CN109465502A - 用于剃齿的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对工件进行剃齿的方法，其中：在第一步骤中，在用于剃齿加工的设备中夹紧的状态下测量用于加工工件的刀具的几何形状，尤其剃齿刀轮的几何形状，并且在后面的另一步骤中，根据刀具的测量出的几何形状确定用于剃齿的加工运动，其特征在于，在第一步骤中确定刀具的切削刃在设备中的绝对位置。

Description

用于剃齿的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于剃齿的方法和设备。这种设备典型地是加工机床如剃齿机等，其适合于以高质量生产齿部或其他在构件的环周上周期性重复的结构。
背景技术
在剃齿时，要加工的工件设置在工件主轴上并且剃齿刀轮(刀具)设置在刀具主轴上，所述剃齿刀轮在剃齿期间以切削去除的方式与工件共同作用。两个主轴在剃齿时根据耦联关系被驱动，使得剃齿刀轮的切削齿以切削去除的方式加工工件的齿侧。
对于在齿部中必需的高质量需要的是，尽可能准确地识别剃齿刀轮的几何形状和剃齿刀轮在加工机床中的位置。
在此，在根据现有技术的加工机床中是如下情况：在机床外的测量机器上测量剃齿刀轮。这还造成如下缺点：
a)必须提供适合的设备；
b)由于测量产生附加的工作耗费，因为操作人员必须将剃齿刀轮拿到设备上，以便在那里对其进行测量；和
c)关于剃齿刀轮在加工机床中的位置，除了剃齿刀轮本身的几何形状以外，刀架和刀夹也起作用。在进行外部测量时不能检测这些影响。
间接识别在剃齿刀轮的几何形状和/或剃齿刀轮在机床中的位置方面的偏差的可能性是：对工件进行剃齿、对其进行测量(在加工机床中或在外部在单独的测量单元上)、确定偏差并且针对随后的工件和/或加工行程调整加工运动，使得至少部分地补偿偏差。
在此不利的是，尤其当以每个齿面仅一次切削的方式对工件进行剃齿时，这种方法造成废件，因为在这种情况下没有在最后的切削之前测量和修正偏差的可能性。针对每个齿面仅一次切削的应用情况尤其使用剃齿作为硬-精加工法(硬剃齿)。正是在这种情况下，工件已经大程度地被加工并且是昂贵的，使得这适于避免废品。
发明内容
据此，本发明的目的是提出一种用于剃齿的设备，所述设备克服上文所描述的缺点。所述目的借助于一种用于剃齿的方法来达到。此外，本发明的目的通过一种用于剃齿的设备来实现。本发明的有利的设计方案在下文中描述。
下面详细描述在剃齿时的加工运动：
1)在刀具主轴轴线和工件主轴轴线之间的耦联关系通过刀具和工件的齿数比给出，并且刀具主轴和工件主轴的关系描述在加工期间的转速，然而还没有考虑沿着工件的轴向推移。
2)差动进给描述工件的附加转动，所述附加转动通过沿着工件轴向进给通过工件的导程来确定。所述附加转动是必要的，以便在工件上产生螺旋角。
3)耦联方位描述用于刀具主轴的转动方位、用于工件主轴的转动方位和沿轴向方向的方位的一组值。
4)轴间距表示在刀具主轴轴线和工件主轴轴线之间的间距。
5)轴交叉角在此定义为刀具主轴相对于工件主轴倾斜的角度。
6)切削面错位表示刀具沿着刀具主轴轴线的移位。
在工件上进行剃齿时所产生的齿槽几何形状与切削刃的形状、切削刃的位置和加工运动相关。切削刃通过在啮合的剃齿刀轮上精磨切削平面产生。所述切削面例如能够构成为阶梯磨或锥面磨。对于得到的齿槽几何形状重要的切削刃以计算的方式通过剃齿刀轮齿的齿面与该齿上的切削面相交得出。所述切削提供在空间中的曲线。所述曲线，在与剃齿刀轮固定关联的坐标系统中观察，在本发明的意义上称作为切削刃的空间伸展，其中在所述坐标系统中，z轴线与剃齿刀轮的转动轴线重合进而在加工期间与刀具主轴轴线重合。如果切削刃围绕转动轴线转动和/或沿着转动轴线移位，那么在本发明的意义上切削刃的空间伸展不改变，仅切削刃的位置改变。因此，切削刃的位置确定切削刃沿轴向方向的方位及其角位置，上述方位和角位置与转动轴线相关。
