CN105290520B - 由毛坯制造齿轮的滚齿装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有非一致的全齿深的滚齿刀具。根据本发明的一个示例的用于由毛坯制造齿轮的滚齿装置可包括滚刀、一系列第一滚刀齿和一系列第二滚刀齿。滚刀可具有圆柱形滚刀本体。所述一系列第一滚刀齿可从圆柱形滚刀本体延伸并具有第一全齿深。所述一系列第二滚刀齿可与所述一系列第一滚刀齿交替地从圆柱形滚刀本体延伸并具有第二全齿深。第一全齿深与第二全齿深不同且构造成由毛坯形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。

Description

由毛坯制造齿轮的滚齿装置和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月29日提交的美国专利申请No.62/004,536的权益。通过引用将上述申请的公开内容并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及齿轮切削工具，更具体地为一种用于由毛坯制造齿轮的滚齿(齿轮滚铣)装置。
背景技术
齿轮通常在称为滚齿的制齿操作期间由工件或毛坯切削而成。滚齿刀具被设计成制造具有给定的齿高、压力角和齿厚的齿形。使用典型的滚齿刀具制造的齿全都具有相同的齿高、压力角和齿厚。通过齿条来形容所述特征的形状。典型的滚刀呈圆柱形并具有螺旋切削齿。这些齿具有沿滚刀的长度延伸的槽。这些槽能辅助切削毛坯并有利于碎片去除。在使用期间，滚刀的齿能通过由滚刀形成的一系列切口逐渐切入工件中。
发明内容
根据本发明的一个示例的用于由毛坯制造齿轮的滚齿装置可包括滚刀、一系列第一滚刀齿和一系列第二滚刀齿。滚刀可具有圆柱形滚刀本体。所述一系列第一滚刀齿可从圆柱形滚刀本体延伸并具有第一全齿深(whole depth)。所述一系列第二滚刀齿可与所述一系列第一滚刀齿交替地从圆柱形滚刀本体延伸并具有第二全齿深。第一全齿深与第二全齿深不同且构造成由毛坯形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
根据其它特征，滚刀具有单头螺纹。根据其它特征，滚刀具有多头螺纹。滚刀可具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形(rack profile)，所述第二螺纹具有第二齿条廓形。第一螺纹与第二螺纹不同。第一齿条廓形与第二齿条廓形不同。在其它示例中，提供了一种具有三条以上的螺纹的滚刀，所述三条以上的螺纹具有三个以上的齿条廓形。
根据本发明的其它特征构造成的用于由毛坯制造齿轮的滚齿装置包括滚刀、第一滚刀齿和第二滚刀齿。滚刀可具有圆柱形滚刀本体和圆柱轴线。第一滚刀齿可从圆柱形滚刀本体延伸并具有自圆柱轴线测得的第一直径，第一直径提供第一全齿深。第二滚刀齿可与第一滚刀齿相邻地从圆柱形滚刀本体延伸并具有自圆柱轴线测得的第二直径，第二直径提供第二全齿深。第一直径与第二直径相等。第一全齿深与第二全齿深不同。滚刀构造成由毛坯形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
根据其它特征，滚齿装置还可包括具有第一全齿深的一系列第一滚刀齿。滚齿装置还可包括与所述一系列第一滚刀齿交替地从圆柱形滚刀本体延伸的一系列第二滚刀齿。所述一系列第二滚刀齿可具有第二全齿深。
根据其它特征，滚刀具有单头螺纹。在其它布置结构中，滚刀可具有多头螺纹。滚刀可具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形，所述第二螺纹具有第二齿条廓形。第一螺纹与第二螺纹不同。第一齿条廓形与第二齿条廓形不同。
根据本发明的一个示例的由具有齿轮毛坯轴线的齿轮毛坯制造齿轮的方法可包括：提供滚刀，该滚刀具有(i)具有滚刀轴线的圆柱形滚刀本体，(ii)从圆柱形滚刀本体延伸并具有第一全齿深的一系列第一滚刀齿，和(iii)与所述一系列第一滚刀齿交替地从圆柱形滚刀本体延伸并具有第二全齿深的一系列第二滚刀齿。第一全齿深与第二全齿深不同。滚刀可跨齿轮毛坯的周面平移。滚刀和齿轮毛坯可绕它们各自的轴线旋转。可使用所述一系列第一滚刀齿和一系列第二滚刀齿来切削齿轮毛坯。第一滚刀齿和第二滚刀齿形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
在一个示例中，滚刀可具有单头螺纹。在另一个示例中，滚刀可具有多头螺纹。滚刀可具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形，所述第二螺纹具有第二齿条廓形。第一螺纹与第二螺纹可不同。第一齿条廓形与第二齿条廓形可不同。
附图说明
根据详细描述和附图，将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一个示例构造成并且被示出为在毛坯中形成具有齿轮齿的齿轮的滚刀的侧视图；
