CN105358279B - 用于磨光齿部的装置以及用于制造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于磨光构件(4)的内齿部和/或外齿部(4a)的装置。在此提出，在内齿部(4a)之内和/或外齿部之外，可旋转地布置有至少两个啮合到内齿部(4a)和/或外齿部中的可径向进给的磨光齿轮(A、B、C)。在磨光时，构件(4；14)不是固定地被夹紧，而是仅仅松弛地位于支座(5)上。为了限制在磨光时出现的构件(4；14)的轴向运动，在磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)中的至少一个处设有止推环(6)。

Description

用于磨光齿部的装置以及用于制造的方法
技术领域
本发明涉及一种用于磨光内齿部和/或外齿部的装置以及一种用于制造内齿部和/或外齿部的方法。
背景技术
已知的是，首先通过拉削制造齿圈的内齿部，在斜齿部的情况下通过所谓的螺旋槽拉削以切削的方式制造内齿部。通过拉削过程，在齿面的表面上产生尖梳形的结构，其导致在齿面上的不期望的表面粗糙度。过高的表面粗糙度是在齿轮运行时在齿面上形成的所谓的灰斑或锈斑的原因之一。也已知的是，通过磨光可减小通过切削加工产生的表面粗糙度。在该磨光方法中，通过变形使粗糙表面的轮廓尖点变平。由此，可改善齿面的表面质量并且避免出现灰斑的原因。
通过文献DE 199 63 477 A1已知一种用于磨光齿圈的内齿部的装置。该装置包括三个彼此错位90°的加工单元，其分别具有一个磨光齿轮。齿圈被夹紧在支架中并且在旋转台上以节拍的方式分别摆动90°，从而其经过三个加工工位。磨光齿轮在这三个加工工位中的每个上与齿圈的内齿部啮合并且由此连续地、也就是说在三个时间上和空间上彼此相继的步骤中引起内齿部的磨光。磨光齿轮分别径向地从内向外进给，为此，通过碟形弹簧施加压紧力。磨光齿轮分别通过马达驱动并且在内齿部处滚动，并在此同时在轴向方向上震荡。不同加工工位的三个磨光齿轮指向齿面的不同区段。
例如也通过文献DE 10 2007 039 959 A1已知的是，通过两个沿直径方向布置的轧圆机将齿轮的外齿部轧至光滑。
发明内容
本发明的目的是，改善并简化开头所述类型的装置，并且提出优选地可通过该装置执行的方法。
本发明的该目的通过根据本发明的装置和根据本发明的方法实现。从以下实施方式中得到有利的设计方案。
根据本发明的第一方面，装置包括至少两个啮合到内齿部和/或外齿部中的可径向进给的磨光齿轮，其布置在构件之内和/或之外。磨光齿轮由此不是布置在不同的而是布置在唯一的用于磨光内齿部和/或外齿部的加工工位中。由此，该装置明显更简单和紧凑。压紧力或进给力显著小于现有技术。
对于本发明来说重要的是，待加工的构件在磨光时不是固定地被夹紧到装置中，而是在磨光时仅仅松弛地位于支座上。对于本发明来说同样重要的是，在磨光齿轮中的至少一个(优选地每一个)处设置止推环，该止推环限制在磨光时出现的构件轴向运动。
以有利的方式，该实施方式允许磨光齿轮(工具)在十分之几毫米的很小轴向间隙下与待加工的构件(工件)相互啮合。摆动地支承的磨光齿轮对此时待加工构件的非常小的斜置进行平衡，该斜置可在构件从支座处轴向抬起时产生。
在一种优选的设计方案中，设置用于限制未固定夹紧的构件的轴向运动的止推环由硬化钢制成并且与磨光齿轮固定连接。
根据一种优选的实施方式，分别三个彼此错位120°的磨光齿轮布置在该构件之内和/或之外。由此，磨光齿轮如在行星齿轮传动机构中的行星轮那样布置，也就是说布置在齿圈之内和/或太阳轮之外，并且同时啮合到内齿部和/或外齿部中。
根据另一优选的实施方式，至少一个磨光齿轮布置在可径向运动的滑架上。由此，至少一个磨光齿轮可径向地进给到构件的内齿部和/或外齿部上。
根据另一优选的实施方式，第一磨光齿轮布置在第一滑架上并且第二磨光齿轮以及第三磨光齿轮布置在第二滑架上，其中，这两个滑架可沿直径方向相对彼此移动。替代地，也可在两个滑架上布置三个内磨光齿轮和三个外磨光齿轮。这两个滑架优选地通过布置在中央的调整单元、例如气动缸向内和/或向外移动，从而可使磨光齿轮与工件的内齿部和/或外齿部啮合。由此，对于三个或六个磨光齿轮仅需要一个调整单元。
