CN104837587B - 用于确定滚削刀具的后刀面轮廓的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定刀形刀具的后角或者滚削加工工件用的刀具的刀齿的后刀面轮廓的方法，其中，在第一步骤中，确定刀具的前刀面轮廓并计算出在进行切削滚削时刀具前刀面的轨道运动曲线；在第二步骤中，以向量形式测定出在进行切削滚削时刀具的切割刃缘的每个点的切线速度并且将这些速度向量作为针对切割刃缘上每个点的群用图形表示并确定一封闭的包络面，在该包络面内部不存在速度向量；最后，选择该包络面连同所期望的后角作为用于刀具后刀面或者刀齿的后刀面的形状。

Description

用于确定滚削刀具的后刀面轮廓的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定后刀面轮廓的方法，特别是用于确定刀形刀具的后角或者滚削加工工件用的刀具的刀齿；另外涉及一种用于滚削加工的刀具，其包括多个齿，所述齿分别具有带切割刃缘的前刀面和与之邻接的后刀面，这些齿设置在柱形或者锥形的周面上；以及最后还涉及所述刀具的使用或者说按照所述方法制作的刀具的使用。
背景技术
由DE 243 514 C公开了文首述及类型的第一切削加工方法。滚削使用一种具有端面切割刀刃的齿轮作为刀具。与直刺方式(Stoβen)的情况不同，以如下方式实现切割运动：通过倾斜地设置刀具的轴线和工件的旋转轴线，通过这些部件的反向旋转而产生切割运动。刀具在环绕工件运行期间穿过它从工件中切割出的各齿。
原则上，在滚削时，在唯一一道(仅一次执行进给运动)工序中便可以制作一个工件。然而在材料去除较大的情况下多道工序是适宜的，在这些工序中，进行削剃的刀具先后实施了两次不同切割深度的进给运动，正如例如在DE 10 2008 037 514 A1中所说明的那样。
为了提高制作的工件的质量，在WO 2012/098 002 A1中提出：进给运动的和切割运动的平行于工件轴线的部件是彼此反向的。然而该反向切割运动应该仅仅用来使已经在至少两道工序中预制的齿平滑。
WO 2012/060 733 A1涉及一种滚削设备，其中设置有一个用于刀具主轴和工件夹具的定位驱动的电子控制装置，该控制装置在对粗略预制齿的或未制齿的坯件在轴向进给中进行制齿时在进给结束时叠加一个从工件中的径向退出运动和/或在进给开始时叠加一个进入工件中的径向进入运动。
根据现有技术已知的这种削剃轮作为刀具是否具备柱形或者锥形的轮廓并不重要，原则上在切削加工过程中产生同样的滚压运动，也就是说，刀具带有和不带前刀面偏移地工作。然而，基于刀具的轨道运动，在每个啮合的时间点会相对工件产生不同的后角和前角。在最不利的情况中，在切割啮合期间可能产生-50°或者更多的前角，由于这样的前角，加工作用力剧烈升高，这样，最终在不可避免地出现振动时会导致并非微不足道的制造误差。若观察在工件的坐标系统中的轨道运动，每个切割点都是在一个三维的摆线上运动。在忽略轴交叉角或者说在假设角度值为0°的情况下，在对工件进行外侧加工时轨道曲线为外摆线以及在内侧加工时为内摆线。刀具与工件之间的传动比由刀具直至经过360°后到达同一个点为止的滚动数量所决定。
为了防止刀具的一个或多个有缺陷的齿而导致加工完毕的工件中的相应缺陷，这样地选择刀具的齿数，即工件的齿数不是整数倍。也就是说在整数倍的情况中将出现刀具在循环中始终以同一齿加工同一齿间的情况，因而刀具的某一“切割齿”在几何上的缺陷形状/结构便导致相应的工件缺陷。因此优选应选择无公约数或具有质数的传动比，也就是说，例如工件的100个齿对刀具的29个齿。
在轴交叉角为正的情况下，由平坦的摆线变成为空间的滚动曲线，所述滚动曲线可以用于对刀具的前刀面运动轨道进行分析。滚削运动学体现为错综复杂的运动，其中，刀具的每个齿刃逐渐地进入工件的齿间并且使该径向运动滚动地继续到齿根为止，然后齿刃在齿间的相对置的壁上重新移出。在进入和移出运动期间，刀具齿刃轴向地沿着工件齿宽运动。前角始终在变化并且甚至可能出现直到-50°的高的负值。在如此高的负前角的情况下，刀具由于增大的切割力而承受极限负载，这样可能导致严重的刀具磨损。刀具虽然可以重磨或者更换新的刀具，但这样的作业会导致制造当中的停工时间，这些停工时间使得加工过程的效率最小化。对于锥形的刀具，又加之：由于锥体之故重磨可能性的次数受到限制。
