出版物和专利中。然而，需要注意的是，这些术语的使用仅是为了更好的理解。本发明的构思以及专利权利要求的保护范围不因为术语的特定选择而被限置到其解释中。本发明可轻易地转换为其他术语体系和/或技术领域。该术语可相应地应用于其他技术领域。

本发明的装置20包括，如图2和3示意所示，工件主轴21，其设计为容纳锥齿轮工件31(此处为标志性的冠齿轮31.1形式)。此外，其包括用于容纳砂轮24(此处为杯形砂轮形式)的工具主轴42，以及用于对锥齿轮工件31机加工的多个驱动器(如B1，B2，B3和未在图中示出的进一步的驱动器)。在锥齿轮工件31机加工期间，砂轮24绕着工作主轴42的旋转轴线R1进行旋转(相应角速度用ω表示)。砂轮24接合在锥齿轮工件31中，也即如图3所示的螺旋齿齿轮31.2的基部上，从而移除材料。绕着旋转轴线R1的旋转与偏心运动叠加，这样砂轮24不会不间断地利用其磨削外表面和/或内表面来移除材料。根据本发明，砂轮24仅仅在砂轮24的磨削外表面和/或内表面的整个圆周上的n个接触点(被称为冲程点)处接合到锥齿轮工件31中，从而在接触区中移除其中的材料。

在图3中，偏心运动E示意地由双箭头表示。大体上，旋转轴线R1在杯形砂轮24轴向部分中借由叠加的圆弧偏心运动E稍稍地上下移动。在三维上考虑，杯形砂轮24沿着小型轨道完成了偏心运动，比如如图1A所示和结合这个附图所进行的说明。

图2和3显示了杯形的砂轮24(被称为杯形砂轮)，在其轮廓28上有环状边缘外表面28.1以及环状边缘内表面28.2。在图3中，环状边缘外表面28.1对齿33的凹齿面机加工，而环状边缘内表面28.2对齿轮工件31.2的齿32的凸齿面机加工。

为了简洁起见，本发明的原理基于砂轮24在下面的附图中说明，该砂轮用于凹齿面单面切割或者凸齿面的单面切割。接触点或者相应的接触区位于砂轮24的环状边缘外表面28.1或环状边缘内表面28.2上。也即，接触点或接触区位于轮廓28的外侧或者内侧。图9显示了接触点或接触区位于环状边缘外表面28.1的情况。

在根据本发明的用于两面切割的砂轮24的情况下，接触区位于外表面28.1上并且同时位于内表面28.2上，其中外表面28.1的接触区以与内表面28.2的接触区有关的方式成角度地扭转。

下面的规则适用于这种情况：

-偏心率EV为1之时，在单面切割的情况下，在外表面28.1或内表面28.2上仅有一个接触点；

-偏心率EV为1之时，在双面切割的情况下，在外表面28.1和内表面28.2上仅有一个接触点，其中接触点之间成角度地以180°扭转；

-偏心率EV为2之时，在单面切割的情况下，在外表面28.1或内表面28.2上仅有两个接触点；

-偏心率EV为2之时，在双面切割的情况下，在外表面28.1上有两个接触点并且在内表面28.2上有两个接触点，其中接触点之间成角度地以90°扭转。外表面28.1的接触点比如在0°和180°处，内表面28.2的接触点在比如90°和270°处。

这个规则可以总结如下：

-单面切割的情况下，偏心率EV大体上限定了每个完整回转中外表面28.1或内表面28.2的接触点的数量。更精确地，偏心率EV因此为每回转中切割数量的平均值或者仅是切割与回转的比值；

-两面切割的情况下，偏心率EV直接限定了每个完整回转中外表面28.1和内表面28.2的接触点的数量，其中外表面28.1的接触点相互成角度地相对于内表面28.2的接触点扭转360°/2*EV。内表面28.2的接触点总是沿着外表面28.1的接触点，等等。

机加工过程中，砂轮24和锥齿轮工件31相互接合，比如，如图3示意地所示。在冠齿轮31.1的情况下(见图2)，砂轮24被插入到锥齿轮工件31中。在齿轮31.2的情况下(见图3)，砂轮24和锥齿轮工件31.2彼此一起滚动。

这样的方式是已知的，比如，可以从德国公开申请DE2721164A中得知。齿32、33的齿形轮廓，通过已知的滚加工在锥齿轮工件31.2上制造得到，其中所示示例中，齿隙的右面和左面通过两面切割同时磨削进行机加工。图3显示了在所示时刻下，锥齿轮工件31.2的齿32、33之间的齿隙如何被加工。与齿隙接合的砂轮24的轮廓区28在齿的纵向方向上限定了齿形。砂轮24相对于锥齿轮工件31.2材料的切割运动使得可以按已知方式移除材料。

