CN107335867B - 对齿轮的齿部或工件的齿轮状轮廓进行硬精机加工的方法 - Google Patents

对齿轮的齿部或工件的齿轮状轮廓进行硬精机加工的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对齿轮的齿部进行硬精机加工的方法，其中齿轮具有旋转轴线，在该方法中用硬精机加工工具对齿轮的齿部进行机加工，其中，硬精机加工工具具有旋转轴线且在硬精机加工期间围绕旋转轴线旋转。为了获得齿部的改进形状和表面质量，本方法包括：提供包括至少两个轴向相邻的机加工区域的硬精机加工工具，其中，第一机加工区域设计成磨削齿轮的齿部且第二机加工区域设计成精磨削和/或抛光齿部；用第一机加工区域磨削齿轮的齿部，齿轮的旋转轴线与硬精机加工工具的旋转轴线之间存在第一枢转角度；用第二机加工区域对齿轮的齿部进行精磨削和/或抛光，齿轮的旋转轴线与硬精机加工工具的旋转轴线之间存在不同于第一枢转角度的第二枢转角度。

Description

对齿轮的齿部或工件的齿轮状轮廓进行硬精机加工的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对齿轮的齿部或工件的齿轮状轮廓进行硬精机加工(hardfine machining)的方法，其中，齿轮或工件具有旋转轴线，其中，在该方法下，用硬精机加工工具对齿轮的齿部或工件的齿轮状轮廓进行机加工，其中，硬精机加工工具具有旋转轴线并且在硬精机加工期间围绕该旋转轴线旋转。
背景技术
最后的磨削处理在齿轮的生产过程中尤其非常重要。在该处理中，齿面经受磨削操作，通过磨削操作使齿面具有精密形状。生产齿部时的有效方法是通过磨削蜗杆实现能生产的磨削或使用成形砂轮进行成形磨削。
根据DE 10 2010 005 435 A1，上述类型的方法是已知的。在此，首先在工件上进行粗机加工，然后进行精机加工，以对布置在工件的表面区域中的齿部进行机加工，其中，为了避免碰撞，在两个处理步骤之间工具主轴进行枢转。
WO 94/19135 A1、US 6 402 607 B2和US 3 708 925显示了其他已知的解决方案。
众所周知的是，为了优化齿部的侧面表面，除了原有的磨削处理，随后还执行精磨削处理或抛光处理。这样的精磨削处理或抛光处理也被称为抛光磨削处理，并且充当后续的机加工精整处理，通过其可以提高齿部的表面质量。以所述精磨削处理或抛光处理进行的机加工的目的是通过仅尽微少的去除量来提高齿面的表面质量和接触比率。
因此，采用多步骤处理，在多步骤处理下，首先执行常规的能生产的磨削或轮廓磨削处理，并且随后进行上述精磨削或抛光磨削。因此，使用两种不同的工具规格，所述工具规格在其工具形状或轮廓方面彼此略有不同或并无不同。通常，一方面用于能生产的磨削或轮廓磨削以及另一方面用于精磨削或抛光磨削的两个区域都被布置在同一个工具承载器上并且彼此牢固连接(例如胶合或螺纹连接)。优选地，随后首先(在可修整工具的情况下)共同修整两个机加工区域。随后，精磨削工具和抛光工具也可以分别通过进一步的成型(profiling)进行轻微修改；从而例如可以减小外径。在随后的机加工中，随即依次使用两个所述的区域，然而，其中，原则上使用同样的工具设置，并且尤其是相同的工具枢转角度。
因此，可以分别在精磨削和抛光磨削中实现修正。已知的修正可能性是：工件轴线的枢转，以分别在其中一个齿面上减小横进给率和抛光压力，在另一齿面上增加横进给率和抛光压力；以及轴距的改变，这样其均匀地作用于两个齿面的对称轮廓处。
然而，通常不利的是，在齿部的顶部和基部中的粗糙度是不同，这是不期望出现的情况。上述已知的修正可能性仅能有限地解决该问题。因此，例如，缩短轴距增加了机加工力，并且可能由此导致不期望的形状差异。
此外，不利的是，已知的解决方案是极其耗时的，因为需要用于设置的不同操作步骤，然而其中，通常达不到期望的结果。
