CN105689807A - 具有多个切削策略的强力刮削加工方法 - Google Patents

Abstract

一种具有多个切削策略的强力刮削加工方法，采用强力刮削刀具强力刮削加工工件，所述工件具有工件旋转轴线和旋转对称周期性结构，该方法包括：提供工件；提供强力刮削刀具，其包括多个切削齿或切削嵌入件；规定刀具相对于工件的第一有效轴夹角；用第一有效轴夹角对工件进行第一次强力刮削加工，在第一次强力刮削加工期间，刀具切入到工件中至第一进给深度，并且对工件的周期性结构的齿面进行预机加工；规定刀具相对于工件的第二有效轴夹角；用第二有效轴夹角对工件进行第二次强力刮削加工，在第二次强力刮削加工期间，刀具切入到工件中至最终进给深度，并且对工件的周期性结构的齿面进行进一步机加工，并且第一和第二有效轴夹角不同。

Description

具有多个切削策略的强力刮削加工方法

技术领域

本发明的主题为一种强力刮削加工齿轮齿的方法。

背景技术

现有许多用于制造齿轮的方法。在切削式软预机加工中，分为滚齿加工、插齿加工、刨削和强力刮削。如在下面更详细说明的一样，滚齿加工和强力刮削加工是所谓的连续方法。

插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具1的旋转轴线Rl和工件2的旋转轴线R2之间的夹角(也称为轴夹角)为0°，如在图1中示意性所示一样。当轴夹角为0°时，两个旋转轴线Rl和R2平行延伸。工件2和插齿刀具1分别连续围绕其旋转轴线R2或Rl旋转。这些旋转运动由参考符号ω₁和ω₂显示出。插齿刀具1除了旋转运动外还附加地进行升降运动，该升降运动在图1中通过双向箭头S_hx来表示，并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。

—段时间以前，重新采用了一种方法，该方法被称为强力刮削加工。其溯源约有100年历史。

在强力刮削加工的情况下，如图2A所示，规定好在强力刮削刀具10(又被称为刮削轮)的旋转轴线Rl和工件20的旋转轴线R2之间轴夹角Σ，它不等于零。强力刮削刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量(转动分量)和插入分量(平移分量)。圆柱形螺旋齿轮传动可以被当作是驱动技术模拟，其中旋转分量对应于滚动，插入运动对应于齿面的滑动。轴夹角Σ相对于绝对值的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量增加越大。具体地说，平移运动分量引起强力刮削刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。在强力刮削加工的情况下，利用交叉的螺旋齿轮等效传动的相啮合齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在强力刮削加工中，仅需要与工件20的旋转轴线R2平行的缓慢轴向进给S_ax(也称为轴向进给)，并且省略所谓的插齿运动，这对于插齿加工而言是典型的。因此在强力刮削加工中也不会出现任何冲程运动。

在强力刮削加工中的切削速度直接受到强力刮削刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线Rl和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及因此滑动分量应这样选择，从而在转速给定的情况下为材料机加工实现最佳的切削速度。

以前已知的强力刮削加工方法的运动工序和其它细节可从已经在图2A中所提及的示意图中推导出。图2A显示出在圆柱形工件20上强力刮削加工外齿部。工件20和刀具10(在此为圆柱形强力刮削刀具10)例如以角速度ω₁和ω₂为基础沿相反方向旋转，如在图2A中可以看出的一样。圆柱形刀具10倾斜离开工件20以产生出动态间隙角。

还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要上述轴向进给S_ax。轴向进给使得刀具10沿着与工件旋转轴向R2平行的方向相对于工件20移动。刀具10的这个运动的方向在图2A中用S_ax表示。如果希望在工件20上加工斜齿时(β2≠0)，则在轴向进给S_ax上叠加差动进给S_D，该差动进给如在图2A中所示一样对应于工件20围绕着工件旋转轴线R2的附加转动。该差动进给S_D和轴向进给S_ax在计算位置AP处通过计算机相互适应，从而所导致的刀具10相对于工件20的进给沿着要产生出齿隙的方向出现。另外，例如可以采用径向进给S_rad来影响工件20的齿轮齿的凸度。

在强力刮削加工中，切削速度矢量基本上是刀具10和工件20的旋转轴线R1、R2的以有效轴夹角Σ_eff相互倾斜的两个速度矢量和的差。为刀具10圆周上的速度矢量，为工件20圆周上的速度矢量。可通过轴夹角Σ和交叉螺旋等效齿轮加工中的转速来改变强力刮削加工过程的切削速度v_c的绝对值。如已经所提及的一样，相对缓慢的轴向进给S_ax仅对强力刮削加工中的切削速度v_c产生很小的影响，该影响可忽略。因此在图2A中的具有矢量和的矢量图中未考虑该轴向进给S_ax。