依照根据本发明的用于对工件进行剃齿的方法，在第一步骤中，在用于剃齿加工的设备中夹紧的状态下，测量用于加工工件的刀具的几何形状。在此刀具能够是剃齿刀轮。在后面的另一步骤中，根据刀具的测量出的几何形状确定用于剃齿的加工运动。所述方法的特征在于，在第一步骤中确定刀具的切削刃在设备中的绝对位置。
通过在第一步骤中也确定刀具的切削刃在设备中的绝对位置的方式，可行的是，加工运动与切削刃的绝对位置相配合。
因此，在剃齿时能够补偿在剃齿刀轮的之前的测量中的误差或在刀架或刀夹中的不精确性。
如果位置参照在设备中的刀架中的方位，那么该位置称作为绝对的。轴向方位在此能够优选参照刀架的支承面。转动方位在此能够参照在设备中的限定的方向。
根据所述方法的可选的变型，在第一步骤中除了确定位置以外附加地确定切削刃的空间伸展。由此可产生更好的加工运动。
根据本发明的一个优选的实施方案，刀具是剃齿刀轮并且是剃齿刀轮的几何形状，其中在剃齿刀轮上测量下述几何参数中的一个或多个几何参数：
a)剃齿刀轮在剃齿刀轮的一个或多个轴向方位上的外直径；
b)剃齿刀轮在剃齿刀轮的一个或多个轴向方位上的齿厚；
c)剃齿刀轮的齿廓线；
d)剃齿刀轮的齿线；
e)剃齿刀轮的切削刃的伸展；
f)切削面的位置和/或其定向，尤其前角和阶梯角；和/或
g)刀具的位置，优选剃齿刀轮的转动方位，优选在剃齿刀轮上的一个或多个齿的转动方位。
这些参数的测量能够用于确定切削刃的绝对位置和/或空间伸展。
所述确定例如以下述方式进行：
-直接测量切削刃，其中优选沿着切削刃进行测量；
-通过测量切削面以确定位置和定向以及通过该切削面与剃齿刀轮齿的齿廓以计算的方式相交，其中剃齿刀轮齿的齿廓能够通过齿廓线测量和/或齿厚测量确定，或者其中借助于根据刀具设计的理论上的齿廓来计算。
优选地，与刀具的测量出的几何形状和与工件的轴向进给方位相关地确定和/或修正加工运动。
在剃齿时可行的是，通过在加工行程期间加工运动的与工件的轴向进给方位相关的改变产生变型，尤其在工件上的齿线变型。如果是这种情况，那么剃齿刀轮在工件的每个轴向进给方位上的几何形状偏差产生略微不同的作用。为了补偿这种情况，必须针对每个轴向进给方位单独地确定剃齿刀轮的几何形状偏差的上述补偿。在此在模拟中要考虑的是，应产生何种变型，尤其在工件上在不同的宽度线方位上的齿线变型。因此，作为结果得出修正的加工运动，其仅与工件的轴向进给方位相关。在此，与轴向进给方位的所述相关性与每圈工件转动的所选择的轴向进给无关。尤其，工件转动方位和/或刀具转动方位没有直接的相关性。
在本发明的另一实施方案中，与刀具的测量出的几何形状相关地确定和/或修正加工运动，其中在加工行程期间保持加工运动不变。
然而，如果原本应当在没有加工运动的与工件的轴向进给方位相关的变化的情况下加工工件，那么剃齿刀轮在工件的每个轴向进给方位上的几何形状偏差相同地作用于在工件上产生的几何形状。
因此，本发明在一个优选的变型方案中提出，加工运动的对于补偿剃齿刀轮的测量出的几何形状偏差必要的变化在加工行程期间不改变。因为在剃齿时通常在多个行程中加工工件，所以然而完全可能且还有意义的是，针对每个行程单独地确定并且针对每个行程相应地设定加工运动的改变。
在根据本发明的方法中假定，所有剃齿刀轮齿均匀地在剃齿刀轮的环周上分布并且所有切削刃在给定的和/或通常的公差范围中具有相同的空间伸展。由此，足以用于测量各个剃齿刀轮齿的几何形状。为了改进测量结果，然而完全可以测量多于仅一个切削轮齿和求得测量结果。
根据本发明，与测量出的几何形状相关地确定的加工运动能够不具有周期性分量，所述分量反复地随着刀具的每一转产生。
在本发明的一个有利的改进方案中，通过加工运动补偿在齿厚中、在齿廓角中和/或在齿根圆半径中的偏差和/或有针对性地预设在工件中的被剃齿的齿槽的角位置。
加工运动的参数的变化通常主要具有对在剃齿中制造的齿部以及对前角和/或后角的下述影响。
