CN103418851A - 采用插齿工艺制造锥形齿轮或准双曲面齿轮的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于锥齿轮或准双曲面齿轮工件的至少一个齿隙的除屑加工的工艺，包括以下步骤：在以下分度步骤进行的过程中，使具有多个主切削刃的刀具绕刀具旋转轴线旋转；沿第一插齿矢量进行第一相对线性插齿运动，所述第一插齿矢量基本上垂直于工件的底锥延伸并限定第一插齿运动的一个端点，该端点位于工件上大于待加工齿隙的槽深10％的位置，以用第一主切削刃主要加工靠近齿隙的第一齿侧的齿顶区域；沿横向矢量进行相对横向运动，以朝齿隙的第二齿侧的方向移动第二主切削刃并用于主要加工靠近齿隙的第二齿侧的齿顶区域；沿矢量路径进行第二相对插齿运动，该矢量路径限定第二插齿运动的端点，该端点位于工件大约对应于待加工齿隙的槽深的位置。

Description

采用插齿工艺制造锥形齿轮或准双曲面齿轮的方法

技术领域

本发明涉及制造锥齿轮或准双曲面齿轮的方法，其在单分度法插齿(plunging)工艺或连续插齿工艺中制造，特别是使用铣刀头进行。

背景技术

锥齿轮和准双曲面齿轮的种类多种多样。

例如，圆弧齿锥齿轮是在单分度工艺(也称为间断分度工艺、单分度工艺或端面铣削)中制造的。单分度工艺在图1中被示意性示出。切刀头20的刀片21执行圆运动，同时待制造的锥齿轮的一个槽被制造。为了制造另外的齿隙，切刀头20退刀并且工件11旋转通过螺距角。逐步的进一步旋转(在此为逆时针方向)在图1中是通过箭头A、B、C表示的(称为分度旋转)。从而，一个齿隙22总是在一次操作中被制造。

另一方面，外摆线，特别是扩展外摆线(也称作延长外摆线)有齿锥齿轮是通过连续分度工艺(也被认为是连续铣削，连续分度加工或端面滚铣)制造的。在该连续分度工艺中，切刀头和工件都以彼此暂时匹配的动作顺序旋转。分度因此被连续地完成并且槽和相应的齿也同时被类似地制造。

众所周知，环形齿轮不仅可以通过滚铣也可以通过插齿(也称作插入)制造。在这种情况下，刀具前进到工件中。这种情况下我们提到成型工艺或者也提到

齿轮传动(

是美国纽约州罗切斯特市格里森公司(The Gleason Works)的商标)。这个工艺过程在环形齿轮的制造中节省了时间。由于没有产生展成滚压运动，刀具轮廓被复制到环形齿轮槽中。因此而制造的环形齿轮具有刀具的轮廓，例如，齿侧的齿廓曲率由第一刀具的刀具轮廓形状直接获得。然而锥齿轮副的相应共轭小锥齿轮却必须在修正的滚压工艺中制造，从而滚压的小齿轮和被插齿的环形齿轮可彼此正确运转。这方面的具体内容可被获得，例如可从2008年Springer Verlag出版的由J.Klingelnberg所写的“Grundlagen，Anwendungen”(锥齿轮；原理；应用)一书第16-17页获得。

从美国专利US1982036可获知一种用于制造插齿环形齿轮和相匹配的滚压的小齿轮的工艺，其中这个例子中的两个锥齿轮都具有锥形齿。所提及的该工艺的具体内容可从美国专利US2105104和US2310484得出。这些专利是关于弧齿或螺旋齿锥齿轮的制造的。

在插齿过程中，刀具必须在材料加工切除完成之前插入到工件中预定的深度。插齿通常是通过相对于工件线性进给刀具来完成的，例如，通过平行于刀具轴线的支架的线性运动来完成。显然，随着插齿的增加，执行除屑加工的所谓的有效切削长度也在增加。这会产生这样的结果，产生的力以及机器轴上的载荷会增加。在插齿过程中非均匀刀具及机器载荷可由此产生。此外，由于试图补偿产生的任何振动，机器的NC控制处于较大的压力下。

例如在专利EP0850120B1的第0011段中描述了非均匀刀具负荷的产生。然而，EP0850120B1主要是关于提出一种可以使刀具刀片的所谓次级切削刃的切屑载荷降低的解决方案。按照EP0850120B1，描述了一种可将刀具前进到工件中的预定深度的特殊方法。由两个矢量分量组成的进给路径被预先限定。如传统的插齿那样的第一矢量分量朝着刀具轴线的方向运动，并且第二矢量分量朝着工件的表面宽度的方向(即沿齿隙的方向)运动。

