CN107530801B - 用于精加工带齿的且硬化的工件轮的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工带齿的且硬化的工件轮(1)的方法，所述方法具有以下步骤：将带有加工余量地被预制齿的且被硬化的工件轮(1)夹紧在工件轴(4)上；借助由刀具轴(7)旋转驱动的切削轮(5)通过滚切去除加工余量的至少50％；借助珩磨轮(6)在不变的夹紧状态下对工件轮(1)进行精加工。在滚切时的进刀(VS)沿齿部(2)的延伸方向进行。在珩磨时对沿齿部(2)的延伸方向振荡运动的工件(1)的横向进给(VH)沿径向进行。所述切削轮(5)和珩磨轮(6)由共同的刀具轴(7)驱动。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。

Description

用于精加工带齿的且硬化的工件轮的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于加工带齿的、硬化的工件轮的方法和设备以及可在此方面使用的刀具。
背景技术
硬化的齿轮通过多个相继的工序制成。首先将由未硬化的钢制成的坯件通过多种现有技术已知的方法设置内齿部和外齿部。这可以通过插削、滚铣，然而也通过滚切完成。随后将预制齿的工件轮硬化。在硬化之后通过珩磨/磨削进行精加工。精加工通过多个彼此不同的机床实施，其中，每次都使工件轮波变换夹紧位置。由于工件轮的夹紧附带转动偏差，这使得例如珩磨轮卡进带齿的工件轮的齿槽中。在精加工时，将之前预留的加工余量从代加工的齿部的齿中去除。基于不可避免的夹紧误差和不可避免的硬化变形，加工余量不均匀地分布在工件轮的圆周上。
由文献DE 35 33 064 A1已知一种用于通过滚切加工齿轮的齿面的方法及其适用的设备。未硬化的、然而以及已硬化的飞边齿轮或斜齿齿轮的齿面通过滚切被加工。通过对已硬化的齿面的滚切，应该可以取代磨削或硬刮削，然而以及珩磨或精制。
文献DE 103 05 752 A1描述了一种用于对筒状部件制齿的组合刀具，其中，在一个共同的轴上布置用于滚切的切削轮和至少一个用于刮削的刮削轮，从而可以在没有工件更换的情况下在机器中通过两个先后依次的工序首先实施滚切并且随后实施刮削。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，改进对已硬化的工件轮制齿的制造方法，并且提供相应的设备以及为此可使用的刀具。
所述技术问题通过在权利要求中给出的发明解决。从属权利要求不仅是独立权利要求的有利改进方式，而且还是所述技术问题的独立的解决方案。
首先并且主要规定，预制齿的、已硬化的工件轮的齿部具有加工余量，该工件轮夹紧在工件轴上。在夹紧件中，加工余量的大部分、也就是说加工余量的至少50％、优选大于80％或大于90％借助旋转驱动的切削轮的刀具轴通过滚切被去除。该加工余量大于硬度误差或夹紧误差，从而在滚切时不实施空切(Luftschnitt)。这不会产生由方法所致的始终不均匀分布的加工余量。在紧接着的精加工步骤中，其中工件轮通过夹紧件保持在工件轴上，借助珩磨轮精细地加工齿面。由于通过滚切预处理已经消除了所有转动偏差和硬度误差，珩磨轮不必卡进工件轮的齿部中。在所述方法的优选的实施方式中，切削加工不通过多个相继的步骤，而是通过唯一一个步骤完成，其中，横向进给(或切深进给)一次性地、也就是说在工件外部沿横剖面方向，也即沿径向完成。然而切削加工也可以通过由多个相继的步骤组成。进刀(或纵向进刀)在切削中不沿横剖面方向进行。在加工中，进刀沿齿延伸方向、例如在直齿中沿轴线方向进行。这立即切割整个材料。尽管如此，还是在该切削加工中克服了硬度误差和转动偏差、尤其通过夹紧造成的转动偏差，这是通过去除大部分的加工余量实现的。