图2B显示出用非倾斜锥形强力刮削刀具10强力刮削加工工件20的外齿部。在图2B中，还显示出轴夹角Σ、切削速度矢量刀具10圆周上的速度矢量和工件20圆周上的速度矢量以及刀具10的倾角β₁和工件20的倾角β₂。螺旋角β₂这里不等于零。刀具10的齿头在图2B中用附图标记4来表示。齿面在图2B中用附图标记5来表示。两个旋转轴线Rl和R2不相交，而是相对于彼此歪斜设置。在锥形强力刮削刀具10中，计算位置AP目前通常选择在两个旋转轴线Rl和R2的公垂线上，这是因为无需使强力刮削刀具10倾斜以形成间隙角。计算位置AP在此与所谓的接触点重合。螺旋滚动等效齿轮加工的节距圆在设计点AP中接触。

在强力刮削加工中使用刀具10，该刀具具有至少一个几何形状确定的切削刃。在图2A和图2B中未显示出所述切削刃。切削刃的形状和布置属于在具体设计中在实践中必须考虑的因素。

在图2A中所示的实施例中，强力刮削刀具10为直齿轮。在图2A中的主体的外形为圆柱形。如图2B所示一样，它也可以是锥形。

在强力刮削加工中，通常在相对于齿高的多次切削中产生出(齿)空隙。因此，这也被称为多次切削策略。强力刮削工具的计算机设计在该情况下基本上是鉴于在期间产生出最终齿面的最终切削的最佳切削条件来进行的。

在不同齿高中的单独切削通常由强力刮削刀具沿着齿高方向的相应横向进给来执行。在采用非倾斜强力刮削刀具的强力刮削加工中，横向进给单独对应于在轴R1和R2之间的轴向距离的变化。

针对采用多次切削策略的强力刮削加工的几项研究已经表明，不同的切屑或切削条件得到不同的切削(在不同的进给深度处)。但是，在采用多次切削策略的强力刮削加工中针对不同的切削采用相同强力刮削刀具的情况下尤其如此。切屑或切削条件不同，因为尤其是在工件上的相应活动节距圆相对于最终切削的设计位置偏移。

如精确模拟已经表明的一样，切屑或切削条件在该情况中甚至明显变化。如果采用倾斜强力刮削刀具，在极端情况下，针对在大约25％的机加工深度处的最终切削采用优化的强力刮削刀具不能在没有碰撞的情况下进行刮削加工。

在各种不同切削深度处的切屑形成条件的这些差异不仅导致在强力刮削刀具上的不同程度的磨损，而且它们还会影响所产生出的齿面的质量。

另外，强力刮削加工的特征在于，从进入齿面eF去除的那部分切屑比从输出齿面aF去除的那部分切屑更薄。强力刮削加工的这种方法特性在多次切削策略的情况下也会出现问题。

因此，已经想到许多解决方案，它们使得齿面能够实现最优的表面质量，并且防止在强力刮削刀具上出现不均匀磨损。

尤其是，这涉及改善强力刮削刀具的使用寿命。由于磨损减少，所以该强力刮削刀具变得更加节约成本，因为在工件的齿轮切削加工中的生产成本基本上受到刀具使用寿命的影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于为强力刮削加工齿轮的齿面或其它周期性结构提供相应的强力刮削加工方法。

该目的根据本发明是通过这样一种方法来实现的，该方法在这里被称为具有多次切削策略和刀具枢转的强力刮削加工方法。在该情况下，在切削过程更确切地说切屑形成条件的设计中的自由度是根据本发明的解决方案的关键。

也就是说，该目的根据本发明是通过一种强力刮削加工方法来实现的，该方法建立在多次切削策略的原理上，其中在刀具上的切屑形成得到改善，并且通过逐步调节有效轴夹角来延长刀具的使用寿命。

本发明的强力刮削加工方法可以用于生产旋转对称的周期性结构例如齿轮齿等。

该刀具的旋转轴线在根据本发明的强力刮削加工中总是相对于工件的旋转轴线歪斜，即轴夹角Σ总是不等于零。

根据本发明，采用了相应设计的强力刮削刀具，它已经针对最终切削进行设计和优化。但是，为了在最终切削之前发生的多个方法步骤期间在多次切削策略的范围内也实现更好的切削条件，逐步调整有效轴夹角。

在包括第一次强力刮削加工工件之后最终第二次强力刮削加工工件的多次切削策略中，针对第一次强力刮削加工规定与最终第二次强力刮削加工不同的有效轴夹角。也就是说，在进行最终第二次强力刮削加工之前调整有效轴夹角。

如果多次切削策略包括二次以上的不同有效轴夹角，则因此也可以规定两个以上的轴夹角。

调整优选通过计算机例如紧接着在执行本发明的强力刮削加工方法之前来确认。之后，对于非倾斜强力刮削刀具而言，确认节距圆直径、轴夹角和轴向间距之间的数学关系。如果轴向间距变化并且固定，这在多次切削策略中是这样，因此可以通过改变轴夹角来改变节距圆位置。