从国际专利申请WO97／31746得知，杯形刀具可用于工件的除屑加工处理，这样在工件还在执行分度旋转时，插齿就已经开始了。本专利申请的目的是缩短加工持续时间。

发明内容

本发明的目的是减小插齿铣削过程中刀具和/或机器的负荷。

本发明涉及锥齿轮和准双曲面齿轮的铣削。特别涉及环形齿轮。

本发明的目的是通过权利要求1所述的方法实现的。本发明的优选实施例构成了从属权利要求的主题内容。

本发明的方法被设计成用于锥齿轮或准双曲面齿轮工件的至少一个齿隙的除屑加工，并且包括以下在单分度方法或连续方法中执行的步骤：

a.在以下分度步骤的执行过程中，使具有多个切削刃的刀具绕刀具旋转轴线旋转，

b.沿第一插齿矢量执行第一相对线性插齿运动，第一插齿矢量沿基本上垂直于工件的底锥(foot cone)延伸并且其限定了第一插齿运动的一个端点，该端点位于工件上的一个位置，该位置大于待加工的齿隙的槽深10％，以用第一主切削刃主要加工靠近齿隙的第一齿侧的齿顶区域，

c.沿横向矢量执行相对横向运动，以使第二主切削刃朝齿隙的第二齿侧方向运动并主要加工靠近齿隙的第二齿侧的齿顶区域，

d.沿矢量路径执行第二相对插齿运动，该矢量路径限定了第二插齿运动的一个端点，该端点位于工件上的一个位置，该位置大约对应待加工齿隙(31)的槽深。

在这些分度步骤后，仅通过工件在两个旋转方向上的轻微旋转利用相同工具在齿隙中进行再加工，和／或例如在单分度工艺中，在分度旋转被执行并且刀具被再次设置成加工另一个齿隙以及上面所列的步骤被再次执行之前刀具可相对于工件退刀。在连续工艺中，工作齿轮的这个“附加"旋转(除了分度旋转)通过与切刀头的联接而对切刀头的旋转有影响。

根据本发明的单分度工艺，一个齿隙接着一个齿隙被一步一步地制造。在根据本发明的连续工艺中，所有齿隙被一起加工，其中在连续工艺中的插齿进给比单分度工艺中的插齿进给慢。

在本发明的方法中，在环形齿轮的齿隙的加工过程中，至少要执行以下这些分度步骤。在第一个分度步骤中，刀具的至少一个刀片或刀头被稍微偏心于待加工的齿隙地插齿到环形齿轮工件的材料中。该插齿沿在待加工工件的底锥上大体上垂直的第一直线插齿矢量进行。在这种情况下，靠近待加工齿隙的第一齿侧的齿顶的(线性)区域几乎完成，其中预期尺寸沿一线实现，而在第一齿侧的剩余区域内多余的材料被保留。在接着第一分度步骤的第二步骤中，当侧向观察时，刀具的刀片或切刀朝着远离第一齿侧的齿隙的第二齿侧方向运动。这个运动沿遵循直线的横向矢量进行。这样做就使靠近待加工齿隙的第二齿侧的齿顶的区域几乎完成，其中预期尺寸沿一线实现，而在第二齿侧的剩余区域内多余的材料被保留。现在刀片或切刀被更深地插齿到待加工的齿隙中直到到达齿基(tooth base)并且第一及第二齿侧从齿顶到齿根(tooth foot)被完全或者几乎完全地完成。第三个分度步骤通过沿矢量路径的相对移动产生，其中矢量路径是由一个或两个分矢量组成的。

优选地执行本发明以便通过朝工件方向的刀具的NC控制线性(支架)运动而得到第一个分度步骤的运动。第二个分度步骤的运动优选地通过两个线性运动的NC控制的叠加而产生。第三个分度步骤的运动可通过刀具朝工件方向的三个NC控制的线性(支架)运动的叠加产生。

优选地切刀头被用作切削工具，

—其具有至少一个内切刀和外切刀，它们分别具有一个主切削刃(用于产生齿侧端部几何形状)，辅助切削刃和头部切削刃(head cutting edge)，或者

—具有至少一个全切削刀片(full-cutting blade)，该刀片具有两个主切削刃和一个头部切削刃。

也可能是具有中心或预切刀(pre-cutter)的切削工具的实施例。

当加工环形齿轮时本发明可特别有利地使用。本发明对加工大模数环形齿轮特别有利。

特别使用一种具有盘状的、板状的或杯形的基体的铣削头(其装有(杆)刀片或者(切削)齿)执行本发明的插齿方法。

附图标记表构成为本发明的一部分。

附图说明

现紧凑且交叉地描述这些附图。本发明的实施例将参考附图在下文中详细描述。

图1示出了单分度工艺的示意图；

图2A示出了刀具的轴向截面的示意图；

图2B示出了根据图2A的刀具的轴向截面的切削刃长度的示意图；

图3A示出了锥齿轮工件的一部分的径向平面的示意截面图，以示出本发明的第一个加工步骤；

图3B示出了图3A中的锥齿轮工件的一部分的径向平面的示意截面图，以表示本发明的第二个加工步骤；

图3C示出了图3A中的锥齿轮工件的一部分的径向平面的示意截面图，以表示本发明的第三个加工步骤；

图3D示出了图3A中的刀具的切削刃长度以及有效切削刃长度的示意图；

图3E示出了图3B中的刀具的切削刃长度以及有效切削刃长度的示意图；

图3F示出了图3C中的刀具的切削刃长度以及有效切削刃长度的示意图；

图3G示出了本发明加工步骤在切向面上的放大的高度示意矢量投影图，切向面与工件锥侧面(cone lateral surface)的相交线F1与底锥的垂线重合，其中第三分度步骤仅包括倾斜运动的矢量；

