CN108602146B - 用于对工件轮制齿的方法、刀具和用于实施方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过刀具(2)对工件轮(1)制齿的方法，所述刀具的刀具基体(11)具有多个围绕旋转轴线(5)布置的、从刀具基体(11)沿径向突伸出的切齿(3)，这些切齿(3)构成端侧(7)、两个相互背离指向的齿面(6、6’)以及切刃(18、19)，其中，所述切刃(18、19)由齿面(6、6’)的与端侧(7)邻接的边缘构成，其中，在第一方法步骤中，在刀具(2)相对于工件轮(1)的第一位置中，借助所述切刃(18、19)通过切削加工在所述工件轮(1)内制造构成齿面(14、14’)的齿槽(17)，并且在第二方法步骤中，所述工件轮(1)的通过切刃(18、19)所产生的齿面(14、14’)通过有研磨作用的刀具面被精加工。为了有利于使用地改进已知的加工方法并且提供为此适合的刀具和适合的设备，本发明建议，有研磨作用的刀具面由所述刀具(2)的齿面(6、6’)构成，所述刀具(2)在第二方法步骤中相对于所述工件轮(1)以与第一位置不同的第二位置进行加工。

Description

用于对工件轮制齿的方法、刀具和用于实施方法的设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过刀具对工件轮制齿的方法，所述刀具的刀具基体具有多个围绕旋转轴线布置的、从刀具基体径向突伸出的切齿，这些切齿构成端侧、两个沿周向相互背离指向的齿面以及切刃，其中，所述切刃在齿面的与端侧邻接的边缘处具有切刃，其中，在第一方法步骤中在刀具相对于工件轮的第一位置中，借助所述切刃通过切削加工在所述工件轮内制造构成齿面的齿槽，并且在第二方法步骤中所述工件轮的通过切刃所产生的齿面通过有研磨作用的刀具面被精加工。
本发明还涉及一种用于实施所述方法的刀具，所述刀具具有刀具基体，所述刀具基体具有多个围绕旋转轴线布置的、从刀具基体径向突伸出的切齿，这些切齿构成端侧、两个沿周向相互背离指向的齿面以及在齿面的与端侧邻接的边缘处具有切刃，用于切削地在所述工件轮上产生构成齿面的齿槽。
本发明还涉及一种用于实施所述方法的具有刀具的设备，其中，电子控制装置被相应地编程。
背景技术
专利文献DE 10 2005 049 528 A1和DE 10 2009 003 338 A1描述了用于对具有内齿和外齿的工件进行制齿的方法，其中，该方法是滚切方法。在所描述的方法中，首先通过切削刀具制造粗齿。这在粗加工工序中实现。在第一方法步骤之后，在齿面的端侧棱边区域中对齿面去毛刺。此外，专利文献WO 2001/060733 A1、DE 10305752 A1和DE 3930322 C1也属于现有技术。
已知的是，通过珩磨或研磨对这样粗制齿的齿部的齿面进行精加工。在珩磨时，为此使用夹紧在珩磨轮轴上的珩磨轮，该珩磨轮的珩磨齿啮合到在工件轮中制造的齿部内。珩磨齿在此以运行齿的形式嵌入工件轮的齿部。刀具旋转轴线和工件轮旋转轴线彼此间具有轴线交叉角，使得在工件轮和刀具的齿面相互滑动时进行面横向运动，其导致在工件轮的齿面上的材料剥除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，有利于使用地改进已知的加工方法，并且为此提供适合的刀具和适合的设备。
所述技术问题通过在权利要求中提供的发明解决，其中，从属权利要求不仅是在并列的权利要求中提供的发明的有利改进方案，而且也是所述技术问题的独立的解决方案。