耦联方位确定在哪个角方位上，关于工件的转动轴线构成齿槽。
轴间距影响在左齿面和右齿面上的齿廓角、齿厚以及齿根圆半径。
轴交叉角以及切削面错位影响在左齿面和右齿面上的齿廓角和齿厚以及前角和后角。附加地，切削面错位略微影响齿根圆半径。在本发明的范围中在剃齿刀轮上测量出的参数通常主要具有对在剃齿中制造的齿部以及对前角和/或后角的下述影响。
剃齿刀轮的外直径影响齿根圆半径。剃齿刀轮的齿厚影响齿厚。剃齿刀轮的转动方位影响齿槽的角位置。剃齿刀轮的齿廓线影响工件的齿廓线。齿线影响后角，以及切削刃在剃齿刀轮上的伸展，如果通过切削面与剃齿刀轮齿以计算的方式相交来确定所述切削刃，进而还影响齿廓线。剃齿刀轮的切削刃的伸展影响齿廓线。切削面的位置及其定向影响齿厚、齿根圆半径以及齿廓线，尤其齿廓角误差。重磨状态影响齿厚、齿根圆半径以及齿廓线，尤其齿廓角误差。
从上述列举中得出，通过改变加工运动的哪些参数能够补偿在本发明的范围中在剃齿刀轮上最初测量的参数对所产生的齿部的影响。
在本发明的另一优选的实施方式中，确定加工运动的参数中的至少一个参数，例如耦联方位、轴间距、轴交叉角和切削面错位。
此外，借助于检查判断是否能够借助于剃齿刀轮和加工运动遵循预设的制造公差和/或工艺参数是否位于预设的范围内，其中与检查结果相关地由机床发送相应的工序。
由机床发送的工序例如能够是针对操作人员的操作建议和/或也是多个要由机床执行的不同的工作过程。在此可能的是，操作人员选择多个由机床建议的工作过程之一并且机床执行相应地选择的工作过程。同样提出，机床独立地执行工作过程。
此外，这些测量中的一个或多个测量的结果能够用于确定切削刃的绝对位置和/或空间伸展，以便使在剃齿时的加工运动最优地适应于剃齿刀轮的实际的几何形状，以便因此至少部分地补偿剃齿刀轮与期望几何形状或在加工机床中的期望位置的偏差，以便因此减少在工件上出现的偏差。
-如果剃齿刀轮与期望几何形状或在加工机床中的期望位置的偏差中的至少一个偏差非常大，或者
-如果由至少两个偏差构成的组合造成，
使得由此在工件上产生的偏差不再能够通过调整加工运动补偿到使得工件能够在预设的公差之内制造，那么本发明提出，首先不再借助于所述剃齿刀轮继续进行加工，并且
-向操作人员指出所述问题并且让其决定是否尽管存在偏差但仍要借助于所述剃齿刀轮制造；或者
-向操作人员指出所述问题并且要求操作人员更换剃齿刀轮(手动地或经由可能存在的换刀器)或中断加工；或者
-当在加工机床上存在自动换刀器时，将剃齿刀轮自动地从加工机床中转出并且借助于来自换刀器中的另一剃齿刀轮继续加工；或者
-当加工设计为双齿面加工时，必要时在由操作人员操纵之后，将加工作为单齿面加工执行，如果通过适当地调整加工运动在工件上所产生的偏差位于预设的公差之内的话。
在本文中，工艺参数例如能够理解为前角和后角。
本发明还涉及一种用于执行根据上述实施方式中任一项所述的设备，所述设备包括：用于加工工件的刀具，尤其剃齿刀轮；用于容纳刀具的刀架；测量单元，其设计用于测量容纳在刀架中的刀具的几何形状；和控制单元，其设计用于与刀具的测量出的几何形状相关地确定用于剃齿的加工运动。所述设备的特征在于，测量单元还设计用于确定刀具的切削刃在设备中的绝对位置，使得也基于绝对位置确定加工运动。
此外，测量单元设计用于确定剃齿刀轮的下述参数中的一个或多个参数：
a)剃齿刀轮在剃齿刀轮的一个或多个轴向方位上的外直径；
b)剃齿刀轮在剃齿刀轮的一个或多个轴向方位上的齿厚；
c)剃齿刀轮的转动方位，尤其在剃齿刀轮上的一个或多个齿的转动方位，关于工件主轴轴线；
d)剃齿刀轮的齿廓线；
e)剃齿刀轮的齿线；
f)剃齿刀轮的切削刃的伸展；
g)切削面的位置和/或其定向，尤其前角和阶梯角。
此外，所述设备能够设计用于校准测量单元关于剃齿刀轮的主轴轴线的空间位置，其方式是：借助于测量单元测量夹盘的锥体或检验轴台，使得可确定在测量单元和主轴轴线之间的间距，以便相应地校准测量单元，其中所述夹盘的锥体或检验轴台设置在剃齿刀轮的主轴轴线上、刀架上和/或剃齿刀轮上。