然而齿部准确度不够。此外，仅滚切硬化的工件轮的齿面还具有尚不完善的表面质量。所需的表面质量或齿部准确度通过珩磨加工步骤实现。根据本发明的方法由此由去除加工余量的大部分的硬粗加工步骤和随后进行的硬精加工步骤组成，其中，粗加工步骤通过滚切并且精加工步骤通过珩磨实施，并且两个加工步骤通过对工件的同一夹紧件进行。粗加工步骤优选利用硬质金属切削轮进行，精加工步骤优选通过陶瓷复合的珩磨轮进行。珩磨轮优选在同一机床中校准。为此，机床具有校准工具。安装在刀具轴上的珩磨轮被校准。校准工具优选被工件轴容纳并且通过工件轴以相对于刀具轴的同步运行旋转。校准工具可以是具有配备金刚石的齿部的校准标准轮(Abricht-Meisterring)。珩磨轮可以是CBN(立方氮化硼)刀具。这有利的是，根据本发明的方法能够实现最高的准确度和最高的表面质量。通过对机器本身中的珩磨轮的校准，消除了通过转动偏差、夹紧误差和制造误差对刀具的不利影响。在滚切时的进刀沿齿部的延伸方向、也即在直齿中沿工件轴的轴线方向进行，同时在珩磨时的横向进给沿横剖面方向、也即沿径向进行。在此，工件沿齿延伸方向、也即在直齿中沿工件轴的轴向振荡。珩磨轮和滚切轮能够构成组合刀具。珩磨轮和滚切轮轴向相继地布置并且由共同的刀具轴旋转驱动。然而还可行的是，使用两个相互不同的刀具轴，其中，第一刀具轴承载珩磨轮并且第二刀具轴承载滚切轮。当出于碰撞原因不能使用组合刀具时，尤其选择该方案。两个加工方法，也即对硬化的工件轮的切削和利用珩磨轮对获得轮廓的齿部的珩磨基本上按照相同的原理或者说通过相同的机器运动实现。由此可以在同一个机器中以合适的进给量和切削速度运行这两个加工步骤。两个方法步骤中的每一个都分别使用了该方法既有的优点。根据本发明的设备具有可旋转驱动的工件轴和可旋转驱动的刀具轴。两个主轴通过同步化的电机驱动。设有电子控制装置，该电子控制装置按照加工程序工作。该电子控制装置控制主轴的旋转运动、横向进给运动和进刀运动。根据本发明，电子控制装置设计为、也即编程为，上述方法步骤通过预定的顺序实施。根据本发明的刀具是组合刀具。在该刀具中，滚切轮和珩磨轮在共轴位置中相互连接。滚切轮可以沿轴向布置在珩磨轮之前。滚切轮可以具有比珩磨轮更小的直径。珩磨轮涉及可校准的珩磨轮、尤其CBN珩磨轮。用于校准珩磨轮所使用的校准工具是设备的一部分。工件轮优选涉及硬化的预制齿的齿轮。预制齿部具有加工余量，并且优选在工件轮硬化之前例如通过滚切、然而也通过其他在说明书开头所述的方法制成。已硬化的、预制齿的工件轮可以由碳含量不高于0.2％的表面硬化钢制成。根据本发明的另一种实施方式，钢具有高于0.2％的碳含量。在硬化中，工件轮被热处理并且在其表面上及其表面以下的结构中获得更高的硬度。在本发明的优选的变形方案中，预制齿的工件具有在52HRC与63HRC之间的表面硬度(利用钻石圆锥测得的洛氏硬度)。在另一种实施方案中，表面硬度然而可以低于52HRC甚至低于45HRC或高于63HRC。该硬度通过在热处理过程中铁与碳之间的结构转换达到。这实现了马氏体形成和碳化物的去除。根据本发明，硬化的预制齿部在热处理和滚切之后通过硬精加工形成最终需要的质量。齿面上的表面硬度可以根据热处理过程和材料在确定的厚度内具有恒定值。本发明涉及的实施方式在于，材料的硬度向齿的内部下降。那么芯部硬度或芯部强度则小于表面硬度或表面强度。淬火深度可以在本发明的该方案中改变。在对工件轮的精加工中，实现了10μm至100μm之间或10μm至150μm之间的材料去除。在本发明的一种变型方案中规定，加工余量的厚度内的材料硬度不改变，其中，加工余量可以在20μm至300μm之间的范围内。待切削去除的材料应该至少具有45HRC的硬度。