首先和原则上建议，刀具具有用于研磨或者说有研磨作用的齿面。通过所述刀具可以实施由多个依次相继的制造步骤构成的制造方法的两个制造步骤。这优选在其间不更换刀具、而是仅通过改变刀具旋转轴线相对于工件旋转轴线的定位或者说位置的情况下实现。在第一方法步骤中，使用刀具的切刃，以便由此制造工件轮的齿部。对工件轮的制齿可以在多个依次相继的切削加工步骤中实施，例如在多个依次相继的滚动切削加工步骤
Figure GDA0002243963990000021
中实施，其中，首先产生粗齿并且接下来产生精齿。但是也可行的是，在唯一一个滚动切削加工步骤中实施制齿，其中尤其规定，通过刀具在多个依次相继的步骤中实施制齿，其中，在各个单独步骤之间仅改变工件轮旋转轴线和工件旋转轴线的轴线间距，使得由切刃产生的齿槽一步一步地加深。在滚切铣削时，每个切齿的切刃切削地嵌入工件轮的材料中，其中规定，持续被旋转驱动的工件轴相对于刀具轴沿待制造的齿部的齿部延伸方向实施进给。以刀具旋转轴线和工件轮旋转轴线之间的第一轴线交叉角进行加工。切刃由切齿的齿面过渡为切齿的端面之处的棱边构成。切削轮可以是具有阶梯型磨削或锥形外周磨削的切削轮。但是，切削轮也可以具有平坦的端面，切齿的端面也位于上述端面中。在按照本发明的第二加工步骤中，工件轮的由刀具的切刃制造的齿面被精加工。这按照本发明借助有研磨作用的、珩磨加工形式的刀具面实现。为此规定，有研磨作用的刀具面由刀具的齿面构成。齿面通过调节刀具和工件轮的相对位置在与第一位置不同的第二位置中被置入工件轮的齿面的面加工位置中。这基本上通过改变工件轮旋转轴线和刀具旋转轴线之间的轴线交叉角和改变轴线间距或者通过使工件和/或刀具相对彼此在空间上移位实现。在第一位置中在产生齿部时在工件轮的齿面和切削轮的齿面之间分别存在后角，而在第二位置中在精加工时刀具的齿面在工件轮的齿面上滚动或者说滚切，从而借助有研磨作用的刀具面实现工件轮的齿面的表面加工。在此，刀具相对于工件轮的定位基本上通过改变轴线交叉角被如此改变，使得在第一方法步骤中所需的后角消失，从而使切齿以运行齿的方式嵌入工件轮的齿槽中。切齿相对于刀具的轴线具有这样的延伸方向，使得在第二加工步骤中彼此作用的齿面进行面横向运动。
按照本发明的用于实施前述方法的刀具具有刀具基体，所述刀具基体具有多个围绕旋转轴线布置的、从刀具基体径向突伸出的切齿。这些切齿至少在其端面上具有切刃，其中，所述切刃沿切齿端侧过渡为切齿齿面之处的棱边延伸。切齿沿其延伸方向具有基本上保持不变的横截面。穿过切齿的齿顶的齿顶线优选在柱形外周面上延伸。但是也规定，齿顶线在截锥外周面上延伸。切刃用于切削地产生工件轮的构成齿面的齿槽，而刀具的与切刃邻接的齿面可以用于对工件轮的由切刃产生的齿面进行精加工。为此，刀具的齿面设计为有研磨作用。刀具的齿面如此设计用于研磨，使得刀具齿面在工件轮齿面上的相对移动导致在工件轮的齿部的齿面上进行珩磨式或研磨式的材料剥除。刀具的有研磨作用的齿面优选由涂层构成。在此可以指的是硬质材料涂层。为此，在齿面上可以实施金属喷涂，硬质材料颗粒以已知的方式嵌入金属喷涂中。例如刀具的齿面被镀镍。在镍基层上涂覆镍镶嵌层，在镍镶嵌层中嵌入大量硬质材料颗粒，所述硬质材料颗粒以其表面的区段从金属层中突伸出，以便由此以用于珩磨工具的修整工具的形式在工件轮的齿面上剥除材料。硬质材料颗粒可以氮化硼、氧化铝或金刚石颗粒。
本发明还涉及用于实施所述方法的设备。所述设备以已知的方式具有至少一个工件轴和刀具轴。工件轴和刀具轴可以优选分别通过旋转驱动机组被旋转驱动。在此可以是指伺服马达、尤其是力矩马达或者也可以是指同步马达。但是原则上，仅一个轴可以通过电气驱动装置被旋转驱动对于实施所述方法就足够了。但是优选两个轴、即刀具轴和工件轴可以被旋转驱动装置旋转驱动。两个旋转驱动装置被同步，因此这两个旋转驱动装置同步地旋转。此外还设有例如机械台形式的器件，刀具通过所述器件可以相对于工件轮移动，其中，基本上沿工件轮的齿面延伸方向实现进给。为了产生进给，刀具或者工件轮可以相对于机架移动。此外还设有器件，通过所述器件可以调节刀具旋转轴线和工件旋转轴线之间的轴线交叉角。所有用于调节的器件可以由步进马达和/或力矩马达构成。所述设备具有可电子编程的控制装置，机床的各个轴线可以通过控制装置进行控制。控制装置被如此编程，使得具有前述刀具的机床按照前述方法运行。