本发明涉及用于采用强力刮削刀具强力刮削加工至少一个具有旋转对称周期性结构的方法以及经相应调整/编程的机器。执行下面的步骤，其中这些步骤的顺序也可以是不同的：

提供工件(例如，坯料)；

提供所述强力刮削刀具，该刀具具有多个切削齿，

■规定所述强力刮削刀具相对于所述工件的第一有效轴夹角；

■对工件进行第一次强力刮削加工，其中在所述第一次强力刮削加工期间，所述强力刮削刀具进入工件至第一进给深度，并且对所述工件的周期性结构的齿面进行预加工；

■规定所述强力刮削刀具相对于所述工件的第二有效轴夹角；

■对所述工件进行第二次强力刮削加工，其中在所述第二次强力刮削加工期间，所述强力刮削刀具进入刀工件至最终进给深度，并且所述工件的周期性结构的齿面受到进一步加工，并且

其中所述第一有效轴夹角预所述第二有效轴夹角不同。

在所有实施方案中，术语“规定有效轴夹角”还包括在执行相应的强力刮削加工期间对该有效轴夹角的使用。

不是所有实施方案都涉及准确获得与在最终切削中相同的切削条件，而是最重要的是改善非最终切削的切削条件。

有效轴夹角的变化也会伴随着倾角的变化。

根据本发明，旋转方向反向不必随着轴夹角调整而进行。

这里要指出的是，工件的旋转对称周期性结构不必具有对称的齿或者对称的齿隙、沟槽或通道。为了简化起见，下面显示出并且描述了具有对称齿的工件。但是，本发明也可以适用于不对称结构。

本发明可以用于加工外部和内部周期性结构，并且尤其可以用于机加工外部和内部齿轮齿。

在所有实施方案中本发明的强力刮削加工的特征在于，如此规定并且执行在工件和刀具之间的相对运动顺序(被称为相对运动)，从而逐渐去除在工件上的材料，直到形成(在从实体进行软加工的情况中)或最终机加工(在硬加工的情况中)出齿或其它周期性结构。

本发明尤其适用于初始齿轮切削加工，也就是说从实体开始机加工。在根据本发明的初始齿轮切削加工中，齿面在第一次强力刮削加工期间受到预加工，同时保持第一轴夹角，并且在设定第二有效轴夹角之后在第二次强力刮削加工期间最终机加工出所有齿面。

根据本发明的强力刮削加工为连续去除切屑的方法。

根据本发明，根据德国专利申请DE3915976A1的技术教导，在每个加工阶段中强力刮削刀具的相对进给运动可以与径向运动重叠，例如以便影响齿凸度。

在强力刮削加工期间，旋转刀具在工件旋转轴线的方向上相对于旋转的工件完成轴向进给运动，其中该轴向进给运动沿着与切削方向相同的方向或相反的方向延伸。

根据本发明的刀具对于所有实施方案而言可以设计为所谓的整体刀具，即它们是实现为基本上一体的刀具。在整体刀具中，切削齿为刀具的整体组成部分。

刀头工具(这里被称为杆式切削刀具)对于本发明的所有实施方案而言尤为优选，它具有盘状、环状或板状刀头主体，该刀头主体配备有切削或切削刃嵌入件，优选以杆式切削头的形式。本发明的实施方案也可以设计为切削板工具，它具有配备有切削板的盘状、环状或板状切削头主体。

本发明的方法不仅可以使用外部工具而且还可以使用内部工具来执行。

根据本发明的可以结合干式机加工还有湿式机加工进行。

附图说明

下面将基于示例性实施方案并且参照附图对本发明的进一步细节和优点进行说明。在所有的示意图中，为了简化说明，工件和强力刮削刀具减小至在节距圆上(或在节距圆上的工件上)的情况。但是，所示的关系也适用于具有齿高的所有齿轮齿。

图1显示出成型轮的示意图，其具有在插齿加工期间与外齿轮工件啮合的圆柱形外形；

图2A显示出直齿刮削轮的示意图，其具有在强力刮削加工期间与带外齿的工件啮合的圆柱形外形；

图2B显示出斜齿刮削轮的示意图，其具有在轴线相交凸出部中进行强力刮削加工期间与带外齿的工件啮合的锥形外形；

图3A显示出根据本发明三步法的第一方法步骤的非常示意性且非比例剖视图；

图3B显示出根据本发明三步法的第二方法步骤的非常示意性且非比例剖视图；

图3C显示出根据本发明三步法的第三方法步骤的非常示意性且非比例剖视图；

图4A显示出在第一快照(snapshot)中反向转动强力刮削加工期间强力刮削刀具的切削齿在工件材料中的相对运动的模拟结果；

图4B显示出该模拟的第二快照，其中强力刮削刀具的切削齿相对于在图4A中的情况已经在工件材料中沿着切削方向向左移动的更远；

图4C显示出该模拟的第三快照，其中强力刮削刀具的切削齿相对于在图4B中的情况在工件材料中沿着切削方向已经进一步向左运动；

图5以顶视图显示出工件的一部分，其中在反向旋转强力刮削加工中以非常示意性的形式显示出在齿隙的产生期间的沟槽的位置；

图6A以顶视图显示出工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于普通三步式强力刮削加工方法的第一步(图6A-6C显示出内齿轮齿的机加工的典型情况)；