通常，测量单元相对于在加工机床中的刀具主轴的相对位置不是精确已知的。因此，所述相对位置尤其能够由于机床的热运转随着时间改变。为了能够补偿这种热运转，能够需要的是，执行测量单元的校准。尤其，在此重要的能够是，校准测量单元与刀具主轴轴线的间距，尤其测量球中点与刀具主轴轴线的间距。为此，在剃齿刀轮上和/或在刀架上和/或在刀具主轴上能够设有具有已知的直径的优选磨光的检验轴台，借助于测量单元测量所述检验轴台。如果例如使用切换地工作的测量探头，那么能够借助于所述测量探头触碰检验轴台。由此，能够确定在测量单元与刀具主轴轴线之间的间距并且相应地校准测量单元。尤其，由此能够确定在测量球和刀具主轴轴线之间的间距。替代额外为此制造的检验轴台，也能够利用用于容纳剃齿刀轮的夹盘的锥体进行校准。
此外，控制单元能够设计用于优选在执行剃齿刀轮的测量之前，校准测量单元关于剃齿刀轮的主轴轴线的空间位置。
替选于检验轴台，也能够测量刀架的在剃齿刀轮的主轴轴线上与主轴轴线同轴地设置的球体以及与主轴轴线同轴地设置的锥体，尤其空心杆锥体。
在此能够提出，所述设备设计用于在已知剃齿刀轮的齿廓，尤其齿廓角的情况下，借助于测量单元确定位于刀架中的剃齿刀轮的齿廓并且与已知的齿廓比较，以便由在已知的齿廓与测量出的齿廓之间的偏差中确定在测量单元和剃齿刀轮之间的相对位置中的误差。
针对不存在或不能启用这种检验轴台和/或锥体的情况，本发明提出用于确定在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置的另一方法。在此充分利用，在测量剃齿刀轮齿的齿廓时在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置中的误差引起在测量出的齿廓中的，尤其在测量出的齿廓角中的误差。如果已知剃齿刀轮齿的齿廓，那么能够在机床中执行齿廓的测量，将测量出的齿廓与剃齿刀轮齿的实际齿廓比较并且由偏差确定在测量中点和刀具主轴轴线之间的相对位置中的误差。
在此，剃齿刀轮在通过测量单元测量期间容纳在刀架中。由此可行的是，确定剃齿刀轮的几何形状和/或其位置并且补偿可能的由此引起的误差。根据现有技术例如在加工机床之外进行剃齿刀轮的几何形状的确定，使得由于剃齿刀轮固定在刀架上所产生的误差源不会被考虑。
本发明克服该缺点并且提出在工件夹具中夹紧的方位中在测量剃齿刀轮，所述工件夹具也被保留用于工件的加工。由此，在创建加工运动时考虑剃齿刀轮在刀架中的可能的错误位置并且实现总体上更好的结果。
此外，根据本发明能够提出，控制单元还设计用于基于位于刀架中的刀具的由测量单元进行的测量执行剃齿的制造模拟，并且根据所述制造模拟产生用于借助于被测量的刀具的剃齿过程的加工运动。
在此，也能够提出，执行多次制造模拟并且根据在制造公差或其他预设值中得到最好结果的那个加工运动执行剃齿过程。
优选地，控制单元设计用于在已知刀具的期望齿廓，尤其剃齿刀轮的齿廓角的情况下，确定位于刀架中的刀具的实际的齿廓并且与期望齿廓比较，以便由期望齿廓与测量出的实际上的齿廓之间的偏差中确定在测量单元和刀具之间的相对位置中的误差。
据此，根据本发明的一个可选的改进方案，测量单元还设计用于测量剃齿刀轮的几何形状和/或测量剃齿刀轮在设备中的位置。
还能够提出，测量单元可经由机械装置移动到设备的工作空间中，在所述工作空间中执行剃齿，其中优选机械装置固定在设备的配合立柱上。通过测量单元移入或移出工作空间的可能性，所述测量单元能够摆脱在剃齿期间不利的情况，因为在剃齿期间冷却液和切屑，尤其由于刀具和工件的高转速，从工件和剃齿刀轮(刀具)的接触区域中散布到周围空间中。
对此替选地也提出，测量单元固定在这种加工机床的立柱上或床身上。根据本发明的一个可选的变型，测量单元固定地设置在设备上，优选设置在配合立柱上和/或设备的工作空间中，在所述工作空间中执行剃齿。为了保护测量单元免受在上文所描述的不利影响，能够设有保护测量单元的壳体。
