CN105377491A - 精加工带齿工件的方法和装置以及控制该装置的程序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用与工件相互齿配合地啮合的带齿精加工刀具(10)精加工带齿工件的方法和装置。为了实现锥形修正的齿面，该方法和装置根据本发明以这样的方式设计，使得在修整过程中，精加工刀具(10)和修整刀具(11)相对于彼此布置在具有减小的周向间距(a)的位置处，该减小的周向间距的位置与最大周向间距位置偏移开。

Description

精加工带齿工件的方法和装置以及控制该装置的程序
本发明涉及一种使用与工件相互齿配合地啮合的带齿精加工刀具来精加工带齿工件的方法，其中，精加工刀具经受修整过程，在该修整过程中，彼此齿配合的精加工刀具和带齿修整刀具绕其各自的齿轮轴线旋转，这些齿轮轴线在不同于零的中心距离处且以不同于零的轴线交叉角相对于彼此布置。此外，本发明还涉及能够实施该方法的装置以及控制装置的控制程序。
为了给出这种方法的实例，用可修整珩磨环珩齿的过程是已知实践。珩磨环表示加工中带齿工件的精加工刀具。珩磨环的修整刀具具有在修整过程中与珩磨环的内齿廓啮合的带外齿的金刚石修整齿轮的形式。在齿轮的这个配对中，以非零角彼此交叉的精加工刀具和修整刀具的各自齿轮轴线在相对于彼此最大的中心距离处布置，并且布置成使得用于修整过程的相对横进给运动在中心距离的方向上发生。
借助齿轮轴线相对于彼此的这种布置，修整工具的几何形状在修整过程中被转移到精加工刀具。如果工件随后在同一相对位置与精加工刀具啮合，则同一齿面几何形状被转移到工件。然而，工件在齿轮传动中的使用通常需要在齿轮齿上进行齿面修正。具体地说，为了处理驱动轴在载荷下的弯曲，锥形齿面修正是必须的。然而，这使修整刀具制作昂贵且复杂。此外，单独的修正刀具必须可用于各种齿面修正。或者，齿面修正可以通过适当调整到相对位置并通过齿轮轴线在工件的加工中的附加运动来实现。这涉及到在控制齿轮轴线方面的对应较高水平的复杂性。此外，在其齿轮轮廓在干涉轮廓的意义上肩并肩邻接的工件的加工中，沿工件齿轮轴线方向的纵向珩磨所需的直线运动范围受到限制。在另一方面，在没有这种直线运动而仅发生轴向横进给的情况下，单纯横进给珩磨导致较高的表面粗糙度。
本发明的目的在于，提出降低生产具有良好表面质量的锥形修正齿面的工件的复杂性和成本的与上述相同的通用类型的方法，进一步提供根据该方法来控制的装置以及具有所需能力的控制器程序。
从方法的角度看，本发明通过精加工刀具和修整刀具的齿轮轴线相对于彼此布置在从最大中心距离的位置偏移到减小的中心距离的位置的位置上的想法解决了这个任务。
由于通过根据本发明的修整刀具偏移进行修整过程的结果，因此本发明获得精加工刀具的齿轮的相应修正。在修整刀具以及未修整的精加工刀具的齿周是圆柱形而没有偏离的优选情况下，根据本发明的修整位置引起精加工刀具的锥形齿面修正。因此，虽然修整刀具的齿厚在整个齿宽上是恒定的(不管齿轨迹凸度如何)，但修整过的精加工刀具的齿的齿顶高修正在整个齿宽上变化。在精加工刀具的径向方向上进行修整刀具横进给是最好的，但也能够进行例如仅在正交于中心距离的方向上的横进给。
当使用具有圆柱形而没有偏差的齿轮齿廓的修整刀具时，在修整过程中将平行于修整刀具的齿轮轴线的叠加分量加到修整刀具的运动是特别有利的。特别是已知为在纵向行程珩磨中的工件纵向进给的这种叠加会在修整过程中提高精加工刀具的表面质量，以使得即使在没有纵向进给或极为减少的纵向进给的情况下进行工件的后续精加工作业，精加工好的工件表面也将具有明显更好的表面粗糙度。
在有利实施例中，正交于修整刀具的齿轮轴线的运动分量叠加到彼此啮合的精加工刀具和修整刀具之间的相对运动上。这可以实现，尤其如果在修整刀具尽管偏离最大中心距离的位置，在修整过程中仍保持与精加工刀具为线接触。