图6B以顶视图显示出图6A的工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于普通三步式强力刮削加工方法的第二步；

图6C以顶视图显示出图6A的工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于普通三步式强力刮削加工方法的第三步(最终步骤)；

图7A以顶视图显示出工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于根据本发明方法的第一步，这也显示在图3A中(图7A-7C显示出内齿轮齿机加工的典型情况)；

图7B以顶视图显示出工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于根据本发明方法的第二步，这也显示在图3B中；

图7C以顶视图显示出工件的一部分，其中沟槽的位置和形状对应于根据本发明方法的第三步(最终步骤)，这也显示在图3C中。

具体实施方式

结合本发明使用了多个术语，这些术语也用在相关的文献和专利中。要指出的是，这些术语的使用只是用于更好的理解。本发明的构思和专利权利要求的保护范围

在本说明书中所使用的术语也被用于相关的出版物和专利中。然而应指出，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的构思和权利要求的保护范围不应被这些特定选择的术语局限于该解释中。本发明可毫无问题地应用到其它术语系统和/或专业领域中。在其它专业领域中应按意义使用这些术语。

旋转对称的周期结构例如是具有内齿部和/或外齿部的齿轮。然而也可以是制动盘、离合器元件或变速器元件和类似物。强力刮削刀具尤其适合用于制造小齿轮轴、蜗杆、内齿轮、齿轮泵、环形铰链套节(Ringgelenknabe)(环形铰链例如在汽车领域中用于将力从差速器传递到车轮上)、花键轴连接装置、滑动套筒、皮带轮和类似物。所述周期结构在此也被称为周期重复结构。

接下来主要说明齿轮、齿和齿隙。但是，如上所述本发明也可转用于具有其它周期结构的其它构件。所述其它构件在此情况下不涉及齿隙而是例如涉及凹槽或沟纹。

由于本发明基本上涉及已经在开始描述的轴夹角Σ或者与之直接相关的有效轴夹角Σ_eff，所以下面给出这些角度以及其它相关变量的定义。在该情况中，上标i总是表示第i次切削的变量，并且1≤i≤k，其中对于最后一步而言i＝k。

在普通多次切削机加工中，通过相对于工件50的径向进给来形成针对各次切削的机加工深度。在该情况下，由刀具100的切削齿111或刀具100的刀具嵌入件相对于工件50的角度Σ、Σ_eff和δ限定的空间取向不会改变。也就是说，这些角度Σⁱ、和δⁱ在普通刮削加工中对于所有切削而言都相等。

在多次切削机加工中，由于不同的径向进给，所以在工件轴线R2和刀具轴线R1之间的(能够标记)轴向距离a也改变。也就是说，距离aⁱ对于k次单独切削中的每一次而言是不同的。在用非倾斜刀具100(δⁱ＝0)加工时，径向进给直接对应于轴向距离a的变化。

如果在第i次切削的节点WPⁱ中以及针对最终切削(i＝k)所得到的切削速度矢量为在工件50的间隙52的方向上指向，则因此必须满足下面的一般条件：

$d_{w1}^i=-d_{w2}^i\·u\·cos\left({\mathrm{\β}}_{w2}^i\right)/cos({\Σ}_{eff}^i-{\mathrm{\β}}_{w2}^i)$

u为传动比，并且为在节距圆直径上的工件50的倾角。

为了更容易理解直齿的情况关系式如下：

$d_{w1}^i=-d_{w2}^i\·u/cos\left({\Σ}_{eff}^i\right)$

并且来自上面表格中的轴向距离的公式简化成：

$2a^i=d_{w1}^i\·(1-cos({\Σ}^i)/u)\·sin\left({\Σ}_{eff}^i\right)/sin\left({\Σ}^i\right)---\[2\]$

从轴向距离aⁱ的定义中可以看出，在普通多切削强力刮削加工中，随着轴向距离aⁱ的变化，刀具100的相应活动节距圆直径通过保持切削齿111或刀具嵌入件的空间取向而改变。