附图说明
以下结合实施例进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出齿轮状的刀具2的示意图，所述刀具的切齿3与工件轮1的齿部齿啮合，用于说明当在工件轮1中产生齿部的第一方法步骤中时工件轮1相对于刀具2的位置；
图2示出根据图1的布置方式，但是沿图1中的观察方向II；
图3示出根据图1的布置方式，但是对工件轮1俯视；
图4放大地示出图3所示的切齿3在工件轮1的齿部13之间的齿槽17中的啮合，用于说明切齿3的齿面和齿部13的齿面之间的后角；
图5示出刀具的立体图，所述刀具的切刃18、19由棱边构成，切齿3的被研磨性涂层的齿面6、6’在所述棱边处与切齿3的端侧7相会；
图6示出根据图1的视图，但是在第二位置中，在该第二位置中工件轮旋转轴线4和刀具旋转轴线5之间的轴线交叉角发生改变并且刀具2沿刀具旋转轴线5的方向的位置附加地移动，使得有研磨作用的齿面6、6’可以加工工件轮1的齿部的齿面14、14’；
图7示出根据图2的视图，但是在第二位置中；
图8示出根据图3的视图，但是在第二位置中；
图9示出图8中的局部IX，用于说明切齿3在工件轮1的齿部13之间的齿槽17中的啮合，其中，在切齿3的齿面6、6’和工件轮1的齿部3的齿面14、14’之间不存在后角，而是切齿3的设计用于研磨的齿面6’表面接触地作用在工件轮1的齿部13的齿面14’上；
图10示出根据图9的视图，但是在工件轮1和刀具2略微继续旋转之后，因此切齿3的设计用于研磨的齿面6与工件轮1的相邻齿部的齿面14实现面贴靠；
图11示出图1中的局部XI的放大图；
图12示出图11中的剖视图XII-XII并且
图13示出用于实施所述方法的设备的示意图。
具体实施方式
图13示出用于实施所述方法的设备的简化示意图。在未示出的机架上固定有设备，工件轴驱动装置9和刀具轴驱动装置10通过所述设备可相对彼此调节。所述调节由电子的控制装置23程序控制地实现。调节/调整器件24、25能够使工件轴驱动装置9和刀具轴驱动装置10的相对位置相对彼此移动。由工件轴驱动装置9旋转驱动工件轮轴21，所述工件轮轴承载工件轮1。所述工件轮1在此围绕工件轮旋转轴线4被旋转驱动。
刀具轴驱动装置10驱动刀具轴22，所述刀具轴承载齿轮形设计的刀具2，所述刀具能够围绕刀具旋转轴线5被旋转驱动。
借助调节/调整器件24、25可以调整工件轮旋转轴线4相对于刀具旋转轴线5的轴线交叉角α、β。此外可以实现进给。
图5所示的刀具具有刀具基体11，所述刀具基体可以夹紧在刀具轴22上，以便围绕刀具旋转轴线5旋转驱动刀具基体11。
从刀具基体11沿相对于刀具旋转轴线5的径向突伸出多个切齿3。所述切齿3在其整个轴向延伸上具有保持不变的横截面。穿过切齿的齿顶8的齿顶线3’在该实施例中倾斜于刀具旋转轴线5延伸。齿顶线3’可以处于围绕刀具旋转轴线5的柱形外周面上或者围绕刀具旋转轴线5的锥形外周面上。切齿3分别根据加工任务优选以均匀的角度分布围绕刀具旋转轴线5延伸。
每个切齿3均具有端侧7，所述端侧7与切齿3的两个沿周向相互远离指向的齿面6、6’相交以构成棱边。所述棱边构成切刃18、19。在该实施例中，切刃19由沟槽构成并且相对置的切刃由倒棱构成，因此倾斜的切齿3的两个切刃能够以相同的切削角切入工件中，尽管端侧7是相对于刀具旋转轴线5的径向面。
