CN104028849A - 用于齿轮切割机上硬精加工噪声优化齿轮的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在齿轮切割机上硬精加工噪声优化齿轮的加工方法，具体涉及一种用于在齿轮切割机上通过校正和/或修正硬精加工齿侧面的方法。在该方法中，在变速器内或测试装置内彼此啮合的相应的齿轮副被加工，同时考虑相应的配合齿侧面，并且，相关工件的齿侧面设置有周期性的波纹校正或波纹修正。根据本发明，通过测量在齿轮测量装置和/或变速器内的齿轮副的旋转距离误差来确定旋转误差范围，以及，该测量结果用作用于限定所述齿轮副的齿侧面上的周期性侧面波纹校正的振幅、频率和相位的输入值，以用于齿轮切割机中的生产。

Description

用于齿轮切割机上硬精加工噪声优化齿轮的加工方法

技术领域

本发明涉及一种用于在齿轮切割机上进行噪声优化齿轮的磨齿和/或珩齿的方法、相关的测量方法以及用于齿轮切割机的相应控制的控制软件。

背景技术

现代变速器对于结构尺寸、噪声特点和可输送功率的要求正日益增加。因此，对于所安装的齿轮的制造精度的要求尤其增加。为了满足这些要求，在许多情况下，以与单纯地渐开的侧面几何形状不同的有针对性地修改的侧面几何形状来制造齿轮。关于这点，变型被设计成，使得它们在负载压力条件下正面影响变速器的运行平滑性和传递特性。

在当前有效负载压力条件下根据齿轮的激发或根据齿轮的振动特性、或者根据相应的齿啮合中的齿力的时间演变在关键点处确定变速器的运行噪声。在负载和加速下的直齿轮副的振动激发呈现出在小齿轮和轮之间的旋转运动的不规则性。该不规则性可结合可变路径传输、旋转距离差异或者旋转距离误差进行描述。旋转距离差异或旋转距离误差是齿轮几何形状以及整个传送系统的弹性行为的函数。齿轮几何形状对于激发特性的影响决定性地通过主要的几何特征（例如，横向接触度或重合度）以及通过齿侧面拓扑形状和通过制造公差来确定。

由于不同的研究方案，现已认识到，除了诸如关于齿轮的重合度、齿距精度、修缘和修根的因素外，以波的形式对齿轮的侧面的周期性校正在负载压力条件下也对齿轮的噪声激发具有积极的影响。

为此目的，在不同的研究方案中制作了计算程序，通过该计算程序的辅助，齿修正和齿校正对于直齿轮副的运行特性和噪声特性的影响能够被模拟。因此，为了执行低噪声齿轮副的计算，需要大量的具体知识以及经验调查。所计算的结果必须被转换成校正值和修正值、或者必须在用于齿轮切割机的CNC加工程序下实施。最终，齿轮切割机必须能够将这些校正结果非常精确地传递到相应的齿侧面上。

如前所述，除了宏观几何学的在几微米范围内的齿侧面校正和齿侧面修正外，这些齿侧面校正和齿侧面修正主要正面影响了齿轮啮合的接合冲击和脱离冲击，在齿侧面上的微观校正（齿侧面波纹）也是必需的，该微观校正具有齿对的低噪声齿啮合的结果。

已经众所周知能够执行齿侧面的校正的齿轮切割机。

例如，在德国专利DE102004057596中，除了磨削工具和相关的成型（profiling）工具外，还描述了利用三维修正的宽度区来成型蜗杆砂轮的方法。该文献的目的为蜗杆砂轮宽度的增加的使用程度。使用根据该说明的成型齿轮，关于齿侧面的三维校正首先被传递到蜗杆砂轮、然后再次从蜗杆砂轮传递到地面工件上。然而，由于合适的三维校正的成型齿轮必须被首先制造、使得其表面结构可依次通过蜗杆砂轮被传递到精加工的齿轮，故这种类型的成型非常不灵活。对于成型齿轮的修正是密集型劳动，因此不能够在短的时期内以大规模生产工艺实施。