在机加工内齿轮齿期间，在第一次切削中的轴向距离aⁱ小于在最终切削k中的轴向距离a^k，与刀具100的活动节距圆直径一样。在图6A-6C中显示出该情况和所得到的不同切削条件。例如，最终切削在这里如此设计，从而节距圆直径对应于刀具100的头圆直径，由此得到通常连续斜向延伸的母线116，如图6C所示一样。在第二次切削(参见图6B)中，节距圆接触在66.6％当前机加工深度的大致一半处，由此得到大致为Z形的母线116。在第一次切削(参见图6A)中，得到斜形的母线116，并且具有如在图6C中一样的相反取向。

根据本发明，其目的在于在各次切削期间获得类似形状的母线116。为了在使用相同刀具100的同时在非最后切削(i<k)期间获得类似形状的母线116，根据本发明，将节距圆直径大致保持恒定。从上面的公式[02]中可以看出，这可以通过调整刀具100的切削齿111或刀具嵌入件的空间取向来实现，即这可以通过包含在上面表格中的公式[01]借助角度Σⁱ、和δⁱ来实现。

在该情况下，倾角δⁱ优选保持恒定，从而这些角度Σⁱ和从公式[2]中得到。但是，这不必是这样。倾角δⁱ对于部分或所有切削而言也可以在一定限制范围内变化。

本发明因此基于这样的事实，例如二次切削强力刮削加工方法采用明显不同的两个有效轴夹角(在这里被称为有效第一轴夹角和第二有效轴夹角)工作。在k次切削强力刮削加工方法中，存在k个不同的有效轴夹角至(在所有的实施方案中，k为大于等于2的整数)。

各个有效轴夹角的差值的绝对值取决于相应的节距圆位置。

下面还涉及两个旋转轴R1和R2的“歪斜”位置，假设轴夹角Σⁱ不等于零。由于轴夹角Σⁱ根据本发明总是不等于零，所以两个旋转轴R1和R2在所有实施方案中都歪斜设置。

下面将参照图3A至3C以及7A至7C的非常示意性视图对根据本发明的方法的多个基本方面进行说明。这些附图主要用来推导出根据本发明的解决方案，并且将理解为非常示意性的说明。

为强力刮削刀具100在节距圆上的倾角，并且为工件50在节距圆上的倾角。有效轴夹角Σ_eff满足关系式Σ_eff＝β_w2+β_w1。这些数值通常在计算机设计范围中根据最终切削的最佳切屑条件确认，期间产生出最终齿面。最终切削在第k个步骤中在具有k个步骤的方法中执行。也就是说，有效轴夹角或多或少在计算机设计中确定。

以前，在k次切削强力刮削加工方法的所有k次切削中采用相同的有效轴夹角在本发明中，在这些k次切削的全部或部分中在每种情况下规定并且设定不同的有效轴夹角。也就是说，在所有切削之前或在一部分切削之前，强力刮削刀具100在每种情况下相对于工件50枢转到另一个位置中，因此获得相当外形的母线116。

下面将基于图3A至3C来展示并且描述根据本发明的强力刮削加工工件50的方法的基本原理。工件50具有旋转对称的周期性结构，它在根据本发明的方法的范围内最终机加工成型，或者在其中从实体制造出这种结构。

根据本发明，提供工件50和强力刮削刀具100。强力刮削刀具100具有多个切削齿111，并且具有旋转轴线R1。根据本发明，每个切削齿111包括用于切削右齿面54的第一齿面切削刃113、用于切削左齿面53的第二齿面切削刃112和齿顶切削刃114，它位于在第一齿面切削刃1113和第二齿面切削刃112之间的过渡区域中并且机加工齿基部55。

图3A至3C按照简化的形式显示出本发明示例性方法的三次切削(k＝3)，其中在强力刮削刀具100的每种情况中只是显示出一个切削齿111。另外，只显示出一个齿隙52。

另外还显示出随后的线条，以使得强力刮削刀具100和工件50的位置在图3A至3C中可识别出。粗点划横线以示意性的方式显示出切削齿111的各个部分(齿面)，该切削齿在所示的时刻中去除在工件50上的材料。

在图3A中显示出该方法的第一步骤。切削齿111在这里刺入到工件50的材料中33.33％。该材料通过在齿面53v、54v上的两个齿面切削刃112和113去除，并且材料通过在齿基部55v上的全部齿顶切削刃114移动，如右所述点划横线所示一样。在附图标记53v、54v和55v中的后缀“v”表示这些齿面和基部在这次切削中受到预机加工。所完成的齿面和齿基部的最终位置也在图3A中由虚横线表示，并且由附图标记53f、54f和55f表示。图3A以示意性的形式显示出沿着在图7A中的剖面线C1-C1剖开的剖视图。

在图3B中显示出该方法的第二步骤。切削齿111在这里刺入到工件50的材料中66.66％。材料由在齿面53v、54v上的两个齿面切削刃112和113去除，并且材料通过在齿基部55v上的全部齿顶切削刃114去除，如由上述点划横线所示一样。在附图标记53v、54v和55v中的后缀“v”表示这些齿面在这次切削中受到预机加工。图3B以示意性的形式显示出沿着在图7B中的剖面线C2-C2剖开的剖视图。