根据另一优选的实施方式，第二磨光齿轮和第三磨光齿轮可旋转地被支承，其中，旋转轴线以相对于第二滑架摆动的方式布置。由此，两个磨光齿轮在磨光期间可跟随齿圈的内齿部的倾斜角度偏差。由此，给出在磨光齿轮和内齿部之间持久的均匀的压紧力。
根据另一优选的实施方式，第一磨光齿轮同样可旋转地被支承并且在旋转方向上被驱动。驱动的磨光齿轮的旋转轴线不是摆动地被支承的。由此，齿圈通过第一磨光齿轮被驱动，也就是说被置于旋转中，从而所有磨光齿轮在内齿部上滚轧。齿圈、也就是说工件由此通过磨光齿轮进行对中并且不需要特殊的容纳部或夹紧部。
根据另一优选的实施方式，三个磨光齿轮或六个磨光齿轮(三个内磨光齿轮和三个外磨光齿轮)具有带有不同地修正的齿廓的齿部。通过不同的齿廓，(在内齿部的轮廓方向上看)先后加工齿面的不同的部分或区间。由此，在唯一的加工工位上进行内齿部的和/或必要时还有外齿部的整个齿廓的磨光，由此相对于现有技术省去了两个加工工位。
根据另一优选的实施方式，第一磨光齿轮的齿面具有高度凸度；这样的轮廓被称为具有高度凸度，即，其通过显著的修缘和修根凸状地改变了。通过第一磨光齿轮的高度凸度，特别是在内齿部的节圆附近的齿面区段被磨光。
根据另一优选的实施方式，第二磨光齿轮的齿廓具有修根，通过该修根特别是内齿部的齿根区域被磨光。
根据另一优选的实施方式，第三磨光齿轮的齿廓具有修缘，通过该修缘特别是可加工内齿部的齿顶。
根据另一优选的实施方式，构件构造成具有内齿部的齿圈或者具有内齿部和外齿部的所谓的太阳齿圈。在第二替代方案中，构件一方面用作齿圈并且另一方面用作太阳轮(具有外齿部)。在这种情况中，磨光齿轮不仅布置在太阳齿圈之内而且布置在太阳齿圈之外，从而同时或者先后进行两次磨光过程，即，一次用于内齿部并且一次用于外齿部。
根据本发明的另一方面，在用于制造内齿部和/或外齿部的方法中，在第一方法步骤中通过切削的方法、例如拉削、碰撞或铣削预制造内齿部和/或外齿部，并且在直接紧接着第一方法步骤的第二方法步骤中，通过软磨光、也就是说变形工艺加工内齿部和/外齿部。在此，直接紧接着意味着，使材料在“软的”、也就是说在尚未表面硬化的状态中变形。在此有利地，需要相对很小的变形力并且因此不改变宏观几何形状。通过这两个方法步骤、即第一切削的加工和第二变形的加工的组合，以很低的方法技术成本达到相对高的表面质量。所实现的表面质量有助于避免灰斑、也就是说在处于啮合的行星齿轮运行时的提前磨损。
在此，在软磨光时应用这样的装置，即，在该装置中，待加工的工件不是被固定地夹紧到装置中，而是在磨光时松动地位于支座上。装置的工具(磨光齿轮)中的至少一个(优选地每一个)都具有止推环，其限制在磨光时由于所存在的径向力产生的工件轴向运动。
根据一种优选的方法变型方案，将软磨光的过程分到齿廓的不同区间上，其中，这些区间彼此邻接并且必要时重叠。优选地，同时(同步地)独立地磨光三个区间，即，在齿高中部的齿面区域、在齿顶和齿根附近的齿面区域。在空间情况充足时，可将加工区间的数量提高至多于3个。由此得到加工时间缩短的优点。
根据另一优选的变型方案，有利地在根据本发明的装置上进行根据本发明的用于软磨光的方法。
特别是在具有斜内齿部的齿圈中并且也在具有斜外齿部的正齿轮中，由于所描述的径向压紧力出现轴向力，该轴向力试图将未固定夹紧的工件从其支座处抬起并且由此脱开啮合。为了克服这种效应并且改善加工效果，在该方法中可设置成，在成斜齿的工件中，在待磨光的构件旋转360°之后，改变旋转方向。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并且在下文中做详细描述，其中，从描述和/或附图中可得到其他特征和/或优点。其中
图1示出了根据本发明的用于磨光内齿部的装置的示意图；
图1B示出了根据图1的根据本发明的装置的细节；以及
图2示出了根据本发明的另一用于磨光内齿部和外齿部的装置。
具体实施方式