此外，不利的是，所获得的结果通常对所产生的齿面的几何形状方面有折损。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种上述类型的方法，通过该方法可以分别在齿部的表面质量和齿轮状轮廓的表面质量方面获得改善。因此，应该能够避免在精磨削处理或抛光磨削处理过程中修正方面的上述缺点，从而精确地获得期待的齿面几何形状。
通过本发明实现该目的的解决方案的特征在于该方法包括以下步骤：
a)提供包括至少两个轴向相邻的机加工区域的硬精机加工工具，其中，第一机加工区域被设计成用于对所述齿轮的所述齿部或所述工件的齿轮状轮廓进行磨削，并且其中，第二机加工区域被设计成用于对所述齿部或所述齿轮状轮廓进行精磨削和/或抛光；
b)用所述硬精机加工工具的所述第一机加工区域磨削所述齿轮的齿部或所述工件的齿轮状轮廓，其中，在所述齿轮的旋转轴线或所述工件的旋转轴线与所述硬精机加工工具的旋转轴线之间存在第一枢转角度；
c)随后，用硬精机加工工具的第二机加工区域对所述齿轮的齿部或所述工件的齿轮状轮廓进行精磨削和/或抛光，其中，在所述齿轮的旋转轴线或所述工件的旋转轴线与所述硬精机加工工具的旋转轴线之间存在第二枢转角度，所述第二枢转角度不同于所述第一枢转角度。
优选地，蜗杆状工具用作硬精机加工工具。可替代地，盘形工具也可以用作硬精机加工工具。
此外，优选地，可修整工具用作硬精机加工工具。
优选地，硬精机加工工具的轮廓在第一机加工区域中和第二机加工区域中是相同的。
在基体中具有磨料材料的工具可以用作硬精机加工工具，其中，第一机加工区域中以及第二机加工区域中，基体的材料的弹性模量是不同的。优选地，第一机加工区域中的基体的材料的弹性模量比第二机加工区域中的高。具体地，根据本发明的一种实施方案，设想这样一种工具作为硬精机加工工具，其在第一机加工区域中具有由陶瓷材料制成的基体且在第二机加工区域中具有包括塑料材料(特别是聚氨酯)的基体。因而，该工具在第二区域中更有弹性，这可以有利于抛光磨削。
在机器控制中可以存储特性曲线图或公式关系，从而在上述步骤c)期间，能够针对硬精机加工工具的给定直径以及齿部的侧面或齿轮状轮廓的侧面上的期望去除量，提供第一枢转角度和第二枢转角度之间的角度差或允许对其的计算或模拟。因此，可以特别地设想，在执行上述步骤c)时，从存储的特性曲线图或者公式关系中调用、计算或模拟所述第一枢转角度和第二枢转角度之间所需的角度差并且之后实现规定的齿部的侧面或者齿轮状轮廓的侧面的期待去除量。
在这种情况下，本发明设想了使用工具枢转角度作为上述意义上的修正可能性。与用于预机加工(即在能生产的磨削或成形磨削时)的理论上计算的枢转角度不同，现在使用分别用于精磨削和抛光磨削(即在抛光磨削时)的枢转角度的修正。
因此，根据工具的直径，可以将期望的规格(即，以微米为单位的分别从齿部的侧面和轮廓上削减的量)换算成枢转角度的修正(以度为单位)，然后用理论枢转角度进行计算。
已经发现，通过工具的这种枢转角度修正，可以在精磨削或抛光磨削期间更容易地提高抛光压力，而不会遭受不利的形状差异或者还有齿部的顶部和基部中不同的粗糙度值。因此，方便了处理参数的设置，并且分别提高了齿部和轮廓的质量。
因此，根据所提出的概念，与(通过工具的第一机加工区域进行的)磨削或预机加工相比，在(通过工具的第二机加工区域进行的)精磨削处理或抛光处理期间，磨头的枢转角度发生变化，由此，工具在齿部侧面上的的压力发生变化，并且从而影响去除量。
然而，因为工具在工件上的径向影响保持不变，所以可以以改进的方式保持齿部或轮廓的形状公差。
所提出的方法适于对齿轮和特殊轮廓分别进行精磨削和抛光。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施方案。图中示出：
图1示出了蜗杆形工具的侧视图，
图2示出了在能生产的磨削期间与的齿轮啮合的、根据图1的工具的侧视图，
图3示出了在精磨削或抛光磨削期间与齿轮啮合的、根据图1的工具的侧视图以及
图4示出了特性曲线，来自该特性曲线中的所需枢转角度的变化导致与磨削蜗杆的不同直径相关的期望去除量。
具体实施方式