所描述的旋转运动与偏心运动E叠加，如结合图1-3进行的说明。这个偏心运动E可以在图3中见到(在画图平面上突起)。包括偏心运动E和其他任何可能运动的旋转运动优选地通过数控控制器50进行控制，这样不需要必须的机械运动控制/配合。数控控制器50在图2中示出。箭头I1和I2指示了数控控制器50控制连接到装置20的驱动马达B1、B2。此外，取决于机加工的状况和阶段，装置20的轴线会发生进一步的运动，这没有在附图中示出，因为它们在现有技术中是公知的。

偏心运动可以通过数控控制器50，以精确的角度，与砂轮24的旋转运动ω1叠加。这在图2中以箭头E1示意地示出，该箭头从数控控制器50指向工具主轴42，数控控制器50可以发出偏心信号E1，比如，从而通过作用在工具主轴42的偏心驱动器B3上而控制偏心运动。

没有叠加的偏心运动E，砂轮24(此处为杯形砂轮)外和/或内磨削面(被称为外表面28.1和内表面28.2)可沿着圆弧段在圆周方向上与工件31接合。危及工件31的磨削烧伤会因此变高，如开头所述，这样比如只能在减少进给的情况下工作。

装置20具体地根据本发明所有实施方式进行设计，这样偏心运动E的调整是可能的，从而，在由整个圆周的n个接触点限定的第一加工阶段(I阶段，比如见图4A)之后，在下一个加工阶段(II阶段，比如见图4B)的范围内预限定单个磨削表面(或多个)的整个圆周的m个接触点。m个接触点与n个接触点之间的差距为与砂轮24有关的角距离即，m个接触点相对于n个接触点成角度地以角距离扭转。

下面会基于图4A和4B对这个原理进行说明。此处所示的砂轮24用于单面切割。对于砂轮24，仅有外表面28.1以圆形显示。在本发明所有实施方式中，砂轮24以固定的特定角度被连接到工具主轴42。此处优选地，使用定位元件44，其比如设置在工具主轴42上，并接合到砂轮24的凹槽26中，如图2示意地示出。定位元件44优选地设计于所有实施方式中，这样砂轮24可仅仅以扭曲锁定方式以固定角度连接到工具主轴42。

现在针对第一加工阶段(I阶段，比如见图4A)预定偏心距(比如限定偏心率EV＝2)，这样砂轮24仅仅在砂轮24的位置0°(相应于12点钟位置)和180°(相应于6点钟位置)接触工件31。在单面切割情况下，EV＝2相应于每完整回转下外表面28.1上具有两个接触，或者相应于每个完整回转下内表面28.2上具有两个接触。这些接触点(冲程点)，相对于砂轮24是固定的，其在图4A中用P1.1和P1.2表示。图4A中所示的活动接触点P1.1和P1.2用黑色实心圆周表示。在第一加工阶段结束之后，砂轮24(直接或者某段时间之后)被用于下一个加工阶段中，比如如图4B所示。为了防止砂轮24在进一步的加工阶段中再次被活动地压抵在相同接触点P1.1和P1.2处，限定了新的(不同的)活动接触点P2.1和P2.2。这些活动接触点P2.1和P2.2在图4B中用黑色实心三角表示。此前使用过的接触点P1.1和P1.2(被称为非活动接触点)，在图4B中以实心白色圆周表示。如图4A和4B所示的示例中，活动接触点P1.1和P1.2在n＝2的第一加工阶段中使用，而活动接触点P2.1和P2.2在m＝2的第二加工阶段中使用。角距离此处为90°。

大体上，冲程运动角距离的调整如何在磨床(装置20)中进行，有两种可能。如果偏心距固定地相对于工具主轴42而设定，那么根据图4A的示例，工具主轴42可以在工具主轴42的0°位置和180°位置处限定n＝2活动冲程点。如果砂轮24以可旋转固定的方式连接到工具主轴42(比如，通过定位元件44，其接合在凹槽26中)，接触点P1.1和P1.2相应于砂轮24的0°位置和180°位置处的冲程点，如图4A所示。如果第二加工阶段中偏心距再次相对于工具主轴42而固定地限定在工具主轴42的0°位置和180°位置(即，活动冲程点再次位于0°和180°)，在第二加工阶段之前砂轮24必须相对于工具主轴42扭转角距离即，砂轮24必须从工具主轴42分开，从而扭转90°并再次紧固。比如在工具主轴42上必须再设置凹槽26，能够将砂轮24夹紧在扭转了90°的工具主轴42上。在这样的90°扭转之后，砂轮24的活动接触点P2.1和P2.2与工具主轴42的活动冲程点在0°和180°位置处重合。