在对于实践来说特别重要的实施例中，用修整过的精加工刀具如此进行工件精加工，即，使得工件基本上在精加工刀具的齿轮轴线与工件的齿轮轴线之间的最大中心距离的位置上用修整过的精加工刀具来加工，这意味着在该位置上的中心距离为其精确的最大值或与该值仅偏离到产生工件的齿面的普通齿面修正所需的程度。因此，在修整过程中由于修整刀具的偏移位置而获得的精加工刀具的锥形修正的齿轮几何形状被转移到工件。
这种转移过程可以以这样的方式进行，使得在工件的机加工中，工件和精加工刀具的各自齿轮轴线之间的轴线交叉角设成对应于在修整过程中用于修整刀具和精加工刀具的各齿轮轴线之间的轴线交叉角的值。工件齿的左右齿面的锥度在这种情况下具有与修整轮的齿的锥度相同的对称性。在另一方面，这个转移过程还可以遵循如下步骤，在该步骤中，在工件的机加工中，工件和精加工刀具的各自齿轮轴线之间的轴线交叉角设成与在修整过程中用于修整刀具和精加工刀具的齿轮轴线之间的轴线交叉角有偏离的值。这具有工件的齿的右齿面和左齿面的各自锥度彼此不对称的结果。
从装置的角度看，本发明的任务通过对带齿工件进行精加工作业的装置来实现，该装置具有可绕其齿轮轴线旋转的带齿精加工刀具、可绕其齿轮轴线旋转的带齿修整刀具、设定两条齿轮轴线的相对位置的装置以及用来控制位置设定装置的控制装置，该控制装置的区别特征是控制装置设计成具有进行使如权利要求1至10所述的方法能够实施的设定的能力。
该装置中的轴线布置可以遵循传统珩磨机的标准几何形状，其中，修整刀具和待加工工件由工件主轴来交替地绕其各自齿轮轴线旋转地支承，以及其中，形成精加工刀具的珩磨环由枢转支承装置而绕其齿轮轴线旋转地支承。对于绕齿轮轴线的旋转，可以有提供给各轴线的单独驱动源。或者，仅轴之一具有其自己驱动源，而绕另一轴的旋转由于被精加工刀具与修整刀具之间或精加工刀具与工件之间的啮合的随带而发生。发明想法还包括回转装置，工件主轴和精加工刀具的旋转轴线之间的轴线交叉角可以借助于该回转装置设成期望量值。此外，布置包括允许设定两条旋转轴线之间的中间距离的直线位移轴线。最后，两条轴线的相对位置在横向于中心距离延伸的平面内可调整。具有这些能力的系统允许进行如权利要求1至10中的一项所述的方法所需的相对位置被设定在精加工刀具与修整刀具之间以及在精加工刀具与待加工工件之间。
优选地，这些设定可以通过其作出的控制器装置在程序的命令下运行。因此，控制装置可以被编程以通过加载相应控制程序来执行方法的期望变型。
本发明的进一步区别特征、细节和优点从下列描述中会变得显而易见，其中，本发明通过在附图中示出的典型细节来介绍，在附图中
图1示出了传统珩齿机的轴线的几何布置；
图2a和2b示意性表示在修整过程中珩磨环与修整刀具之间或在机加工过程中珩磨环与工件之间的相对位置；以及
图3示意性表示珩磨环与修整刀具的不同的相对位置。
在图1中，附图标记C1标示工件主轴的旋转轴线，带外齿的工件或带外齿的修整刀具可以以这样的方式夹紧到该工件主轴上，使得工件或修整刀具的齿周轴线(也被称为齿轮轴线)与旋转轴线C1重合。此外，附图标记C2标示带齿珩磨刀具的旋转轴线，带齿珩磨刀具用作精加工刀具并以这样的方式可旋转支撑，使得其齿轮轴线与旋转轴线C2重合。在下文中，两条齿轮轴线因此同样标示为C1和C2。
旋转轴线或齿轮轴线C1和C2之间的交叉角通过绕回转轴线A的回转运动可调整。此外，两条轴线之间的中心距离沿在中心距离的方向上延伸的直线位移轴线X可调整。在横向于X轴线延伸的平面上，两条旋转轴线或齿轮轴线C1和C2之间的相对位置沿横向于直线位移轴线X和旋转轴线C1延伸的直线位移轴线Y并且沿平行于旋转轴线C1延伸的直线位移轴线Z可调整。
在该轴线系中，图2a和2b的图平面平行于X/Y平面延伸，并且视图平行于Z轴定向。由于形成圆形精加工刀具10的珩磨环的径向平面相对于与旋转轴线C1的径向平面平行延伸的X/Y平面倾斜一轴线交叉角，因此精加工刀具10实际上不应在图2a和2b呈现为圆形，相反地呈现为其圆形形状的椭圆投影。然而，由于附图属于纯粹示意性质并且轴线交叉角通常很小，因此为了简单起见而不予考虑该细节。
