CN105458412A - 用于对齿轮切割工件倒角和去毛刺的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用去毛刺设备对齿轮切割工件倒角和去毛刺的方法和设备，所述齿轮切割工件优选地为大体积齿轮切割工件，所述去毛刺设备布置在齿轮切割机的切割头上或齿轮切割机的切割头处、并且至少部分地利用了齿轮切割机的机轴以沿着齿轮廓对齿轮齿进行倒角和去毛刺。

Description

用于对齿轮切割工件倒角和去毛刺的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于对齿轮切割工件倒角和去毛刺的方法和设备，所述齿轮切割工件优选地为大体积齿轮切割工件，该方法和设备利用布置在齿轮切割机的切割头上或齿轮切割机的切割头处的倒角和去毛刺设备，该倒角和去毛刺设备至少部分地利用齿轮切割机的机轴以沿着齿的轮廓倒角并且去毛刺。

背景技术

在金属工件的机械加工中，毛刺特别地在工具出口侧形成。这些粗糙的毛刺在对工件的进一步处理之前必须被移除，从而在随后的过程中不会出现干扰，或者不会出现对机器操作者的伤害。在e级热处理过程之前，齿轮齿的端面刃还频繁地设置有保护倒角，该保护倒角旨在保护工件的齿刃免受损坏和膨胀，并且在随后过程中首先保护坚硬精加工工具免于高渗碳坚硬刃和毛刺。在该方面，术语“去毛刺”经常地被同义地用于去毛刺和倒角。“去毛刺”被理解为在金属切割过程以后将粘附至工件的粗糙毛刺移除，并且“倒角”理解为直接应用保护性倒角，其中粗糙毛刺还能够被移除，这样做取决于该过程。

在具有的直径小于大约500mm的齿轮切割工件的大规模制造中，在齿轮切割机中对齿轮切割工件的倒角和去毛刺同时已经成了该工艺的一部分。为此最常用的方法为压力去毛刺/旋转去毛刺(DE2534574A1)，利用特别的切割机切割倒角(“ChamferCut”/DE202005014619A1)或使用毛刺和如此“辗轧”倒角轮廓来切割倒角，该毛刺通过限定的预紧力以特定角度被按压到齿轮齿的端面刃上(“Gratomat”/DE1969827A1)。对于较小的齿轮切割工件例如为首先安装在小的齿轮箱和/或汽车以及经济车辆齿轮箱中，这些倒角和去毛刺方法已经成功地使用了一段时间。在大量生产中，特别适合的倒角和去毛刺工具的采购是非常经济的，这因为对此所执行的过程占用了非常少的机械加工时间。倒角和去毛刺机械加工主要发生在与主要过程时间同时的用于齿轮切割的该机器中。这些工具之后不幸地还特别适合于特定的齿轮齿或可以仍然可能用在非常类似的齿轮齿(例如，其它齿轮宽度)。

通过大齿轮齿(工件直径>1000mm至>16,000mm)，大模具和工件重量以吨计，现今齿轮切割工件仍然频繁地利用手动导向去毛刺工具(例如，单手研磨机)进行机械加工。工件直径越大并且模具越大，手动去毛刺切割越可能，特别是当小工件批量大小的情况，对于小工件批量尺寸，特别适合去毛刺工具(例如倒角切割机)的采购不经济时。

通过较新的方法过程解释，趋势是利用手动导向去毛刺工具移动远离倒角。对于此有各种原因：

●对于一些齿轮齿，齿轮齿的质量需求相当地增加。对于重型齿轮齿，例如用于风力齿轮箱，还越来越多的注意到所有齿和工件的倒角尺寸和倒角角度的再现性，且注意到倒角质量。

●在这些工件的切割中不再仅关注单纯的切割时间，而更重要的是，从切割机尽可能多地获得已经被充分切割的工件。

●出于健康和安全的原因，在现在的生产车间中已经不再需要遭受强噪音和大量粉尘排放的手工工作场所。

●在某种程度上，毛坯且尤其是齿轮切割工件对于大齿轮齿是昂贵的、非常昂贵的。如果齿轮在处理时被严重损坏，则在某种程度上，存在非常长的更换时间，直到可获得能够作为齿轮切割件的毛坯。因此，在此通过将额外方法整合到齿轮切割机中，以尝试从切割机中获得尽可能加工完成的工件。