图1示出了本发明的第一实施例，即，在从上方的视图中示意性示出的用于磨光内齿部的装置1。该装置1包括可沿着箭头P1的方向运动的第一工具滑架2，简称为滑架2，以及可沿着箭头P2的方向运动的第二工具滑架3，简称为滑架3。在第一滑架2上，绕垂直于图纸平面布置的旋转轴线a支承有第一磨光齿轮A、以下简称磨光齿轮A。在第二滑架3上，布置有可绕旋转轴线b旋转的第二磨光齿轮B以及可绕旋转轴线c旋转的第三磨光齿轮C。磨光齿轮A、B、C是装置1的工具并且在其周边上具有硬化的渐开线齿部(没有附图标记)。其旋转轴线a刚性地布置的第一磨光齿轮A通过未示出的马达驱动。第二磨光齿轮B和第三磨光齿轮C的旋转轴线b、c以摆动的方式布置，也就是说，其可跟随齿隙的走向。在两个滑架2、3上方布置有构造成齿圈4的构件、即工件，其自由地位于未示出的板上。齿圈4具有构造成渐开线齿部的内齿部，该内齿部以切削的方式通过拉削制成。优选地，内齿部4a构造成斜齿部，其通过所谓的螺旋槽拉削、也就是说通过拉削工具的螺旋形运动制成。磨光齿轮A、B、C与在行星齿轮传动机构中的行星轮相似地布置在齿圈4之内，利用其外齿部啮合到齿圈4的内齿部4a中，并且由此也引起自由平放的齿圈4的对中。在第一滑架2和第二滑架3之间布置有未示出的调整装置、优选地气动缸，其将两个滑架2、3彼此移开，以由此在磨光齿轮A、B、C和内齿部4a之间施加所需的压紧力。
磨光的过程是软磨光并且如下进行：直接在拉削过程之后，也就是说在“软的”(未进行表面硬化的)状态中将齿圈4装到装置1上。在此，磨光齿轮A、B、C还位于其被拉回的位置中，也就是说未与内齿部4a啮合，滑架2、3还在一起。在齿圈4定位在装置1上之后，通过滑架2、3的彼此移开使磨光齿轮A、B、C与内齿部4a啮合，其中，仅须施加相对很小的压紧力。之后，第一磨光齿轮A驱动齿圈4，而第二磨光齿轮B和第三磨光齿轮C在内齿部4a处滚动或滚轧。由于其摆动轴线b、c，磨光齿轮B、C可最优地跟随内齿部4a。
三个磨光齿轮A、B、C在其齿部微几何形状方面可实施成不同的，以在一定的齿面区域中达到最优的磨光效果。这种类型的几何形状变化可在齿高方向上实施为轮廓角度修正(啮合角度修正，优选地在约+/-0°30'的范围内)的形式，实施为轮廓凸度(优选地在从-20至+30μm的范围内)，以及实施成这些参数的组合。在齿宽方向上，这种类型的几何形状变化可实施成齿面角度修正(优选地在约+/-0°10'的范围内)、宽度凸度(优选地在从-30至+50μm的范围内)，以及实施成这些参数的组合。此外，在齿高方向上和齿宽方向上的几何形状变化可相互组合或叠加。
相应地，在图1所示的实施例中，在磨光齿轮A、B、C的齿部处设置不同的轮廓修正：第一磨光齿轮A的齿廓具有高度凸度；第二磨光齿轮B的齿廓具有相对大的修根，并且第三磨光齿轮C的齿廓具有相对大的修缘。因此，这三个磨光齿轮对内齿部4a的不同区域或区间，即齿面中部、齿根和齿顶进行加工或磨光。通过磨光过程，特别地，通过尚“软的”材料的变形使通过拉削过程在内齿部4a的表面上产生的轮廓尖点变平，从而实现具有更高材料承载份额的更好的表面质量。在软磨光之后可将齿圈4的齿部硬化。
通过将限制齿圈的轴向运动的止推环安装在同样成斜齿的磨光齿轮处，有效地克服了成斜齿的齿圈的轴向漂移效应，以下将根据图1B对此做详细解释。另一克服该效应并且改善加工效果的可行性是，在磨光期间交替地使待加工的工件的旋转方向反转。
图1B示出了根据本发明的装置的在图1中描述的实施例的细节。在图1B中示出了设置用于磨光内齿部和外齿部的装置1的横剖视图。在此示例性地实施成齿圈4的工件松弛地位于优选地经过硬化的支座5上并且与磨光齿轮(其中在所示的横剖视图中仅可看到具有其旋转轴线a的磨光齿轮A)啮合，这通过箭头P1指出。齿圈4的旋转轴线用d表示。
在成斜齿的工件中，通过径向的压紧力F和驱动的力矩M得到合成的轴向力分量，其根据旋转方向将工件压到支座5上或者从支座5上抬起。优选地由硬化钢制成的止推环6与磨光齿轮A固定连接并且将可能的轴向间隙7限制到十分之几毫米。优选地，仅仅驱动磨光齿轮中的一个；在这里所示的实施例中为磨光齿轮A。从优选地刚性支承的驱动的磨光齿轮A得到的齿圈4的斜置可以通过其余磨光齿轮的摆动支承进行平衡。如已经阐述的那样，对于均匀的加工效果来说有规律的旋转方向变化是有利的，例如在工件每旋转360°之后。