图2是图1的滚刀和毛坯的详图，示出了相应的滚刀齿和齿轮齿；
图3是图1的滚刀的轴向视图；
图4是图1的滚刀的另一个侧视透视图。
图5是从图4的滚刀延伸的齿之一的详图；
图6是滚刀的剖视图，示出了由滚刀上的相邻齿限定的相邻全齿深；以及
图7是根据本发明的一个示例的由图1的滚刀形成且被示出为与相邻的第二齿轮啮合的所得到的齿轮的平面图。
具体实施方式
首先参照图1和2，示出了根据本发明的一个示例构造成的滚齿装置或滚刀且其总地用附图标记10表示。滚刀10能构造成用于由工件或毛坯22制造齿轮20。滚刀10能构造成围绕滚刀主轴30旋转。滚刀10具有圆柱形滚刀本体32，该圆柱形滚刀本体包括与滚刀主轴30的旋转轴线重合的轴线36。滚刀10通常可包括滚刀齿40。缝隙42沿圆柱形滚刀本体32纵向地形成在滚刀齿40之间。
如将描述并从以下说明更充分地了解的，滚刀10用于由毛坯22形成齿轮20。在这方面，齿轮20将具有形成在其周围的齿轮齿50。毛坯22能构造成绕毛坯轴线56旋转。毛坯22能安装成与工件圆柱轴线60一起旋转。如文中将更详细地描述的，齿轮20将以使得并非所有的齿轮齿50都具有相同外径的方式由滚刀10形成。
滚刀10构造成使得能在不利用后续加工工序的情况下在单次操作中形成具有不同外径的齿50。在这方面，在齿轮20的形成或滚齿期间，可提供具有全齿深70的一系列第一滚刀齿40A，而一系列第二滚刀齿40B具有全齿深72。第一全齿深70大体可被限定为从滚刀10上的凹槽74到第一滚刀齿40A上的顶端76。类似地，在凹槽77和第二滚刀齿40B的顶端78之间可限定全齿深72。全齿深70与全齿深72不同。此外，由于凹槽74和77位于不同的位置，所以所述一系列第一滚刀齿40A和一系列第二滚刀齿40B的齿根直径不同。不同的齿根直径允许在齿轮20中切削出齿高不同的齿50。
在所示的示例中，全齿深72小于全齿深70。结果，由滚刀10形成的齿轮齿50将具有一系列第一齿轮齿50A和一系列第二齿轮齿50B。所述一系列第一齿轮齿50A将具有自轴线56测得的直径80。所述一系列第二齿轮齿50B将具有自齿轮轴线56测得的直径82。根据本发明的教导，所述一系列第一齿轮齿50A将具有比所述一系列第二齿轮齿50B的直径82大的直径80。
现在还参照图3-5，将描述滚刀10的其它特征。滚刀10可限定贯穿圆柱形滚刀本体32形成的孔径100。滚刀10可限定外径110。在相邻凹槽74和77之间在径向上可限定缝隙间距120。每个滚刀齿40都可包括径向切削面122和凸轮124。
滚刀10还可限定节圆直径130、毂部132、切削面宽度134和滚刀长度136。压力角140可由滚刀齿40限定。相邻的齿40可限定导程(lead)144。在滚刀10上还可设置有第一螺纹150和第二螺纹152(图6)。具体参考图5，滚刀齿40还可包括齿厚160、顶端半径162、滚刀齿顶(高)164和齿端修形(tip relief modification)168。完整切削深度170可由每个齿40限定。
现在来看图6，第一螺纹150和第二螺纹152被示出为位于滚刀10的圆柱形本体32上。螺纹150和152大体限定滚刀10的切削动作的导程角。现在来看图7，滚刀10构造为形成具有相邻的齿50(例如齿50A和50B)的齿轮20，所述相邻的齿50具有不同的直径80和82。在所示的示例中，直径80大于直径82。由于绕齿轮20交替地形成的齿50A和50B具有不同的直径，所以它们将在对应的惯常齿轮220的相配齿200——其中齿200具有相同直径——上具有不同的接合点。在这方面，啮合事件能形成不同的共振频率，从而允许齿轮20上的相应齿50和齿轮220上的齿轮齿200之间更安静的接合。
现在将描述根据本发明的一个示例的用于使用滚刀10制造齿轮20的方法。最初，选择具有适合于制造期望的齿轮20的特性的滚刀10。在这方面，针对每种所得到的齿选择具有期望的节圆直径130、切削面宽度134、滚刀长度136、压力角140、齿厚160、顶端半径162、滚刀齿顶164、齿端修形168和完整切削深度170的滚刀10。一系列第一滚刀齿40A具有比由交替的一系列第二滚刀齿40B提供的全齿深72大的全齿深70。
滚刀主轴30能固定成围绕轴线36旋转。滚刀主轴30能由驱动马达(未具体示出)旋转。工件主轴60能固定成围绕齿轮轴线56旋转。在滚刀10绕轴线36旋转且工件22绕轴线56旋转时，滚刀10跨工件22的周面平移。所述一系列第一滚刀齿40A和一系列第二滚刀齿40B具有不同的全齿深70和72。所述一系列第一滚刀齿40A和一系列第二滚刀齿40B切削工件22，从而形成具有交替的齿轮齿50A和50B的齿轮20。齿轮齿50A和50B具有不同的外径。
为了图示和描述目的已提供了实施例的上述说明。这并非意在穷举，也非意在限制本发明。特定实施例的各个要素或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且能用于被选定的实施例中，即使未特别示出或描述。其也能以多种方式变化。这类变化不应被视为脱离了本发明，并且所有这类修改意图被包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于由毛坯制造齿轮的滚齿装置，所述滚齿装置包括：