●存在这样的工件：在该工件中齿轮齿的端面并非平面，而是具有斜面、弧形角或台阶部。在该情况下，特别对于斜齿轮齿，利用手动导向去毛刺工具进行均匀倒角的应用非常困难。

这些原因还说明了带有大齿轮齿的齿轮齿的前缘处自动生成倒角。在该方面，该方法必须提供一种廉价的解决方案，并且由于小的工件批量大小，必须能够切割出尽可能不同的齿轮齿。此外，在运输时或当被倒角时工件被损坏的风险应当最小化。

因此，现今排除了还可以用于大齿轮齿(<3500mm直径)的分开的去毛刺机。这些去毛刺机频繁地工作在系统中，在该系统中切割机位于齿刃上并且因此跟踪齿刃(Gratomat系统)。该系统不利的是，在齿高度上的倒角角度和倒角尺寸很大地不同。

另一系统处理毛刺，该系统追踪在辅助设备上导向的齿轮廓。在该方面，根据DE112008003992T5的独立去毛刺机示出用于具有内齿和具有外齿的工件的倒角和去毛刺的两个实施方式。在该方面，工件在两个工件保持辊和在工具前方的工件驱动保持辊之间被导向。在该方面，工具跟踪在工件探测构件上的齿轮齿轮廓。然而，通过这种去毛刺设备，仅仅对具有带直齿轮齿的工件的平坦端面的齿轮齿的倒角是可以的。如果斜面或弯曲存在于该区域中，则在工具的传送运动中必须垂直于齿轮廓追踪该工具，该工具尚未设置在这些单元中。

对于这些去毛刺机不利的是，这些去毛刺机为具有它们自己的控制器、用于工件的机器工作台、安全壳体等的独立机器，从而引起了相应成本。此外，这些机器需要分开的安装区域，尤其具有大齿轮齿的这些机器本身变得特别引人注意。此外，工件首先必须从齿轮切割机被运输到去毛刺机，并且在去毛刺机处必须被再次夹紧，这反过来包括增大的处理风险。

DE202012008601U1显示了具有集成的倒角设备和/或去毛刺设备的机器工具。在该方面，具有数个控制轴的去毛刺设备利用竖直调节性并以可传送方式被集成在反向-保持架工作台中的基部区域中。这不利的是，该单元需要额外的靠背架，并且额外地至少三个另外的NC轴必须集成在该机器中。

DE102009019433A1公开了一种具有用于齿轮切割机的分开的倒角切割去毛刺设备的系统，该系统横向地安装在挨着工件工作台的工作台上。理想上，齿轮齿的两个端面的一者应当在滚刀过程中由倒角切割切割机倒角。依赖于倒角切割切割机的工件在该方法中是不利的，工件被设计直接用于特定的齿轮齿并且工件因此可以优选地仅经济地用在较大规模的生产运行中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种去毛刺方法和廉价的倒角和去毛刺设备，通过所述倒角和去毛刺设备，优选地对于大齿轮齿的倒角和去毛刺可以发生在一个齿轮切割刀上。通过完全倒角和去毛刺，工件应当随后能够与机器脱离。