德国专利DE19706867A1和DE3704607分别描述了用于齿轮的对角线切割以根据齿轮宽度对齿侧面进行校正的方法。这样是一种尝试的且可靠的方法，以首先通过球形斜齿轮来直接制造或者减少齿轮的侧面上的交叉。为此，在右/左蜗杆侧面上的蜗杆砂轮的接合角度从工具的一端到工具的另一端持续变化，且在磨削工艺期间工具根据工件宽度位置在该工具的轴向方向上改变。然而，该工艺不足以单独直接地在磨削的齿轮的齿侧面上制造波纹。为此，需要在齿高度范围内的修整工具和/或蜗杆砂轮的表面修正。可选地，甚至需要齿轮切割机的额外的轴向移动。

德国专利DE19517359涉及锥齿轮副的加工，其中，齿轮副中的一个齿轮被磨削，而另一齿轮被细磨以实现在变速器中的低运行噪声。这在直齿轮变速器中是已知的。磨削后的齿轮的表面结构在齿轮的侧面方向上延伸，细磨的齿轮的表面结构具有逗号形状的结构。在齿侧面上的表面结构的这些不同方向具有这样的特性：当它们彼此滚压时，该锥齿轮副在运行中比使用相同的硬精加工工艺加工的两个齿轮更加平滑。然而，仅仅这两种加工方法的组合不足以满足目前对于变速器中的齿轮的平滑运行的增加的需求。然而，仍需要采取额外的进一步的措施。

在德国专利DE102010026412A1中描述了一种通过周期性的齿侧面调整而局部齿轮磨削齿侧面的方法。在该方法中，在反复的行程移动中沿着齿侧面引导工具，其中，在单次行程期间在工具的每一行程移动和未执行任何滚动移动的工件之间在法线方向上发生传递。在该方法中，对于加工单独的齿侧面所需的行程移动的数目以及相关联的每个工件的高效的劳动强度是不利的。

在这方面，还已知，当滚压时，在所有齿中，相互啮合的齿轮的齿侧面上的不具有相移的相同波度通常产生更低的噪声激发，因此其与具有补充的波纹的工件相比具有较低的噪声临界值。

还已知，齿轮的旋转角度与齿侧面上的每一点相关，且特征在于当滚压时它的位置。相反，旋转角度的测量或者在该情况下旋转误差角度的测量可被追溯到齿侧面上的点。因此，如果齿的旋转距离误差被记录，则导致旋转角度相对于理论上可被计算的值过小或过大的区域，即为旋转移动提前或滞后的区域。该旋转运动的不规则性导致传动系统的振动激发。

发明内容

本申请的目的在于增加旋转运动的均匀性，从而避免变速器的振动激发或至少使变速器的振动激发最小化。

因此，提供了一种用于通过在齿侧面上进行波纹形式的齿侧面修正而制造噪声优化齿轮的方法，其中，所述波纹的振幅、频率和相位根据变速器的旋转距离误差的测量来确定且作为用于齿轮切割机的输入值。

通过根据权利要求1所述的制造工件的方法而实现了该目的。本发明的方法的其它有利实施方式为从属权利要求的主题。

因此，必须注意到，在齿轮滞后的区域中，彼此滚压对的接触较早发生。因此，在加工中在这些区域（即波纹峰）中必须在齿侧面上产生较多的材料。相反，在产生旋转运动时，在硬精加工工艺中必须去除较多的材料。因此，关于这点，必须考虑到，诸如接合冲击点或脱离冲击点、齿力的变化点或者在压力下的齿变形点以及重叠的增加的点必须被考虑，以在压力下首先获得尽可能均匀且恒定的齿啮合、或者以实现彼此滚压对的滚压，该滚压尽可能的连续从而获得平滑运行的齿轮。

为此，在加压啮合条件下，在外部测量装置（测量机、传动测试台、噪声测试台等）上在啮合的同时测量齿轮，并且记录齿轮所产生的旋转距离误差。该旋转距离误差被传递给齿轮切割机的控制软件。通过补偿计算来平滑在测量结果的不规则性，并且将结果转换成用于描述在轮廓方向和在侧面方向上的所需的波纹的至少一个周期函数。

