CN104114308B - 一种用于制造边齿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在特别是圆形的工件上制造边齿的方法，其中用工具通过冲击滚切加工方法制造齿，所述工具沿由升降凸轮控制的路径移动，其中用于制造齿面并在工件的轴向方向上延伸的向下移动之后为退出移动，所述退出移动实质上在工件的径向方向上并且斜向于所述向下移动而进行。

Description

一种用于制造边齿的方法

技术领域

本发明涉及一种在特别是圆形的工件上制造边齿的方法，其中用工具通过冲击滚切加工方法制造齿，所述工具沿由升降凸轮控制的路径移动，其中用于制造齿面并在工件的轴向方向上延伸的向下移动之后为退出移动，所述退出移动实质上在工件的径向方向上并且斜向于所述向下移动而进行。

背景技术

从现有技术已知用于制造齿轮的齿轮滚切加工及冲击滚切加工方法。例如，可借助于冲击滚切加工方法在圆柱形主体中制造外部及内部边齿。在长轴向齿面的情况下，还执行连续冲击滚切加工工艺。在现有技术中，所述工艺通常被称为"梭式冲击(shuttle impact)"。在冲击滚切工艺方法中，工具穿过一轨道，在所述轨道中，在工件的轴向方向上延伸的工具的向下移动之后为斜向于向下移动延伸并且实质上在工件的径向方向上的退出移动，所述退出移动在向下移动之后以弧状方式沿待加工的工件的外部行进。在最后的冲程期间，通过以下方式选择工件的轮廓：使工具(冲击工具)沿待制造的工件的轮廓外部轴向行进。由于这个原因，在齿面末端处提供结构性凹口，即凹槽，所述凹槽至少以一深度延伸到工件中以使得凹槽至少在齿沟处终止。所述结构性凹口代表工件的弱化，特别是在高负载下应避免所述弱化，特别是在动力扳手中，所述边齿经受所述弱化。

根据例如JP01-115513A进一步已知在圆形工件上制造边齿在于，用工具通过冲击滚切加工方法制造齿，所述工具沿由升降凸轮控制的轨道行进，其中用于制造齿面并且在工件的轴向方向上延伸的向下移动之后为退出移动，所述退出移动实质上在工件的径向方向上延伸，其中所述退出移动与向下移动以一方式叠加，使得在所述退出期间产生弯曲轨道。尽管在所述工艺中不制造结构性凹口，而是在齿面末端制造弯曲过渡，但通过所述方法，工具可能将磨损得极快。

因此，本发明基于提供用于在特别是圆形的工件中制造边齿的方法的目标，所述方法在制造边齿期间防止结构性凹口并且可在无工具的任何相关磨损的情况下执行。

发明内容

所述目标通过以下方法实现，所述方法通过以下方式制造上文提及类型的边齿：使退出移动与向下移动以一方式叠加，使得在退出期间获得弯曲轨道。工具的相对前角γ_rel在退出移动的任何时间点处不小于最小前角γ_min，所述最小前角对应于工具的前角γ，所述前角减小了工件的纵轴与工具移动的方向向量之间的角度δ。根据本发明将相对前角γ_rel理解为工具表面与垂直于工具的退出移动的方向向量的直线之间的角度。例如，角度δ可确定为工具移动的方向向量的径向分量的时间导数除以轴向分量的时间导数的反正切。

通过所述措施，可有利地避免齿面的径向跳动(run-out)中的底切。齿面末端处的弯曲过渡反而是通过叠加向下移动与退出移动及通过选择半径来实现的，与所述位置的底切设置相反，所述弯曲过渡使材料的扩充成为可能以及因此使稳定性增加成为可能。与通过使用底切制造边齿相比，所述操作在工具没有任何主要磨损的情况下是可能的。

独立权利要求中提及的方法的其他有利发展和改进通过附属权利要求中提及的措施实现。

可首先选择并设定在退出移动期间移动的工具的半径。方法的高度有利实施方式提供：连续并稳定地以十分小的半径发生从向下移动到退出移动的过渡。

优选地，在齿面末端处向下移动方向与退出移动方向之间的角度稍微大于90°。因此，工具在齿面末端处不以径向方向移动，但径向方向与轴向方向叠加，即，工具以倾斜方式向下或向上移动，如在工具的轴向方向上所见。所述情况导致齿面的连续弯曲径向跳动并因此导致齿面末端的区域中及因此边齿末端处稳定性的所需增加。