已经发现，如果齿面的表面粗糙度减小并且使用具有低粘度的齿轮箱油，则在没有关于稳定性的缺点的情况下，可以提高齿轮装置的效率程度。基础是对于通过作为精加工处理的振动磨削生产的齿轮装置的研究。然而，尤其是从齿轮装置生产商的观点来看，该方法不适于集成到自动化处理链中。因此，研究并且证实了，可以通过在传统的齿轮磨削机器上集成精磨削处理，来产生Rz等于或小于1μm的精加工质量。这种类型的现代机器提供了在成形磨削以及能生产的磨削时使用精磨削技术的可能性。
在成形磨削时，除了常规砂轮外，首先使用精砂轮，其可为可修整或无需修整的。两个工具都可以安装在同一个工具心轴上。在常规磨削处理终止之后，通过相同装夹中的精砂轮，在进一步磨削处理中产生期望的高质量的精加工。
在齿轮批量生产的领域中，由于其有益的生产率，主要使用连续能生产的磨削。通过使用由常规磨削工具和精磨削工具组成的组合工具，可以在一个装夹中生产具有小于1μm范围内的精加工质量(Rz)的齿轮。因此，额外要求的工作通常仅低于常规磨削处理的加工时间的一半。
根据本实施方案，使用磨削蜗杆形式的硬精机加工工具3。这用于组合的能生产的磨削和随后的精磨削或抛光磨削。因此，硬精机加工工具3具有第一机加工区域4和第二机加工区域5。第一机加工区域4用于能生产的磨削，而第二机加工区域5用于抛光磨削。在该示例中，硬精机加工工具3是可修整的工具，即通过修整处理来产生工具的轮廓6。此外，在该示例中，蜗杆形轮廓6在两个区域4和5中是相同的。
然而，可以设想，工具3的承载器材料或者说基底材料在两个区域4和5中是不同的。当在磨削蜗杆的区域4中使用掺杂有磨料的经典陶瓷材料时，在抛光磨削蜗杆的区域5中使用更软的或更柔性的材料(具体地说：具有较低弹性模量的材料)，例如聚氨酯，使得工具3在这里具有较高的弹性，这对于抛光磨削可以是有益的。
在机加工期间，硬精机加工工具3围绕旋转轴线b旋转。除此之外，硬精机加工工具具有直径D。
在图2和图3中示意性地示出了在能生产的磨削(图2)和随后的抛光磨削(图3)期间的处理情况。根据这一点可以看出，在硬精机加工期间，以已知的方式，硬精机加工工具3与齿轮2形式的需机加工的工件啮合，即与其齿部1啮合，其中，齿轮2围绕其旋转轴线a旋转，同时硬精机加工工具3围绕旋转轴线b旋转。
如图2中可见，对于作为硬精机加工的第一子步骤的能生产的磨削，使用硬精机加工工具3的第一机加工区域4，其中，在此在齿轮2的旋转轴线a与硬精机加工工具3的旋转轴线b之间存在第一枢转角度β1(在图中示出并用β表示的是最后到90°的余角)。这个枢转角度β1涉及在工件的轴线和工具的轴线之间一定存在的理论角度，以通过能生产的磨削，理想地产生期望的轮廓。
如果进行根据图2的能生产的磨削，则接下来进行抛光磨削，这是硬精机加工的第二和最终子步骤。为此，使用硬精机加工工具3的第二机加工区域5。重要的是，现在再次在齿轮2的旋转轴线a和硬精机加工工具3的旋转轴线b之间存在枢转角度，然而现在该枢转角度是与第一枢转角度β1(即，与理想的枢转角度)不同的第二枢转角度β2，当磨削齿部1的理想几何形状时一定存在该理想的枢转角度。
由于第二枢转角度β2与第一枢转角度β1的偏差，即，在存在角度差Δβ时，导致从齿部1的齿面去除附加的去除量Δs。
这种情况在图4中示出。在此，根据角度差Δβ，确切地说，对于磨削蜗杆3的不同直径D示出了所述去除量Δs。因此，直径D1是磨削蜗杆3的最小直径，而直径D4是最大直径。图4所示的特性曲线可以存储在机器控制中，或者可以相应地通过存储的公式分别对其进行计算和模拟，以便可以在能生产的磨削后需进行抛光磨削时对其进行访问。在(抛光)磨削蜗杆的直径D已知并且预先给定的情况下，可以立即为期望的去除量Δs确定，为了获得期望的结果，角度差Δβ必须为多大。抛光磨削必需的角度差可以相应地直接作为用于特别应用情况的一组曲线保存在机器控制中；同样可以根据预定变量(蜗杆的直径、期望的去除量)在机器控制中计算角度差，或者通过模拟来计算角度差，然后将所确定的角度差用于抛光磨削。
在本实施方案中，还采用两件式的磨削蜗杆3，该磨削蜗杆通过一个和同一侧面修整器成型。
附图标记列表
1 齿部/齿轮状轮廓
2 齿轮/工件
3 硬精机加工工具(磨削蜗杆)
4 第一机加工区域