图3H示出了本发明可选加工步骤在切向面上放大的高度示意矢量投影图，切向面与工件锥侧面的相交线F1与底锥的垂线重合，其中第三分度步骤仅包括两个矢量；

图4A示出了在具有恒定齿高的环形齿轮工件中接合过程中环形齿轮工件相交的轴平面(the axial plane of intersection)内的切刀头刀具的示意图；

图4B示出了根据图4A的环形齿轮工件的齿隙的相交轴平面的示意截面放大图；

图5A示出了锥齿轮工件的平面齿轮一部分的高度示意平面图，以表示本发明的第一加工步骤；

图5B示出了图5A的锥齿轮工件的平面齿轮一部分的高度示意平面图，以表示本发明的第二加工步骤；

图5C示出了图5A的锥齿轮工件的平面齿轮一部分的高度示意平面图，以表示本发明的第三加工步骤；

图6示出了包括穿过具有待加工齿隙的工件的切口的图解，待加工齿隙的平面图以及矢量在相邻图中的相应投影，其用于示出简化的加工工艺的分度步骤(例如，与图3G类似)；

图7示出了包括穿过具有待加工齿隙的工件的切口的图解，待加工齿隙的平面图以及矢量在相邻图中的相应投影，其用于示出优化的加工工艺的分度步骤。

具体实施方式

与本说明书中有关的术语也在相关的公开出版物和专利文件中使用。然而，值得注意的是这些术语的使用将仅仅是为了更好的理解。发明的概念和权利要求书所保护的本发明的范围不应被术语的具体选择的解释所限制。本发明可被容易地转移到其他概念系统和／或技术领域。这些术语将在其他领域内适当地使用。

此处包括除屑加工方法，该方法使用具有至少两个主切削刃42、43的切削工具40。这些主切削刃42、43可位于刀具40的全部切削刀片上，或者这可包括刀具40的内切刀和外切刀的主切削刃42、34。在所有实施例中，切削工具40的相应的刀片或切刀41基本上平行于刀具旋转轴线WR或倾斜于该轴线WR从刀具40的表面上凸出。图2A示出了一个实施例，在该实施例中刀具40的刀片41平行于刀具旋转轴线WR从盘状的、板状的或杯形的基体44凸出。

研究显示在进行除屑加工时会产生干扰振动。可确定这些振动的发生及强度与刀具40上的所谓的有效(主)切削刃长度之间存在着关联。如果在加工过程中，超过临界的有效切削刃长度SKL，发生振动的可能性会明显地增加。根据本发明，开发了一种特定的多级插齿方法，在该方法中，考虑到上述临界的有效切削刃长度SKL，确定相对路径，并将其固定，以便防止发生振动。

正如已经提到的，图2A示出了一个示例性且纯示意性的刀具40的轴向截面。刀具40包括基体44，该基体在所有的实施例中都被设计为板状的、盘状的，或杯形的，并且具有至少一个切刀或刀片41。为简单起见，图2A及3A-3C示出了具有对称轮廓的刀片或切刀41。刀具40具有刀具旋转轴线WR，其与相应的NC加工机器的工具心轴的旋转轴线重合。此处的刀具40具有切削刃长度SL，其包括三部分刃长度s1,s2，s3(如图2B所示)。可认为：SL=s1+s2+s3。由于此处涉及具有对称轮廓的刀具40，在这个特殊的例子中，可认为s1=s2。图5和图6示出了具有不对称轮廓的刀具40。

根据本发明的第一过程的详细内容参照图3A和3G进行描述，其中图3A至图3C示出了穿过工件30的小截面在待加工的传动装置的切向面中的示意截面图。所提到的切向面是由底锥的垂线(perpendicular)限定的，该垂线构成了工件锥侧面与切面的交线F1。工件锥侧面具有图4A所示的锥角

。

在这些示意性的附图中并没有示出工件30的实际曲率。此外，只能看出刀具40的一个单个齿或一个单个刀片41。在示出的例子中，待加工的齿隙31以及齿或刀片41都具有对称的形状。

本发明的方法是专门设计用于锥齿轮或准双曲面齿轮工件30的至少一个齿隙31的除屑加工，并包括至少以下步骤：

—在执行以下分度步骤的过程中，使具有至少两个主切削刃42、43的刀具40绕刀具旋转轴线WR旋转；

—相对于工件30相对进给刀具40，以便使刀具40的几个主切削刃42、43中的至少一个与工件30接触。此步骤没有在图中显示，且其可通过适当地控制加工机床的NC轴(多个)以多种方式执行。

一沿第一插齿矢量Vk1(垂直于锥齿轮或准双曲面齿轮工件30的底锥角δf或者平行于图3A所示的坐标系的x轴)进行第一相对线性插齿运动，该运动确定第一插齿运动的端点E1(见图3G)，其位于工件30的一个位置，该位置大于待加工齿隙31的槽深LT的10％(优选40％)。在图3A中，沿第一插齿矢量Vk1进行第一相对线性插齿运动通过指向下的虚线箭头示出。为了更好的说明本发明，图3A和图3B中的待加工齿隙31的轮廓都通过虚线示出。