已经证明设置为钟形轮的工具的使用对于尤其是制造内部边齿特别有利。在这种钟形轮的情况下，内部边齿可借助于上述梭式冲击以简单、快速并精密的方式制造。

外部边齿也可借助于这类钟形轮分别制造，其中在所述情况下，工件的同时转动在机械加工工艺期间是必要的。

工件可具有一直径，所述直径在工件的一点处的变化为工具的直径的至少一半。典型工具直径在20mm至25mm的范围内。使用传统齿轮滚切加工或冲击滚切加工方法以在具有所述大直径变化的工件上制造外部边齿是不可能的(所述外部边齿在直径变化区域中终止)，因为在所述情况下，工具不再可能安全地退出。

工件自身优选地具有圆柱形轮廓或中空圆柱形轮廓。

当工件设置为待在其中制造内部边齿的中空圆柱时，根据本发明的方法允许所述中空圆柱的齿具有至少对应于中空圆柱中的中空空间或杯状物的直径的齿高。

工件优选地由高强度高性能铝合金组成。

所述铝合金可借助于上述冲击滚切加工特别优良地机械加工。还可能机械加工由钢组成的工件。

附图说明

本发明的实施方式图示于附图中并且在下文描述中进行更详细说明。特征可彼此独立或组合相关，其中：

图1示意性图示工件的截面图，其中边齿由根据现有技术已知的制造方法制造；

图2图示在图1中以元件符号II指示的区域的截面放大；

图3图示类似于图1的工件，其中内部与外部边齿借助于根据本发明的方法制造；

图4图示图3中以元件符号IV指示的截面放大；

图5图示根据本发明的方法在开始工具的升离移动之前的示意图；

图6图示根据本发明的方法在工具的升离移动期间的示意图；

图7图示根据本发明的方法在工具的升离移动结束时的示意图；及

图8图示在根据本发明的方法的实施方式中在工具凸轮的升离移动上的工具冲程的视图。

具体实施方式

整体以元件符号100指示的工件设置为例如中空圆柱。中空圆柱105在中空圆柱的一个末端处具有内部边齿110。外部边齿150提供在中空圆柱的另一末端处。外部边齿和内部边齿的特征在于，在内部边齿110的情况下，在一个末端提供底切115，并且在外部边齿150的情况下，在一个末端提供底切155。这是因为内部边齿110和外部边齿150都是借助于工具以已知方式通过冲击滚切加工工艺制造，所述工具沿由升降凸轮控制的轨道行进，其中在齿面制造中使用的并且在工件的轴向方向上延伸的工具的向下移动之后为退出移动，所述退出移动斜向于向下移动并且实质上在工件的径向方向上延伸。因此，工具在延长时间段期间在轴向方向上直线地行进并且随后向弯曲弧状移动靠拢以便再次从工件退出。在长边齿的情况下，连续执行所述冲击滚切加工工艺。梭状向下冲击工艺的所述连续顺序被称为“梭式冲击”。在所述工艺中，向下移动(即，工具在工件的轴向方向上的移动)与退出移动(即，工具斜向于向下移动的移动)的叠加类型是无关的，因为由于机械加工工件中的工具的弧状移动而由第一冲击滚切加工工艺和之后的第二冲击滚切加工工艺形成的不良过量材料部分通过之后的向下移动消除。由于这个原因，还在齿末端处提供各个底切115和155，所述底切必须够深并且必须设置有在轴向方向上的一长度，以使得考虑工具(即，例如钟形轮)的弧状移动，以致到"无接触"退出移动在齿面末端处是可能的程度。

所述底切115在边齿末端处弱化工件，所述底切115必须至少在径向方向上延伸到进入工件的程度(至少和齿沟一样深)并且在工件的轴向方向上必须设置有一长度以使得工具的向下移动仍存在于齿面的末端处。

本发明的主要理念为通过可完全避免底切的方式进一步开发所述冲击滚切加工方法以及特别是所谓的梭式冲击。将通过参看图3和图4在下文说明所述方法，其中相同元件具有与图1及图2中的相同元件符号。此外，再次提供中空圆柱形工件100，所述工件具有不同直径，其中内部边齿120提供在齿面对应于内部边齿110的区域中，并且外部边齿160提供在齿面对应于外部边齿150的齿面的另一区域中。

与图1和图2中所示的边齿相反，不提供底切。相反，边齿以弯曲方式在各自的末端处在区域122和162中逐渐变小。所述弯曲的逐渐变小部分通过以下方式制造：工具的退出移动与向下移动以一方式叠加使得在退出期间获得弯曲轨道。所述弯曲轨道特别清晰地图示在图4的截面放大中。内部边齿具有元件符号122并且外部边齿具有元件符号162。从在工件100的轴向方向上的向下移动到退出移动(即，实质上斜向于轴向方向并且几乎在工件100的径向方向上)的过渡以十分小的半径以实质上连续并且稳定的方式发生。条件是在齿面的区域中，向下移动与退出移动之间的角度稍大于90°，即退出移动不在齿面的区域中的径向方向上发生，但斜向于径向方向而以十分小的角度发生。以此方式在齿面122、162的末端的区域中获得斜向前进，所述前进此时(与现有技术相反)不会导致材料的任何薄化。相反，所述情况甚至使得材料能够厚化，并且因此同时导致稳定性增加以及简单的制造。