该目的根据本发明由具有权利要求1的特征的设备来实现。

对本发明的进一步改进可以从从属权利要求看到。

根据本发明的设备安装在齿轮切割机的头部上或齿轮切割机的头部处。这提供了以下优点：首先用来在工件处生成齿轮齿的机轴还可以至少部分或甚至完全地用于倒角切割。

在完成齿轮切割机械加工以后，倒角和去毛刺设备由此运动或枢转出其静止位置而进入到其工作位置中，以用于执行根据本发明的方法，并且随后开始倒角切割。在该方面，去毛刺设备的静止位置优选地位于用于滚刀或轮廓铣削切割刀的工具安装件上方的切割头上，滚刀或轮廓铣削切割刀用于生成齿轮齿。在切割头上，去毛刺设备最少干扰了用于齿轮机械加工的铣削切割刀的头部的行进运动，并且在齿轮齿生成中，与工件或与用于工件夹紧的装置的碰撞风险最低。另一方面，去毛刺设备非常近地附接至用于齿轮切割机械加工的切割点，并且可以通过简单的行进运动由此容易地与齿轮齿结合。在该方面，去毛刺切割刀传送到齿轮切割工件发生在一个平面中，该平面与X轴线/Z轴线以及与机器工作台的中心轴线平行延伸。在工作位置中，去毛刺主轴位于齿轮切割工具和工件之间，但至少在齿轮切割工具的前方。因此，可以使用去毛刺设备，而不需要必须首先将齿轮切割工具从机器卸下。这还意味着齿轮齿制造过程和倒角过程可以以自动控制方式一个接一个地发生，以及充分切割的工件离开机器。而且，还可以在多个铣削切割步骤之间执行倒角和去毛刺切割。对齿轮切割铣削工具必要的移除是不可能的。

在该方面，例如用于圆锥毛刺或圆柱毛刺的倒角工具，经由其倒角和去毛刺设备与切割头的轴向运动沿着齿轮齿的齿刃导向，同时工件围绕其中心轴以预定速度旋转。在第一步中，倒角首先在齿轮齿的端面(例如在上侧)处铣削。随后，工具朝向齿轮齿的相对设置的端面传送，并且在第二步中，该端面还设置有倒角。经由倒角主轴的枢转装置，其向内的枢转角度例如经由齿高度来控制，并且可以根据侧面而改变。因此，可以在右侧齿面和左侧齿面上生成不同倒角，当需要时还在齿根和齿头上生成。

在技术编程方面，例如倒角尺寸、倒角角度和倒角范围的参数可以储存在机器控制中的切割程序中，并且可以由NC轴设定。然后，倒角尺寸例如还可以受到供给值或经由切割数目的影响。由NC程序影响，这些倒角参数可以可再现地生成在多个工件处。

在可替选的实施方式中，倒角和去毛刺设备仍然额外地安装在在径向方向上朝向工件延伸的另一传送轴上。通过待移动的更小质量使得在X轴方向上(齿高度的传送方向)的可以有更加动态的运动，更小质量即替代了完全的机架而仅有倒角和去毛刺设备。因此，通过所有使用的轴可以整体行进较高的轴向速度。由于这里在工件处需要每角度径向传送的最大变化，故这在齿侧区域中倒角切割中是特别有优势的。相反，在齿头和齿根的区域中，在工件处仅需要每角度小的径向传送。

而且，由于移动质量仅仅由用于去毛刺设备和去毛刺工具的驱动的部分组成，故对于在去毛刺设备处的额外的NC轴在沿着齿轮齿的端面平行于X-Z平面的以较高速度的行进运动变得可能，从而整个切割头不再必须在竖直方向(Z轴)上运动。通过这些不同的可行的实施方式，去毛刺设备根据所需的性能数据可以进行不同配置。

在另一实施方式中，测量系统可以布置在机器内或机器的切割头上，通过测量系统，测量工作可以在齿轮齿上执行。这可以用于确定并且提供齿轮齿质量，但还用于生成相对于特定点定位的齿轮齿。现在，根据本发明的该测量装置还可以用于确定齿轮齿和齿形在工件处的位置，并且可选地还用于确定在齿轮齿的区域中的端面的范围。因此，该齿轮廓不必以渐开线的方式编程，但可以通过例如对齿轮齿的区域中的单个齿间隙和端面的简单测量而由机器计算。如果仅测量了一个齿或一个齿间隙，则在该方面中是足够的。利用齿轮齿数据(例如，齿数、齿宽度、齿轮齿的螺旋角和其它齿轮齿数据)，可以计算剩余的齿轮齿轮廓。它们已经从齿轮齿生成得知，并且还可以进入到计算中。然后，该控制由此可以从全部齿轮齿的倒角切割创建程序。该方法可以用在渐开线齿轮齿或非渐开线齿轮齿。对于非渐开线齿轮齿，确定侧面范围尤其不重要。

尤其是非渐开线齿轮齿，由于齿侧的范围已经从齿轮齿切割得知，故利用测量装置，仅仅扫描单个齿的部分区域或齿侧(例如，齿根和齿头)的部分区域同样是可以的。因此，非常简单地和非常快速地实现倒角程序，无需大的编程工作。