—沿横向矢量Vk2进行相对线性横向运动。从图5A、5B、5C、6和7可以看到，切刀头中心点53在各情况中以直线从E1移动到E2以及从E2移动到E3。在到达齿侧23、24上的端点E1和E2时被接触的点位于图7中相同的节圆半径上。另一方面，在图6中，在到达齿侧23、24上的端点E1、E2和E3时被接触的点位于一个平面内。理想地，横向矢量Vk2运动使得在到达齿侧23、24上的端点E1和E2时被接触的点位于相同的节圆半径(相应的节圆在图7中通过圆弧KB示出，且相应的节圆半径通过附图标记52标出)。第二分度步骤在图3B中示意性示出。

—接下来沿矢量路径Vk3进行第二相对插齿运动，投影到切向面中的Vk3与图3C和图3G示出的待加工工件30的底锥的垂线倾斜地延伸，或者如图3H中显示的包括两个分矢量Vk31和Vk32。所有实施例中的第二相对插齿运动都是通过将平行于图3C所示的坐标系的x轴的一次移动与这个坐标系的y-z平面中的一次移动叠加来完成的。在所有实施例中，第二相对插齿运动具有位于工件30的一个位置的端点E3，该位置大约对应于待加工齿隙31的槽深LT及槽中心。仅有一个矢量Vk3的第二相对插齿运动在图3C中示出。

图3D、3E和3F各自示出了图3A、3B和3C中的分度步骤的切削刃长度和有效切削刃长度。当在简化形式下观察时，示出的例子中的切削刃SL的总长度由分度边缘长度s1、s2和s3依据加法SL=s1+s2+s3组成。当在简化形式下观察的有效切削刃长度SKL可从以下加法SKL＝sa1+sa2+sa3中得到。

图3G示出了本发明所提到的加工(分度)步骤在一平面内的示意矢量图(与图3A、3B及3C类似)，其中确切地包含在图中的平面内的矢量Vk1、Vk2和Vk3的投影。并非所有三个矢量Vk1、Vk2、Vk3或Vk31和Vk32必须位于同一平面内。

图3A示出了刀片或切刀41的两个主切削刃42和43。第一个主切削刃42设计用于加工凹形齿侧，而第二个主切削刃43设计用于加工齿隙31的凸形齿侧。此外，刀片或切刀41包括图2A中以附图标记45标出的头部切削刃。

在进行第一插齿运动(第一分度步骤)时，使用并加工了第一主切削刃42、第二主切削刃43以及头部切削刃45。然而在进行第一插齿运动时，需要小心确保刀具40或刀具40的主切削刃42、43插齿至多不能超过临界有效切削刃长度SKL。选出图3A的例子，使得有效切削刃长度SA少于或等于临界有效切削刃长度SKL，且此处例子中的SA为主切削刃42、43和头部切削刃45的总长度SL的80％。即，SKL＝0.8SL。在第一分度步骤中，当进行第一插齿运动时，仅使用主切削刃43为sa1<s1的部分，主切削刃42为sa2<s2的部分以及全部头部切削刃45为s3=sa3的部分。这样，在第一分度步骤中，有效切削刃长度SA总是比临界有效切削刃长度SKL小、。

在所述的第一分度步骤中，刀具40相对于工件30被引导，这样第一齿侧(此处为凹齿侧24)在靠近齿隙31的齿顶的区域内沿一条线达到所需尺寸。所述线优选包括工件锥侧面与第一齿侧24的所需轮廓的交线。在剩余的第一齿侧上还有多余的材料。

根据图3A的第一分度步骤的单个切削刃42、43、45的尺寸与第一分度步骤中的瞬时有效的有效切削刃长度sa1、sa2、sa3都在图3D中表示。其保持SL=s1+s2+s3和SA=sa1+sa2+sa3,其中SA≤SKL<SL。

当进行相对横向运动(第二分度步骤)时，可从图3B看出主要是第二主切削刃(多个)43在进行加工。在上下文中应该提到的是由于是示意图，齿根32显示为一条直线。实际上，环形齿轮中的齿底32在分度方向上稍微弯曲。

当进行相对横向运动时，优选在x方向上没有深度进给。

在所述的第二分度步骤中，刀具40相对于工件30被引导，这样第二齿侧(此处为凸齿侧23)在靠近齿隙31的齿顶的区域内沿一条线达到所需尺寸。所述直线优选包括工件锥侧面与第二齿侧23的所需轮廓的交线。在剩余的第二齿侧上还有多余的材料。

根据图3B的第二分度步骤的单个切削刃42、43、45的尺寸与第二分度步骤中的瞬时起作用的有效切削刃长度sa1、sa2、sa3都在图3E中表示。其保持SL=s1+s2+s3和SA=sa1+sa3。此处的有效切削刃长度SA比图3D中的SA小得多。这样，必须要满足的条件SA≤SKL<SL在此也可以实现。