图5图示如何借助于根据本发明的方法制造齿面122。工具200以朝向齿沟124的后角α作用于表面上或中空圆柱105的表面中。因此，后角α描述工具200与待机械加工的表面之间的间隙角。所述工具200以楔形物方式成形，并且工具的刀片具有楔角β。工具200的表面与垂直于齿沟124的直线之间的角度被称为前角γ。所述前角影响机械加工期间切屑的压缩和排出以及热分布。根据中空圆柱材料的硬度选择所述前角γ。后角α与楔角β的总和被称为切割角。后角α、楔角β与前角γ的总和为90°。工具200以第一切割速度v_cA平行于中空圆柱105的纵轴切割至点A，齿面122平行于中空圆柱105的纵轴延伸到所述点A。在所述情况下，相对前角γ_rel对应于前角。

在退出移动后，切割移动的方向向量脱离中空圆柱105的纵轴。以第二切割速度v_cB例如在点B处发生切割，如图6中所示。图7图示在退出移动结束时处于点C的工具。点A与点C之间(即，退出移动的开始与结束之间)的距离被称为径向跳动a。点A与点C在径向方向上的距离(所述距离由工具200的冲程引起)在图7中用元件符号t指示。工具200在点C处具有第三切割速度v_cC。

相对前角γ_rel对应于工具200的表面与垂直于工具的退出移动的方向向量的直线之间的角度。在图6和图7中图示点B和点C。

根据公式1在退出移动的每一点处计算相对前角γ_rel的容许最小值γ_min作为前角γ和工具200的移动的方向向量与中空圆柱105的纵轴之间的角度δ之间的差异：

γ_rel≥γ_min＝γ-δ (公式1)

如果所述值低于所述最小值γ_min，那么存在工具200将损坏的增加的风险。

在图7中，相对前角γ_rel精密地对应于前角在点C处的容许最小值γ_min。

角度δ可根据公式2确定为工具移动的方向向量的径向分量的时间导数除以轴向分量的时间导数的反正切：

$\mathrm{\δ}=\arctan \left(\frac{\stackrel{.}{x}}{\stackrel{.}{y}}\right)$ (公式2)

方向向量应理解为在退出移动的每一点中的向量，所述向量可放置为齿沟上的切线，即在点B及点C中为速度v_cB和速度v_cC的向量。在退出移动开始之前，方向向量平行于中空圆柱105的纵轴延伸，并且因此对应于速度v_cC的向量。

工具200的移动通过升降凸轮控制。图8图示在根据本发明的方法的一个实施方式中取决于升降凸轮的升离Ab的工具200的冲程t。

齿面的制造以及尤其是内部边齿的制造可借助于钟形轮执行，如上文已说明。长边齿可借助于同样在上文已说明的梭式冲击制造。

已经证明铝和铝合金对于根据本发明的方法的应用特别有利。也可主要使用钢。铝的典型前角γ为25°，而钢的传统前角γ为10°。

Claims (6)

1.一种在特别是圆形的工件(100)上制造边齿的方法，其中所述齿(120)用工具(200)通过冲击滚切加工方法制造，所述工具(200)沿由升降凸轮控制的路径移动，其中用于制造齿面并在所述工件(100)的轴向方向上延伸的向下移动之后为退出移动，所述退出移动实质上在所述工件(100)的径向方向上进行，其中所述退出移动与向下移动叠加，使得在所述退出期间获得弯曲轨道，其特征在于，所述工具(200)的相对前角γ_rel不低于最小前角γ_min，所述相对前角γ_rel是所述工具的表面与垂直于工具的所述退出移动的方向向量的直线之间的角度，所述最小前角γ_min对应于所述工具(200)的前角γ，其中所述最小前角γ_min等于所述前角γ减去所述工件(100)的纵轴与所述工具移动的方向向量之间的角度δ。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度δ确定为所述工具移动的所述方向向量的径向分量的时间导数除以轴向分量的时间导数的反正切。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工具(200)为钟形轮。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述工件(100)具有一直径，其中所述直径在所述工件(100)的一个点处改变，所述工件(100)的所述直径之改变为所述工具(200)的直径的至少一半。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工件(100)具有圆柱形轮廓或由中空圆柱形成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述工件(100)设置为中空圆柱，在所述中空圆柱中制造内部边齿(120)，所述中空圆柱的齿(120)具有一齿高，所述齿高至少等于所述中空圆柱中的中空空间的直径。