显然，这个方法很复杂，且不适于或者仅仅有限地适于自动化装置20。此外，这种情况下，定位元件44和/或单个凹槽(或多个)26必须设定为逐步(比如，转位)扭转且将砂轮24紧固在工具主轴42上是可能的。

因此，根据本发明所研究的方法，不需要将砂轮24从工具主轴42上分开来调整角距离

根据本发明，偏心运动，即循环旋转运动绕着旋转轴线R1，叠加于砂轮24的主旋转(也称为回转运动)，这样，接触，也即材料的移除，分别精确地在预定的角度位置上发生。循环旋转运动被认为是绕着偏心轴线的圆周运动。偏心轴线垂直于图1A中画图平面，并穿过点M2。在所有实施方式中偏心轴线平行于旋转轴线R1而延伸。所有实施方式中，距离e在0.05和1mm之间。特别地，在所有实施方式中，距离e优选地在0.05和0.5mm之间。

根据本发明，偏心运动相对于砂轮24是准同步的或者固定的，即，数控控制器50总是“知道”，比如砂轮24的接触点P1.1是否位于上部、空间固定的12点钟位置。在本发明的具体实施例中，两个速度和角位置(砂轮、偏心距)优选地与偏心率EV一致地同步，其中速度为可变参考量。速度和角位置借助旋转编码器求取。如果获得了从1到2的偏移，偏移应用于偏心驱动的旋转，且速度再次在此后保持常量。

在图4A所示示例中，在本发明的一个实施方式中，比如，数控控制器50输出了关于砂轮24的接触点P1.1或者P1.2是否位于上部、空间固定的12点钟位置上的偏心信号E1。砂轮24因此使得砂轮24的每一完整回转中EV＝n＝2倍偏心运动量。在图4B所示示例中，比如，数控控制器50输出了关于砂轮24的接触点P2.1或者P2.2是否位于上部、空间固定的12点钟位置上的偏心信号E1。在这些运动中，接触点P1.1，之前在I阶段中是活动的，分别处于空间固定的9点钟位置，或者空间固定的3点钟位置。在这些运动中，接触点P1.2，之前在I阶段中是活动的，分别处于空间固定的3点钟位置或空间固定的9点钟位置。非活动接触点P1.1引导当前活动接触点P2.1转动90°，而非活动接触点P1.2跟着当前活动接触点P2.2转动90°。在阶段II中，砂轮24使得砂轮24的每一完整回转中EV＝m＝2倍偏心运动量。

优选地，在所有实施方式中，零点(即，零位置)可以在(角度)细分下限定。在图4A和4B的示例实施方式中，如之后所示，零点总是建立在上部、空间固定的12点钟位置。基于该应用，这个零点也可以位于其他任意的角位置处。

理想地，在所有实施方式中，零点位于由装置20的相应操作装置的相互锁定而建立的角位置上。根据图2和9的示例，定位元件44和凹槽26被用作相应的操作装置。

特别优选的实施方式中，使用两个数控控制驱动器B1和B3，从而产生绕着旋转轴线R1的旋转，以及同步的辅助运动(偏心运动)。下面的构造，可基于所需精度、结构形式以及装置20的性能而选择，形成了：

a)使用两个同轴设置的驱动器B1和B3，它们都由数控控制器50控制。这些驱动器的每一个都具有角度编码器，其可通过数控控制器50读出，或者借助当前的角位置和/或速度将信号发送到数控控制器50。优选地，所有实施方式中，两驱动器B1和B3都是同轴嵌套(nested)设置的。因为两驱动器B1和B2都是同轴设置在工具主轴中或者工具主轴上，这种配置具有相对较高的移动质量，这在偏心运动的执行期间必须加速。

b)使用两个驱动器B1和B3，它们通过皮带45、46连接到工具主轴42上，比如如图10所示。驱动器B1驱动皮带轮46.1，其通过皮带46连接到主轴主体42.1。驱动器B1设定皮带轮46.1，且因此主轴主体42.1也借助皮带46进入到绕着旋转轴线R1的旋转中。驱动器B3驱动皮带轮45.1，其借助皮带45连接到偏心衬套47。具有两条皮带45、46的这种配置是有利的，因为工具主轴42可以安装为在装置20中可以移动，且皮带45、46补偿了少量的偏心运动。