用于倒角形状编程的另一可能性包括“示教”方法，优选地为用户导向的。可以通过施加到切割头的探针手动行进到预定点而在齿间隙处确定预定参考点。然后，连同对于控制已知的齿轮齿数据，用于剩余间隙的切割程序，该机器控制可以随后由此创建。齿头半径和齿根半径的区域中的多个参考点在该方面是最重要的。沿着齿侧的渐开线的位置通过前述的齿轮切割过程在很大程度上得知。

在另一可替选的实施方式中，倒角和去毛刺设备还可以用于工件的另外的切割操作中，例如铣削切割操作、钻孔操作或研磨操作。不同切割操作还可以经由倒角和去毛刺设备处的可选择的自动工具或切割头改变而一个接一个地执行。

附图说明

参考附图中所示的实施方式将更为详细地解释本发明的另外的特征、细节和优点。图中：

图1为根据本发明的具有倒角和去毛刺设备的齿轮切割机；

图2为图1的倒角和去毛刺设备的视图；

图3a至图3c为倒角和去毛刺设备从其停止位置运动到工作位置中的图示；

图3d至图3e为倒角主轴的工作运动的图示；

图3f为齿轮切割工件的下侧的切割中的倒角和去毛刺设备的详细视图；

图4为在切割接合中的带有去毛刺工具的图1的倒角和去毛刺设备的详细视图；以及

图5a至图5e为在切割齿的区域中具有不同端面的不同齿轮切割工件的图示。

具体实施方式

图1示出根据本发明的安装在根据现有技术的齿轮切割机1中的倒角和去毛刺设备30的侧视图。工件10经由工件夹具55夹紧在机器工作台50上。用于容纳工具25(例如滚刀)的切割头20以竖直可行进的方式安装在机架60上。机架60与切割头一起经由传送轴X1在工件10的方向上被传送以用于制造齿轮齿。根据切割过程，铣削切割滑动件61与切割头20一起从底部移动到顶部(通过Z1轴表示)用于生成齿轮齿，并且利用被马达22驱动的围绕B1轴线的滚刀25由此生成齿轮齿。在该方面，齿轮齿的生成利用耦合生成发生，即，根据工件10或机械工作台50围绕C1轴的旋转位置，发生铣刀旋转(B1)和在Z1方向上的铣刀运动。

铣削切割滑动件61经由驱动马达65和滚珠螺杆主轴66运动。利用轴向马达67，经由A1轴，将切割头的枢转角设定到工具倾斜角和齿轮齿的螺旋角。这些轴同时地充当用于倒角和去毛刺设备30的设定轴。此外，在该实施方式中，倒角和去毛刺设备仍然安装在分开的传送轴32、X3轴上。由于该配置，整个机架的重量不必在X1方向上移动，以将去毛刺工具或倒角和去毛刺设备在朝向工件的方向上径向地移动。

图2的详细视图示出示例性的倒角和去毛刺设备30枢转到其切割位置中。经由多接头布置，致动器31(在该情况下为气缸)将倒角和去毛刺设备枢转，致动器31将倒角和去毛刺设备30从切割头20上方的倒角和去毛刺设备的停止位置枢转到工作位置中。该致动器还可以可替选地为NC轴。因此，倒角和去毛刺设备30还可以行进到中间位置，并且因此在数控(NCcontrol)下在竖直方向上通过倒角主轴执行切割定位和切割运动。夹紧在倒角主轴34和工具安装件36中的倒角切割刀35切割工件10的齿刃。显示了齿轮齿的上端面的切割。利用驱动马达33，经由枢转传输装置37，倒角主轴34可以围绕A3枢转，以用于切割齿轮齿的下端面。倒角切割刀35还可以经由该倒角主轴34相对于齿刃在其倾斜方向上枢转，由此，然后可以发生倒角的倒角角度的设定。在该方面，根据工作台位置，发生倒角和去毛刺设备30的运动。

图3a至图3c示出倒角和去毛刺设备30从图3a中的其停止位置到图3c中的其工作位置的枢转运动。经由该枢转运动，使得倒角主轴34与工具35和工件10接合。具有测量头42和测量探针41的测量设备43显示在切割头20的底部处，通过测量探针41可以探测到齿形，因此可以确定齿刃的轮廓以用于准备倒角切割。

