CN103608144B - 用于在工件上制造齿部的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在工件上制造齿部的方法，其中，首先借助第一工具（28）在待制造齿部的工件（2）的第一端面（48）的区域内制造齿部（52）。在继续制造齿部（52）的过程中，所制造的齿部（52）在周向面（51）上借助至少一个第二工具（43、46）在第一端面（48）的区域内进行再加工。如果也在第二端面（49）的区域内借助第一工具（28）制造齿部（52），则在第一端面（48）的区域内的再加工已经结束，从而也能在第二端面（49）的区域内对齿部（52）进行再加工。由此以较少的机器技术上的耗费实现了较短的周期时间。

Description

用于在工件上制造齿部的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在工件上制造齿部的方法。
背景技术
由DE102006044738B3（对应于US7,624,505B2）已知一种用于加工工件的齿部的方法。所述方法在机床上进行，所述机床具有可绕主轴线旋转的具有两个工件主轴的旋转保持器。所述工件主轴可通过旋转保持器绕主轴线的旋转而枢转到加工位置和中转位置。在加工位置，首先通过预铣削由毛坯件制造半成品件。通过去毛刺工具（刀具）去除预铣削时在两个端面上产生的轴向粗毛刺。接着将半成品件转至中转位置，在该位置借助倒角/斜切工具（Anfas-Werkzeugen）在工件的两个端面上对半成品件进行倒角。通过其它去毛刺工具去除倒角时产生的轴向细毛刺，从而形成轴向去毛刺且倒角了的半成品件。接着再将倒角了的半成品件转回至加工位置，在该位置通过精细铣削去除倒角时产生的径向细毛刺，并且由此制造出成品件，即制好齿且完全去毛刺的工件。接着将成品件重新转至中转位置并且替换成待加工的新毛坯件。轴向去毛刺和倒角分别借助两个去毛刺工具或倒角工具进行，所述工具在两个端面的区域内同时加工待制造齿部的工件。此外，可通过两个工件主轴并行（平行）加工两个工件，由此能快速而成本低廉地制造带齿且完全去毛刺的工件。缺点是进行这种方法所需的机器技术上的耗费较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法，其能够以较少的机器技术耗费简单而快速地在工件上制造齿部。
该技术问题按本发明通过一种具有权利要求1的特征的方法解决。按照本发明认识到，如果当在第一端面区域内制造齿部之后直接开始对所制造的齿部进行再加工，从而使在第一端面区域内制造的齿部的再加工过程与继续制造齿部的过程在时间上并行或者同时地进行，就能够以较高的生产率和相对较少的机器技术耗费制造带齿的工件。为此，在第一端面区域内和第二端面区域内制造的齿部需要能够借助相应的工具彼此独立地、即在时间上相互错开地进行加工。当在第一端面区域内制造齿部之后，与继续制齿在时间上并行地去除在制齿时在第一端面区域内或者在已经制齿的区域内产生的径向毛刺，并且必要时也去除第一端面上的轴向毛刺。对第一端面区域内的齿部的再加工与在第二端面区域内的制齿过程至少同时结束，因而至少一个第二工具能立即继续对第二端面区域内的齿部进行再加工。在对周向面上的齿部进行再加工时，尤其去除齿顶和齿面上的径向毛刺。所述再加工例如能通过倒角工具和/或去毛刺工具，如刷子、研磨盘或者铣刀进行。在需要时能在再加工之后再对所制造的齿部进行最终加工，其中去除轴向和/或径向的细毛刺或二次毛刺。
按照权利要求2的方法确保了与继续制齿过程在时间上并行地去除第一端面区域内的径向毛刺。由于第一端面区域内的径向毛刺能够与第二端面区域内的径向毛刺在时间上相独立地、即在时间上相间隔地去除，所以能与制齿过程在时间上并行地去除径向毛刺。由此实现了制齿时较短的周期时间。径向毛刺去除过程例如能通过倒角进行。
按照权利要求3的方法确保了与继续制齿过程在时间上并行地去除第一端面上的轴向毛刺。由于第一端面上的轴向毛刺能够与第二端面上的轴向毛刺在时间上相独立地、即在时间上相间隔地去除，所以能与制齿过程在时间上并行地去除轴向毛刺。由此实现了工件制齿时较短的周期时间。
