CN103501945A

CN103501945A - 用于滚剃加工的方法和相应的具有滚剃刀具的设备

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Publication number: CN103501945A
Application number: CN201280021620.2A
Authority: CN
Inventors: O·福格尔
Original assignee: Klingelnberg AG
Current assignee: Klingelnberg AG
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-05-03
Also published as: US8950301B2; BR102012010684B1; US20150158100A1; US20120282055A1; WO2012152659A1; WO2012152660A1; EP2520390A1; CN103501945B; RU2012118251A; CN103501946A; EP2520391B1; US20140079498A1; JP6022550B2; EP2520390B1; BR102012010684A2; JP3181136U; CN103501946B; EP2520390B2; US9527148B2; JP2014516807A

Abstract

本发明涉及一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（70）的方法和设备。在滚剃加工时滚剃刀具（100）相对于工件（70）进行耦合的相对运动，并且滚剃刀具（100）围绕第一旋转轴线（R1）旋转。工件（70）围绕第二旋转轴线（R2）旋转，其中，在滚剃加工期间设定数值大于15度的倾角（δ），并且第一旋转轴线（R1）相对于第二旋转轴线（R2）异面延伸。

Description

用于滚剃加工的方法和相应的具有滚剃刀具的设备

技术领域

本发明的技术方案涉及一种用于滚剃加工

齿部或其它周期结构的方法和一种相应的具有滚剃刀具的设备。

背景技术

已有许多用于制造齿轮的方法。切削式软预加工分为滚削（英文为hobbing）、插齿加工（英文为gear shaping）、刨削（英文为generatingplaning）和滚剃加工（英文为power skiving）。滚削和滚剃加工是所谓的连续方法，这在下面还将详细说明。

齿轮的切削制造被分为单齿分度方法（亦称为断续分度方法，英文为intermitted indexing process或single indexing process）和连续方法，该连续方法有时也称为连续分度方法（英文为continuousindexing process或face hobbing）。

在连续方法中例如使用具有相应刀片的刀具来切削工件外周面。工件在一次装夹下被连续地、即在无间断的方法中切削完成。连续方法基于复杂、耦合的运动过程，在其中刀具和待加工工件彼此相对进行连续的分度运动。该分度运动由相应机床的多个轴驱动装置的协调或者说耦合的驱动产生。

在单齿分度方法中加工一个齿隙，然后进行例如刀具的相对运动和所谓的分度运动（分度旋转），在其中工件相对于刀具旋转，之后加工下一齿隙。如此逐步制出齿轮。

开始提到的插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具1的旋转轴线R1和工件2的旋转轴线R2之间的夹角（也称为轴夹角）为零度，如图1示意所示。当轴夹角为零度时，两个旋转轴线R1和R2平行延伸。工件2和插齿刀具1连续围绕其旋转轴线R2或R1旋转。插齿刀具1除了旋转运动外还附加地进行升降运动（该升降运动在图1中通过双向箭头Shx来表示）并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。

一段时间以前重新采用一种方法，该方法被称为滚剃加工。其溯源约有100年历史。第一个关于该主题的申请号是DE243514的专利申请可追溯到1912年。在最初几年的思考和研究之后不再努力追求继续改良滚剃加工。到目前为止，为了找到适合用于滚剃加工方法的刀具几何形状，需要复杂的过程，该过程部分地来自于经验。

大约在20世纪80年代中期，重新使用滚剃加工。只有借助当今的仿真方法和现代的CNC机床控制才能将滚剃加工原理转用为高产、可重复和鲁棒的方法。另外还源于当今刀具材料的高耐磨性、现代机床的极高的静力学和运动学刚性以及同步运行的高品质。

现在在滚剃加工时，如图2所示，在滚剃刀具10（又称为滚剃轮）的旋转轴线R1和工件20的旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角Σ。滚剃刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量（转动分量）和进给分量（平移分量）。作为驱动技术模拟可观察展成螺旋式齿轮传动

其中旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动对应于齿面的滑动。轴夹角Σ的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量越大。平移运动分量引起滚剃刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。因此在滚剃加工时，利用螺旋齿轮等效传动的相互啮合的齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在滚剃加工时仅需要缓慢的轴向进给（也称为轴向进刀）并且因此省略所谓的插齿运动，该插齿运动对于插齿而言是典型的。因此在滚剃加工时不出现回程运动。

滚剃加工时的切削速度直接受到滚剃刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线R1和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及进而滑动分量应这样选择，即在转速给定的情况下为材料加工实现最佳的切削速度。

已知滚剃加工方法的运动过程和其它细节可由已经提到的示意性显示的图2获知。图2示出在圆柱形工件20上滚剃加工外齿部。工件20和刀具10（在此为圆柱形滚剃刀具10）沿相反方向旋转。

还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要轴向进给S_ax。当希望在工件20上加工斜齿时（即β₂≠0），则在轴向进给S_ax上叠加差动进给S_D。径向进给S_rad可作为进刀运动实施。径向进给S_rad也可用来例如影响工件20的齿凸度。

在滚剃加工时切削速度矢量

基本上是刀具10和工件20的旋转轴线R1、R2的两个以轴夹角Σ相互倾斜的速度矢量

和

的差。

是刀具10圆周上的速度矢量，

是工件20圆周上的速度矢量。因此滚剃加工过程的切削速度v_c可通过轴夹角Σ和螺旋齿轮等效传动中的转速来改变。轴向进给S_ax仅对切削速度v_c产生很小的影响，该影响可忽略并且因此未在图2的矢量

和

的矢量图中示出。

在图3中示出用锥形滚剃刀具10滚剃加工工件20的外齿部。在图3中再次示出轴夹角Σ、切削速度矢量

刀具10圆周上的速度矢量

和工件20圆周上的速度矢量

以及刀具10的螺旋角β₁和工件20的螺旋角β₂。与图2不同，螺旋角β₂在此不等于零。刀具10的齿顶在图3中用附图标记4来表示。齿工作面在图3中用附图标记5来表示。两个旋转轴线R1和R2不相交，而是彼此异面设置。在锥形滚剃刀具10中，设计点AP目前通常选择在两个旋转轴线R1和R2的公垂线上，这是因为无需使滚剃刀具10倾斜以形成后角。设计点AP在此与所谓的接触点重合。在设计点AP中螺旋齿轮等效传动的各基圆接触。

为了——例如在使用现代切削材料如硬金属进行干式加工时——尽可能提高滚剃加工的生产率，滚剃刀具和工件之间的相对运动的滑动分量必须产生足够高的切削速度。切削速度v_c在滚剃加工情况下直接受到螺旋齿轮等效传动的旋转速度、有效的工件或刀具半径以及旋转轴线R1和R2的轴夹角Σ的影响。可能的旋转速度在此通过所使用的加工机床（滚剃加工机）的所允许的转速来限制。工件尺寸不变地预先确定。可能的刀具尺寸通过所使用的加工机床（滚剃加工机）的工作空间并且在加工内齿部时亦通过该齿部的内部空间本身来限制。因此通常只能通过相应大的轴夹角Σ来产生足够高的切削速度。