根据a)和b)的配置可以结合如下：

c)偏心驱动器B3直接位于工具主轴42上，且驱动器B1通过带46和皮带轮46.1具有连接到驱动主体42.1的驱动连接(与图10相似)。偏心驱动器B3可以具有直接连接到偏心衬套47的驱动连接。

d)或者，驱动器B1直接位于工具主轴42上，且偏心驱动器B3借助皮带45和皮带轮45.1具有连接到偏心衬套47的驱动连接(与图10相似)。

在每一种情况下，驱动器B1、B3由数控控制器50控制，从而通过相对于时间的相互作用而引起了绕着旋转轴线R1的旋转运动和偏心运动的所需叠加。

相对于时间而发生的驱动器B1和B3的相互作用优选地通过数控控制器50在所有的实施方式中都能达到，这样速度n1和n3以及相关角度得以限定和控制。这种情况下，n1为主要速度，而n3为偏心速度。可选地，对于速度n1和n3，也可以限定出速度比值DV＝n3/n1。

具体地，这意味着，比如，工具主轴42或者包括工具适配器42.2的主轴主体42.1分别以主要速度n1执行绕着旋转轴线R1进行的旋转运动。下面的条件得以满足：ω1＝2πn1。如果驱动器B3的速度n3现在设定为n3＝n1(DV＝1＝EV)，由于在偏心衬套47中主轴主体42.1的偏心安装，继而一个偏心冲程便形成了工具主轴42的每一完整回转，或者砂轮24被卡紧在其中。如果驱动器B3的速度n3现在设定为n3＝2*n1(DV＝2＝EV)，两个偏心冲程形成每一完整回转。速度比值DV相应于偏心率EV，并限定出了每一完整回转中的偏心冲程数量。

必须限定或者设定相关角度，从而保证偏心冲程总是相对于卡紧的砂轮24在所需点处发生。比如，相对于图8的示意性显示A1-A7，这意味着当砂轮24的接触点P1.1和P1.2到达空间固定的12点钟位置，偏心冲程必须发生。图8显示了，像图4A和4B，只有砂轮24的外表面28.1用圆周表示出。此外，需要指出的是，图8的展示是故意简化的，这样圆弧偏心运动被简单的上下运动替代。实际上，所示的圆周28.1可执行稍稍圆形的运动，如结合图1A所示的那样。

只有外表面28.1的接触点也在此考虑。驱动器B3的速度n3被设定为n3＝2n1(DV＝2＝EV)，这样每个完整回转形成两偏心冲程。此外，在这个示例中，限定了相关角度，这样偏心冲程在空间固定的12点钟方向处发生。

在图8中，示出了最大冲程H，其可被分别考虑为砂轮24外表面28.1或者外边缘接触点位移的测量。冲程H不必一定等于距离e。如果偏心冲程通过圆周平行平移/旋转轴线R1的运动而获得，那么相应地H＝e。

在所有实施方式中，砂轮24优选地被细分(实质上或实际上)为斜剖面。这些剖面还可以具有不同组成。因此，砂轮24可具有比如为了粗加工而具备较高移除速率的材料的剖面。砂轮24的其他剖面比如可以涂覆材料，以获得具有较高表面质量的表面。在细分为斜剖面的情况下，要考虑到，实际上与工件31的材料接触的接触点为圆弧段(即接触区)，仅有点接触在仅在理论上成立。

砂轮24的直径越大，接触点越远，且圆弧段(接触区)因此从旋转轴线R1上建立而得，越多的圆弧可以设置在360°的整个环形边缘(U1＝2πr1)上。这个原则将基于图5进行解释。图5显示了砂轮24的杯侧视图。砂轮24具有用2*r表示的外径。轮廓28的内径为2*r1，且用圆周K1表示。外表面28.1、内表面28.2以及轮廓28的顶表面28.3在图5中可见。从外侧向内侧看，外表面28.1、顶表面28.3和内表面28.2依次排列。此处，图面中的顶表面28.3和外表面28.1以及内表面28.2是倾斜的(锥形)。