根据本发明的一种变形方案，预制齿的硬化的坯件具有Rm＝1430N/min2的抗拉强度。根据本发明的一种变形方案，预制齿的且硬化的工件至少在加工余量的材料厚度内硬化。齿面在一定程度上可以由具有相同硬度的表面构成，所述硬度为至少大于45HRC，其中，该表面区具有垂直于齿面延伸平面测得的深度，该深度大于加工余量并且尤其大于100μm、优选大于200μm。由此，无论是滚切加工还是随后的精加工都在硬化的表面的区域中进行，从而使齿面的经过精加工的表面具有至少45HRC的硬度，其中，然而该硬度可以在52HRC至63HRC的范围内。该方法优选利用组合刀具实施，其中，切削轮和珩磨轮安装在共同的驱动轴上，其中，切削轮和珩磨轮相互间具有固定的旋转角位置。在传统的用于校正硬化变形的珩磨时，在工件中制成一定程度的新的齿部，同时在根据本发明的珩磨加工步骤中，仅在硬切削之后去除尚存的轮廓偏差。与额定轮廓的偏差基本上是表面折皱的凸起。在珩磨时凹谷保持不变。根据本发明，主要的材料去除通过对硬化的齿面的滚切进行。通过滚切，齿面粗略地形成额定轮廓，从而利用后续的珩磨仅整平或去除在滚切时形成的折皱的凸起。珩磨被用作纯粹的精加工过程，在该精加工过程中不全面地去除齿面上的材料，而是仅去除从额定轮廓突出的孤立的凸起。这降低了构件中在切削去除时产生的热量。根据本发明的精加工步骤由此优选在不使用冷却介质的情况下进行。而且滚切过程也在不使用冷却介质的情况下进行。因为珩磨轮和滚切轮以相互间预定的旋转角位于共同的轴上，精加工刀具可以在滚切之后直接位于加工位置中，而无需采取工件轴与刀具轴之间的个性化的旋转角校正。对工件轮的精加工由此不仅借助珩磨轮以不变的夹紧状态进行，而且还在滚切之后仅通过改变刀具轴相对于工件轴的角度设置而实现，优选在没有通过珩磨轮与切削轮之间的已知的旋转角差异所导致的两个主轴之间的相对旋转的情况下进行。该方法的特征尤其在于，在对工件轮的精加工时仅将齿面的孤立凸起形的区域去除，并且在精加工时保持齿面的留在孤立凸起之间的区段不被加工。
附图说明
以下借助附图对本发明的实施例进行更详细的阐述。在附图中：
图1示意性示出具有卡盘3的工件轴4，该卡盘夹紧工件1，并且示出刀具轴7，该刀具轴承载着由切削轮5和珩磨轮6构成的组合刀具；
图2示出根据图1的在切削加工时的视图，和
图3示出根据图1的在珩磨加工时的视图。
具体实施方式
附图仅示出根据本发明的机床的细节。根据本发明的机床具有在图中未示出的机架以及壳体。在壳体内部具有工件轴4，该工件轴通过电机被旋转驱动。此外设置刀具轴7，该刀具轴承载着切削刀具5和珩磨刀具6。切削刀具5优选涉及硬质金属切削轮，所述硬质金属切削轮与优选由CBN制成的珩磨轮6共轴地布置。刀具轴7通过电机被驱动。电机相互间如此同步化，使得工件轴4和刀具轴7能够以同步化的同步运行被旋转驱动。此外还设置驱动器，利用所述驱动器可以实现横向进给和纵向进刀。所有的驱动器通过电子控制装置驱动。电子控制装置具有用于存储加工程序的程序存储器。加工程序包含加工方法。
为了实施加工方法制备工件轮1。该工件轮1首先在未硬化的状态下设有齿部。齿部具有例如四百分之一至八百分之一毫米的加工余量，然而也可以是仅六百分之一毫米。加工余量足以校正硬化变形和形状误差和转动偏差。随后，这样预制齿的工件轮被硬化。此时产生硬化变形。
硬化的、带有加工余量的预制齿的工件轮通过第一方法步骤被夹紧在刀具轴4上。在第二方法步骤中，加工余量的大部分通过滚切利用通过刀具轴7旋转驱动的切削轮5被去除。该加工在一定程度上在全部材料中并且在一个步骤中进行，在该步骤中，工件轮1的齿部2的所有齿面被加工。滚切加工通过沿齿延伸方向的进刀VS实现。在此，工件轴线和刀具轴线、也即刀具轴7的旋转轴线和工件轴4的旋转轴线相互间形成轴线交角。优选在滚切时不设置沿径向的进给移动。切削轮1可以由硬质金属、陶瓷或其他合适的硬质材料制成。