然而在实践中，轴夹角Σ不能任意预设，这是因为除了纯矢量分析叠加的不同运动外还存在一系列其它不得不考虑的因素。在下面的段落中说明这些必须被考虑的额外因素。

在滚剃加工时使用刀具10，该刀具具有至少一个几何形状确定的切削刃。所述切削刃在图2和图3中未示出。切削刃的形状和布置属于在实践中在具体设计时必须考虑的因素。

另外，刀具本身在滚剃加工时影响重大。滚剃刀具10在图2所示例子中具有直齿圆柱齿轮的形式。基体的外轮廓在图2中是圆柱形的。但该外轮廓也可是锥状（亦称锥形）的，如图3所示。由于滚剃刀具10的齿在整个切削边长度上啮合，所以刀具10的每个齿在切削边上需要足够的后角。

如以直齿或斜齿的锥形滚剃刀具10为出发点，如图4A和4B所示，可以看到，这种滚剃刀具10基于滚剃刀具10的锥形基本形状具有所谓的结构后角。也就是说，基于滚剃刀具10的几何形状预设锥形滚剃刀具10齿顶和齿面上的后角。但锥形滚剃刀具10的切削刃轮廓必须满足特定条件，以便能够进行精磨。在图4A和4B中示出在加工工件20的外齿部的情况下的锥形滚剃刀具10。所谓的结构后角αKo可在图4B中在锥形滚剃刀具10的切割刃顶部上看到。轴交点AK与滚剃刀具10和工件20的基圆的接触点BP在图4A中重合并且位于旋转轴线R1和R2的公垂线GL上（在图4A和4B中不可见或者说未示出）。

在图5中示出直齿或斜齿锥形滚剃刀具10和圆柱形工件20的另一视图，在此这样选择图5的视图，使得两个旋转轴线R1和R2平行延伸，但两个轴线R1和R2相对彼此异面。在图5中可见两个轴线R1和R2的公垂线GL。如图5所示，接触点BP位于公垂线GL上。

在图6A和6B中示出圆柱形滚剃刀具10和带有外齿部的圆柱形工件20的情况。滚剃刀具10不仅相对于工件20的旋转轴线R2异面设置（如在图6A中借助相应的轴夹角Σ可见），而且这样相对于工件20定位，即滚剃刀具以小的角度α_Ki远离工件倾斜（如图6B清晰可见）。由于滚剃刀具10的远离倾斜，可产生有效后角，该后角在图6B中是针对顶刃的角α_Ki。在刀具的侧刃上也因该远离倾斜而产生有效后角。但该后角小于顶刃上的后角。通常，该后角仅为顶刃上的后角的一半大。

如以直齿或斜齿圆柱形滚剃刀具10为出发点，如图6A和6B所示，可以看出，这种滚剃刀具10由结构决定在齿顶以及齿面上都不具有所谓的结构后角。如这种圆柱形滚剃刀具10以传统方式被装夹，则没有后角。通过使滚剃刀具10远离倾斜可产生运动学后角，如上所述。在实践中滚剃刀具10的远离倾斜通过滚剃刀具10在机床中的偏心装夹来实现，以便使前刀面偏移离开轴交点AK。滚剃刀具10和工件20的基圆的接触点BP因滚剃刀具10的远离倾斜而不再位于旋转轴线R1和R2的公垂线上。该相应的偏移（英文为offset）又称为前刀面偏移e并且在图6A中可见。滚剃刀具10的远离倾斜越大，则有效后角就越大。滚剃加工所需的后角在3度和5度之间的范围中。为了预设所述后角，圆柱形滚剃刀具10需要并且在实践中通常远离倾斜最大达10度。

在图7A和7B中示出工件30的一个例子，该工件具有圆柱形内环31，所述内环31在图7A的俯视图中仅被示为圆。需要在使用锥形滚剃刀具10的情况下通过滚剃加工在内环31内部制出内齿部。工件30的齿宽与工件30的基圆直径d_w2之比在此约为0.62。为了达到足够的切削速度v_c，需要至少26度的有效轴夹角Σ_eff。在图7A和7B中示出有效轴夹角Σ_eff＝26度的情况。不仅从图7A而且从图7B可见，锥形滚剃刀具10在有效轴夹角Σ_eff为26度时在迄今通常不倾斜的装夹中会与内环31碰撞。在图7A和7B中通过椭圆KB示意示出碰撞区域。

在图8A和8B中示出工件30的一个例子，该刀具具有圆柱形内环31，所述内环31在图8A的俯视图中仅被示为圆。需要在使用圆柱形滚剃刀具10的情况下通过滚剃加工在内环31内部制出内齿部。为了达到足够的切削速度v_c，也需要至少26度的有效轴夹角Σ_eff。在图8A和8B中示出有效轴夹角Σ_eff＝26度并且倾角δ＝12度的情况。不仅从图8A而且从8B可见，圆柱形滚剃刀具10在该情况下尽管设置12度的倾角δ但仍会与内环31碰撞。在图8B中通过椭圆KB示意示出碰撞区域。

在图9A和9B中示出工件20的一个例子，该工件具有第一圆柱形区段21和第二圆柱形区段22，在此应在使用锥形滚剃刀具10的情况下通过滚剃加工在第一圆柱形区段21上制出外齿部。工件20例如可以是具有直径不同的区域的轴。为了达到足够的切削速度v_c，在此需要至少18度的有效轴夹角Σ_eff。不仅从图9A而且从图9B可见，锥形滚剃刀具10（在此锥角为10度）在有效轴夹角Σ_eff为18度时在所示常见的装夹中会与工件20的第二圆柱形区段22碰撞。在图9B中通过椭圆KB示意示出该碰撞区域。

在图10A和10B中再次示出根据图9A和9B的工件20，该工件具有第一圆柱形区段21和第二圆柱形区段22，在此应在使用锥形滚剃刀具10的情况下通过滚剃加工在第一圆柱形区段21上制出外齿部。在此使用类似于图9A和9B的锥形滚剃刀具10，所述滚剃刀具10在当前情况下具有20度的锥角。为了达到足够的切削速度v_c，在此也需要至少18度的有效轴夹角Σ_eff。滚剃刀具10以倾角δ＝－10度朝向工件20倾斜。不仅从图10A而且从10B可见，锥形滚剃刀具10在有效轴夹角Σ_eff为18度时在所示装夹中会与工件20的第二圆柱形区段22碰撞。这种装夹由以本申请申请人的名义以名称“滚剃加工方法和相应的具有滚剃刀具的装置”在同一天提交的欧洲共同申请公开。在图10B中通过椭圆KB示意示出该碰撞区域。