在图3B中，所完成的齿面和齿基部的最终位置也由虚横线以及附图标记53f、54f和55f表示。

图3C显示出最终切削。在图3C中，材料由在齿面53f、54f上的两个齿面切削刃112和113去除，并且材料由在齿基部55f上的全部齿顶切削刃114去除，如由上述虚横线所示一样。在附图标记53f、54f和55f中的后缀“f”表示这些齿面在最终切削中受到最终机加工。图3C以示意性的方式显示出沿着在图6C和7C中的剖面线C3-C3的剖视图。

基于图3A至3C可以认识到，该方法是一种多次切削完成方法，因为在每种情况下间隙52的右齿面和左齿面都同时受到机加工。

在图4A至4C中示意性地显示出强力刮削刀具100的切削齿111在强力刮削加工期间运动穿过工件50的材料。图4A至4C分别显示出在最终切削期间在切削外形上在强力刮削刀具100的切削头或切削齿111上的有效前角外形。

因为强力刮削刀具100围绕着第一旋转轴线R1和工件50围绕着第二旋转轴线R2的相联系的即相互同步的旋转运动以及强力刮削刀具100相对于工件50的进给运动的叠加，在记录切削刃的整个路径位置时，导致一种沟槽形状，如图4A至4C和5中所示一样。在图4A至4C和5中用附图标记115标识出相应的沟槽。

在所示的时刻为负值的在切削头上的有效前角γ_s在图4B中示出。该有效前角γ_s在所选的投影视图中大致对应于在切削刃111.1的切屑面和在切屑面和沟槽115之间的接触点中的垂线N1之间的角度。

图4A显示出在第一快照中强力刮削刀具100的切削齿111在工件50的材料中的相对运动。切削齿111的切削刃111.1的取向和位置由粗笔画显示出。沟槽115从用于接合在该间隙52中的切削齿111的切削齿111的切削刃111.1的整个路径位置中得到，它们位于工件50的间隙52中。在该间隙52中，另一个切削齿(这可以是刀具100的相同或另一个切削齿)的随后接合也产生出沟槽115，它由于与之相关联的轴向进给和差动进给而在间隙52中在轴向方向上偏置。沟槽115因此在强力刮削加工期间一步步(至少实际上)运动穿过工件50的材料。图4A显示出线段116，它将沟槽115分成左右部分。线段116的隐藏部分由点划线显示出。线段116界定了两个沟槽彼此的叠置部分，它们在其位置上相差在两个紧接着的切削齿接合之间的进给量。也就是说，线段116表示出两个沟槽的相交曲线。对于无限小轴向进给而言，该相交曲线对应于所谓的母线。整个齿隙52可以被设想为一组这样的母线，它们沿着进给方向VR行进穿过工件50的材料。在具有轴向进给S_ax的强力刮削机加工过程中，材料只是在来自母线116的区域中(即在所示的实施例中的母线116的左边)由运动的切削刃111.1在工件50上被去除。发生材料去除的这个区域在图4A至4C中显示为灰色。在沟槽115的白色区域中，即在沿着切削方向SR方向看的母线116前面(即在所示的实施例中的母线116右边)，该材料已经由在先刀具接合去除。

图4B显示出模拟的第二快照，其中强力刮削刀具100的切削齿111相对于在图4A中的状态已经在工件50的材料中沿着切削方向SR向左进一步运动了一定程度。

图4C显示出模拟的第三快照，其中强力刮削刀具100的切削齿111相对于在图4B中的状态已经在工件50的材料中沿着切削方向SR向左再进一步运动。

图5以顶视图显示出工件50的一部分，其中以非常示意性的形式显示出在通过齿隙52期间沟槽115的位置。基于图5可以看出切削齿111的切屑表面117如何瞬时设置在沟槽115中，并且去除在沟槽115的灰色区域118中的材料。显示出在计算位置AP中的切削方向SR和进给方向VR。这两个方向SR和VR根据该设计沿着间隙方向延伸，并且因此相互平行，尤其是在普通强力刮削加工中沿着相互平行的相同方向延伸。由于强力刮削刀具100相对于工具50的复杂相对运动，所以导致变化的接合条件和有效切削方向。

图6A至6C显示出预在具有多次切削策略(这里具有三次切削)的普通强力刮削加工方法中的状况相对应的视图(图6A-6C为这样情况的示例，其中最终切削设计成节距圆位于工件50的基圆或刀具100的刀头圆上)。图6A以示意性的形式显示出在33.33％切削深度处的沟槽115，图6B显示出在66.66％切削深度下的沟槽115，并且图6C显示出在最终切削期间的沟槽115。在图6C中，可以识别出在经过机加工的部分上的最终齿面53.f、54.f和齿基部55.f。要指出的是，图6A至6C每个都显示出实体切削，但是切削齿111在66.66％切削和最终切削中没有完成切削。