按照权利要求4的方法能够以简单而快速的方式在第一端面区域内制造倒角的且轴向去毛刺的齿部。优选借助去毛刺工具与倒角过程同时地去除在制齿和倒角时产生的轴向毛刺。在倒角过程中产生的径向的细毛刺或二次毛刺能在后续的最终加工中去除。
按照权利要求5的方法实现了制造具有倒角齿部的工件时的较短周期时间。
按照权利要求6的方法能够以简单而快速的方式在无轴向毛刺的第二端面区域内制造倒角的且轴向去毛刺的齿部。优选借助去毛刺工具与倒角过程同时地去除在制齿和倒角时产生的轴向毛刺。在倒角过程中产生的径向的细毛刺或二次毛刺能在后续的最终加工中去除。
按照权利要求7的方法实现了制造具有倒角齿部的工件时的较短周期时间。
按照权利要求8的方法能够制造具有不带任何毛刺的高质量齿部的工件。尤其在倒角时产生了径向的细毛刺或者二次毛刺时，需要进行最终加工。所述最终加工优选借助在制造齿部时已经使用过的第一工具进行。最终加工例如沿与制齿相同的方向进行，即从第一端面出发向第二端面进行。备选地，最终加工能沿与制齿相反的方向进行，即从第二端面出发向第一端面进行。
按照权利要求9的方法能够简单而快速地对所制造的齿部进行最终加工。由于最终加工与对在第二端面区域内制造的齿部的再加工至少部分地在时间上并行或者同时地进行，所以实现了制造齿部时较短的周期时间。所述最终加工优选借助第一工具进行。
按照权利要求10的方法能够以简单而快速的方式去除倒角产生的径向细毛刺。
按照权利要求11的方法能够以简单的方式对齿部进行制造和最终加工。
按照权利要求12的方法能够以简单的方式独立地去除两个端面上的轴向毛刺。由于正好设有一个可绕附属的枢转轴线枢转180°的去毛刺工具，所以可首先为一个端面去毛刺，并且在去毛刺工具枢转180°之后为另一个端面去毛刺。
按照权利要求13的方法能够以简单的方式为在两个端面的区域内制造的齿部独立地倒角。由于正好设有一个可绕附属的枢转轴线枢转180°的倒角工具，所以可首先为第一端面区域内的齿部倒角，并且在倒角工具枢转180°之后为另一个端面区域内的齿部倒角。
按照权利要求14的方法能够以简单的方式独立地去除两个端面上的轴向毛刺。由于两个去毛刺工具布置在一个共同的工具支架上并且它们的轴向间距大于端面的轴向间距，所以总是只有一个端面被去毛刺。为了给另一个端面去毛刺，工具支架必须与去毛刺工具一起沿轴向移动。
按照权利要求15的方法能够独立地为在两个端面的区域内制造的齿部倒角。由于两个倒角工具布置在一个共同的工具支架上并且它们的轴向间距大于端面的轴向间距，所以总是只有一个端面区域内的齿部被倒角。为了给另一个端面区域内的齿部倒角，工具支架必须与倒角工具一起沿轴向移动。
附图说明
本发明的其它特征、优点和细节由以下对多个实施例的说明得出。在附图中：
图1示出按照第一实施例的用于在工件上制造齿部的机床的立体图；
图2示出要借助图1中的机床制造齿部的工件在制齿开始时的俯视图；
图3示出沿图2中的剖切线III-III剖切得到的剖视图；
图4示出在开始为工件第一端面区域内的齿部倒角时所述工件的俯视图；
图5示出沿图4中的剖切线V-V剖切得到的剖视图；
图6示出沿图4中的剖切线VI-VI剖切得到的剖视图；
图7示出在开始为工件第二端面区域内的齿部倒角时所述工件的俯视图；
图8示出沿图7中的剖切线VIII-VIII剖切得到的剖视图；
图9示出沿图7中的剖切线IX-IX剖切得到的剖视图；
图10示出工件在最终加工时的俯视图；
图11示出沿图10中的剖切线XI-XI剖切得到的剖视图；
图12示出沿图10中的剖切线XII-XII剖切得到的剖视图；
图13示出按照第二实施例的对应于图5的剖视图；
图14示出按照第二实施例的对应于图6的剖视图；
图15示出按照第二实施例的对应于图11的剖视图；
图16示出按照第二实施例的对应于图12的剖视图；
图17示出要借助按照第三实施例的机床制齿的工件当在工件第一端面区域内制造齿部时的俯视图；