5 第二机加工区域
6 硬精机加工工具的轮廓
a 齿轮/工件的旋转轴线
b 硬精机加工工具的旋转轴线
β1 第一枢转角度
β2 第二枢转角度
Δβ 角度差
D 硬精机加工工具的直径
Δs 去除量

Claims (9)

1.一种用于对齿轮(2)的齿部(1)或工件的齿轮状轮廓进行硬精机加工的方法，其中，所述齿轮(2)或所述工件具有旋转轴线(a)，其中，在所述方法中，用硬精机加工工具(3)对所述齿轮(2)的齿部(1)或所述工件的齿轮状轮廓进行机加工，其中，所述硬精机加工工具(3)具有旋转轴线(b)且在硬精机加工期间围绕所述旋转轴线旋转，
其特征在于：
所述方法包括如下步骤：
a)提供包括至少两个轴向相邻的机加工区域(4，5)的硬精机加工工具(3)，其中，第一机加工区域(4)被设计成用于所述齿轮(2)的所述齿部(1)或所述工件的齿轮状轮廓的磨削，并且其中，第二机加工区域(5)被设计成用于所述齿部(1)或所述齿轮状轮廓的精磨削和/或抛光，其中，所述硬精机加工工具(3)的轮廓(6)在所述第一机加工区域和第二机加工区域(4，5)中是相同的；
b)使用所述硬精机加工工具(3)的第一机加工区域(4)磨削所述齿轮(2)的齿部(1)或所述工件的齿轮状轮廓，其中，在所述齿轮(2)的或所述工件的旋转轴线(a)与所述硬精机加工工具(3)的旋转轴线(b)之间存在第一枢转角度(β1)；
c)使用所述硬精机加工工具(3)的第二机加工区域(5)对所述齿轮(2)的齿部(1)或所述工件的齿轮状轮廓进行精磨削和/或抛光，其中，在所述齿轮(2)的或所述工件的旋转轴线(a)与所述硬精机加工工具(3)的旋转轴线(b)之间存在第二枢转角度(β2)，所述第二枢转角度不同于所述第一枢转角度(β1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蜗杆状工具被用作硬精机加工工具(3)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，盘形工具被用作硬精机加工工具(3)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能够修整的工具被用作硬精机加工工具(3)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基体中具有磨料材料的工具被用作硬精机加工工具(3)，其中，所述基体的材料的弹性模量在所述第一机加工区域(4)中与在所述第二机加工区域(5)中是不同的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一机加工区域(4)中的所述基体的材料的弹性模量比所述第二机加工区域(5)中的高。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，一种工具用作硬精机加工工具(3)，所述工具在所述第一机加工区域(4)中具有由陶瓷材料制成的基体且在所述第二机加工区域(5)中具有包括塑料材料，特别是聚氨酯的基体。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在机器控制中存储特性曲线图或公式关系，在根据权利要求1所述的步骤c)期间，针对所述硬精机加工工具(3)的给定直径(D)以及所述齿部(1)的侧面或所述齿轮状轮廓的侧面上的期望的去除量(Δs)，所述特性曲线图或所述公式关系提供第一枢转角度和第二枢转角度(β1，β2)之间的角度差(Δβ)或允许对其的计算或模拟。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行根据权利要求1所述的步骤c)时，从所述特性曲线图或者所述公式关系中调用、计算或模拟第一枢转角度和第二枢转角度(β1，β2)之间所需的角度差(Δβ)，并且之后实现规定的所述齿部(1)的侧面或者所述齿轮状轮廓的侧面的期待去除量(Δs)。
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