在图2a和2b的图示中，旋转轴线C1和C2平行于X/Y平面延伸。因此，夹紧到工件主轴的带齿修整刀具的齿轮轴线C1与精加工刀具10的齿轮轴线C2之间的中心距离a平行于X轴线延伸，如图2a所示。类似地，如图2b所示，夹紧到工件主轴的工件12的齿轮轴线C1与精加工刀具10的齿轮轴线C2之间的中心距离也平行于X轴线延伸。
如从图2a和2b明显看出，中心距离取决于齿轮轴线C1、C2的相对位置，其中，精加工刀具10和修整刀具11或工件12的各自齿廓在修整或加工过程中彼此啮合。在所示实例中，精加工刀具10的齿轮轴线C2在X/Y平面内延伸，而修整刀具11或工件12的齿轮轴线C1平行于Z轴线延伸。图2b示出了最大中心距离a’的位置。在这种情况下，中心距离位于正交于Y/Z平面定向的精加工刀具10的径向矢量上。
在修整过程中，精加工刀具10和修整刀具11的各自齿轮轴线C2和C1相对于彼此设定在减小的中心距离a的位置，该位置偏离最大中心距离a’的位置。这在图2a中示出。在该图的X/Y/Z参考系中，与图2b所示的最大中心距离a’的位置相比，精加工刀具的齿轮轴线C1在X/Y平面内偏移。修整刀具11优选地进行沿其齿轮轴线C1的方向的行程运动。此外，平行于X/Y平面定向的运动分量可以以已知的方式叠加，以保持与精加工刀具10的线接触和/或产生期望的凸度。
与图2a所示修整过程相比，用修整过的精加工刀具10加工工件12发生在图2b所示的位置上，即在精加工刀具10的齿轮轴线C2与工件12的齿轮轴线C1之间的最大中心距离a’的位置上。
图3表示类似于图2a但具有修整刀具11画在用1、2和3编号的三个不同位置上的差异的修整过程的视图。产生在修整过的精加工刀具上的各自齿轨迹形状l1、r1；l2、r2；l3、r3在三个位置下面示出。如图2a和2b所示，图3中的修整刀具11的齿轮轴线C1平行于Z轴线延伸，但精加工刀具10的齿轮轴线C2以轴线交叉角的大小在Y/Z平面上顺时针偏斜。
如果具有圆柱形齿周的修整刀具11布置在最大中心距离的位置1上，则修整过的精加工刀具10的齿将具有齿顶高修正，该齿顶高修正不管齿面凸度如何在整个齿宽上都是恒定的并且其值也可以是零。在这种情况下，左右齿轨迹l1、r1相互平行，如图3所示。相比之下，如果修整刀具11布置在偏离最大中心距离的位置1的减小的中心距离2或3的位置之一上，则由此产生的齿面修正l2、r2和l3、r3将是锥形的。如果轴线交叉角在修整过程期间保持不变，则左右齿面的对应修正将彼此对称。由于相对于图3的X/Y/Z系的轴线交叉角具有正值，因此在位置2上的修整刀具11的穿透深度在精加工刀具10的面向观察者的一侧比在背向观察者的一侧更浅。因此，齿厚度沿精加工刀具10的轴线方向减小，如在图3中通过齿轨迹l2、r2可见那样。在位置3上，在另一方面，修整刀具11的穿透深度11在精加工刀具10的面向观察者的的一侧上更深。因此，齿厚度沿精加工刀具10的轴线方向增加，如在图3中通过齿轨迹l3、r3可见那样。
附图标记列表
C1刀具主轴的旋转轴线
C2珩磨刀具的旋转轴线
A旋转轴线
X在中心距离方向上的直线运动轴线
Y直线运动轴线
Z直线运动轴线
10精加工刀具
11修整刀具
a修整刀具轴线的中心距离
a’工件轴线的中心距离
12工件
l1,l2,l3,r1,r2,r3齿面轮廓

Claims (15)

1.一种用带齿精加工刀具(10)来精加工带齿工件(12)的方法，所述精加工刀具(10)与所述工件(12)相互齿配合地啮合，其中，所述精加工刀具(10)经受修整过程，在所述修整过程中，彼此齿配合的所述精加工刀具(10)和带齿修整刀具(11)绕在不同于零的中心距离(a)处并且以不同于零的轴线交叉角相对于彼此布置的其各自齿轮轴线(C2、C1)旋转，其特征在于，所述精加工刀具(10)和所述修整刀具(11)的所述齿轮轴线(C2、C1)相对于彼此布置在从最大中心距离(a’)的位置偏移到减小的中心距离(a)的位置的位置上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精加工刀具(10)的齿廓是内齿廓，而所述修整刀具(11)的齿廓是外齿廓。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精加工刀具(10)的齿廓是外齿廓，而所述修整刀具(11)的齿廓是内齿廓。