基于这个设计，头部切削刃45能够完全地(例如s3＝sa3)或者仅仅部分地(例如sa3<s3)在第二分度步骤中使用。

当沿矢量路径Vk3或矢量路径Vk31和Vk32(第三分度步骤)进行第二相对插齿运动时，第一主切削刃42和第二主切削刃43以及头部切削刃45都在进行机加工。

在所述的第三分度步骤中，刀具40相对于工件30被导引，这样齿侧23、24或者被完全的加工(即加工到所需尺寸)，或者仅仅留下能够通过再次机加工消除的小边缘或过渡部。

根据图3C的第三分度步骤的单个切削刃42、43、45的尺寸与第三分度步骤中的瞬时起作用的有效切削刃长度sa1、sa2、sa3都在图3F中高度示意性地以总形式表示。其保持SL＝s1+s2+s3和SA=sa1+sa3。此处的有效切削刃长度SA比图3D中的SA长得多(图3F中的sa1和sa2比图3D中的sa1和sa2略长)。这样SA≤SKL<SL的条件在此也可以实现。显然特别在第三分度步骤中，根据该设计，有效切削刃长度SA根据工艺指导临时变化。

对于本发明的所有加工步骤，其保持有效切削刃长度SA，即在任何时刻的有效的总切削刃长度总是小于或等于SKL。即可一直保持SA≤SKL<SL。

如果在根据图3A的第一分度步骤中，插齿比所示的要深一些，那么图3F中的SA将近似地与图3D中的SA的长度相同。在这种情况下，Vk1显示的就较长而Vk3较短。

图3H示出了可选的第三分度步骤。在可选的第三分度步骤中，矢量路径Vk3是由图中所示的两个分矢量Vk31和Vk32组成的。第一分矢量Vk31在齿隙31内向后倾斜的运动(例如，从齿隙31向外)并由此被指定为相对返回(return)运动。第二分矢量Vk32在朝待加工齿隙31的齿底32的方向上线性运动并且到达与如图3G所示的可选工艺相同的端点E3。端点E3又位于交线F1上，即锥底的垂线上。

图4B示出了穿过图4A的工件30的一部分的截面和齿隙31其中之一的示意性放大图。为了示出所描述的三个分度步骤，本发明的简化工艺的相应矢量在图中的平面内以投影显示。第一线性插齿矢量Vk1实际上位于图4B中的图的平面的后面并且能够在投影中以直线所示。第一插齿矢量Vk1大致平行于底锥的垂线L1运动，该垂线L1由底锥角δf限定。在所示的例子中，横向矢量Vk2沿直线(对应图6中的切削刀片的半径54)在图中的平面内从后往前(或根据旋转方向从前往后)的经过，在y-z平面内运动(如果没有x进给)，这在图4B中通过与图中平面的虚线的交线示出，并且在投影中其仅为一个黑色的点。矢量路径的第二插齿矢量Vk3位于矢量Vk1的延伸范围中位于图中平面内的投影中，并在底锥(齿底32)处结束。端点E3位于垂线L1上。

图4A和4B示出了本发明在作为工件30的环形齿轮上的应用。第一插齿矢量Vk1大体上垂直于待加工工件30的底锥运动(例如，平行于垂线L1)，其中第一插齿矢量Vk1与取决于环形齿轮30及整体结构的工件旋转轴线RA围成锐角

，比如在-15度到15度之间的角。该角取决于末端作用中的底锥角δf。

图5A到图5C分别示出了锥齿轮工件30的冠状(crown)齿轮的一部分的示意性高度简化图，用以说明本发明的第一至第三加工步骤。此处特意示出平面齿轮以使图解更容易查看且更清楚。这些图解被高度简化，且由此例如没有显示如隐藏的边缘等等。

图5A示出了图3A的中间图(pedant)。由于刀具40仅被插齿(分度)至平面K，在径向上灰色显示的环的宽度大约相当于头部切削刃45(也见图2A)的头部宽度B1。图5A至图5C中的大圆环K3表示图5C中示出的第三分度步骤的凹形和凸形刀片路径(飞行轨迹(flight orbit))。图5A和图5C中的小圆环K2表示图5B中的第二分度步骤的凹形和凸形的刀片路径(飞行轨迹)，而图5B和图5C中的小圆环K1表示为图5A中的第一分度步骤的凹形和凸形刀片路径(飞行轨迹)。

在图5A示出的示例中，刀具40加工工件30的凹齿侧24。在图5A中，第二及第三分度步骤中的刀具40的位置通过虚圆环K2和K3表示出。

为了能够更好的以图解方式示出矢量Vk2、Vk3，这些矢量被放在圆环的中心点(刀具/切刀头40的中心点53)。与中心点53的位置以及该中心点53的运动相关的对应矢量和点通过“*”在图5A至5C中表示以将它们与其他点和矢量区别开来。第一矢量vk1*的端点E1*在图5A中示出。在示出的特殊的例子中，矢量Vk1*平行于刀具旋转轴线WR运动，且因此与平面图中的端点E1*重合。为了更好的说明，交线F1也通过图5A至5C中的小白圈表示。交线F1与提到的底锥上的垂线重合。交线F1位于对称齿隙31内且立于两个齿侧23、24中间，并且其包括垂直于图中平面的平面齿轮的简图。