图18示出沿图17中的剖切线XVIII-XVIII剖切得到的剖视图；
图19示出工件在最终加工时的俯视图；以及
图20示出沿图19中的剖切线XX-XX剖切得到的剖视图。
具体实施方式
以下参照图1至图12描述本发明的第一实施例。用于在工件2上制造齿部的机床1具有机架3，工件主轴4竖立地布置在机架上。工件主轴4具有工件支座5，其能借助驱动马达6绕竖直延伸的旋转轴线7被旋转驱动。旋转轴线7平行于竖直z方向延伸并且也称为C轴线。
沿水平的x方向在工件主轴4旁侧，第一立柱8固定地布置在机架3上。在立柱8的朝向工件主轴4的正面布置有第一z滑座9，其可借助第一z驱动马达10在第一z导轨11上平行于z方向线性移动。配合（相配）工件支座12与旋转轴线7同心地布置在z滑座9上。配合工件支座12可绕旋转轴线7旋转地支承并且用于容纳轴状工件2。
与立柱8相对地，第二立柱13可线性移动地布置在机架3上。为此，在机架3上固定有x导轨14，立柱13可借助x驱动马达15沿x方向在x导轨14上线性移动。在立柱13的朝向工件主轴4的正面布置有第二z导轨16，第二z滑座17可借助第二z驱动马达18平行于z方向地在第二z导轨16上线性移动。
在z滑座17上布置有旋转件19，所述旋转件可借助驱动马达20绕平行于x方向延伸的旋转轴线21枢转。所述旋转轴线21也称为A轴线。在旋转件19上布置有y导轨22，y滑座23可借助y驱动马达24在y导轨22上线性移动。在将旋转件19水平定向时，y导轨22平行于水平的y方向延伸，因此y滑座23可平行于该y方向线性移动。x、y、z方向分别彼此垂直地延伸并且形成笛卡尔坐标系。
在y滑座23上布置有用于加工工件2的设计为铣削单元的第一加工单元25。所述加工单元25具有工具支座26和相对布置的配合工具支座27，用于容纳设计为铣削工具或者滚刀的第一工具28。工具支座26可借助驱动马达29绕平行于y导轨22延伸的旋转轴线30被旋转地驱动。所述旋转轴线30也称为B轴线。因此，滚刀28可绕B轴线被旋转地驱动。
在立柱8侧面布置有第二加工单元31和第三加工单元32。所述加工单元31、32设计相同，因此以下只详细描述加工单元31。所述加工单元31具有第三z滑座33，其可借助第三z驱动马达34在第三z导轨35上平行于z方向地线性移动。所述z导轨35固定在立柱8侧面。在z滑座33上布置有进给滑座36，其可借助驱动马达38在导轨37上沿进给方向线性移动。进给方向与y方向成约30°至50°角地在x-y平面内延伸，并且限定线性进给轴线39。
在进给滑座36上布置有工具保持器40，其可借助驱动马达41绕与进给轴线重合的枢转轴线39枢转至少180°。由此所述枢转轴线39与进给轴线39相同。枢转轴线39与旋转轴线7相交。
在工具保持器40的自由端布置有第二工具43，所述第二工具可借助集成在工具保持器40内的驱动马达44绕平行于z方向延伸的旋转轴线45被旋转地驱动。相应地，第三加工单元32具有可绕枢转轴线42枢转的第三工具46，所述第三工具可绕附属的旋转轴线47被旋转地驱动。
以下根据图2至图12描述用于在工件2上制造齿部的方法。为了清楚直观起见，在附图中只示出了工件2和分别与工件2相接合的工具28、43和/或46。
工件2具有第一端面48和相对置的第二端面49，所述端面横向于或者垂直于工件2的中心纵轴线50延伸。工件2在端面48、49之间具有环形地绕中心纵轴线50并且平行于中心纵轴线50延伸的周向面51。在周向面51上要制造具有齿53和齿槽54的齿部52。
尚未加工的工件2首先被夹紧在工件支座5内并且绕旋转轴线7被旋转地驱动。在工件2的夹紧状态下，所述旋转轴线7与中心纵轴线50重合。接着，绕旋转轴线30旋转地驱动滚刀28并且这样朝工件2进给，使得由第一端面48出发在周向面51上制造齿部52。滚刀28沿z方向移动以产生齿部52。