通过在工件轮1不换位的情况下所实施的第三方法步骤中，实现对通过滚切被硬化粗加工的齿部2的精加工。为此，珩磨轮6进入加工位置。在珩磨加工过程中，工件轮1沿齿延伸方向振荡。横向进给VH在此沿径向方向进行。
上述实施方式用于阐述全部被本申请包括在内的本发明，本发明通过以下技术特征组合分别对现有技术进行创造性的改进，也即：
一种加工带齿的且硬化的工件轮1的方法，所述方法具有以下步骤：
-将带有加工余量地被预制齿的且被硬化的工件轮(1)夹紧在工件轴4上；
-借助由刀具轴7旋转驱动的切削轮5通过滚切去除加工余量的至少50％；
-借助珩磨轮6在不变的夹紧状态下对工件轮1进行精加工。
一种方法，其特征在于，在滚切时的进刀VS沿齿部2的延伸方向进行。
一种方法，其特征在于，在珩磨时对沿齿部2的延伸方向振荡运动的工件1的横向进给VH沿径向进行。
一种方法，其特征在于，所述切削轮5和珩磨轮6由共同的刀具轴7驱动。
一种方法，其特征在于，所述切削轮5是陶瓷切削轮或硬质金属切削轮或由其他硬质材料构成。
一种方法，其特征在于，所述珩磨轮6是陶瓷复合的、可校准的刀具、尤其是CBN刀具。
一种方法，其特征在于，滚切加工在唯一一个步骤中进行。
一种方法，其特征在于，由所述刀具轴7承载的所述珩磨轮6借助配属于设备的校准工具被校准，所述校准工具尤其由所述工件轴4承载。
一种设备，其特征在于，所述控制装置设计为，在带有加工余量地被预制齿的且被硬化的工件轮1夹紧在工件轴4上之后，能够借助由刀具轴7旋转驱动的切削轮通过滚切去除加工余量的至少50％，并且紧接着能够在相同的夹紧中借助由刀具轴旋转驱动的珩磨轮6对工件轮1进行精加工。
一种设备，其特征在于，所述切削轮5和珩磨轮6安装在共同的刀具轴7上。
一种设备，其特征在于，所述设备具有校准工具，通过所述校准工具能够校准由所述刀具轴7承载的所述珩磨轮6。
一种刀具，其特征在于，切削轮5和珩磨轮6同轴地且沿轴向相继布置地组成组合刀具，所述组合刀具能够由共同的刀具轴7旋转驱动。
一种方法、设备或刀具，其特征在于，所述切削轮5是硬质金属切削轮5。
一种方法、设备或刀具，其特征在于，设有陶瓷复合的、尤其可校准的珩磨轮6，所述珩磨轮尤其是CBN刀具。
所有公开的特征(本身及其相互组合)都有发明意义或发明价值。在本申请的公开文件中，所属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求的特征都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改进设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。
附图标记清单
1 工件轮
2 齿部
3 卡盘
4 工件轴
5 切削轮
6 珩磨轮
7 刀具轴
VH 进给
VS 进给

Claims (18)

1.一种加工工件轮(1)的方法，所述方法具有以下步骤：
-在未硬化的工件轮(1)中带有加工余量地设有齿部；
-预制齿的工件轮(1)被硬化，从而产生硬化变形；
-将被预制齿的且被硬化的工件轮(1)夹紧在工件轴(4)上；
-借助由刀具轴(7)旋转驱动的切削轮(5)通过滚切去除加工余量的至少50％；
-借助珩磨轮(6)在不变的夹紧状态下对工件轮(1)进行精加工，