在圆柱形滚剃刀具10的情况下也会发生碰撞，该情况由于所需要的远离工件的倾斜而更糟。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于切削加工齿轮齿面或其它周期结构的方法和设备，其尤其适合于加工仅允许小量超程的工件。

本发明的任务还在于，提供一种用于切削加工内齿齿轮齿面或其它位于内侧的周期结构的方法和设备。尤其涉及在如下工件上加工内齿部或其它位于内侧的周期结构，即所述工件相对于迄今所使用的刀具尺寸具有较小的内径和/或在待加工的内部区域中具有狭窄的条件。在此情况下尤其涉及达到尽可能高的切削速度。

尤其涉及在如下工件上加工内齿部或其它位于内侧的周期结构，即对于所述工件，滚剃加工鼻或者说刀具主轴连同刀具必须较远地伸入工件内环中。在此情况下尤其涉及达到尽可能高的切削速度。

尤其涉及在相对于直径具有较大齿宽的工件上加工内齿部或其它位于内侧的周期结构，以及涉及达到尽可能高的切削速度，为此尽管狭窄的条件但仍须使用尽可能大的刀具且有效轴夹角尽可能大。

尤其涉及在具有内环的工件上加工内齿部或其它位于内侧的周期结构，在所述工件中，内环内径与所需要的滚剃加工鼻进入工件中的进入深度之比小于2。

另外，所述方法和设备是鲁棒的并且适合用于例如在汽车行业中批量生产。

根据本发明，该任务通过一种方法得以解决，该方法被称为改良滚剃加工方法。所述改良滚剃加工方法涉及一种连续切削方法，其适合用于制造位于外侧和位于内侧的旋转对称的周期结构。如名称“滚剃加工”所表示的，在此涉及一种滚切方法。更确切地说，涉及一种连续滚切制齿方法。在此为了说明和设计展成传动链（Erzeugungsgetriebe）将滚剃加工与螺旋齿轮传动的运动学进行比较。

所述方法设计用于通过使用滚剃刀具滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件。在该滚剃加工方法中：

－使滚剃刀具连续围绕第一旋转轴线旋转，

－使工件连续并且同步于滚剃刀具地围绕第二旋转轴线旋转，

－使旋转的滚剃刀具相对于旋转的工件进行相对运动，

其中，

－在滚剃加工期间设定滚剃刀具的正或负的倾角，该倾角大于15度，

－第一旋转轴线相对于第二旋转轴线异面地延伸。

通过滚剃刀具和工件的耦合旋转和运动，在滚剃刀具和工件之间产生相对运动，该相对运动对应于螺旋齿轮传动的相对运动或近似于螺旋齿轮传动。

滚剃刀具在加工阶段中明显远离工件倾斜或明显朝向工件倾斜。

优选滚剃刀具在所有实施方式中明显远离工件上的齿部或周期结构倾斜或明显朝向工件上的齿部或周期结构倾斜。

倾角δ的数值优选在15度和45度之间的角度范围中并且优选在20度和35度之间。

本发明也可在工件仅允许小量超程时使用，例如用于具有环绕的、位于内侧或位于外侧的凸缘的构件或用于如下构件，即对于该构件，应在不贯通的空心圆柱体（盲孔）内制出位于内侧的旋转对称的周期结构。

本发明的改良滚剃加工方法的特征在于，这样预设和协调工件和滚剃刀具之间的相对运动过程（又称为相对运动），即不产生碰撞。

所述相应的改良滚剃加工方法涉及一种连续的切削方法。如名称滚剃加工所表示的，在此涉及一种滚切方法，更准确地说，涉及一种连续滚切制齿方法。

优选在所有实施方式中使用滚剃轮状的滚剃刀具，该滚剃刀具与端面刀盘刀具（Stirnmesserkopf-Werkzeugen）明显不同。

根据本发明，滚剃刀具具有滚剃轮状的刀具区域，该刀具区域具有倾斜向外突出的呈切削齿形式的切削刃。

根据本发明，在制造位于外侧的周期结构时优选使用具有滚剃轮状的刀具区域的滚剃刀具，所述刀具区域具有呈插齿刀的形式、优选呈盘形插齿刀（Scheibenschneidrad）、锥柄插齿刀（Schaftschneidrad）或碗形插齿刀（Scheiben-Glockenschneidrad）（例如根据DIN3972或DIN5480）的形式。

根据本发明，在制造位于内侧的周期结构时优选使用滚剃加工鼻，其一方面较长（即允许尽可能大的进入深度），以便足够深地伸入工件的内环中，并且另一方面具有尽可能大的（杆）直径，以便为滚剃加工鼻提供滚剃加工所需的刚度。

优选在内齿部的所有实施方式中使用这样的滚剃刀具，即其与刀具主轴和/或适配器一起具有进入深度较大的鼻状形式。

根据本发明，滚剃加工鼻具有滚剃轮状的刀具区域，该刀具区域具有盘形插齿刀、锥柄插齿刀或碗形插齿刀（例如根据DIN3972或DIN5480）的形式。

另外，根据本发明在所有实施方式中预设尽可能大的有效轴夹角Σ_eff，以便达到足够的切削速度。该因素在工件尺寸较小时尤其重要。因为齿部直径是固定的并且机床的最大转速也是固定的，因而只能采取使有效轴夹角Σ_eff足够大的措施。

根据本发明，滚剃刀具构造为所谓的整体刀具、即指基本上构造成一体的刀具，或者滚剃刀具也可构造为刀盘刀具（在此又称为杆状刀片－滚剃轮），所述刀盘刀具具有刀盘基体，该刀盘基体装有优选呈杆状刀片形式的刀片嵌件。

根据本发明，滚剃刀具优选在所有实施方式中具有所谓的结构后角。也就是说，基于滚剃刀具的几何形状在考虑运动学的情况下预设后角。

本发明优选用于如下构件，即该构件具有所谓的相邻干扰轮廓（例如碰撞侧面）并且因此在大多数情况下不能采用传统的滚剃加工方法来制造。

本发明的基础在于：倾角δ的数值大于等于15度。也就是说，滚剃刀具相对于传统的滚剃加工方法更明显地倾斜。

借助所描述和所要求保护的改良滚剃加工方法和设备可制造各种不同的齿部以及其它周期结构。

为工件的圆柱形齿部预设前刀面偏移e。

在改良滚剃加工中连续地去除工件上的材料，直到完全加工出齿或其它周期结构。

根据本发明的方法不仅可用于干式加工而且也可用于湿式加工。

改良滚剃加工不仅可用于加工外齿部。改良滚剃加工也可有利地用于制造内齿部。

改良滚剃加工不仅可用于在工件的热处理之前预制齿也可在热处理之后精整齿。也就是说，滚剃加工适合于软加工和硬（精）加工。

附图说明

下面借助实施例参考附图说明本发明的其它细节和优点。在所有示意图（也包括在图7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A和10B中的碰撞显示）中为简单起见将工件和滚剃刀具减少为基圆上的情况（或者说基于滚动圆柱体的工件的情况）。但所示情况也适用于具有一定齿高的整个齿部。附图如下：