在备选的实施方式中，端侧7和齿面6、6’之间的棱边直角地或锐角地延伸。所述切削刀具2的端侧则具有阶梯型磨削。
齿面6、6’设计为有研磨作用。为此尤其规定，齿面6、6’具有金属层28、尤其镍层，在其中嵌入硬质材料颗粒27、尤其金刚石颗粒，所述硬质材料颗粒通过表面区段从金属层28中突伸出，用于产生研磨作用。金属层28可以是镶嵌层，其沉积在直接施加于齿面14的钢基体上的贴靠层26上。所述贴靠层26和镶嵌层28可以是电镀施加的金属层、尤其镍层。
通过按照本发明的刀具2，在图1至4所示的第一加工步骤中，可以在未制齿的或粗制齿或粗预制齿的工件轮1中加工出齿部。这在第一粗加工步骤中实现，而粗加工之后也可以接着进行精加工，其中切刃18、19以较小的进给和较小的切削功率进入工件轮1中。
按照本发明，在图1至4中所示的用于制齿的第一方法步骤之后是图6至10中所示的第二加工步骤，其中通过相同的刀具2，但不是通过刀具的切刃18、19，而是通过装备用于研磨的齿面6、6’对工件轮1的齿面14、14’进行精加工。
在图1至4所示的第一方法步骤中，刀具轴22相对于工件轴21以这样的轴线交叉角α1、β1布置，使得在工件轴21与刀具轴22同步旋转时并且沿在工件轮1的齿部13的齿部延伸方向进给时进行切削的加工，在此期间在工件轮1的齿部13之间产生齿槽17的齿面14、14’。在此，刀具的齿面6、6’与工件轮1的齿部13的齿面14、14’具有楔形间距。所述后角在图6中可看到。
在第一加工步骤中可以逐步地加深齿槽17。
在图6至10所示的优选紧接着第一加工步骤的第二加工步骤中，进行齿面14、14’的齿面加工。为此改变刀具相对于工件的空间位置或者轴线交叉角。在用于实施第二方法步骤的第二位置中，如此调整轴线交叉角α2、β2，使得齿面6、14或6’、14’之间的后角消失。图9示出，切齿3的研磨性涂层的齿面6’与工件轮1的齿部13的齿面14’表面贴靠。如果齿轮形状的切削刀具2和被制齿的工件轮1在第二加工步骤中在相互齿啮合的情况下相对彼此旋转，则齿面6’在齿面14’上滚动或者说滚切
Figure GDA0002243963990000061
由于轴线交叉角α2、β2实现研磨运动。形成面横向运动，因此齿面6’的有研磨作用的颗粒剥除齿面14’的材料。
在图10中示出一个运行位置，其紧接着图9所示的运行位置，即当工件轮1和刀具2的两个彼此啮合的齿轮形基体略微地继续旋动时形成。与齿面6’相对置的、同样研磨性涂层的齿面6随即以运行齿的方式作用在工件轮1的与齿面14’相对置的齿面14上，以便通过研磨式的材料剥除对齿面14进行精加工。
上述实施方式用于阐述整体包含在本申请中的发明，该发明至少通过以下特征组合分别独立地扩展了现有技术，即：
一种方法，其特征在于，有研磨作用的刀具面由所述刀具2的齿面6、6’构成，所述刀具2在第二方法步骤中相对于所述工件轮1以与第一位置不同的第二位置进行加工。
一种方法，其特征在于，所述刀具2的齿面6、6’在第一位置中相对于所述工件轮1的齿面14、14’具有后角。
一种方法，其特征在于，所述刀具2的齿面6、6’在用于表面加工的第二位置中在所述工件轮1的齿面14、14’上滚切。
一种方法，其特征在于，刀具旋转轴线5和工件轮旋转轴线4在两个位置中形成不同的轴线交叉角α1、β1、α2、β2。
一种方法，其特征在于，第一加工步骤是滚动切削加工。
一种方法，其特征在于，第二加工步骤是类似珩磨的加工步骤，其中，所述切齿3以运行齿的形式啮合到工件轮1的齿槽17中。
一种方法，其特征在于，在第二加工步骤中彼此作用的齿面6’、14’、6、14进行由轴线交叉角α2、β2预设的面横向运动。