在滚刀28最初切割之后，在产生齿部52时形成了轴向的粗毛刺或原始毛刺55和径向的粗毛刺或原始毛刺56。所述轴向粗毛刺55出现在第一端面48上，而径向粗毛刺56出现在周向面51上，尤其是齿53的齿顶57上，部分也出现在齿面58上。粗毛刺55、56在图3中示出。
当在第一端面48的区域内形成齿部52之后，为了去除轴向粗毛刺55，使第二工具43朝工件2进给并且绕旋转轴线45旋转驱动。这种加工状态在图2和图3中示出。所述工具43设计为去毛刺工具并且具有多个通常布置在盘状基体60上的切削刃59。去毛刺工具43绕旋转轴线45被旋转驱动并且由此借助切削刃59从第一端面48上去除轴向粗毛刺55。备选地，去毛刺工具43也可只具有一个切削刃59。这种去毛刺工具43不需要在去毛刺时被旋转驱动，而是可只由被旋转驱动的工件2带动来去除毛刺。轴向粗毛刺55的去除在时间上并行于借助滚刀28继续制造齿部52的过程。
如果在第一端面48的区域内已经充分形成了齿部52，则设计为倒角工具的第三工具46朝工件2进给以给齿部52倒角。倒角工具46具有多个布置在盘状基体62上的倒角元件61。为了对第一端面48区域内的齿53进行倒角，倒角工具46绕附属的旋转轴线47被旋转驱动。在倒角时去除径向粗毛刺56并且形成轴向的细毛刺或二次毛刺63以及径向的细毛刺或二次毛刺64。轴向细毛刺63又是出现在第一端面48上，而径向细毛刺64出现在周向面51上，尤其是齿53的齿顶57上，部分也出现在齿面58上。第一端面48区域内的倒角在图4至图6中示出。由于去毛刺工具43在第一端面48处仍与工件2相接合，所以倒角时产生的轴向细毛刺63也在倒角期间被去除。
对在第一端面48的区域内制造的齿部52的再加工相应地包括去除轴向粗毛刺和细毛刺55、63以及去除径向粗毛刺56，其在制造齿部52和为齿部52倒角时产生。所述再加工与借助滚刀28继续制造齿部52的过程在时间上并行地或者同时地进行。
为了在整个周向面51上制造齿部52，滚刀28沿z方向持续移动，直至在第二端面49的区域内也产生齿部52。在此又在第二端面49上形成了轴向粗毛刺55，并且在周向面51上形成了径向粗毛刺56。这在图8中示出。
在第一端面48上的齿部52倒角并且去毛刺之后，将去毛刺工具43和倒角工具46从工件2上移除，绕其各自的枢转轴线39、42枢转180°并且沿z方向线性地向第二端面49移动。其间借助滚刀28也在第二端面49的区域内完整地制造了齿部52。现在再将去毛刺工具43和倒角工具46朝工件2进给，从而按照已经描述的方式借助去毛刺工具43去除轴向粗毛刺和细毛刺55、63，并且借助倒角工具46在倒角期间去除径向粗毛刺56。倒角和去毛刺又是在时间上并行地、即至少部分同时地进行。第二端面49的去毛刺和齿部52的倒角以及去除第二端面49区域内的径向粗毛刺56的过程在图7至图9中示出。
在倒角和去除轴向毛刺55、63之后仍残留的径向细毛刺64通过对所制造的齿部52进行最终加工来去除。所述最终加工借助滚刀28进行并且称为精切加工。在第二端面49区域内的齿部52制造完成后，滚刀28的线性移动方向改变。滚刀28现在平行于z方向由第二端面49出发再次朝向第一端面48线性移动。在此，去除第二端面49和第一端面48区域内的径向细毛刺64。备选地，最终加工能这样进行，使得滚刀28由第一端面48出发朝向第二端面49线性移动。最终加工与借助去毛刺工具43和倒角工具46对第二端面49区域内的齿部52进行再加工的过程在时间上并行地进行。所述最终加工在图10至图12中示出。图11和图12示出完成制齿的、倒角的并且去毛刺了的工件2。
通过去毛刺工具43的设计以及其绕所属枢转轴线39的可枢转性，能在时间上与第二端面49上的轴向毛刺55、63无关地去除第一端面48上的轴向毛刺55、63。相应地，通过倒角工具46的设计以及其绕所属枢转轴线42的可枢转性，能在时间上独立地为第一端面48区域内和第二端面49区域内的齿部52倒角并且去除径向粗毛刺56。通过对齿部52的这种独立的再加工，能很大程度地在时间上并行地对齿部52进行制造、再加工和必要时进行最终加工。由此实现了工件2制齿时较短的周期时间，尽管机床1只具有一个工件主轴4并且由此总是只能加工一个工件2。因此，借助按本发明的方法能在较低的机器技术耗费的同时实现工件2制齿时较高的生产效率。