发明内容
以这些认识为出发点，本发明的目的是，提供一种用于确定滚削刀具的后刀面轮廓的方法、一种滚削刀具及其使用，该使用允许实现保护工具的、生产率较高的切割操作。
为此，本发明提供一种用于确定刀形刀具的或者滚削加工工件用的刀具的刀齿的后刀面轮廓的方法，其特征在于：
-在第一步骤中，考虑在刀具与工件之间已预先给定或可预先给定的、由齿的相应数量所决定的传动比以及工件的所期望的齿横截面轮廓，来确定刀具的前刀面轮廓并计算出在进行切削滚削时刀具前刀面的轨道运动曲线，和
-在第二步骤中，以向量形式测定出在进行切削滚削时刀具的切割刃缘的每个点的切线速度并且将这些速度向量作为针对切割刃缘上每个点的群用图形表示并确定一封闭的包络面，在该包络面内部不存在速度向量，以及
-选择该包络面连同所期望的后角作为用于刀具后刀面或者刀齿的后刀面的形状。
本发明还涉及一种用于滚削加工的刀具，其包括多个齿，所述齿分别具有带切割刃缘的前刀面和与之邻接的后刀面，这些齿设置在柱形或者锥形的周面上，其中，该刀具能够围绕沿着径向间隔方向与工件轴线间隔开的刀具轴线旋转驱动并且能够在滚压啮合时在受驱动工件的旋转轴线与刀具旋转轴线之间形成轴交叉角的情况下进刀，其特征在于：通过每个切割刃缘点的切线速度向量群构成一封闭的环状的包络面，在该包络面内部不存在切线速度向量，并且，相应的齿的后刀面相对于该包络面倾斜2°至10°，优选3°至7°。
另外，本发明还涉及到这种刀具的使用，通过如下所述的刀具导引来实施，该刀具导引与进给方向的切割方向相反，而无需首先以指向切割方向的进给运动对工件的齿进行加工。
附图说明
图1示例性地示出了刀齿的前刀面的空间运动；
图2示出了图1的空间运动曲线的、平行于工件轴线的顶视图；
图3-6示出啮合区域中齿的前刀面的轨道运动之不同视图的放大视图；
图7为速度向量投影在一个平面内的视图；
图8示出与前刀面保持约5mm间距地画出的一个面；
图9通过运动示范示出了工件间隙内的两个刀具啮合。
具体实施方式
在图1中示例性地示出了刀齿的前刀面20的空间运动。在所选择的实例中，该刀具总共具有19个齿，而工件具有64个齿，由此得到传动比64/19。啮合区域10具有特殊意义，在这些啮合区域内刀具切削着插入工件中，也就是说插入工件齿间中。图2示出了图1的空间运动曲线的、平行于工件轴线的顶视图，其中，啮合区域10分别呈现锐角状。正如从示出啮合区域中齿的前刀面的轨道运动之不同视图的图3、4、5和6的放大视图中可以看出的那样，轨道弯曲度在刀齿进出工件齿间期间始终变化。在啮合区域内接近径向定向的前刀面在往齿间中踏入11时在前角为正的情况下切割工件，该前角直到从齿间中退出12为止变化为强烈的负前角。另外，在图6中记载了一个轨道运动示范13，该轨道运动示范作为弯曲箭头代表着运动轨道和切割方向。正如特别是从图7内的投影在一个平面内的视图中可获知的那样，在穿过齿间时配属于限定前刀面的有效切割刃缘的各点的速度向量发生变化，该速度向量由可度量的量值和运动方向组成。另外，在图6中记载了一个轨道运动示范13，该轨道运动示范作为弯曲箭头代表着运动轨道和切割方向。所述速度向量的方向成分对于本发明具有特别的意义。正如在图7和8中示出的那样，如果在啮合的每个时间点处描绘前刀面的每个切割刃缘点的方向反转的(orientierungsinvertiert)速度向量，那么便获得了速度向量群21，这些速度向量构成一个封闭的包络面22，在该包络面内部不存在速度向量。该包络面连同所期望的、优选在2°至10°之间的后角决定了刀齿的后刀面轮廓。在图8中与前刀面20保持约5mm间距地画出一个面23，该面-扣除由选择后角所决定的边缘区域24–相当于刀具的切割齿的基底。换言之，如果将包络面22选作后刀面的话，后角则为0°，这应该相应地修正为正的后角。
上述刀具根据所选择的后角能够全深度或者说最大进刀地径向进入。在进入运动之后，可以沿着与切割运动相反的方向实施进给。通过这种方式，将刀具在啮合区内的踏入用来进行切削加工。在该区域中有效前角是正的。
在图9中通过运动示范13a和13b示出了工件间隙内的两个刀具啮合。若如在本发明中提出的那样反向于切割运动实施进给，那么13a代表着与工件间隙的第一啮合，而13b代表着第二啮合。面积14代表着切削量。据此在刀齿踏入时实现切削加工，在该处，有效前角为正，这一点通过平均的前角曲线15定性地示出。