接触点P1.1和P1.2都在图5中示出，且都在圆周K1上，该圆周具有半径r1，其比半径r小。此处假设砂轮24被设为用于工件31的凸齿面5.2的单面切割。

从图5还可知，两相邻接触点P1.1，P1.2的角距离相应于角度的绝对值，如果圆弧段S1和S2无缝地连接，且如果圆弧段S1和S2等长，其被指定为圆弧长度s1。

此外，在形成接触点或者相关角位置时，必须相应地保持周期性，因为偏心运动是循环的运动。如果相对于整个回转提供周期性，即便是进行了多个回转之后，只能保证砂轮24一次又一次地因为接触点而遇到相同位置。

装置20优选地在所有实施方式中都设定为，在形成接触点过程中使用下面的步骤。圆弧段S1的所需的圆弧长度sl从加工参数获得，比如，sl＝1cm。圆周K1的直径或半径r1已知(由砂轮24限定)。此外，装置20的角分辨率最小值已知。此处假设角分辨率最小值＝1°。理论上，在所指的角分辨率上，整个圆周上可容纳360个接触点。在限定的长度s1＝1cm下，圆周K1的边缘U1可至少为360cm，从而容纳360个1cm长的圆弧段。这样的圆周K1的半径r1可以是57.3cm。

指定的砂轮24细分为适宜数量的圆弧段，可以基于相应的圆弧和角计算而进行。比如，如果每一具有2cm长的圆弧长度s1(即，所需的最小圆弧长度为s1＝2cm)的36个圆弧段容纳在砂轮上，圆周K1需要至少11.46cm的半径r1。比如，如果半径r1＝12cm，为了容纳每一长为2cm的36个圆弧段，使得有效圆弧长度为2.09cm。这个2.09cm的有效圆弧长度大于所需的2cm圆弧长度。因而，至少为2cm的圆弧长度这一特征得以满足。如果装置20具有1°的角分辨率，现在必须确定是否整个圆周细分为36个圆弧段是可以的。36个圆弧段的每一个，都具有10°的角角可以整个被细分为1°的角分辨率。这意味着，36个圆弧段的中央接触点可以重复设定，并精确地且周期性地接近。

特别地如果限定角分辨率为1°，砂轮24细分为4、5、6、8、9、10、12、15、18、20、24、30、36、40等尤其是适宜的。实际上，在大部分情况下，都比上述举例列举，具有更少的细分。

如果限定角分辨率为0.5°，进一步增加了数量，比如16，以给出另外的示例。

根据本发明，需要角距离最小值。此外，数量n和m必须是大于2的整数，且所选择的数量n或m当乘以时必须形成值360°或者360°的整因子。此外，总是要保证圆弧段的有效计算长度大于基于加工参数得到的所需最小圆弧长度s1。如果最后这个条件得以满足，总是有小的角距离作为相邻圆弧段之间的安全距离或者储备空间。

然而，也可能基于加工参数得到的所需最小圆弧长度s1中结合了边界，因此，从而保证了足够的空间(角)距离。因此，比如，如果所需的最小圆弧长度s1为1.5cm，这个值可以四舍五入为2cm。比如，如果上述计算利用值2cm进行，提供了足够安全距离或储备空间的相邻圆弧段或者接触点的相互角距离总是可以获得。

优选地所有实施方式中，砂轮24细分为外表面28.1和/或内表面28.2的整数个圆弧段S1、S2等，且数控控制器50控制偏心运动，这样所有接触点P1.1、P1.2、P2.1、P2.2分别位于圆弧段S1、S2之中的可以限定在机器(可设定和可接近的意思)上的角位置处。可在机器上设定的角位置取决于系统端的角分辨率可在机器上设定的角位置必须整数地按照角分辨率细分。

图6示出了内表面28.2被细分为六个圆弧段S1-S6的砂轮24的示例。圆弧段S1-S6被表示为圆周K1的加粗圆弧，其具有半径r1。它们均匀地在整个圆周上分布。接触点P1.1到P3.2位于每一圆弧段S1-S6的角中心处。每一圆弧段具有圆弧长度s1，其比按圆弧段数量细分360°整个圆周得到的长度要稍微短点。中间空间，此处以阴影表示，因而形成在六个圆弧段S1-S6之间。这意味着，六个圆弧段S1-S6不重叠或者相互碰到，但是相对彼此扭转几度。

根据图6的这个砂轮24比如可以按如下方式使用在本发明的装置/机器20中。此后，假设在单面切割情况下，只使用砂轮24的周围内表面28.2。比如在第一加工阶段(I阶段)，接触点P1.1和P1.2可以分别与工件31的材料产生接触。此处应用条件n＝2，这意味着在砂轮24的每一完整回转中在内表面28.2上发生两次接触。比如在第二加工阶段(II阶段)，接触点P2.1和P2.2可分别与工件31的材料产生接触。此处应用条件m＝2。比如，又在下一个加工阶段中，接触点P3.1和P3.2可分别与工件31的材料产生接触。此处应用条件k＝2。