使用这些函数（对于每个滚动对，至少一个函数），齿轮切割机的控制软件计算在涉及啮合的齿轮副的齿侧面上的波纹度，其导致在给定的啮合条件下的低噪声齿啮合，并且，从中制作加工程序，利用该加工程序，相应的齿轮必须被硬精加工。

加工程序包含用于产生该波纹度所需的机器移动且将它们复制在相关联的修整工具上和/或复制它们作为指令以在工件的加工中移动机床轴线。

涉及滚压工艺的齿轮必须相应地使用该加工程序被加工，同时考虑啮合条件和齿轮齿数比，并且，必须在硬精加工工艺中在齿侧面上设置精确地互相匹配的波纹。

不同的加工工艺可被用于生成波纹。关于这点，最简单的变型在于使用修整工具将波纹直接转移到硬精加工工具中，并且利用该硬精加工工具来加工工件。在考虑齿轮齿数比的同时，波纹被直接地从工具上传递到加工齿轮的齿轮侧面上。该工艺不能够被用于未修正的齿侧面或者仅仅进行轻微修正的齿侧面。

如果需要更复杂的齿侧面修正，则可使用其它工艺，例如使用蜗杆砂轮加工齿侧面，其中在齿高度上仅仅某些区域起作用，这些区域的位置相对于齿高度在齿宽度上变化。因此，该工具可用在对角线磨削工艺中从而产生直接的、低噪声的微波纹形式的轮廓修正。在磨削工具上的凸起区域通过重复的转换和磨削工具的重新接合而被用在不同的侧面位置，从而在齿侧面上产生所需的波纹。

另一可能的方法通过直接产生摇摆式移动和/或被使用的磨削工具或细磨工具的偏心率而起作用。由此，还实现了在通过磨削工具磨削的或通过细磨工具细磨的工件的活动表面上产生轮廓修正或轮廓波纹、尤其限定的周期性的侧面波纹。

齿轮切割机中的附加测量装置可独立地检验加工结果，且波纹的结果可优选被更好地修改至在后续的优化磨削中所期望的最终结果。

由于加工是具有大批量的大规模生产，故在大规模生产的起始时直到实现所期望的结果这些重复步骤仅在一些工件上是必需的。因此，该努力也是值得的。在下文的大规模生产中，重新测量以查看结果是否匹配需求，可以仅仅在修整循环或工具更换后进行。

测量循环的数目和频率取决于最终加工的工件的要求。公差越严格，则要求越高，从而必须发生更频繁的重新测量和可能的重新调整。

如果重复大规模生产步骤，由于基础设置与工件数据通过机器控制被存储在一起，则同样必须仅进行轻微修正，从而仍可用于下一个步骤。

附图说明

根据附图中所示的实施方式，将解释本发明的其它细节和优点。其中：

图1为根据现有技术的齿轮磨削机；和

图2a和图2b为齿轮齿的可能的齿侧面结构的三维示图。

具体实施方式

图1示出齿轮切割机的透视图，尤其是用于实施根据本发明的方法以在准备被齿轮切割的工件上制造轮廓修正或轮廓波纹（尤其是周期性侧面波纹）的齿轮磨削和轮廓磨削机。关于这点，齿轮切割机具有用于加工所需的自由度，且尤其能够执行所描绘出的移动A1、B1、B3、C2、C3、C5、V1、X1、Z1和Z4。具体地，X1描述基座托架的径向移动；V1描述工具的切向移动或者转向移动；Z1描述工具的轴向运动；B1描述工具的旋转运动；C2描述工件的旋转运动；A1描述工具的枢转移动；Z4描述计数器支架的竖向运动；C3描述环状充电器的旋转运动；B3描述修整工具的旋转运动；和C5描述用于改变在磨削工具处的接合角度α的修整工具的枢转角度。

在图1中，未示出用于测量在齿轮切割机范围内的齿侧面可用的测量装置，但是该测量装置可设置在加工头5上，且同样可使用在加工工艺中使用的机床轴线，该机床轴线尤其是轴线Z1、V1、X1和C2。