图1示出在插齿加工时具有圆柱形外轮廓的插齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图2示出在滚剃加工时具有圆柱形外轮廓的直齿滚剃轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图3示出在滚剃加工时具有锥形外轮廓的斜齿滚剃轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图4A示出锥形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影（接触面投影），其中以传统方式预设轴夹角；

图4B示出根据图4A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交侧向投影（接触面侧向投影）；

图5示出另一锥形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意图，其中滚剃刀具以传统方式不相对于工件倾斜；

图6A示出圆柱形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影，其中滚剃刀具以传统方式以小的角度远离工件倾斜并且形成前刀面偏移；

图6B示出根据图6A的圆柱形滚剃刀具和工件的示意性接触面侧向投影；

图7A示出锥形滚剃刀具在滚剃加工带有内齿部的工件时的示意图，其中预设有效轴夹角Σ_eff=26度并且这导致滚剃刀具和工件之间的碰撞；

图7B示出根据图7A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交背面投影（接触面背面投影），所述投影清楚示出碰撞区域；

图8A示出圆柱形滚剃刀具在滚剃加工带有内齿部的工件时的示意图，其中滚剃刀具以26度的有效轴夹角Σ_eff以及12度的倾角倾斜并且尽管如此仍导致滚剃刀具和工件之间的碰撞；

图8B示出根据图8A的圆柱形滚剃刀具和工件的示意性接触面投影，所述投影清楚示出碰撞区域；

图9A示出锥形滚剃刀具在滚剃加工具有小量超程的带有外齿部的工件时的示意性轴相交侧向投影（接触面侧向投影），其中以传统方式预设有效轴夹角Σ_eff为18度并且这导致滚剃刀具和工件之间的碰撞；

图9B示出根据图9A的锥形滚剃刀具和工件的示意图，以便更清晰地示出碰撞；

图10A示出另一锥形滚剃刀具在滚剃加工具有小量超程的带有外齿部的工件时的示意性接触面侧向投影，其中预设有效轴夹角Σ_eff为18度并且滚剃刀具以倾角δ＝－10度朝向工件倾斜并且尽管如此仍导致滚剃刀具和工件之间的碰撞；

图10B示出根据图10A的锥形滚剃刀具和工件的示意图，以便更清晰地示出碰撞；

图11示出用于外齿部的接触面BE及一些有关的角度和矢量；

图12示出锥形滚剃刀具相对于所谓的接触面具有明显的负倾角δ＝－25度的示意图；

图13示出锥形滚剃刀具相对于所谓的接触面具有明显的正倾角δ＝25度的示意图；

图14A示出锥形滚剃刀具在改良地滚剃加工带有外齿部的圆柱形工件时的示意图，其中滚剃刀具明显朝向工件倾斜（倾角δ＝－20度；锥角＝30度）；

图14B示出根据图14A的锥形滚剃刀具和工件的另一示意图；

图14C示出根据图14A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交投影；

图14D示出根据图14A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交侧向投影；

图14E示出根据图14A的锥形滚剃刀具和工件的示意性接触面侧向投影；

图15A示出圆柱形滚剃刀具在改良地滚剃加工带有内齿部的圆柱形工件时的示意图，其中滚剃刀具明显远离工件倾斜（倾角δ＝20度）；

图15B示出根据图15A的工件和锥形滚剃刀具一起的另一示意性轴相交侧视图；

图16A示出锥形滚剃刀具在改良地滚剃加工具有小量超程的带有外齿部的圆柱形工件时的示意图，其中滚剃刀具明显朝向工件倾斜（倾角δ＝－24度；锥角＝34度）；

图16B示出根据图16A的锥形滚剃刀具和工件的另一示意图；

图17示出滚剃刀具的一种实施方式的透视图；

图18A示出锥形变细的滚剃刀具的简化示意图，该滚剃刀具在本发明的范围内可用于－20度的倾角δ；

图18B示出根据图18A的滚剃刀具与带有外齿部的圆柱形工件一起的简化示意图，其中预设－20度的倾角δ；

图19示出滚剃刀具与带有外齿部的圆柱形工件一起的简化示意图，其中预设＋20度的倾角δ；

图20示出呈插齿刀－整体刀具形式的滚剃刀具的简化示意图，该滚剃刀具适合用于约－20度的倾角δ；

图21A示出呈插齿刀－整体刀具形式的滚剃刀具的简化示意图，该滚剃刀具适合用于明显的正倾角δ；

图21B示出根据图21A的滚剃刀具与带有外齿部的圆柱形工件一起的简化示意图，其中预设约＋20度的倾角δ；

图22A示出呈插齿刀－整体刀具形式的另一滚剃刀具的简化示意图，该滚剃刀具适合用于明显的负倾角δ；

图22B示出根据图22A的滚剃刀具与带有外齿部的圆柱形工件一起的简化示意图，其中预设约－20度的倾角δ；

图23示出根据本发明的具有滚剃刀具的机床在为带有内齿部的工件制齿时的简化示意图。

具体实施方式

在本说明书中所使用的术语也被用于相关的出版物和专利中。然而应指出，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的构思和权利要求的保护范围不应被这些特定选择的术语局限于该解释中。本发明可毫无问题地应用到其它术语系统和/或专业领域中。在其它专业领域中应按意义使用这些术语。

旋转对称的周期结构例如是具有内齿部和/或外齿部的齿轮。然而也可以是制动盘、离合器元件或变速器元件和类似物。滚剃刀具尤其适合用于制造小齿轮轴、蜗杆、内齿轮、齿轮泵、环形铰链套节（Ringgelenknabe）（环形铰链例如在汽车领域中用于将力从差速器传递到车轮上）、花键轴连接装置、滑动套筒、皮带轮和类似物。所述周期结构在此也被称为周期重复结构。

接下来主要说明齿轮、轮齿和齿隙。但本发明也可如上所述用于具有其它周期结构的其它构件。所述其它构件在此情况下不涉及齿隙而是例如涉及凹槽或沟纹。

本发明涉及一种所谓的改良滚剃加工方法，其中，滚剃刀具100明显朝向工件50或60倾斜或明显远离工件50或70倾斜。下面首先说明设计该明显倾斜的滚剃加工过程的基础。

原则上，在滚剃加工时滚剃刀具100和工件50、60、70之间的相对运动对应于螺旋齿轮传动、又称为展成螺旋式齿轮传动。所述螺旋齿轮传动为空间传动。

因此滚剃加工过程的基础设计如同设计传动机构时那样在所谓的设计点AP上进行。所述基础设计在此理解为滚剃刀具100关于工件50、60、70的空间布置和运动的确定（即运动学方面）以及滚剃刀具100的几何形状的基本参数（如直径和螺旋角）的确定（即刀具基础几何形状方面）。