还能够借助于本发明的改进方案提出，设备还设计用于通过剃齿刀轮的在剃齿加工中提供的运动轴线实现在剃齿刀轮和测量单元之间的用于测量剃齿刀轮所需的相对运动。
据此，在剃齿刀轮和测量单元之间的用于测量剃齿刀轮所需的相对运动通过剃齿刀轮为了剃齿总归具有的那个运动轴线产生。因此，取消其他运动轴线进而取消所连接的驱动器。
尽管如此，根据本发明还能够提出，通过运动轴线实现在剃齿刀轮和测量单元之间的用于测量剃齿刀轮所需的相对运动，在通过剃齿刀轮的剃齿加工中不提供所述运动轴线。如果例如测量单元固定在立柱上，那么用于立柱的移动的轴线不造成相对位置的改变。因此，可选地，也能够利用轴线设定在测量单元和剃齿刀轮之间的相对位置，所述轴线不提供用于剃齿加工。
还能够提出，测量单元设有机械的测量传感器，并且优选测量探头的测量尖端设有球体，尤其红宝石球体。通过测量传感器的测量能够切换地或适合测量地进行。
作为机械的测量传感器能够根据工作原理使用这种从坐标测量仪和齿部测量机中已知的测量传感器。这种测量传感器也可在用于装入和插入加工机床的加工空间中的鲁棒的实施方案中得到。作为测量探头的测量尖端优选使用球体，例如红宝石球体，这例如在齿部测量中是常见的。
此外，然而也能够光学地，尤其借助于激光进行测量。
此外，本发明也包括如下转化，据此测量单元设有光学测量传感器，优选设有三角测量传感器、图像处理传感器、共焦传感器、用于焦点变化的传感器和/或干涉仪。
作为光学间距传感器能够使用这种同样从坐标测量仪中已知的间距传感器，尤其三角测量传感器、图像处理传感器、变焦装置、共焦传感器或干涉仪。为了保护这种传感器不受切屑和可能的冷却剂影响，所述传感器可选地能够通过围栏或壳体相应地被保护。
根据另一优选的实施方案，剃齿刀轮能够在内部以及在外部装齿。所述剃齿刀轮能够整体地构成或构成为装配有转位式刀片的剃齿刀轮。
优选地，控制单元还设计用于基于剃齿刀轮的通过测量单元确定的参数中的一个或多个参数，使在随后的剃齿过程中的加工运动适应于剃齿刀轮的实际的几何形状和/或剃齿刀轮在设备中的位置，以便补偿剃齿刀轮与期望几何形状和/或期望位置的偏差。
一次或多次所述测量的这样确定的参数或结果能够被利用，以便使在剃齿时的加工运动最优地适应于剃齿刀轮的实际的几何形状，以便因此至少部分地补偿剃齿刀轮与期望几何形状或在加工机床中的期望位置的偏差，从而减少在工件上产生的偏差。
根据本发明的另一改进方案，控制单元还设计用于基于位于刀架中的剃齿刀轮的由测量单元进行的测量执行剃齿的制造模拟并且根据所述制造模拟产生用于借助于被测量的剃齿刀轮的剃齿过程的加工运动。
此外，控制单元能够设计用于优选在执行剃齿刀轮的测量之前，校准测量单元关于剃齿刀轮的主轴轴线的空间位置。
在此能够提出，所述设备设计用于在已知剃齿刀轮的齿廓，尤其齿廓角的情况下，借助于测量单元确定位于刀架中的剃齿刀轮的齿廓并且与已知的齿廓比较，以便由在已知的齿廓与测量出的齿廓之间的偏差中确定在测量单元和剃齿刀轮之间的相对位置中的误差。
此外，所述设备能够设计用于校准测量单元关于剃齿刀轮的主轴轴线的空间位置，其方式是：借助于测量单元测量检验轴台，使得可确定在测量单元和主轴轴线之间的间距，以便相应地校准测量单元，其中所述检验轴台设置在剃齿刀轮的主轴轴线上、刀架上和/或剃齿刀轮上。
替选于检验轴台，也能够测量刀架的在剃齿刀轮的主轴轴线上与主轴轴线同轴地设置的球体以及与主轴轴线同轴地设置的锥体，尤其空心杆锥体。根据本发明的另一改进方案，控制单元还设计用于判断借助于通过测量单元测量的剃齿刀轮是否可实现期望的制造公差。
在此能够提出，如果期望的制造公差不可实现，或者剃齿刀轮与期望几何形状或在加工机床中的期望位置的偏差中的至少一个偏差非常大，或由至少两个偏差构成的组合造成，使得由此在工件上产生的偏差不能再通过调整加工运动补偿，那么设备设计用于：