本发明允许膨胀发生，因为砂轮24的细分/分段几乎发生。这个细分可根据本发明执行，使得段中的接触点可不断地接近角精度。砂轮24的实际细分/分段使得砂轮24的磨削外表面28.1和/或内表面28.2圆弧段的物理分区比如分为粗加工区和精加工区。

因而，图6所示的原理将限定如下。由于粗加工期间更多材料要从工件31上移除，在所示示例中，粗加工被指定为砂轮24上的大量表面区。在图7中示出了相应的砂轮24，其中在砂轮24的齿形轮廓28的示意性展示中只示出了具有半径r1的圆周K1。砂轮24在接近于7点钟和11点钟之间以及2点钟和5点钟之间均具有两个大圆弧段。相应的圆弧段被认定为S1、S2、S3和S4。这些圆弧段S1-S4的每一段的接触点设为P1.1至P1.4，这些圆弧段S1-S4的每一段此处用加粗的点划线曲线表示，因为砂轮24的这些圆弧段S1-S4被设定为用于粗加工，即，外表面28.1和/或内表面28.2相应部分被设定为用于粗加工。剩下的两个圆弧段S5和S6由相应的粗实线曲线表示。两接触点P2.1和P2.2被指定为在两圆弧段S5和S6上。圆弧段S5和S6被用于精加工，即，外表面28.1和/或内表面28.2相应部分被设定为用于精加工。圆弧段S5和S6，或者外表面28.1和/或内表面28.2的这些部分，可分别涂覆与圆弧段S1-S4或者相应部分不同的用于精加工的不同颗粒。上述段之间的阴影段被用作安全距离或者储备空间，如前所述。

此处要注意的是，砂轮24的阴影段不在工具上具体示出。这些是虚拟的中间或者过渡段。所有实施方式中砂轮24的中间或者过渡段优选地不可见。然而，如果需要，中间或过渡段可以在砂轮24上标出(比如，通过颜色)。

根据图7的砂轮24，例如可按照下面内容使用。在第一阶段(I阶段)中，工件31受到利用接触点P1.1和P1.2(此处应用条件n＝2)进行的粗加工。在粗加工之后，粗加工过的工件31的齿面可经受精加工。在精加工期间，使用接触点P2.1和P2.2。在下一步骤中(比如，再次针对另一工件31进行第一加工阶段)，这个另一工件31经受利用接触点P1.3和P1.4进行的粗加工(此处应用条件k＝2)。在这个另一工件31的粗加工之后，粗加工过的齿面可接受精加工。在精加工期间，相同的接触点P2.1和P2.2如前述所使用。

图8示出了砂轮24瞬时视图A1-A7的示意系列，该轮偏心地安装，其根据本发明在外表面28.1上具有两个接触点P1.1和P1.2(EV＝2)。此处在图8中简化地示出的圆周偏心运动为线性的上下运动。虚线L显示了砂轮24的上边缘(在最外边缘上)的正常位置。待加工的工件31有意地未在图8中示出。砂轮24逆时针地旋转，如瞬时视图A1中的箭头ω1所示。瞬时视图A1显示了砂轮24的两接触点P1.1和P1.2位于空间固定的坐标系的3点钟和9点钟位置的情况。砂轮24现在旋转-45°，从而到达瞬时视图A2所示的位置。砂轮24现在进一步旋转-45°，从而到达瞬时视图A3中所示的位置。在接触点P1.1到达12点钟位置之时，工具主轴42使得冲程运动(也称作偏心运动)与砂轮24结合在一起。尽管此处以简化方式示出线性冲程运动，砂轮24暂时向上平移冲程H。砂轮24的一部分现在位于瞬时视图A3中的线L之上。在进一步旋转-45°之后，砂轮24到达瞬时视图A4所示的位置。现在最迟在到达瞬时视图A4中所示的位置之时，它再一次位于线L之下。砂轮24据此进一步旋转，且到达瞬时视图A5和A6所示的位置。在接触点P1.2到达12点钟位置之时，工具主轴42再次使得冲程运动(也称作偏心运动)与砂轮24结合在一起。砂轮24通过冲程运动，暂时向上平移冲程H。在瞬时视图A7中，砂轮24的一部分现在在线L之上。这个示例性的顺序这样重复，或者在所有的实施方式中周期地，即循环地(规则地再发生)以其他方式重复。