图2同样以俯视的示意图示出了本发明的第二实施例，即，用于磨光内齿部和外齿部的装置11。对于相似的部件，分别将附图标记增加了10。装置11包括第一滑架12、第二滑架13，其(与根据图1的实施例相似地)可朝向彼此或远离彼此运动。第一滑架12具有被驱动的磨光齿轮Ai，并且第二滑架13具有两个被摆动地支承的磨光齿轮Bi、Ci。在装置11上被磨光的工件是构造成齿圈和太阳轮的构件14，其具有内齿部14a以及外齿部14b。内齿部14a优选地通过螺旋槽拉削、也就是说以切削的方式制成，而外齿部14b例如通过铣削、即同样以切削的方式制成。为了磨光外齿部14b，在第一滑架12上可旋转地布置有可驱动的磨光齿轮Aa，在第二滑架13上可旋转地布置有磨光齿轮Ba以及第三磨光齿轮Ca。磨光齿轮Aa、Ba、Ca，以下也称为磨光轮，通过其外齿部啮合到构件14的外齿部14b中。在磨光外齿部14b(如在图2中示出的那样)时，使两个滑架12、13向着彼此运动，以产生磨光过程所需的压紧力。随后，使两个滑架12、13彼此驶开，从而外磨光齿轮Aa、Ba、Ca脱开啮合并且内磨光齿轮Ai、Bi、Ci与内齿部14a啮合。内磨光齿轮Ai、Bi、Ci和外磨光齿轮Aa、Ba、Ca以与在根据图1的实施例中相似的方式进行轮廓修正。
通过磨光齿轮的不同的轮廓几何形状，加工工件的齿面的不同区域或区间，由此也得到更小的变形力。通过所提及的轮廓修正，用作工具的磨光齿轮与工件的齿面仅进行减少的线接触。由此，在工件的整个齿面上保证了尽可能高的单位面积压力以及由此最优的加工效果。如已经阐述的那样，在未硬化的状态中加工工件的齿部，也就是说，直接在拉削过程之后。由渐开线齿部的压力和翻滚滑动运动的叠加得到磨光效果。由此，使材料隆起部和粗糙度尖点(轮廓尖点)变平并且消除了齿部损坏。
通过根据本发明的装置和根据本发明的方法实现的表面质量特别是以根据标准DIN EN ISO 4287的两个表面参数或特征值为特征，即，表示轮廓的材料承载份额的特征值Rmr和定义具有良好承载特性的表面、也就是说具有很小轮廓尖点份额的表面的特征值Rsk(“斜度”)。在软磨光之后，齿面的表面具有这两个特征值的显著改善。
附图标记列表
1 装置
2 第一滑架
3 第二滑架
4 齿圈
4a 内齿部
5 支座
6 止推环
7 轴向间隙
11 装置
12 第一滑架
13 第二滑架
14 太阳齿圈
14a 内齿部
14b 外齿部
A 第一磨光齿轮
B 第二磨光齿轮
C 第三磨光齿轮
a 第一磨光齿轮的旋转轴线
b 第二磨光齿轮的旋转轴线
c 第三磨光齿轮的旋转轴线
d 齿圈的旋转轴线
Ai 内磨光齿轮
Bi 内磨光齿轮
Ci 内磨光齿轮
Aa 外磨光齿轮
Ba 外磨光齿轮
Ca 外磨光齿轮
F 径向压紧力
M 驱动力矩
P1 第一滑架的运动方向
P2 第二滑架的运动方向

Claims (19)

1.一种用于磨光构件(4；14)的内齿部和/或外齿部(4a；14a、14b)的装置，其特征在于，
在所述内齿部(4a；14a)之内和/或所述外齿部(14b)之外，以能够旋转的方式布置有至少两个啮合到所述内齿部(4a；14a)和/或外齿部(14b)中的能够进给的磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)，
其中，所述构件(4；14)在磨光时不是固定夹紧在所述装置中，而是在磨光时仅仅松弛地位于支座(5)上，