经由通知单元向设备的操作人员指出所述问题，以便让其决定是否尽管存在偏差但仍要借助于剃齿刀轮进行加工；
经由通知单元向操作人员指出所述问题并且要求其手动地或经由存在的换刀器更换剃齿刀轮；
当在加工机床上存在自动换刀器时，将剃齿刀轮自动地从加工机床中转出并且借助于来自换刀器中的另一剃齿刀轮继续加工；
当加工设计为双齿面加工时，优选在由操作人员操纵之后，将加工作为单齿面加工执行，如果通过适当地调整加工运动在工件上所产生的偏差位于预设的公差之内的话；或者
中断加工。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优点，根据本发明的多个实例的阐述随后在附图说明中可见。在此示出：
图1示出根据本发明的用于剃齿的设备的立体视图；
图2示出根据另一实施方式的根据本发明的用于剃齿的设备的立体视图；
图3示出用于阐述测量单元和剃齿刀轮的校准或剃齿刀轮的测量的示意图；
图4示出根据本发明的设备进行测量单元和剃齿刀轮的校准的简图；
图5示出剃齿刀轮的示图；以及
图6以示出剃齿刀轮的左齿面和右齿面的齿廓的极坐标图。
具体实施方式
图1在此示出根据本发明的设备20的立体视图。示出的是用于剃齿的加工机床，其中在床身31上设置有立柱32以及配合立柱33。在立柱32上经由可移动的滑块34固定有加工头36，所述加工头能够经由刀架22容纳剃齿刀轮21。
滑块34以及在其上固定的加工头36能够沿多个方向运动。因此，滑块沿着轴线X1和Z1移动，加工头36此外还沿着轴线V1移动。此外，加工头能够围绕平行于轴线X1的轴线A1旋转。轴线C1在此是剃齿刀轮21的主轴轴线。
在此，要借助于主轴加工的工件(未示出)在此设置在工作台38上。在此所使用的工件夹紧设备出于更好的概览的原因而未被示出。
图2示出根据本发明的设备20的另一实施方式的立体视图，所述设备除了测量单元23的设置方式以外基本上对应于在图1中所描述的设备。在此，针对相同的组成部分也使用与图1中所使用的相同的附图标记。
与图1不同，在图2中测量单元23设置在配合立柱33上。在此能够为剃齿刀轮21和测量单元23的相对运动设有运动轴线V2。因此，简化了到测量单元23的测量位置的进给。
此外，设备20设有测量单元23，所述测量单元在本实施方式中固定在立柱32上。测量单元23在此具有运动机械装置，以便能够实现相对于容纳在刀架22中的剃齿刀轮21的相对运动。因此，测量单元23能够沿着平行于轴线X1的轴线X2运动，因为由于测量单元23和加工头26固定在立柱32上，两个组合部分沿X方向的相对运动是不可能的。为了执行运动，设备20具有多个驱动器，例如用于Z1轴线的驱动器35或用于刀具主轴的驱动器37。
图3示出剃齿刀轮21的示意图，借助于测量单元23测量所述剃齿刀轮。对于测量单元23示例地，第一探头231测量剃齿刀轮21的齿面并且第二探头232测量切削面。光学传感器233，例如激光器，同样能够是测量单元23的部分并且用于测量或校准测量单元23。
下面描述一些实例，以更好地阐述本发明：
实例1)
在剃齿时，剃齿刀轮的切削刃的准确的位置和准确的形状是尤其重要的，以便在工件上产生期望的齿廓。
典型地，由刀具制造商以高精确性制造剃齿刀轮的齿廓，然而首先通过磨光切削面获得切削刃的准确的位置。如果剃齿刀轮被磨损，那么切削面被再磨并且形成新的切削刃。切削刃的位置和形状从被重磨的切削面的位置和定向中获得。如果切削面例如通过平面描述，那么定向能够通过切削平面的法向量限定，位置能够通过控制点或替选地通过平面与所选择的坐标系的原点的间距来限定。如果切削面例如通过锥体描述，那么定向能够通过锥体的旋转轴线的方向以及锥体的张角来描述，并且位置能够通过锥顶的方位来描述。
为了例如确定切削平面的位置和定向，测量三个点就足够，所述三个点明确地确定平面。为了提高确定的精确性，然而也可行的是，测量多于三个点。