图9显示了杯形砂轮形式的砂轮24的示意性侧视图，该砂轮根据本发明偏心地安装，且在外表面28.1和/或内表面28.2上(图9中不可见)具有多个接触点。在侧视图中，外表面28.1的两个接触点P1.1和P2.1是可见的。接触点P1.1在所示加工阶段是活动的，且因此用黑色实心圆周表示(在图4A中也是这样表示)。接触点P2.1在所示机加工阶段是非活动的，且因此用空心三角表示。

图10显示了本发明示例工具主轴42的示意截面视图，其可通过两条带45、46以及皮带轮45.1和46.1来驱动。从内侧向外侧看，这样的工具主轴42可以包括主轴主体42.1，此处其具有连续的中心镗孔48。主轴主体42.1被设定为借助皮带轮46.1和皮带46绕着旋转轴线R1进行旋转。主轴主体42.1借助偏心衬套47中的主轴轴承49.1安装。偏心衬套47又是通过外主轴主体41中的偏心轴承49.2安装。外主轴主体41被设定为借助皮带轮45.1和皮带45绕着偏心地安装的衬套47的实际旋转轴线循环地进行旋转运动。这两个旋转运动叠加，且导致主轴主体42.1所需的周期冲程运动与紧固在主体上的砂轮24一起，这仅仅在图10中示意地示出。

本发明优选地用于锥齿轮的非连续(插入式)磨削的情况下，且特别地是(旋转齿)冠齿轮。所有实施方式都用于这个优选的目的。

取决于情况和实施方式，可以应用条件n≠m或者条件n＝m。

附图标记列表

冠齿轮 1

磨削工具/磨削杯 2

瓦古利轮 3

区 4

齿面 5

凹齿面 5.1

凸齿面 5.2

齿 6

轮廓 8

外边缘 8.1

内边缘 8.2

装置/机器 20

工件主轴 21

砂轮/杯形砂轮 24

凹槽 26

区/轮廓 28

边缘外表面 28.1

边缘内表面 28.2

顶表面 28.3

锥齿轮工件 31

冠齿轮 31.1

齿轮 31.2

齿 32、33

相应的活动装置 40

外主轴主体 41

工具主轴 42

主轴主体 42.1

工具适配器 42.2

定位元件 44

皮带 45

皮带轮 45.1

皮带 46

皮带轮 46.1

偏心衬套 47

中央镗孔 48

主轴轴承 49.1

偏心轴承 49.2

数控控制器 50

瞬时视图 A1-A7

第一驱动马达 B1

第二驱动马达 B2

第三驱动马达 B3

角距离

角分辨率 最小值

速度比值 DV

距离 e

偏心运动 E

偏心信号 E1

偏心率 EV

冲程 H

控制连接 I1、I2

接触点数量 k

圆周 K1

接触点数量 k

线 L

接触点数量 m

齿轮中心点 M1

中心点 M2

接触点数量 n

(主)速度 n1

偏心速度 n3

接触点 P1.1，P1.2，P1.3，P1.4；P2.1，

P2.2；P3.1，P3.2

有理数

半径 r

半径 r1

旋转轴线 R1

工件旋转轴线 R2

圆弧长度 s1

圆弧段 S1、S2、S3、S4、S5、S6

切割速度 v1

整个圆周 U1

角速度 ω1

驱动器 X、Y、Z、B、C、A1

截面 X1-X1

Claims (16)

1.一种装置(20)，该装置具有：用于接纳锥齿轮工件(31)的工件主轴(21)，用于接纳具有磨削表面(28.1，28.2)的砂轮(24)的工具主轴(42)以及用于所述锥齿轮工件(31)的数控机加工的多个驱动器(B1，B2，B3)；其中所述砂轮(24)在所述锥齿轮工件(31)的机加工期间绕着所述工具主轴(42)的旋转轴线(R1)进行旋转，并且所述砂轮(24)接合到所述锥齿轮工件(31)中，以移除材料，并且其中绕着所述工具主轴(42)的旋转轴线(R1)的旋转与偏心运动(E)叠加，使得所述砂轮(24)仅仅使用所述磨削表面(28.1，28.2)的整个圆周(K1)的n个接触区(P1.1，P1.2)接合到所述锥齿轮工件(31)中，其特征在于，该装置(20)被设计为允许调整偏心运动(E)，从而在第一机加工阶段(I)之后，在下一个机加工阶段(II)期间，限定所述磨削面(28.1，28.2)的整个圆周(K1)的m个接触区(P2.1，P2.2)，其中m个接触区(P2.1，P2.2)不与n个接触区(P1.1，P2.2)重叠。