目前在设计倾斜刀具的滚剃加工过程时通过观察不倾斜的刀具在设计点AP上的啮合条件来确定刀具基础几何形状（如直径和螺旋角）。之后迄今借助前刀面偏移使由此确定的刀具处于倾斜位置。为了确定所产生的精确的切削几何形状在此已知不同的措施。对于产生运动学后角常见的最大达10度的倾角δ而言，这些措施目前被视为合理的，这是因为由于cos(10度)≈0.98，有效轴夹角Σ_eff与轴夹角Σ的偏差极小并且因此可忽略。在此情况下倾斜和不倾斜的刀具之间的啮合条件区别不明显。

尽可能最佳地设计在设计点AP上的几何形状和运动学的啮合条件。啮合条件随着距设计点AP距离的增加而变化。在此滚剃加工是一种极为复杂的方法，其中，啮合条件也随着切削刃的运动而连续变化。但可通过设计点AP上的啮合条件有针对性地影响变化的啮合条件。

因此设计点AP上的啮合条件的正确设计在滚剃加工过程的设计中意义重大。

在改良滚剃加工方法中如下规定。随着倾角δ的数值的增大，有效轴夹角Σ_eff与轴夹角Σ的偏差也增大。对于数值大于15度的倾角δ，倾斜和不倾斜的滚剃刀具100之间的啮合条件区别明显。研究表明，处于不倾斜状态的滚剃刀具100的设计不能为滚剃刀具100明显倾斜时的加工提供足够好的切削条件。例如当在设计中用轴夹角Σ代替有效轴夹角Σ_eff来求出滚剃刀具100的基圆直径d_w1时，会破坏“切削方向条件”，该切削方向条件确保切削速度矢量

指向待产生的齿隙的倾斜方向。

根据本发明提出：在考虑预期的具有明显倾斜的空间布置的情况下直接设计滚剃刀具。为此必须在考虑空间传动的接触面BE中的切削条件的情况下设计设计点AP中的啮合条件。

关于轴布置的术语：

为了确定轴布置需要多个术语。这些术语在下表中说明。

关于滚剃刀具和工件之间的接触的术语：

为了描述滚剃刀具和工件之间的接触需要多个术语。这些术语在下表中说明。

其它投影：

还有其它用于说明本发明的投影。这些投影在下表中说明。

前刀面偏移：

下述等式[1]为非平面齿部建立描述旋转轴线R1和R2的空间布置的角度之间的关系并且因此对于各个参数的换算非常重要：

cos(Σ)=cos(Σ_eff)·cos(δ) [1]

在该通用情况下，轴夹角Σ被分解为有效轴夹角Σ_eff和倾角δ，其中，有效轴夹角Σ_eff是用于产生在旋转的滚剃刀具100和旋转的工件50、60、70之间的相对切削运动的、确定的参数。对于平面齿部也定义有效轴夹角Σ_eff和倾角δ，但等式[1]不适用。

接触面中的条件：

在设计该改良滚剃加工方法时，分析位于接触面BE中的设计点AP上的啮合条件。图11示出用于外齿部的接触面BE。

在此：

·R1和R2是滚剃刀具100或工件50、70的旋转轴线，

·Σ_eff是有效轴夹角，

·β₂是工件50、70的螺旋角，

·

是假想的（即虚拟的）倾斜的圆柱形滚剃刀具100在接触面BE中投影的螺旋角β₁，且

·

和

是滚剃刀具100或工件50、70在接触点BP中的速度矢量，并且

·

是在接触点BP中产生的切削速度矢量。

在改良滚剃加工过程的基础设计中，在理想情况下滚剃刀具100的基圆直径d_w1这样确定，即所产生的切削速度矢量

指向待产生的齿隙方向。换言之，如图11所示，该切削速度矢量应与投影后的旋转轴线R2围成工件50、70的螺旋角β₂。该条件在基圆直径d_w1满足下述公式时得以满足：

d_{w 1} = d_{w 2} \cdot \frac{n_{2}}{n_{1}} \cdot \frac{\cos (β_{2})}{\cos ({\tilde{β}}_{1})} = d_{w 2} \cdot \frac{n_{2}}{n_{1}} \cdot \frac{\cos (β_{2})}{\cos (Σ_{eff} - β_{2})}

在此n₁和n₂表示滚剃刀具100或工件50、70的转速，所述转速必须满足根据

的齿数比。在此z1和z2是滚剃刀具100或工件50、60、70的齿数。

切削速度于是如下得出

v_{c} = π \cdot d_{w 2} \cdot n_{2} \cdot \frac{\sin (Σ_{eff})}{\cos ({\tilde{β}}_{1})} = π \cdot d_{w 2} \cdot n_{2} \cdot \frac{\sin (Σ_{eff})}{\cos (Σ_{eff} - β_{2})}

并且假想的倾斜的圆柱形滚剃刀具100的螺旋角β₁必须满足如下条件：

tan(β₁)=tan(Σ_eff-β₂)/cos(δ)

在所有三个公式中采用有效轴夹角Σ_eff，其在倾斜的刀具中根据已经提到的公式[1]与轴夹角Σ相区别。

cos(Σ)=cos(Σ_eff)·cos(δ)[1]

如上所述，该区别在倾角δ数值相对小且数值最大约为10°时可忽略。因此对于这种小的倾角δ，工件基础几何形状的设计也可在不倾斜的轴位置中进行。在此情况下在上述公式中使Σ_eff=Σ并且δ＝0。该措施是目前常见的方式。

对于数值较大的倾角δ，如应使设计产生可接受的切削速度，则不能再忽略有效轴夹角Σ_eff和轴夹角Σ之间的偏差。因此必须根据上述公式进行设计。

根据本发明，倾角δ的数值始终大于15度，也就是说刀具参考平面以及进而滚剃刀具100关于接触面（该接触面由速度矢量

和

二者构成）的倾斜度明显为正或明显为负。因此本发明涉及滚剃刀具100明显朝向或明显远离工件50、60、70的倾斜。

图12示出锥形滚剃刀具100关于所谓的接触面BE的示意图。根据图12特别清楚地示出朝向接触面BE的倾斜。

图13示出锥形滚剃刀具100关于所谓的接触面BE的示意图。根据图13特别清楚地示出远离接触面BE的倾斜。

借助图12和图13可清楚地看到倾角δ的位置。

设计点AP或者说接触点BP在倾角δ为负时不位于公垂线GL上，例如由图14B可见。公垂线GL在外齿部的情况下位于切削刃半空间中，在内齿部的情况下位于切屑半空间中。接触面BE垂直于工件参考平面，但不垂直于刀具参考平面。工件50、60、70的旋转轴线R2平行于接触面BE。但滚剃刀具100的旋转轴线R1与接触面BE相交于切削刃半空间中。对于具有圆柱形齿部的工件50、60、70，接触半径矢量