如果工件未通过相应的成型工具或修整工具被转移到磨削工具，则这些轴线Z1、V1、X1和C2以及可选的A1同样能够被用于在齿侧面上产生波纹。可替选地，它们当然也能够附加地并且有针对性地在加工工具的成型或修整时被控制。

图2a和图2b示出齿轮的单个齿1的可能的齿侧面结构的三维示图。与侧面方向平行的周期性结构出现在根据本发明使用的硬精加工工艺中。根据旋转距离误差测量的要求，通过齿轮切割机软件确定振幅、频率和相位。

在示图中，相对于未进行改变且不具有波纹（虚线）的硬精加工齿轮，示出齿侧面的表面波纹的振幅演变。为了说明，附加引入了另外的轮廓线（P）和侧面线（F），其中，轮廓线（P）在每一侧面上从齿尖20延伸到齿根区10。侧面线（F）在整个齿宽度（b）上延伸，即，垂直于轮廓线的排列方向。

从图中可进一步看出，侧面结构在横向方向（即，在整个齿宽度（b）上）上是恒定的，即，在该方向上不存在波纹。波纹仅仅从齿尖20延伸到齿根10。

Claims (12)

1.一种用于在齿轮切割机上通过校正和/或修正硬精加工齿侧面的方法，其中，在变速器内或测试装置内彼此啮合的相应的齿轮副被加工，同时考虑相应的配合侧面，并且，相关工件的齿侧面被设置有周期性的波纹校正或波纹修正，

其特征在于，

通过测量在齿轮测量装置和/或变速器内的齿轮副的旋转距离误差来确定旋转误差范围，以及，该测量结果用作用于限定所述齿轮副的齿侧面上的周期性侧面波纹校正的振幅、频率和相位的输入值，以用于齿轮切割机中的生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被加工的工件的齿侧面通过测量装置被测量，且在考虑所获得的测量结果的同时，根据需要再次对齿轮进行波纹校正或者波纹修正。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，齿轮副的工件在同一齿轮切割机上相继被加工。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，齿轮副的工件在多个齿轮切割机上被加工，多个加工程序能够在所述多个齿轮切割机上彼此交换。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，硬精加工工具通过修整工艺被修整和成型，其中，根据所需的用于在精加工的工件上产生周期性的齿侧面修正的数据，用于所述硬精加工工具的修整数据被所述齿轮切割机固定。

6.一种硬精加工工件的方法，该工件具有根据前述权利要求中任一项所述的校正的齿轮几何形状和/或修正的表面结构，其特征在于，通过硬精加工工具在工件的相应的至少一个齿侧面上产生周期性的侧面波纹。

7.一种硬精加工工件的方法，该工件具有根据前述权利要求中任一项所述的校正的齿轮几何形状和/或修正的表面结构，其特征在于，通过硬精加工工具仅在齿轮副的齿轮的齿上产生周期性的侧面波纹。

8.一种硬精加工工件的方法，该工件具有根据前述权利要求中任一项所述的校正的齿轮几何形状和/或表面结构，其特征在于，通过硬精加工工具在齿轮副的第一工件上产生周期性的侧面波纹，以补偿齿啮合频率的旋转距离误差。

9.一种硬精加工工件的方法，该工件具有根据前述权利要求中任一项所述的校正的齿轮几何形状和/或表面结构，其特征在于，通过硬精加工工具在齿轮副的第二工件上产生周期性的侧面波纹，以补偿两倍或多倍齿啮合频率的旋转距离误差。

10.一种齿轮切割机，所述齿轮切割机用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.一种用于安装在齿轮切割机上的计算机程序，所述计算机程序具有用于接受外部测量装置的测量值的输入或数据、且具有计算功能以使用外部测量值生成加工程序，以根据权利要求1至9所述的方法加工齿侧面上具有周期性波纹的齿轮。

12.根据权利要求11所述的计算机程序，其中，所述计算机程序具有用于检验所述齿侧面上已经生成的周期性波纹的测量功能、且具有用于校正所述加工程序的校正功能，以最小化所测量的波纹和实现的波纹之间的差异。