以下根据图13至图16描述本发明的第二实施例。机床1对应于第一实施例中描述的机床，但区别在于工具43、46不能枢转并且只设有线性进给轴线39、42而没有枢转轴线。因此，机床1具有简化的结构。
为了在两侧对工件2进行再加工，加工单元31具有两个去毛刺工具43，它们彼此对置地布置在共同的工具支架65上。为了使第一端面48能够独立于第二端面49被去毛刺，去毛刺工具43沿z方向相互间隔间距AE，该间距大于工件2的端面48、49的间距AW。相应地，加工单元32具有两个倒角工具46，它们彼此对置地固定在共同的工具支架66上。为了独立地为第一端面48区域内和第二端面49区域内的齿部52倒角，倒角工具46沿z方向相互间隔大于所述间距AW的间距AA。
第一端面48区域内的齿部52的制造和再加工按照已经描述的方式进行并且在图13和图14中示出。为了对第二端面49区域内的齿部52进行再加工，工具支架65、66与布置在其上的工具43、46一起线性移动，从而与第二端面49相关的工具43、46与工件2接合。这在图15和图16中示出。关于机床1的其它工作方式和其它方法流程可参考第一实施例。
以下根据图17至图20描述本发明的第三实施例。与第一实施例不同，机床1只具有加工单元25和31。由于省去了加工单元32，所以机床1具有更简单的结构。去毛刺工具43和倒角工具46结合为组合工具并且布置在共同的基体60上。对在第一端面48区域内制造的齿部52的再加工与借助滚刀28继续制造齿部52的过程在时间上并行地进行。这在图17和图18中示出。为了对第二端面49区域内的齿部52进行再加工，将组合工具对应于第一实施例绕枢转轴线39枢转180°。这在图19和图20中示出。关于机床1的其它工作方式和其它方法流程可参考第一实施例。
按照本发明的第四实施例，机床1对应于第三实施例地设计，但是加工单元31不具有枢转轴线，因而只设有进给轴线39。加工单元31具有两个与第三实施例对应的组合工具，它们布置在共同的工具支架上，这原则上已经关于第二实施例进行了阐述。当在第一端面48区域内制造的齿部52通过所属的第一组合工具再加工之后，工具支架与组合工具一起沿z方向线性移动，直至第二端面49对应的组合工具与工件2接合。关于机床1的其它工作方式和其它方法流程可参考第二和第三实施例。
加工单元31、32以及工具43、46原则上能任意地设计，只要工件2的两个端面48、49的区域能相互独立地进行再加工即可。由此，制造、再加工和必要时的最终加工能很大程度地在时间上并行地进行，从而在较低的机器技术耗费的同时实现了工件2制齿时较高的生产效率。按照本发明的方法尤其也能用于在一个工件2上制造多个齿部52。轴状工件2在需要时能附加地支承在配合工件支座12内。

Claims (13)

1.一种用于在工件上制造齿部的方法，具有以下步骤：
-提供待制造齿部的工件(2)，其中所述工件(2)具有
--中心纵轴线(50)，
--横向于中心纵轴线(50)延伸的第一端面(48)，
--横向于中心纵轴线(50)延伸的第二端面(49)，和
--绕中心纵轴线(50)并且在所述端面(48、49)之间延伸的周向面(51)，
-借助第一工具(28)在第一端面(48)的区域内在周向面(51)上制造齿部(52)，
-借助至少一个第二工具(43、46)对在第一端面(48)的区域内制造的齿部(52)进行再加工，以便去除在制造齿部(52)时形成的毛刺(55、56)，其中
--至少在所制造的齿部(52)的周向面(51)上进行所述再加工，并且
--在继续制造齿部(52)的过程中进行所述再加工，其中通过使第一工具(28)沿所述中心纵轴线(50)的方向移动来继续制造齿部(52)，
-借助第一工具(28)在第二端面(49)的区域内制造齿部(52)，以及
-借助所述至少一个第二工具(43、46)对在第二端面(49)的区域内制造的齿部(52)进行再加工，以便去除在制造齿部(52)时形成的毛刺(55、56)，