材料去除在沟槽115的灰色区域中进行。切屑成形在反向转动强力刮削加工中开始，它作为示例显示出大约在沟槽中间，即在母线116的区域中或者在从灰色区域118到显示为白色的区域的过渡区域中，并且直接终止在最前面沟槽边缘84处(在进给方向VR上看)。

基于图6A至6C能够很清楚地看到母线116的形状从在图6A中的倾斜形状经由在图6B中的Z字形外形到在图6C中的倒置倾斜形状的变化。这些模拟也已经表明，在输入和输出齿面之间的切屑厚度比越来越差。

图7A至7C显示出预在图3A至3C中的状况对应的视图，即在图7A至7C中显示出这样的视图，这些视图显示出本发明的示例性三次切削强力刮削加工方法的各个步骤。

图7A以示意性的形式显示出在33.33％切削深度处的沟槽115，图7B显示出在66.66％切削深度处的沟槽115，而图7C显示出在最终切削期间的沟槽115。因此，在图7C中也能够识别出在经过机加工的部分上的最终齿面53.f、54.f和齿基部55.f。要指出的是，图7C对应于图6C，因为为了更好的进行比较，将普通的强力刮削加工方法预根据本发明的强力刮削加工方法进行比较，其中假设两种方法采用例如相同工件50的设计，它们采用相同的最终切削生产出。

根据本发明，在每种情况下，针对第一、第二和第三次切削的有效轴夹角由计算机确定并且由强力刮削机的控制器设定。第一次切削的有效轴夹角第二次切削的有效轴夹角和第三次(最后)切削的有效轴夹角如此确定，从而在执行第一次强力刮削加工期间、在执行第二次强力刮削加工期间以及在执行第三次(最后)强力刮削加工期间，在每种情况下，都得到其形状相同或类似的并且因此导致类似的切屑条件的母线116。

基于图7A至7C可以认识到，通过采用这些有效轴夹角，可以使得母线116的形状保持相同或类似。在图7A至7C中的母线116的形状的这种类似性是有意选择的，因为这样可以更加清楚地发挥本发明的作用。最周，本发明不必涉及实现在母线116的形状方面的等同性，而是涉及改善针对部分或理想的是所有切削的切屑形成条件。

如果人们在实施本发明中希望实现在母线116的形状方面的类似性，因此例如各次切削的相应有效轴夹角(以及任选还有倾角δⁱ)可以如此规定，从而在所有切削中，母线116的形状：

-沿着相同的方向单调倾斜，其中优选斜率相等或类似；或者

-呈Z字形延伸，其中优选在Z字形外形中，母线116的两条外线的偏置相等或类似。

如所示的一样，通过调整这些有效轴夹角，对于切屑流、局部出现的力和方向反转而言，接合外形在所有三次切削中从质量方面看都可以相等。

这些模拟已经表明，本发明对于在输入和输出齿面上的切屑厚度方面得到非常积极的作用

刀具枢转的辅助作用还在于有效前角变化。尤其对于在输入齿面上的非常薄的切屑而言改善了有效前角，这通常在强力刮削加工方法上具有良好的作用。模拟已经表明，对于非最终切削的切削头111上的有效前角实际上能够相对于普通强力刮削加工方法而言得到改善。

在下面将基于特定数字的实施例对本发明的积极作用进行说明。

代替在普通强力刮削加工方法(图6A)的第一切削中的-20.5°的不利有效前角，在根据本发明的强力刮削加工方法的第一切削(图7A)中的最不利的前角为-16.3°。这种负的有效前角主要在齿面53.v和54.v到齿基部55.v的过渡区域中出现。例如在第一次切削中的有效前角在输入齿面54.v上能够改善1.1°至4.4°。

另外，可以看出，沟槽115由于轴夹角变大而变得更大，这在第一次切削的刀头前角方面具有积极作用。

在刀具100相对于工件50进给相同的情况下的有效切屑去除厚度通过本发明也得到减小。因此，在本发明的改进实施方案中，在切削去除厚度相等的情况下可以采用更高的进给。

根据本发明的方法至少包括以下步骤，其中这些步骤不必按照规定的顺序执行：

-提供工件50；

-提供强力刮削刀具100，它具有多个切削齿111，

■规定强力刮削刀具100相对于工件50的第一有效轴夹角Σ_eff1，

■对工件50进行第一次强力刮削加工，其中在第一次强力刮削加工期间，强力刮削刀具100切入到工件50中至第一进给深度(例如最终深度的33.33％)，并且工件50的周期性结构的齿面53.v、54.v得到预机加工。在图3A中作为示例显示出该步骤。