第二分度步骤的横向运动是通过横向矢量Vk2*在图5B中示出，其中横向矢量Vk2*从端点E1*开始通向端点E2*。切刀头中心点53在各例中沿直线从E1*移动到E2*以及从E2*移动到E3*。在到达端点E1*和E2*时在齿侧23、24接触到的点优选位于相同的节圆半径上。由于第二分度步骤中通常没有平行于x轴的插齿，以灰色示出的环的宽度没有变化(图5A中灰色的环与图5B中灰色的环具有相同的宽度B1)。在y-z平面中示出的图中，以灰色示出的环沿横向矢量Vk2*进一步向右(平行于y轴)和向下(平行于z轴)运动并同时示出了加工凸齿侧23。

在第三分度步骤的框架内，该步骤运动的端点E3*在图5C中示出，刀具40以直接或者间接(两个阶段)的方式更深的插齿到工件30的材料中。在(分度)平面K内，图5C中径向上以亮灰色示出的环的宽度B2比头部切削刃45的头宽度B1大得多。

本发明的加工步骤通过参考两个特殊的例子由图6和图7给出了更加详细的说明。在这两例中，齿隙31和刀片或切刀41是非对称的。

图6示出了一个图解，其一方面在左上方示出了沿线K-K穿过平面齿轮50与待加工齿隙31的截面，且另一方面示出了斜下方的截面图，其穿过工件30的分度平面与待加工平面齿轮50的齿隙31。平面齿轮50表示工件30。单分度完成过程参考图6进行描述。此外，矢量Vk1、Vk2和Vk3的相应投影在相邻的图(右上)中示出，其中图6为本发明的简化工艺的分度步骤的图解。区域U1中示出了工件40的中心点53的三个不同的位置E1*、E2*和E3*。

在进行第一插齿运动过程中的非对称刀片或切刀41在图6的左上方示出。第一分度步骤的运动通过在头部切削刃45处指向齿隙31的箭头表示出。该箭头被表示为位于右上方的矢量图中的第一插齿矢量Vk1。在图6示出的图解中，应该注意的是例子中所示的箭头并不是设定在头部切削刃45的中心，而在头部切削刃45和主切削刃43之间的过渡区域内。此处应该注意的是具有边51、52和54的三角形仅在图7中显示用于端点E3或位置E3*的相关中心点。边51通常被表示为径向或加工距离。出于清楚的原因，没有相应的三角形显示用于第一和第二分度步骤。也是这样的情况，切刀头(额定的(nominal))半径54在所有步骤中保持不变，然而52和/51是变化的。附图标记54实际上表示刀片切削刃半径，例如，通常为切削刃半径。

在第一分度步骤后是沿横向矢量Vk2的横向运动。在图6中，在第二分度步骤的框架内，横向运动被执行为沿切削刃半径54(切刀头(额定的)半径)的线性运动。即点E1*、E2*和E*都位于直线上。接着进行沿矢量Vk3的插齿作为进一步分度步骤。在未示出的简化实施例中三个矢量Vk1、Vk2和Vk3全部位于相同的平面内，其穿过图中的平面的通道(与图的平面的交线)能够在图6中的区域U1内确定。

在图6示出的本发明的简化工艺中，工件30(此处通过平面齿轮50显示)的材料和刀具40的切削刃42、43的接触点并不在最佳点。本发明的简化工艺的设计在此处是通过在凹齿侧的齿侧纵向线上设置法线以使法线与齿隙宽度中心的中心节圆(此处为KB)相交而实现的。代替在该设计中将端点E1、E2设在圆弧KB上(例如，在具有半径52的中心节圆上)，这两个端点E1、E2位于所述的切削刃半径54(切刀头(额定)半径)上。

图7示出了本发明的优化方法。根据图7的工艺的设计，工件30的材料和刀具40的切削刃42、43的接触点被设置成使得在线的区域内，与齿侧23、24的所需尺寸相比，保持仅有一点或没有超出。在图7所示的方法中，这条线位于平面齿轮50的齿侧24上由I表示的区域内并且从齿顶延伸到齿底。当进行横向运动时，切刀头40的中心点53遵循直线直到另一个齿侧23的接触点。相应的区域由Ⅱ表示。此处，仍然在线的区域内，与齿侧23的所需尺寸相比，保持仅有一点或没有超出。随后仅为沿矢量Vk3运动的第三分度步骤。由于齿侧23、24上的“无超出的线”大约位于齿中心，与图6的不同在于图7中的槽宽方向内的超出的“分界(division)"更均匀。在图6中，它们在每个情况中被移到齿尖(toe)或齿根(heel)，这将在两个“齿端”之一处产生较大的余量。