以及其中，所述磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)中的至少一个具有止推环(6)，该止推环限制在磨光时出现的未固定夹紧的构件(4；14)的轴向运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)中的每一个都具有止推环(6)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置三个分别彼此错位约120°的磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)布置在能运动的滑架(2、3、12、13)上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第一磨光齿轮(A；Ai、Aa)布置在第一滑架(2、12)上，第二磨光齿轮以及第三磨光齿轮(B；Bi、Ba；C；Ci、Ca)布置在第二滑架(3、13)上，其中，所述滑架(2、3、12、13)能够沿直径方向彼此相对地移动。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二磨光齿轮和第三磨光齿轮(B、C；Bi、Ci、Ba、Ca)以能够旋转并且相对于所述第二滑架(3、13)摆动的方式被支承。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述第一磨光齿轮(A；Ai、Aa)以能够相对于所述第一滑架(2、12)旋转的方式被支承并且能够在旋转方向上被驱动。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述磨光齿轮(A、B、C；Ai、Bi、Ci、Aa、Ba、Ca)的齿部分别具有不同的齿廓。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述磨光齿轮(A、B、C)中的一个处，在其齿廓上在齿高度方向上看，设有在正/负0度30分的范围内的轮廓角度修正和/或在负20μm至正30μm的范围内的轮廓凸度。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在所述磨光齿轮(A、B、C)中的一个处，在其齿廓上在齿宽度方向上看，设有在正/负0度10分的范围内的齿面角度修正和/或在负30μm至正50μm的范围内的宽度凸度。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一磨光齿轮(A；Ai、Aa)的齿面具有高度凸度。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二磨光齿轮(B；Bi、Ba)的齿廓具有修根。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三磨光齿轮(C；Ci、Ca)的齿廓具有修缘。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述构件为具有内齿部(4a)的齿圈(4)或者具有内齿部(14a)和外齿部(14b)的太阳齿圈(14)。
15.一种用于在构件(4；14)上制造内齿部和/或外齿部的方法，其特征在于，
在第一方法步骤中通过切削的方法预制造内齿部和/或外齿部(4a；14a、14b)，并且在直接紧接着第一方法步骤的第二方法步骤中，通过软磨光加工所述内齿部和/或外齿部，
其中，利用根据权利要求1至14中任一项所述的装置进行所述软磨光。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，同时在所述构件(4；14)的齿廓的不同的彼此邻接的区间中进行所述软磨光的过程。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，作为第一区间对齿面中部进行磨光。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，作为第二区间对齿顶区域进行磨光。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，作为第三区间对齿根区域进行磨光。
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