如果沿着与切割运动相同的方向实施进给，将刀齿的退出区用于进行切削加工并且在有效强烈负前角的情况下实施切削加工，这样会引起高的切割力以及加工过程中的激励(Anregung)。实践中可以实现的质量和刀具耐用度因此受到限制。
本发明的主要优点在于使用了啮合期间的运动部段，在该运动部段中前角为正的。与现有技术相比，在这种过程控制(Prozessführung)中，切屑能够更加容易地在前刀面上滑动并且通过切屑将更多的热量送出。由此还减少了切屑在前刀面上的粘附。
上述考虑当然也适用于例如在DE 20 2011 050 054 U1中所说明的刀形的刀具。
在本申请中说明的方法可以用来在每个其齿数或刀数经过预选的刀具的情况下决定后刀面轮廓。可以通过一个计算程序无需大的花费便完成对刀齿前刀面的轨道运动的曲线图以及对每个切割刃缘点的相应切线速度的测定，由此产生了准确画定轮廓的包络曲线，该包络曲线除了所期望的后角之外还能够测定出在几何上明确(单值)确定的后刀面。利用计算机对一个在最简单的情况中可以为平坦构造的前刀面轨道运动的模拟，使后刀面几何形状的最佳化以及同时切削加工过程的最佳化成为可能，在所述切削加工过程中如此地导引刀具，使得刀齿进入到工件齿间中的进入区域被用来进行切削。刀具可以构造成整体，也就是说，构造成单件式的刀具或者构造为具有可替换刀具(切割嵌件，刀片)的标准组件。所述刀具优选由通过粉末冶金法制成的工具钢或者硬质合金组成，它可以带有和不带前刀面偏移地工作，待制造的齿可以是内齿和外齿、直齿和斜齿。
根据工件材料和所选择的切割操作，后角优选在3°至7°的范围内，以防止所选楔角变得过小-这样将提高切割刃缘的断裂敏感度。
优选地，绝对前角在+10°与-30°之间，其中，通过在切削时的刀具定位角，至少在进入工件的齿间时有效前角为正的。
用于滚削加工的刀具，其包括多个齿，所述齿分别具有带切割刃缘的前刀面和与之邻接的后刀面，这些齿设置在柱形或者锥形的周面上，其中，该刀具可以围绕沿着径向间隔方向与工件轴线间隔开的刀具轴线旋转驱动并且能够在滚压啮合时在受驱动工件的旋转轴线与刀具旋转轴线之间形成轴交叉角的情况下进刀，该刀具构造为：通过每个切割刃缘点的切线速度向量群构成一封闭的、环状的包络面，在该包络面内部不存在切线速度向量，并且，相应的齿的后刀面相对于该包络面倾斜2°至10°，优选3°至7°。齿数由传动比所决定。
优选按下述方式使用所述刀具，即切割方向与进给方向相反，而无需首先以指向切割方向的进给运动对工件的齿进行加工。由于后刀面的构造设计，在切削加工过程中刀具可以进刀至工件齿的全深度上以及收回。通过这种方式将刀齿的踏入区用来进行切削加工。在该区域中有效前角为正，因此切削力也就小于在进行切削加工时利用退出区的情况。这样，切削力以及在加工过程中的激励便降低到最小程度。

Claims (4)

1.用于确定刀形刀具的或者滚削加工工件用的刀具的刀齿的后刀面轮廓的方法，其特征在于：
-在第一步骤中，考虑在刀具与工件之间已预先给定或可预先给定的、由齿的相应数量所决定的传动比以及工件的所期望的齿横截面轮廓，来确定刀具的前刀面轮廓并计算出在进行切削滚削时刀具前刀面的轨道运动曲线，和
-在第二步骤中，以向量形式测定出在进行切削滚削时刀具的切割刃缘的每个点的切线速度并且将这些速度向量作为针对切割刃缘上每个点的群用图形表示并确定一封闭的包络面，在该包络面内部不存在速度向量，以及
-选择该包络面连同所期望的后角作为用于刀具后刀面或者刀齿的后刀面的形状。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述后角选择为在2°与10°之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述后角选择为在3°与7°之间。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：所选择的绝对前角在+10°与-30°之间，其中，通过在切削时的刀具定位角，至少在进入工件的齿间时选择正的有效前角。
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