和

围成倾角δ，例如由图14B可见。更概括地可这样表述，倾角δ是由滚剃刀具100的接触半径矢量和接触面法线

围成的角。应注意，在本段中所描述的关系仅适用于刀具100朝向工件的倾斜。

借助上面显示的表格和公式也可确定刀具100远离工件的倾斜的相应关系。

优选地，在所有实施方式中有效轴夹角Σ_eff处于下述范围中：

－60°≤Σ_eff≤60°。

根据本发明，在刀具朝向工件倾斜时前刀面偏移e在圆柱形内齿部的情况下为负并且在圆柱形外齿部的情况下为正。在刀具远离工件倾斜时前刀面偏移e的符号相反。根据本发明，在刀具朝向工件倾斜时在结构上必须在滚剃刀具100上设置后角。另外在此必须补偿因刀具切削刃朝向圆柱形构件（即朝向工件50、60、70）的倾斜而引起的后角损失。在刀具远离工件倾斜时在结构上并不必须设置后角。

图14E中的接触面侧向投影示出在运动学－结构方面实现的用于朝向工件倾斜的滚剃刀具100的刀头后角α_KiKo作为在运动学上产生的负后角α_Ki和结构上的刀具后角α_Ko之和。

本发明涉及一种所谓的用于滚剃加工工件50、60、70的改良滚剃加工方法，其中，应通过使用滚剃刀具100在工件50、60、70上制造出旋转对称的周期结构、如外齿部或内齿部。

如图14A至图14E和借助图15A和15B以及16A和16B中的两个另外的例子所示（这些视图为示出滚动体的示意图），该改良滚剃加工方法的特征尤其在于，滚剃刀具100具有碰撞轮廓，其向后变细，以避免在滚剃加工时与工件50、60、70的碰撞。该规定适用于明显朝向工件50、70的倾斜，即适用于数值较大的负倾角δ。

在明显远离工件50、60、70倾斜时，即在较大的正倾角δ的情况下，滚剃刀具100优选具有这样的碰撞轮廓，其反向于明显朝向工件倾斜的滚剃刀具100的碰撞轮廓延伸，如图19借助示意性例子所示。在图19中这样选择锥角λ，使得基体110的外周面大致平行于工件50的圆柱体外周面。

图20示出另一种可在本发明中使用的滚剃刀具100。所示滚剃刀具100具有插齿刀的形状。在此涉及整体刀具，其中，切削齿111是滚剃刀具100的一部分。滚剃刀具100在此具有24个切削齿111，在图20中为其中一个切削齿标示附图标记。滚剃刀具100的基体具有截锥盘或截锥形碟的形状。

图21A示出另一种可在本发明中使用的滚剃刀具100。切削齿111的前刀面在此设置在锥面（可能情况下是倾斜的）上。图21B示出与圆柱形工件50啮合的根据图21A的滚剃刀具100。滚剃刀具100在此明显地以倾角δ远离工件50倾斜。该倾角δ在此大约为20度。

在图21A和21B中所示的滚剃刀具100具有直齿锥齿轮的形式，该锥齿轮的齿构成切削齿111。前刀面位于具有较小直径的端面上。更准确地说，前刀面位于补充锥体上、即设置在锥面（可能情况下关于该锥面倾斜）上。

所示滚剃刀具100的螺旋角为0度。当螺旋角不等于0度时，相应的滚剃刀具100具有斜齿锥齿轮的基本形状。

图22A示出另一种可在本发明中使用的滚剃刀具100。切削齿111的前刀面在此设置在锥面（可能情况下是倾斜的）上。图22B示出与圆柱形工件50啮合的根据图22A的滚剃刀具100。滚剃刀具100在此明显地以倾角δ朝向工件50倾斜。该倾角δ在此约为－18度。

在图22A和22B中所示的滚剃刀具100具有直齿锥齿轮的形式，该锥齿轮的齿构成切削齿111。前刀面位于具有较大直径的端面上，更准确地说，前刀面位于补充锥体上、即设置在锥面（可能情况下关于该锥面倾斜）上。

所示刀具100的螺旋角为0度。当螺旋角不等于0度时，相应的滚剃刀具100具有斜齿锥齿轮的基本形状。

优选滚剃刀具100具有锥状或者说锥形或双曲线的碰撞轮廓。

在滚剃加工加工中同时并且协调地进行下述步骤：

－使滚剃刀具100相对于工件50、70耦合地进行相对运动，

－使滚剃刀具100围绕第一旋转轴线R1旋转并且使工件50、70围绕第二旋转轴线R2旋转，其中

－在滚剃加工期间设定滚剃刀具100的正或负的倾角δ，该倾角的数值大于15度，并且

－第一旋转轴线R1相对于第二旋转轴线R2异面延伸，或者说两个旋转轴线R1、R2彼此相互异面。

在图14A中示出倾斜的具有向后变细的（在此锥形的）碰撞轮廓的滚剃刀具100在改良地滚剃加工带有外齿部的圆柱形工件50时的示意图。在该例子中倾角δ＝－20°并且锥角＝30°。滚剃刀具100因此明显朝向工件50倾斜。图14A示出圆柱形工件50的俯视图。工件50的端面51位于图平面中。滚剃刀具100由在附图中示意示出的刀具主轴170保持。

图14B示出根据图14A的情况的另一视图。在图14B中可见公垂线GL以及滚剃刀具100和工件50的基圆W1、W2的接触点BP。接触点BP位于滚剃刀具100的具有半径矢量

的基圆W1和工件50的具有半径矢量

的基圆W2的接触点上。

图14C示出根据图14A的情况的轴相交投影。在图14C中可见轴夹角Σ。公垂线GL垂直于图14C的图平面并且因此减小成轴交点AK。

图14D示出根据图14A的情况的轴相交侧向投影。在图14D中两个轴线R1和R2的投影平行地位于图平面中。公垂线GL亦位于图平面中。

图14E示出根据图14A的情况的接触面侧向投影。在图14E中示出基圆W1、W2的接触点BP和刀具朝向工件的明显倾斜的视图。

优选倾角δ的数值在所有实施方式中在15和45度之间的范围中。特别优选数值在20和35度之间的角度范围。

滚剃刀具100的变细的碰撞轮廓在图14A至14E中通过锥形基体实现。但滚剃刀具100的基体也可具有其它变细的形状，以便避免碰撞。在倾角δ为负时碰撞轮廓向后变细，并且在倾角δ为正时碰撞轮廓向前变细，其中，所述变细的碰撞轮廓在正倾角δ的情况下是可选的。相反，在负倾角δ的情况下必须设置向后变细的碰撞轮廓。