为了例如确定认为是与主轴轴线同轴地定向的锥体的位置和定向，测量两个点就足够。在此也能够为了改善精确性而测量多个点。
因此，本发明作为可能的应用情况提出，确定切削面的位置和定向。因此，必须进行所述确定，使得切削面关于所属的剃齿刀轮齿的位置和定向是已知的。为此，优选附加地借助于测量单元确定剃齿刀轮齿沿轴向方向的位置和/或剃齿刀轮齿的转动方位。所述剃齿刀轮齿的或者说多个或所有剃齿刀轮齿的轴向位置的确定尤其在锥形的剃齿刀轮的情况下是必要的。在此，轴向位置能够理解为剃齿刀轮的端面剖面的方位，在所述端面剖面中剃齿刀轮齿具有特定的齿厚。针对圆柱形的剃齿刀轮，所述齿厚在所有端面剖面中是相同的，使得剃齿刀轮齿的轴向位置的确定可能还是必要的，例如针对所述齿厚但是从端面剖面到端面剖面锥形变化。
为了确定剃齿刀轮齿的转动方位，在一点测量齿面就足够。如果例如在锥形的剃齿刀轮的情况下应当确定轴向位置，那么测量至少两个点，以便确定在一个端面剖面中的齿厚。
如果相对于剃齿刀轮齿确定切削面，那么能够以计算的方式通过借助于剃齿刀轮的齿面对切削面进行切削来确定切削刃。
齿面的几何形状在此能够根据图纸来采用或者通过齿廓和/或齿线测量可选地同样在加工机床中确定。于是例如能够利用这些如此确定的切削刃，以便设定加工运动，使得在工件的左齿面和右齿面上的齿厚以及齿廓角位于公差之内。可选地，能够附加地检查，在这样确定的加工运动中有效的后角和/或有效的前角是否位于期望的界限之内。
如果后角位于公差之外，那么可选地能够不继续加工并且剃齿刀轮又被转出或取出，以便避免在剃齿刀轮和/或工件上的损坏。
实例2)
前一实例的扩展方案提出，除了切削面的位置和定向外，附加地测量剃齿刀轮的外直径。尤其，当剃齿刀轮是锥形时，在此能够有利的是，在剃齿刀轮的多个轴向方位上测量外直径进而确定包络锥。在剃齿刀轮是圆柱形的情况下所述包络锥或包络圆柱能够被利用，以便通过具有切削面的剖面确定切削面的部分，所述部分制造工件的齿根区域，以便这样确定在剃齿工艺中产生的齿根轮廓并且尤其确定所产生的齿根圆半径。如果借助于实例1中确定的加工运动产生的齿根圆半径不在期望的公差之内，那么能够借助于补偿计算通过加工运动的所提供的自由度的变化尝试确定加工运动，使得齿厚、齿廓角和齿根圆半径位于分别期望的公差之内，或者只要这是不可行的，那么能够首先停止借助于所述剃齿刀轮的加工。
如果提出作为双齿面加工的加工，那么能够可选地，例如借助于模拟检查，借助于在单齿面加工的范围中的所述剃齿刀轮在左齿面和右齿面上的齿厚和齿廓角以及齿根圆半径达到期望的公差之内是否是可行的。如果这是可行的，那么能够自动地或在由操作人员操纵之后单齿面地执行加工。在此也能够可选地附加地检查，在这样确定的加工运动中有效的后角和/或有效的前角是否位于期望的界限之内，并且必要时不继续加工。
实例3)
实例1的简化的变型方案提出，仅确定切削面的位置，也就是说尤其仅确定剃齿刀轮的重磨状态。所述剃齿刀轮在重磨之后发生改变并且不是在任何情况下都精确已知的。当在重磨时非常好地达到切削面的定向，使得由于与期望定向的偏差在切削刃上出现的误差造成在工件的齿厚和/或齿廓中的偏差，所述误差位于期望的公差之内，那么能够利用所述变型方案。在此仅在一点测量切削面是足够的。
实例4)
如果通过剃齿继续加工已经预先制齿的工件，那么重要的是，将剃齿刀轮和工件配对，也就是说确定耦联方位，使得实现在左齿面和右齿面上的期望的去除。为了确保所述精确的配对，工件的转动方位以及剃齿刀轮的转动方位必须是尽可能精确已知的。在此例如能够借助于用于测量或检查工件的测量单元或穿入传感器确定工件的转动方位。根据本发明，为了确定剃齿刀轮的转动方位，能够在加工机床中测量剃齿刀轮进而准确地确定转动方位。