2.根据权利要求1所述的装置(20)，其特征在于，m个接触区(P2.1，P2.2)相对于n个接触区(P1.1，P2.2)以角距离成角度扭转地间隔开，使得它们不会重叠。

3.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)包括偏心工具主轴(42)，能够相对于所述砂轮(24)限定所述偏心工具主轴的冲程点。

4.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)包括数控控制器(50)，所述数控控制器用于控制用于所述锥齿轮工件(31)的数控机加工的多个驱动器(B1，B2，B3)，使得角距离得以限定，其中在第一加工阶段(I)之后在下一个加工阶段(II)开始之前，所述砂轮(24)能通过数控控制器(50)扭转该角距离。

5.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，应用下面的条件：n≠m。

6.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述砂轮(24)在控制侧被细分为整数个圆弧段(S1，S2，S3，S4，S5，S6)，且数控控制器(50)控制偏心运动(E)，使得所有接触区(P1.1，P1.2，P2.1，P2.2)相应地布置在位于能在机器上限定出的角位置上的圆弧段(S1，S2，S3，S4，S5，S6)中。

7.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述砂轮(24)被细分为多个圆弧段(S1，S2，S3，S4，S5，S6)，其中这些圆弧段中的至少一段(S1，S2，S3，S4)被特别地设计为用于粗加工，并且这些圆弧段中的至少另一段(S1，S2)被特别地设计为用于精加工。

8.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述工具主轴(42)机械地连接到两个驱动器(B1，B3)，这两个驱动器相互同轴地设置在所述旋转轴线(R1)上。

9.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述工具主轴(42)通过皮带(45，46)机械地连接到两个驱动器(B1，B3)。

10.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置包括数控控制器(50)，所述数控控制器被编程为限定所述工具主轴(42)绕着旋转轴线(R1)旋转和偏心运动(E)的速度(n1，n3)和/或速度比值(DV)。

11.根据权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置包括数控控制器(50)，所述数控控制器被编程为限定所述工具主轴(42)的相对角位置以及偏心安装。

12.一种使用具有磨削表面(28.1，28.2)的砂轮(24)机加工锥齿轮工件的方法，所述方法具有如下步骤：

-在工具主轴(42)上设置所述砂轮(24)，

-使所述砂轮(24)绕着工具主轴(42)的旋转轴线(R1)旋转，

-在工件主轴(21)上设置第一锥齿轮工件(31)，

-使用所述砂轮(24)数控执行所述第一锥齿轮工件(31)的第一磨削机加工，其中所述砂轮(24)的旋转具有叠加的偏心运动(E)，使得所述磨削面(28.1，28.2)仅仅在整个圆周(K1)的n个接触区(P1.1，P1.2)处接合到所述第一锥齿轮工件(31)的材料中，

-使用所述砂轮(24)数控执行第一锥齿轮工件(31)或者另一锥齿轮工件的第二磨削机加工，其中偏心运动(E)与所述砂轮(24)的旋转叠加，使得所述磨削表面(28.1，28.2)仅仅在整个圆周(K1)的m个接触点(P2.1，P2.2)处接合到第一锥齿轮工件(31)或者另一个锥齿轮工件的材料中，其中m个接触点(P2.1，P2.2)与n个接触点(P1.1，P1.2)在空间上间隔开。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一磨削机加工为粗加工，而所述第二磨削机加工为精加工。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该方法在具有数控控制器(50)的磨床中执行，其中所述数控控制器(50)至少提供以下可能性：

-建立或选择接触区(P1.1，P1.2)的数量n，和/或

-接触区(P2.1，P2.2)的数量m，和/或

-砂轮(24)的圆弧段(S1-S6)数量，和/或

-砂轮(24)的圆弧段(S1-S6)的最小圆弧长度(s1)，和/或

-砂轮(24))的相邻圆弧段(S1-S6)之间的最小间距。

15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该方法在具有数控控制器(50)的磨床中执行，其中所述数控控制器(50)至少提供了限定工具主轴(42)绕着旋转轴线(R1)的旋转和所述偏心运动(E)的速度(n1，n3)和/或速度比值(DV)的可能性。

16.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该方法在具有数控控制器(50)的磨床中执行，其中，所述数控控制器(50)至少提供了限定工具主轴(42)相对角位置和偏心安装的可能性。