4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述精加工刀具(10)是环状珩磨刀具。
5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述修整刀具(11)的齿厚不管齿轨迹凸度如何在整个齿宽上都是恒定的。
6.如权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，平行于所述修整刀具(11)的所述齿轮轴线(C1)的叠加运动分量加到所述修整刀具(11)与所述精加工刀具(10)之间的相对运动。
7.如权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，正交于所述修整刀具(11)的所述齿轮轴线(C1)的叠加运动分量加到所述修整刀具(11)与所述精加工刀具(10)之间的相对运动。
8.如权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，用所述修整过的精加工刀具(10)加工所述工件(12)，其各自齿轮轴线(C1、C2)以这样的方式相对于彼此定位，使得其中心距离(a’)不同于在所述修整过程中所述修整刀具(11)的齿轮轴线和所述精加工刀具(10)的齿轮轴线之间的所述中心距离(a)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工件(12)基本上在所述精加工刀具(10)的所述齿轮轴线(C2)与所述工件(12)的齿轮轴线(C1)之间的最大中心距离(a')位置上用所述修整过的精加工刀具(10)加工。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，为了加工所述工件(12)，所述工件(12)和所述精加工刀具(10)的所述齿轮轴线(C1、C2)之间的所述轴线交叉角设成对应于在修整过程中所述修整刀具(11)和所述精加工刀具(10)的所述齿轮轴线(C1、C2)之间的所述轴线交叉角的值。
11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，为了加工所述工件(12)，所述工件(12)和所述精加工刀具(10)的所述齿轮轴线(C1、C2)之间的所述轴线交叉角设成相对于在修整过程中所述修整刀具(11)和所述精加工刀具(10)的所述齿轮轴线(C1、C2)之间的所述轴线交叉角偏移的值。
12.如权利要求8至11中的一项所述的方法，其特征在于，在所述齿轮轴线(C1、C2)方向上的运动分量叠加到在机加工过程中彼此啮合的所述精加工刀具(10)与所述工件(12)之间的相对运动上。
13.一种精加工带齿工件(12)的装置，该装置包括能绕其齿轮轴线(C2)旋转的带齿精加工刀具(10)、能绕其齿轮轴线(C1)旋转的带齿修整刀具(11)、设定所述齿轮轴线(C1、C2)之间的相对位置的装置以及用于控制位置设定装置的控制装置，其特征在于，所述控制装置设计成具有进行使如权利要求1至12中的一项所述的方法能够被执行的设定的能力。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制装置在程序的命令下运行。
15.软件程序，其包括程序代码以运行执行如权利要求1至12中的一项所述的方法的权利要求14的所述程序控制的控制装置。
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