所述方法的特征在于，对在所述第一端面(48)的区域内制造的齿部(52)进行的再加工包括以下步骤：
-借助倒角工具(46)对所制造的齿部(52)进行倒角并且在倒角过程中去除径向粗毛刺(56)，以及
-借助去毛刺工具(43)去除第一端面(48)上的轴向毛刺(55、63)，
其中，所制造的齿部(52)的倒角过程和去除轴向毛刺(55、63)的过程至少部分同时地进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行再加工时，去除周向面(51)上的径向毛刺(56)，并且对第一端面(48)区域内的径向毛刺(56)的去除过程与对第二端面(49)区域内的径向毛刺(56)的去除过程在时间上相独立地进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在进行再加工时，去除所述端面(48、49)上的轴向毛刺(55)，并且对第一端面(48)上的轴向毛刺(55)的去除过程与对第二端面(49)上的轴向毛刺(55)的去除过程在时间上相独立地进行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对在所述第二端面(49)的区域内制造的齿部(52)进行的再加工包括以下步骤：
-借助倒角工具(46)对所制造的齿部(52)进行倒角并且在倒角过程中去除径向粗毛刺(56)，以及
-借助去毛刺工具(43)去除第二端面(49)上的轴向毛刺(55、63)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所制造的齿部(52)的倒角过程和去除轴向毛刺(55、63)的过程至少部分同时地进行。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所制造的齿部(52)进行最终加工，以去除再加工后仍残留的毛刺(64)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对在第二端面(49)的区域内制造的齿部(52)进行再加工的过程中进行所述最终加工。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进行最终加工时，借助第一工具(28)去除由于倒角产生的径向细毛刺(64)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一工具(28)设计为铣削工具。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供去毛刺工具(43)，所述去毛刺工具能够绕所属的枢转轴线(39)枢转至少180°，以去除所述两个端面(48、49)上的轴向毛刺(55、63)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供倒角工具(46)，所述倒角工具能够绕所属的枢转轴线(42)枢转至少180°，以便给所述两个端面(48、49)的区域内制造的齿部(52)倒角。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了去除所述端面(48、49)上的轴向毛刺(55、63)，两个去毛刺工具(43)布置在共同的工具支架(65)上，并且所述去毛刺工具(43)的轴向间距(AE)大于所述端面(48、49)的轴向间距(AW)。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了给所制造的齿部(52)倒角，两个倒角工具(46)布置在共同的工具支架(66)上，并且所述倒角工具(46)的轴向间距(AA)大于所述端面(48、49)的轴向间距(AW)。
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