滚剃刀具100的锥形基体的锥角在此例如是30度。锥角也可是其它值，只要在考虑倾角δ和其它规定的情况下确保在滚剃刀具100的切削刃的区域中形成正的有效刀头后角。

在15A中示出圆柱形滚剃刀具100（在此为滚剃加工鼻的形式）在改良地滚剃加工带有内齿部的圆柱形工件70时的视图，其中滚剃刀具100明显远离工件70倾斜（倾角δ＝20度）。工件70与说明书背景技术中的碰撞观察中的工件相同。相应内环71在图15A的俯视图中仅被示为圆。图15B示出工件70与滚剃刀具100一起的示意性接触面后视图。在所示情况中与图7A至8B不同，尽管空间狭窄，却在工件70的内环71中不再出现碰撞。借助图15A、15B所示的例子可见，当内环的内径与滚剃加工鼻或者说滚剃刀具100进入工件70中的进入深度之比小于2时，该明显远离尤其适合于在具有内环的工件70上加工内齿部或其它位于内侧的周期结构。该改良滚剃加工方法也适合于更深地位于内环内部的内齿部。术语“进入深度”不仅包括齿宽，而且也考虑整体情况、或者说齿部在内环中的轴向位置。

根据本发明，也可根据情况通过明显的负倾斜度来避免碰撞，这例如借助图16A和16B来说明。在图16A中示出倾斜的具有向后变细的（在此锥形的）碰撞轮廓的滚剃刀具100在改良地滚剃加工带有外齿部的圆柱形工件60时的示意图。工件60对应于图9A和9B所示的工件20。工件60具有第一圆柱形区段61和第二圆柱形区段62，并且应通过使用锥形滚剃刀具100在第一圆柱形区段61上滚剃加工外齿部。在该例子中Σ_eff=18度，δ＝－24度并且锥角＝34度。滚剃刀具100因此明显朝向工件60倾斜。图16B示出根据图16A的锥形滚剃刀具100和工件60的另一示意图。

优选滚剃刀具100在所有具有明显负倾角δ的实施方式中具有带有向后变细的碰撞轮廓的外周面形状或基本形状。为此目的该外周面形状或基本形状例如可由圆柱形部分和截锥形（锥形）部分组合而成。优选至少滚剃刀具100的滚剃轮状的区域101具有变细的碰撞轮廓，例如图12、13、14A至14E、16A、16B、18A、18B、20、22A和22B所示。

在图17中示出滚剃刀具100的一种优选的实施方式，该滚剃刀具可用于大约16度的明显的远离倾斜。滚剃刀具100专门用于通过使用改良滚剃加工方法在工件50、70（例如在如图2所示的情况下）制造旋转对称的周期结构。滚剃刀具100包括具有中心旋转轴线R1的圆柱形和/或锥形基体110。该基体110具有多个容纳孔112。在图17中示出这样的配置，其中，所有容纳孔112装有杆状刀片120。在所示例子中滚剃刀具100装有23个杆状刀片120。容纳孔112从工件侧端面113上的插入孔起倾斜延伸到基体110内部。从基体110的工件侧端面113起例如可将螺栓116通过基体110的相应中心孔115拧入刀具主轴170的内螺纹中，以便将滚剃刀具100固定在刀具主轴170上。

优选滚剃刀具100在所有实施方式中的特征在于，在基体110上在外周面中为每个杆状刀片120设置一或两个通孔117。所述通孔117用于将杆状刀片120固定在基体110中。

除了基体110以外，滚剃刀具100可还具有适配器130，如图17所示。

在图18A中示出锥形变细的滚剃刀具100的简化示意图，该滚剃刀具结合本发明可用于－20°的倾角δ。如图18A示意所示，滚剃刀具100是所谓的刀盘刀具，其具有刀盘基体110（在此具有截锥形（锥形）部分160），所述基体优选装有刀片嵌件、优选杆状刀片120的形式。滚剃刀具100借助在此简化示意示出的刀具主轴170在运动技术上与机床200固定。这样选择图18A和18B中的锥角λ，使得基体110或者说截锥形（锥形）部分160的外周面大致与工件50的圆柱体外周面平行延伸。

图18B示出根据图18A的滚剃刀具100连同圆柱形工件50的简化示意图，其中预设倾角δ为－20度。滚剃刀具100具有这样选择的碰撞轮廓，即使得滚剃刀具100即使在以倾角δ＝－20度明显朝向工件倾斜时也不会与工件50发生碰撞。

但滚剃刀具100也可具有其它形状，如图20示意所示。在图20中示出具有插齿刀形式的滚剃刀具100。在此涉及整体刀具，其中，切削齿11是滚剃刀具100的一部分。滚剃刀具100在此具有24个切削齿111，在图20中为其中一个切削齿标示附图标记。滚剃刀具100的基体具有截锥盘或截锥形碟的形状。

设计用于根据本发明地滚剃加工的机床200具有CNC控制装置201，该CNC控制装置允许轴线R1和R2的耦合或者说轴运动的协调。CNC控制装置201可以是机床200的一部分或可设置在外部并且构造用于与机床200在通信技术上连接202。相应的机床200包括所谓的“电子传动链”或者说“电子或控制技术的轴耦合装置”，以便实施滚剃刀具100相对于被滚剃加工的带有内齿部的工件70的相对运动。这样实施滚剃刀具100和工件70的耦合运动，使得在加工阶段中滚剃刀具100和工件70之间产生的相对运动对应于螺旋齿轮传动的相对运动。电子传动链或者说电子或控制技术的轴耦合装置确保机床200的至少两个轴的转速同步。在此至少刀具主轴170的旋转轴线R1与工件主轴180的旋转轴线R2耦合。另外优选在所有实施方式中工件主轴180的旋转轴线R2与沿方向R1的轴向进给装置203耦合。轴向进给装置203的运动在图23中通过双向箭头204示出。另外，工件主轴180可借助滑块205平行于旋转轴线R2线性移动，如通过双向箭头206所示。此外，滑块205连同工件主轴180和工件70可围绕转动轴线SA旋转，如通过双向箭头207示出。

优选使用基于垂直布置的机床200，如图23所示。在这种垂直布置中滚剃刀具100连同刀具主轴170设置在工件50、60、70连同工件主轴180上方或者反过来。在滚剃加工时产生的切屑基于重力作用落下并且例如可通过未示出的切屑板移除。

另外设计用于根据本发明改良地滚剃加工的机床200确保正确的复杂的几何形状和运动学的机床设置以及所述轴线的轴运动。优选该机床在所有实施方式中具有六个轴线。已经说明了五个轴线。可设置这样的轴线作为第六个轴线，即其允许工件50、60、70相对于滚剃刀具100的线性相对运动。该线性相对运动在图23中通过双向箭头208示出。