其中，所述切削轮(5)和珩磨轮(6)由共同的刀具轴(7)驱动，在滚切时的进刀(VS)沿齿部(2)的延伸方向进行，并且在珩磨时对沿齿部(2)的延伸方向振荡运动的工件轮(1)的横向进给(VH)沿径向进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切削轮(5)是陶瓷切削轮或硬质金属切削轮或由其他硬质材料构成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述珩磨轮(6)是陶瓷复合的、可校准的刀具。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述珩磨轮(6)是CBN刀具。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滚切加工在唯一一个步骤中进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述刀具轴(7)承载的所述珩磨轮(6)借助配属于设备的校准工具被校准，所述校准工具由所述工件轴(4)承载。
7.一种用于实施根据权利要求1至6中任一项所述方法的设备，其具有能够被旋转驱动的工件轴(4)，所述工件轴(4)具有用于夹紧待加工的工件轮(1)的卡盘(3)，所述设备还具有相对于工件轴(4)处于同步运行的被旋转驱动的刀具轴(7)，所述刀具轴(7)承载着切削轮(5)和珩磨轮(6)，并且所述设备还具有编程的电子控制装置，用于控制所述刀具轴(7)的旋转运动和所述工件轴(4)的旋转运动、横向进给运动和进刀(VH、VS)，其中，所述电子控制装置设计为，在带有加工余量地被预制齿的且被硬化的工件轮(1)夹紧在工件轴(4)上之后，借助由刀具轴(7)旋转驱动的切削轮通过滚切去除加工余量的至少50％，并且紧接着在相同的夹紧中借助由刀具轴旋转驱动的珩磨轮(6)对工件轮(1)进行精加工，其中，在滚切时的进刀(VS)沿齿部(2)的延伸方向进行，并且在珩磨时对沿齿部(2)的延伸方向振荡运动的工件轮(1)的横向进给(VH)沿径向进行。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述切削轮(5)和珩磨轮(6)安装在共同的刀具轴(7)上。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述设备具有校准工具，通过所述校准工具能够校准由所述刀具轴(7)承载的所述珩磨轮(6)。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述切削轮(5)是硬质金属切削轮(5)。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，设有陶瓷复合的珩磨轮(6)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，设有陶瓷复合的、可校准的珩磨轮(6)。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述珩磨轮是CBN刀具。
14.一种用于实施根据权利要求1至4之一所述方法的刀具，其特征在于，切削轮(5)和珩磨轮(6)同轴地且沿轴向相继布置地组成组合刀具，所述组合刀具能够由共同的刀具轴(7)旋转驱动。
15.根据权利要求14所述的刀具，其特征在于，所述切削轮(5)是硬质金属切削轮(5)。
16.根据权利要求14所述的刀具，其特征在于，设有陶瓷复合的珩磨轮(6)。
17.根据权利要求16所述的刀具，其特征在于，设有陶瓷复合的、可校准的珩磨轮(6)。
18.根据权利要求16所述的刀具，其特征在于，所述珩磨轮是CBN刀具。
CN201680023399.2A 2015-03-24 2016-03-03 用于精加工带齿的且硬化的工件轮的方法和设备 Active CN107530801B (zh)

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