在图7的靠外右侧，三个点E1*、E2*和E3*的相应设置在区域U2的截面放大图内示出。相应的矢量图解在靠近截面放大图U2的左侧示出。图4A示出了切刀头刀具40在与环形齿轮工件30接合时在工件轴截面上的示意图。此处的环形齿轮工件30具有不变的齿高，例如，在此处示出的这个特例中，头锥角度δa以及底锥角度δf是相同的。切刀头刀具40装有多个刀片41，在所示的视图中，仅示出多个刀片中的两个刀片41，它们相对于主体44间隔开180度。在这个例子中，所示的刀片41没有对称轮廓。第一切削刃42与第二切削刃43(也称主切削刃)被表示在两个刀片41中的一个上。当刀具40围绕刀具旋转轴线WR被旋转驱动时，如由旋转箭头ω1表示的，向内指向的第二主切削刃43横切齿隙31的凸齿侧23，且向外指向的第一主切削刃42横切凹齿侧24。

设计了加工机器，并且工件30可被加工机器夹持以便工件30能够绕工件旋转轴线RA被旋转地驱动，如由旋转箭头ω2表示。

当沿第一插齿矢量Vk1进行第一相对线性插齿运动时(参见，例如图3A)，刀具40的刀片或切刀41的主切削刃42、43和头部切削刃45由于产生的压力角大约相同而大约一致的负载。此外，特别是在这个阶段也即第三分度步骤中，需要小心确保刀具40上的有效切削刃长度SA不超过临界有效切削刃长度SKL。在横向运动期间(参见，例如图3B)，基本上，仅仅切削刃43以及头部切削刃45的几乎大部分负载。由于此处通常没有插齿运动(例如没有平行于坐标系统的x轴的更深的插齿)，刀具40上的有效切削刃长度SA决不会超过临界有效切削刃长度SKL。也是在第三分度步骤中(参见，例如图3C)，特别需要小心确保刀具上的有效切削刃长度SA不超过临界有效切削刃长度SKL。

在图3A至图3C示出的例子中，插齿矢量Vk3的长度比插齿矢量Vk1的长度长。也就是说，当进行第三分度步骤时，有效切削刃长度SA比在第一分度步骤中的略大。如果第三分度步骤的矢量路径包括两个分矢量Vk31和Vk32，如图3H所示，第三分矢量Vk32甚至比插齿矢量Vk1要长得多。

优选地设计／预先确定加工机器的加工顺序和NC控制的相对运动，这样第一分度步骤中的有效切削刃长度SA大致对应于第三分度步骤中的有效切削刃长度SA，或者第三分度步骤中的第三分矢量Vk32。

所有实施例中的第一插齿运动的端点E1优选地位于工件30的一个位置，即在待加工齿隙31的槽深LT的10％、优选40％至60％之间的位置(朝法线L1到底锥角的方向上观察时)。此处特别选择端点E1，使得在三个分度步骤和刀具40的载荷之间实现尽可能均匀的切削分界点。

在所有的实施例中，优选横向矢量Vk2沿直线运动以便从位于y-z平面(如果没有x轴)内的第一矢量Vk1的端点E1开始，朝向待加工齿隙31的第二齿侧23运动。

优选地实现本发明，使得通过刀具40朝工件30的方向线性(支架)运动而实现第一分度步骤的运动。第二分度步骤的运动优选通过y-z平面内的刀具40的两个线性(支架)运动的叠加而产生。第三分度步骤的运动可以通过刀具40朝工件30方向的三个线性(支架)运动的叠加而产生。

本发明的工艺可以在NC控制加工机器上使用。加工机器的NC控制运动优选地被执行成使得第二齿侧23的轮廓截面(其中产生与在第一齿侧24上相同的最终轮廓)位于与第一齿侧24相同的锥长度(cone length)上(即，在相同的工件锥形包络线上)。参照图7描述的优化工艺可满足这个更求。相应的节锥(pitch cone)长度(或者相应的平面齿轮半径)由图7中的附图标记52标识。

优选地在第一插齿运动、横向运动和第二插齿运动之后进行再加工。这特别是在前面第一至第三分度步骤中齿侧23、24没有被完全加工时应用。在再加工过程中，工件30绕工件旋转轴线RA沿旋转的正方向或负方向(称作β+及β-加工(finishing)运动)略微旋转，同时刀具40绕刀具旋转轴线WR被进一步旋转驱动。这种形式的再加工容易去除边缘和过渡部，其是由于根据本发明的工艺在齿侧23、24的表面上产生的。此外，特意留在齿侧23、24上面的余料也被移除。

在连续加工中，工件30的这个在上述可选择再加工过程中发生的“附加”旋转(除了分度旋转)通过与刀头的连接而对刀头旋转有影响。

加工齿隙之后，刀具40退回(相对观察时)，并且当包括单个分度工艺时工件30逐渐进一步地被旋转(称作分度旋转)。

为了使刀具40的主切削刃43、44的磨损更加均匀，在本发明中的所有实施例中，凹齿侧24的加工能使用主切削刃42进行一次，且凸齿侧23的加工能使用主切削刃43进行一次。这个方法描述为交替的多阶段插齿工艺。在单个分度工艺中，这种交替可发生在锥齿轮工件的单个相继加工的槽之间，然而在连续分度工艺中，它发生在相继加工的锥齿轮工件之间。