一种刀具，其特征在于，所述刀具2的齿面6、6’设计为有研磨作用，以便对工件轮1的由切刃18、19产生的齿面14、14’进行精加工。
一种刀具，其特征在于，所述刀具2的齿面6、6’为了进行研磨或者说研磨性地被涂层、尤其具有硬质材料涂层26至28。
一种刀具，其特征在于，所述刀具2的齿面6、6’具有镶嵌在金属层28、尤其镍层中的硬质材料颗粒27、尤其是氮化硼、氧化铝或金刚石。
一种刀具，其特征在于，所述切齿3的齿部延伸方向相对于旋转轴线5倾斜地延伸。
一种刀具，其特征在于，所述切齿3的齿顶线3’在围绕旋转轴线5的截锥外周面或柱形外周面中延伸。
一种设备，其特征在于，所述控制装置23如此设置，使得在第一方法步骤中在刀具2相对于工件轮1的第一位置中，借助刀具的切刃18、19通过切削加工在工件轮1内制造构成齿面14、14’的齿槽17，并且在第二方法步骤中所述工件轮1的通过切刃18、19所产生的齿面14、14’通过有研磨作用的刀具面被精加工，所述有研磨作用的刀具面由所述刀具2的齿面6、6’构成，其中，在第二方法步骤中实施与第一位置不同的第二位置。
所有公开的特征(本身及其相互组合)对发明均很重要。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。
附图标记列表
1 工件轮
2 刀具；切削刀具
3 切齿
3’ 齿顶线
4 工件轮旋转轴线
5 刀具旋转轴线
6 齿面
6’ 齿面
7 端侧
8 齿顶
9 工件轴驱动装置；旋转驱动器
10 刀具轴驱动装置；旋转驱动器
11 刀具基体
13 齿部
14 齿面
14’ 齿面
15 齿根
16 齿顶
17 齿槽
18 切刃
19 切刃
20 切齿槽
21 工件轴；工件轮轴
22 刀具轴
23 控制装置
24 进给件/调节件
25 进给件/调节件
26 贴靠层
27 硬质材料颗粒
28 金属层；镶嵌层
α 轴线交叉角
β 轴线交叉角

Claims (16)

1.一种用于通过刀具(2)对工件轮(1)制齿的方法，所述刀具的刀具基体(11)具有多个围绕旋转轴线(5)布置的、从刀具基体(11)沿径向突伸出的切齿(3)，所述切齿(3)构成端侧(7)、两个相互背离指向的齿面(6、6’)以及切刃(18、19)，其中，所述切刃(18、19)由齿面(6、6’)的与端侧(7)邻接的边缘构成，其中，在第一方法步骤中，在刀具(2)相对于工件轮(1)的第一位置中，借助所述切刃(18、19)通过切削加工在所述工件轮(1)内制造构成齿面(14、14’)的齿槽(17)，并且在第二方法步骤中，所述工件轮(1)的通过切刃(18、19)所产生的齿面(14、14’)通过有研磨作用的刀具面被精加工，其特征在于，所述有研磨作用的刀具面由所述刀具(2)的齿面(6、6’)构成，所述刀具(2)在第二方法步骤中相对于所述工件轮(1)以与第一位置不同的第二位置进行加工。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)在第一位置中具有相对于所述工件轮(1)的齿面(14、14’)的后角。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)在第二位置中为了进行表面加工在所述工件轮(1)的齿面(14、14’)上滚切。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，刀具旋转轴线(5)和工件轮旋转轴线(4)在两个位置中形成不同的轴线交叉角(α1、β1；α2、β2)。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，第一加工步骤是滚动切削加工。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，第二加工步骤是类似于珩磨的加工步骤，其中，所述切齿(3)以运行齿的形式啮合到工件轮(1)的齿槽(17)中。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，在第二加工步骤中彼此作用的齿面(6’、14’；6、14)进行由轴线交叉角(α2、β2)预设的面横向运动。