图3d至图3f示意性地示出在齿轮廓的切割中的倒角和去毛刺设备。在该情况下，经由传送滑动件32，发生工具径向传送到工件以及工件在齿高度方向上的运动。最大可切割齿高度(h)直接地取决于在X3方向(hx)上的最大传送。在该方面，图3e显示了在X3轴上的最大可能的传送。如果需要更大的齿高度，那么在该情况下，运动必须可替选地或额外地经由X1轴发生。

图3f示出在工件10处切割齿轮齿的下端面中的倒角主轴34。在该视图中，倒角主轴34通过枢转马达33向上枢转180°。

图4为详细视图，其中示出倒角主轴34以及在切割点处的倒角切割刀35。铣刀沿着齿刃轮廓行进，这由于铣刀经由X3/X1轴在齿高度方向上径向移动，同时工件围绕其C1轴旋转。通过X运动和C运动的组合，在2D区域中铣刀沿着齿轮齿行进。例如在图5a中所显示的，带有平面的齿轮齿因此可以被倒角。然而，如果齿轮齿的区域中的端面如图5b至图5d中的示意图中所绘制而形成，则根据齿高度，在Z1方向(由虚线显示)上仍然必须额外地执行控制竖直运动。通过斜齿轮齿，围绕A3可以额外地发生运动以平衡右侧齿面和左侧齿面之间的倒角尺寸。

Claims (10)

1.一种利用倒角和去毛刺设备对齿轮切割工件倒角和去毛刺的方法，所述齿轮切割工件尤其是大体积工件，所述倒角和去毛刺设备布置在齿轮切割机的切割头上或齿轮切割机的切割头处，其特征在于，

通过用于倒角切割的所述倒角和去毛刺设备，倒角主轴与倒角铣刀从齿轮切割机械加工的干扰轮廓外侧的静止位置枢转和/或传送到齿轮切割工具的工作区域中的工作位置中，其中所述倒角主轴与所述倒角铣刀定位成比齿轮切割铣刀更接近于所述工件，从而所述齿轮切割工具能够保持在倒角切割中的所述切割头中，并且其中，通过所述齿轮切割机的运动轴，优选地所述切割头的运动轴，进行所述倒角主轴和倒角切割刀沿着齿刃用于轮廓追踪的运动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述齿轮切割机的运动轴，优选地所述切割头的运动轴，而部分地进行用于所述倒角切割刀的轮廓追踪的运动；并且在所述倒角和去毛刺设备中通过运动轴进行用于轮廓追踪的另一部分运动。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用集成在所述齿轮切割机中的测量设备，确定齿轮齿的区域中的齿间隙的位置和形状以及必要时上端面和下端面，以用于确定用于所述倒角的齿刃范围。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用集成在齿轮切割机中的测量设备在齿轮齿的区域中确定仅部分齿轮轮廓，例如齿根和齿头，以及当需要时确定上端面和下端面，并且用于描述齿刃范围的剩余值从齿轮切割数据接收。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在齿轮齿的区域中测量仅一个齿或仅一个齿间隙或部分齿或部分齿间隙，以及当必要时该齿或该齿间隙的上端面和下端面，其中这些数据被用于切割另外的齿间隙。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，相对于所述齿高度和侧后刀面，特别是相对于斜齿轮齿，根据所述倒角切割刀的位置，控制所述倒角主轴的枢转角。

7.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的方法的倒角和去毛刺设备。

8.如权利要求7所述的倒角和去毛刺设备，其特征在于，适于测量一个或多个齿间隙并适于测量齿轮齿的区域中的工件的端面的测量设备被安装在齿轮切割机中，优选地在切割头处。

9.如权利要求7或8所述的倒角和去毛刺设备，其特征在于，所述倒角主轴能够枢转地用于切割所述齿轮齿的上端面和/或下端面并且适于调整倒角角度。

10.如前述权利要求中任一项所述的倒角和去毛刺设备，其特征在于，所述倒角和去毛刺设备能够用于在工件处的另外的切割工作，例如钻孔操作和/或研磨操作；并且按照需要通过工具和/切割主轴的自动改变进行操作之间的改变。