具有圆柱形滚刀本体的滚刀；
从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有第一全齿深的一系列第一滚刀齿；和
与所述一系列第一滚刀齿交替地从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有第二全齿深的一系列第二滚刀齿；
其中，所述第一全齿深与所述第二全齿深不同且构造成由所述毛坯形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
2.根据权利要求1所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有单头螺纹。
3.根据权利要求1所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有多头螺纹。
4.根据权利要求1所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形，所述第二螺纹具有第二齿条廓形，其中所述第一螺纹与所述第二螺纹不同。
5.根据权利要求4所述的滚齿装置，其中，所述第一齿条廓形与所述第二齿条廓形不同。
6.一种用于由毛坯制造齿轮的滚齿装置，所述滚齿装置包括：
滚刀，所述滚刀具有圆柱形滚刀本体和圆柱轴线；
第一滚刀齿，所述第一滚刀齿从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有自所述圆柱轴线测得的第一直径，所述第一直径提供第一全齿深；
第二滚刀齿，所述第二滚刀齿与所述第一滚刀齿相邻地从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有自所述圆柱轴线测得的第二直径，所述第二直径提供第二全齿深；并且
其中，所述第一直径与所述第二直径相等，所述第一全齿深与所述第二全齿深不同，并且其中所述滚刀构造成由所述毛坯形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
7.根据权利要求6所述的滚齿装置，还包括具有所述第一全齿深的一系列第一滚刀齿和与所述一系列第一滚刀齿交替地从所述圆柱形滚刀本体延伸的一系列第二滚刀齿，所述一系列第二滚刀齿具有所述第二全齿深。
8.根据权利要求6所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有单头螺纹。
9.根据权利要求6所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有多头螺纹。
10.根据权利要求6所述的滚齿装置，其中，所述滚刀具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形，所述第二螺纹具有第二齿条廓形，其中所述第一螺纹与所述第二螺纹不同。
11.根据权利要求10所述的滚齿装置，其中，所述第一齿条廓形与所述第二齿条廓形不同。
12.一种由齿轮毛坯制造齿轮的方法，所述齿轮毛坯具有齿轮毛坯轴线，所述方法包括：
提供滚刀，所述滚刀具有(i)具有滚刀轴线的圆柱形滚刀本体，(ii)从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有第一全齿深的一系列第一滚刀齿，和(iii)与所述一系列第一滚刀齿交替地从所述圆柱形滚刀本体延伸并具有第二全齿深的一系列第二滚刀齿，其中所述第一全齿深与所述第二全齿深不同；
使所述滚刀跨所述齿轮毛坯的周面平移，其中所述滚刀和所述齿轮毛坯绕它们各自的轴线旋转；以及
使用所述一系列第一滚刀齿和一系列第二滚刀齿切削所述齿轮毛坯，其中所述第一滚刀齿和所述第二滚刀齿形成具有相邻的齿的齿轮，所述相邻的齿具有不同的外径。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述滚刀具有单头螺纹。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述滚刀具有多头螺纹。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述滚刀具有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹具有第一齿条廓形，所述第二螺纹具有第二齿条廓形，其中所述第一螺纹与所述第二螺纹不同。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一齿条廓形与所述第二齿条廓形不同。
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