8.一种用于对工件轮(1)制齿的刀具(2)，所述刀具具有刀具基体(11)，所述刀具基体(11)具有多个围绕旋转轴线(5)布置的、从刀具基体(11)沿径向突伸出的切齿(3)，所述切齿(3)具有端侧(7)、两个相互背离指向的齿面(6、6’)并且在齿面(6、6’)的与端侧(7)邻接的边缘处具有切刃(18、19)，用于切削地在所述工件轮(1)上产生构成齿面(14、14’)的齿槽(17)，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)设计具有研磨作用，以便对工件轮(1)的由切刃(18、19)产生的齿面(14、14’)进行精加工。
9.按照权利要求8所述的刀具，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)被施加涂层以具有研磨作用。
10.按照权利要求9所述的刀具，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)具有硬质材料涂层。
11.按照权利要求8至10中任一项所述的刀具，其特征在于，所述刀具(2)的齿面(6、6’)具有嵌入金属层(28)中的硬质材料颗粒(27)。
12.按照权利要求11所述的刀具，其特征在于，所述金属层(28)是镍层。
13.按照权利要求11所述的刀具，其特征在于，所述硬质材料颗粒(27)是氮化硼、氧化铝或金刚石。
14.按照权利要求8所述的刀具，其特征在于，所述切齿(3)的齿部延伸方向相对于旋转轴线(5)倾斜地延伸。
15.按照权利要求8所述的刀具，其特征在于，所述切齿(3)的齿顶线(3’)在围绕旋转轴线(5)的截锥外周面或柱形外周面中延伸。
16.一种用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法的设备，所述设备具有按照权利要求8至15之一所述的刀具，所述设备还具有能围绕刀具旋转轴线(5)旋转的刀具轴(22)和能围绕工件旋转轴线(4)旋转的工件轴(21)，所述刀具轴和工件轴中的至少一个能够通过旋转驱动器(9、10)旋转驱动，所述设备还具有用于产生刀具(2)相对于工件轮(1)的进给的器件(24、25)和用于调节刀具旋转轴线(5)与工件旋转轴线(4)之间的轴线交叉角(α1、β1；α2、β2)的器件(24、25)和电子的控制装置(23)，所述控制装置用于控制至少旋转驱动器(9、10)以及用于产生进给和改变轴线交叉角(α1、β1；α2、β2)的器件(24、25)，其特征在于，所述控制装置(23)如此设置，使得在第一方法步骤中，在刀具(2)相对于工件轮(1)的第一位置中，借助刀具的切刃(18、19)通过切削加工在工件轮(1)内制造构成齿面(14、14’)的齿槽(17)，并且在第二方法步骤中，所述工件轮(1)的通过切刃(18、19)所产生的齿面(14、14’)通过有研磨作用的刀具面被精加工，所述有研磨作用的刀具面由所述刀具(2)的齿面(6、6’)构成，其中，在第二方法步骤中实施与第一位置不同的第二位置。
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