在所有实施方式中，改良滚剃加工方法可干式或湿式地被使用，其中优选干式滚剃加工。

在所有实施方式中，工件50、60、70可具有预制齿（例如粗制齿的工件）或无齿。在无齿工件中滚剃刀具100在整料中进行加工。

在所有实施方式中，可优选通过精切方法（Schlichtverfahren）精加工工件50、60、70。

在此所描述的和要求保护的改良滚剃加工具有很高的生产率和柔性。

该改良滚剃加工的应用范围很广并且可用于制造旋转对称的周期结构。

在此所描述的改良滚剃加工实现高的材料切除率。同时可在齿面和其它加工表面上实现有利的表面结构。

在改良滚剃加工中可在工件50、60、70上连续切除材料，直到完全构造出齿或者说齿隙或其它周期结构。

改良滚剃加工是高效方法，其在加工时间方面具有巨大潜力。除了较少的周期时间外刀具成本也相对低。所有这些方面都对改良滚剃加工的特殊经济性作出贡献。

附图标记列表

1 插齿轮

2 工件

4 齿顶

5 齿工作面

10 滚剃刀具

20 （被滚剃加工的带有外齿部的）工件

21 第一圆柱形区段

22 第二圆柱形区段

30 （被滚剃加工的带有内齿部的）工件

31 圆柱形内环

10 滚剃刀具

50 （被滚剃加工的）工件

60 （被滚剃加工的）工件

61 第一圆柱形区段

62 第二圆柱形区段

70 （被滚剃加工的带有内齿部的）工件

71 内环

100 滚剃刀具

110 基体

111 切削齿

112 容纳孔

113 端面

115 中心孔

116 螺栓

117 通孔

120 杆状刀片

130 适配器

160 截锥形（锥形）部分

170 刀具主轴

180 工件主轴

200 机床

201 CNC控制装置

202 通信技术连接

203 轴向进给装置

204 轴向进给装置的运动

205 滑块

206 线性移动

207 旋转运动

208 线性相对运动

α_Ki 顶刃后角

α_Ko 结构后角

α_KiKo 在运动学－结构方面实现的刀头后角

a 轴间距

AK 轴交点

AP 设计点

BP 接触点

β₁ 刀具的螺旋角

倾斜的圆柱形滚剃刀具100在接触面BE中投影的螺旋角β₁

β₂ 工件50、60、70的螺旋角

δ 倾角

d_w2 工件基圆的直径

e 前刀面偏移

GLF1 公垂线在旋转轴线R1上的垂足

GLF2 公垂线在旋转轴线R2上的垂足

GLV 公垂线矢量

KB 碰撞区域

LF1 垂足

LF2 垂足

λ 锥角

接触面法线

n₁ 刀具转速

n₂ 工件转速

R1 刀具的旋转轴线（刀具轴线）

刀具10的接触半径矢量

R2 工件的旋转轴线（工件轴线）

工件50、60、70的接触半径矢量

S_hx 升降运动

S_ax 轴向进给

S_D 差动进给

S_rad 径向进给

Σ_eff 有效轴夹角

Σ 轴夹角

v_c 切削速度数值

切削速度矢量

v₁ 滚剃刀具的速度矢量数值

滚剃刀具的速度矢量

v₂ 工件的速度矢量数值

工件的速度矢量

WK 基圆

W1 滚剃刀具100的基圆

W2 工件50、60、70的基圆

ω₁ 围绕轴线R1的旋转

ω₂ 围绕轴线R2的旋转

z₁ 滚剃刀具100的齿数

z₂ 工件50、70的齿数

x、y、z 坐标系的轴

Claims

1.一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（50；60；70）的方法，包括在滚剃加工期间实施的下述步骤：

－使滚剃刀具（100）相对于工件（50；60；70）耦合地进行相对运动，

－使滚剃刀具（100）围绕第一旋转轴线（R1）旋转并且使工件（50；60；70）围绕第二旋转轴线（R2）旋转，

其中，

－在滚剃加工期间设定滚剃刀具（100）的正或负的倾角（δ），该倾角的数值大于等于15度，并且第一旋转轴线（R1）相对于第二旋转轴线（R2）异面延伸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滚剃刀具（100）和工件（50；60；70）的耦合运动这样进行，即在滚剃加工期间在滚剃刀具（100）和工件（50；60；70）之间产生的相对运动对应于螺旋齿轮传动的相对运动。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，滚剃刀具（100）在加工阶段中朝向工件（50；60；70）的方向倾斜，其中，倾角（δ）优选在－15度和－45度之间的角度范围中。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，滚剃刀具（100）在加工阶段中远离工件（50；60；70）的方向倾斜，其中，倾角（δ）优选在＋15度和＋45度之间的角度范围中。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，滚剃刀具（100）具有多个切削齿（111），其中，每个切削齿（111）具有结构后角。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在运动学－结构方面的刀头后角（α_KiKo）为在运动学上产生的负后角（α_Ki）和在结构上的刀具后角（α_Ko）之和。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述旋转对称的周期结构是工件（50；60；70）的内齿部或外齿部。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述工件（50；60；70）为圆柱形工件，并且预设前刀面偏移（e）。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述工件（50；60；70）为仅具有小量超程的工件（60）。

10.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述工件（50；60；70）为具有内环（71）的工件（70），并且滚剃刀具（100）为滚剃加工鼻，其中，内环（71）的内径与所要求的滚剃加工鼻进入工件（70）中的进入深度之比小于2。

11.一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（50；60；70）的设备（200），包括：

－用于固定滚剃刀具（100）的刀具主轴（170），

－滚剃刀具（100），

－用于固定工件（50；60；70）的工件主轴（180），

－用于耦合地实施相对运动并且用于使滚剃刀具（100）连同刀具主轴（170）围绕第一旋转轴线（R1）以及使工件（50；60；70）连同工件主轴（180）围绕第二旋转轴线（R2）耦合地旋转的数控驱动装置，

其中，所述设备（200）具有数字控制装置（201）或能够与数字控制装置（201）连接，该数字控制装置设计用于在滚剃加工期间预设大于等于15度的倾角（δ）并且使第一旋转轴线（R1）相对于第二旋转轴线（R2）异面。

12.根据权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）具有滚剃轮状的刀具区域（101），该刀具区域具有倾斜地向外突出的呈切削齿（111）形式的切削刃。

13.根据权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）具有滚剃轮状的刀具区域（101），该刀具区域具有插齿刀的形式、优选盘形插齿刀、碗形插齿刀或锥柄插齿刀的形式。

14.根据权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述数字控制装置（201）设计用于使滚剃刀具（100）在滚剃加工期间沿朝向工件（50；60；70）的方向倾斜，其中，倾角（δ）优选在－15度和－45度之间的角度范围中。

15.根据权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述数字控制装置（201）设计用于使滚剃刀具（100）在滚剃加工期间远离工件（50；60；70）倾斜，其中，倾角（δ）优选在＋15度和＋45度之间的角度范围中。

16.根据权利要求10至14之一所述的设备（200），其特征在于，所述设备（200）为六轴机床。

17.根据权利要求10至14之一所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）为整体刀具或杆状刀片－滚剃轮。

18.根据权利要求10至14之一所述的设备（200），其特征在于，所述数字控制装置（201）设计用于实施根据权利要求1至10之一所述的方法。