■规定强力刮削刀具100相对于工件50的第二有效轴夹角Σ_eff2，

■对工件50进行第二次强力刮削加工，其中在第二次强力刮削加工期间，强力刮削刀具100切入到工件50中至最终进给深度(例如最终深度的33.33％)，并且工件50的周期性结构的齿面53.f、54.f、55.f受到进一步机加工。在图3C中作为示例显示出该步骤。

在本发明的方法中，第一有效轴夹角和第二有效轴夹角不同，即 ${\&Sigma;}_{eff}^1\&NotEqual;{\&Sigma;}_{eff}^2.$

刀具100或刀具50的切削齿111切入到工件50的材料中例如由轴R1和R2的轴向距离a所规定。第一次切削和第二次(最终)切削的轴向距离因此可以假设为根据本发明一个实施方案给出。根据本发明，第一有效轴夹角和第二有效轴夹角可以例如由计算机确定。在这种确定的范围内，第一次强力刮削加工(即，第一次切削)的第一节距圆直径和第二次强力刮削加工(即，第二次切削)的第二节距圆直径设定为相等。因为，第一次强力刮削加工的轴向距离a¹和第二次强力刮削加工的轴向距离a²是已知的，所以现在第一有效轴夹角和第二有效轴夹角可以由计算机确定。

最终切削不必总是如在具体示例性实施方案中所述和所示一样设计。

对于总体情况(螺旋齿轮齿)而言，根据在上面表格中的公式给出的在轴向距离、节距圆直径和刀具取向之间的关系更加复杂，但是从质量方面看是等同的，即它基于在一定程度上更加复杂的计算公式使得该程序能够用于特定的情况。

根据本发明，在第一次强力刮削加工期间，强力刮削刀具100由CNC控制的驱动装置(未示出)围绕着旋转轴线R1以角速度ω₁沿着第一旋转方向转动，并且工件50围绕着工件旋转轴线R2以角速度ω₂沿着第二旋转方向转动。在第一次强力刮削加工期间，由CNC控制的驱动装置指定与在最终强力刮削加工期间不同的有效轴夹角。不发生方向颠倒。

所述强力刮削加工方法在所有实施方案中可以采用干或湿的方式使用，其中优选采用以干的方式的强力刮削加工方法。

所述强力刮削加工方法的使用范围较宽，并且延伸至生产变化很大的旋转对称周期性结构的用途。

附图标记列表：

Claims (7)

1.一种采用强力刮削刀具(100)强力刮削加工工件(50)的方法，所述工件具有工件旋转轴线(R2)并且具有旋转对称周期性结构，该方法具有以下步骤：

-提供工件(50)；

-提供强力刮削刀具(100)，其包括多个切削齿(111)或切削嵌入件，

规定所述强力刮削刀具(100)相对于所述工件(50)的第一有效轴夹角

采用所述规定的第一有效轴夹角对工件(50)进行第一次强力刮削加工，其中在第一次强力刮削加工期间，所述强力刮削刀具(100)切入到工件(50)中至第一进给深度，并且对所述工件(50)的周期性结构的齿面(53,54)进行预机加工，

规定所述强力刮削刀具(100)相对于所述工件(50)的第二有效轴夹角

采用所述规定的第二有效轴夹角对所述工件(50)进行第二次强力刮削加工，其中在第二次强力刮削加工期间，所述强力刮削刀具(100)切入到所述工件(50)中至最终进给深度，并且对所述工件(50)的周期性结构的齿面(53,54)进行进一步机加工，并且

其中所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角不同。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角被确定成使得在执行第一次强力刮削加工期间以及在执行第二次强力刮削加工期间，在每种情况下得到其形状相同或类似的母线(116)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角被确定成使得在执行第一次强力刮削加工期间以及在执行第二次强力刮削加工期间，在每种情况下得到相同的切削条件。

4.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在执行第一次强力刮削加工期间以及在执行第二次强力刮削加工期间，在每种情况下，在所述强力刮削刀具(100)和所述工件(50)之间规定不同的轴向距离(a)或相对于齿高的另一个机加工深度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在一个方法步骤中，计算确定所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角其中在该确定的范围内，针对所述第一次强力刮削加工的第一节距圆直径和针对所述第二次强力刮削加工的第二节距圆直径设定为相等，因此在规定了所述第一次强力刮削加工的轴向距离(a¹)和所述第二次强力刮削加工的轴向距离(a²)的情况下获得所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在一个方法步骤中，在所述第一次强力刮削加工的强力刮削刀具(100)上的节距圆位置和在所述第二次强力刮削加工的强力刮削刀具(100)上的节距圆位置由计算机设定为相等。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在一个方法步骤中，所述第一有效轴夹角与所述第二有效轴夹角的确定由计算机进行，从而在所述第一次强力刮削加工期间的接合外形在质量方面上与在所述第二次强力刮削加工期间的接合外形相同。