本发明不仅可以应用于对称的齿隙中，也可以应用于非对称的齿隙中，在非对称齿隙的情况下，切刀或刀片41的轮廓因而是非对称的，或刀具40具有对称的切刀或刀片41并且由非对称齿隙的倾斜位置产生。

附图标记表

锥形齿轮       11

齿隙           12

齿             13

切刀头         20

切刀           21

齿隙           22

凸形齿侧       23

凹形齿侧       24

工件           30

齿隙           31

齿底           32

刀具           40

刀片或切刀     41

第一切削刃     42

第二切削刃     43

基体           44

头部切削刃     45

平面齿轮       50

径向或机器距离 51

半径(节锥长度) 52

刀具的中心点   53

切削刃半径     54

第一分度旋转    A

第二分度旋转    B

头宽            B1

宽度            B2

角度            β

第三分度旋转    C

头锥角          δa

底锥角          δf

锥角            δr

端点            E1

端点            E2

端点            E3

端点            E1＊

端点            E2＊

端点            E3＊

交线            F1

相交面          K

圆弧／节锥      KB

轨迹            K1

轨迹            K2

轨迹            K3

至底锥角的垂线  L1

槽深            LT

工件旋转轴      RA

有效的部分刀刃长度sa1、sa2、sa3

部分刀刃长度    s1、s2、s3

起始点          S1

有效切削刃长度  SA

切削刃总长度     SL

临界有效切削刃长度SKL

角度             

区域             U1

区域             U2

第一插齿矢量     Vk1

横向矢量         Vk2

矢量路径         Vk3

第一插齿矢量     Vk1＊

横向矢量         Vk2＊

矢量路径         Vk3＊

第一分矢量       Vk31

第二分矢量       Vk32

刀具旋转轴线     WR

旋转箭头         ω1

旋转箭头         ω2

坐标系           x-y-z

Claims (11)

1.用于锥齿轮或准双曲面齿轮工件(30)的至少一个齿隙(31)的除屑加工的方法，包括以下步骤：

—在进行以下分度步骤的过程中，绕刀具旋转轴线(WR)旋转具有至少第一主切削刃(42)以及第二主切削刃(43)的刀具(40)，

-沿第一插齿矢量(Vk1)进行第一相对线性插齿运动，所述第一插齿矢量基本上垂直于工件(30)的底锥延伸并且限定第一插齿运动的一个端点(E1)，该端点位于工件(30)上大于待加工齿隙(31)的槽深(LT)10％的位置，以用第一主切削刃(42)主要加工靠近齿隙(31)的第一齿侧(24)的齿顶的区域，

一沿横向矢量(Vk2)进行相对横向运动，以使第二主切削刃(43)朝齿隙(31)的第二齿侧(23)的方向运动并主要加工靠近齿隙(31)的第二齿侧(23)的齿顶的区域，

一沿矢量路径(Vk3)进行第二相对插齿运动，所述矢量路径限定第二插齿运动的端点(E3)，该端点位于工件(30)的大约对应于待加工齿隙(31)的槽深(LT)的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一插齿矢量(Vk1)通过线性进给运动产生。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于横向矢量(Vk2)限定了平行于刀头(额定)半径(54)前进的线性运动。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述工件(30)包括环形齿轮，并且第一插齿矢量(Vk1)与工件旋转轴线(RA)围成了在-15度到+15度之间的锐角

。

5.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述第一插齿运动的端点(E1)到达在工件(30)上的插齿深度，所述插齿深度对应于待加工齿隙(31)的槽深(LT)的至少40％。

6.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述矢量路径(Vk3)由朝待加工齿隙(31)的齿底(32)的方向倾斜运动的单个矢量(Vk3)限定，或所述矢量路径(Vk3)由两个分矢量限定，其中第一分矢量(Vk31)由刀具(40)在齿隙(31)内的倾斜运动的相对退回运动来限定，第二分矢量(Vk32)由朝待加工齿隙(31)的齿底(32)的方向线性运动的矢量来限定。

7.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述刀具(40)包括用于加工凹形齿侧的第一主切削刃(42)、用于加工凸形齿侧的第二主切削刃(43)以及头部切削刃(45)，其中在进行第一插齿运动的过程中，所述第一主切削刃(42)、第二主切削刃(43)以及头部切削刃(45)进行加工。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于在进行相对横向运动的过程中，基本上仅第二主切削刃(43)以及可能地头部切削刃(45)进行加工。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于当用第一主切削刃(42)沿第一条线在靠近第一齿侧(24)的齿顶的区域中进行第一相对线性插齿运动时产生最终齿侧轮廓，当用第二主切削刃(43)沿第二条线在靠近第二齿侧(23)的齿顶的区域中进行相对横向运动时产生最终齿侧轮廓，其中所述第一条线和第二条线位于所述工件(30)的工件锥侧表面(KB)上。

10.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于在用于再加工所述工件(30)的随后步骤中，所述工件(30)绕工件旋转轴线(RA)沿旋转的正方向或负方向略微旋转，同时所述刀具(40)绕刀具旋转轴线(WR)进一步地被旋转地驱动。

11.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于所述方法被执行为具有间断分度旋转的分度方法，或被执行为连续方法。

Images