当剃齿刀轮经由刀架容纳时，尤其也当自动地，例如经由换刀器进行所述容纳时，在此能够可选地每次执行所述测量。然而，如果刀架是足够准确重复的，这涉及剃齿刀轮的转动方位，那么也能够足够的是，每个剃齿刀轮仅被测量一次并且当所述剃齿刀轮重新容纳在机床中时，利用上一次的测量结果。如果仅应当去除少量材料，例如在硬剃齿时，那么以高精确性配对是尤其重要的。
实例5)
另一应用情况是位置定向的啮合，其中正确的配对进而剃齿刀轮的转动方位是重要的。在此，在工件处的啮合以固定预设的角方位产生。所述啮合例如能够经由在工件上的槽或孔或经由在工件上的另一啮合来限定。啮合尤其能够是人字齿啮合。
不言而喻可行的是，提高待测量的点的在实例中给出的数量，以便通过更好的统计学改善测量精确性。
下面，参照附图，尤其图4至6，得到对于多个前述实例重要的实施方案。
如果在实例中确定加工运动和/或借助于已知的剃齿刀轮和已知的加工运动产生的工件齿廓、工件齿线、所产生的啮合的角位置，以及后角和/或前角，那么这例如能够借助于现今典型使用的制造模拟实现。这种制造模拟典型地基于去除模拟。在工件处的材料被确定，所述材料在借助于给定的加工运动加工期间通过给定的刀具，尤其在刀具处的给定的切削刃被移除。因此，在这里考虑的剃齿的情况下，能够确定整个制造的齿槽。
为了确定用于借助于具有已知的切削刃的给定的剃齿刀轮产生预设的工件齿廓和/或齿厚，能够在制造模拟的范围中确定在加工中提供的轴线由于轴线的变化对工件齿廓和/或齿厚的影响。因此，例如能够确定：当轴交叉角调整0.1°时，在左侧和右侧在工件处的齿廓角如何改变，其中以所述调整的轴交叉角执行制造模拟并且由模拟结果确定所产生的齿槽的齿廓角。如果所有针对加工可调整的轴线对所有在工件处的要修正的几何参数的影响是已知的，那么能够通过采用在轴线和其参数之间的线性关系修正加工运动。借助于所述修正的加工运动能够重新执行制造模拟并且确定剩余误差并且必要时重新进行修正，并且重复，直至几何参数位于预设的公差之内。
在剃齿时的加工运动通过下述现在详细描述的，然而也从用于剃齿的普通文献和出版物中已知的参数来描述：
1)在刀具主轴线和工件主轴轴线之间的耦联关系通过刀具和工件的齿数比给出，并且刀具主轴和工件主轴的关系描述在加工期间的转速，然而还没有考虑沿着工件的轴向推移。
2)差动进给描述工件的附加转动，所述附加转动通过沿着工件轴向进给通过工件的导程来确定。所述附加转动是必要的，以便在工件上产生螺旋角。
3)耦联方位描述用于刀具主轴的转动方位、用于工件主轴的转动方位和沿轴向方向的方位的一组值。用于剃齿的设备的在图1中示例地示出的变型方案中，这是一组用于轴线C1、C2和Z1的数值。通过所述耦联方位确定，准确地在工件何处，即在哪个角方位，通过剃齿工艺产生齿槽。
4)轴间距表示在刀具主轴轴线和工件主轴轴线之间的间距。轴间距在用于剃齿的设备的图1中示例地示出的变型方案中基本上通过X1轴线实现，其中围绕A1的枢转和沿着V1的移动也影响轴间距。
5)轴交叉角在此定义为刀具主轴相对于工件主轴倾斜的角度。在用于剃齿的设备的在图1中示例地示出的变型方案中，这对应于A1轴线的位置。
6)切削面错位表示刀具沿着刀具主轴轴线的移位。在用于剃齿的设备的在图1中示例地示出的变型方案中，这能够通过由Z1和V1轴线的移动构成的组合来实现。
通常，在加工机床中测量单元相对于刀具主轴的相对位置不是精确已知的。因此，所述相对位置尤其能够由于机床的热运转随着时间改变。为了能够补偿这种热运转，能够需要的是，执行测量单元的校准。尤其，在此重要的能够是，校准测量单元与刀具主轴轴线的间距，尤其测量球中点与刀具主轴轴线的间距。为此，在剃齿刀轮上和/或在刀架上和/或在刀具主轴上例如能够设有具有已知的直径的优选磨光的检验轴台，借助于测量单元测量所述检验轴台。如果例如使用切换地工作的测量探头，那么能够借助于所述测量探头触碰检验轴台。由此，能够确定在测量单元与刀具主轴轴线之间的间距并且相应地校准测量单元。尤其，由此能够确定在测量球和刀具主轴轴线之间的间距。替代额外为此制造的检验轴台，也能够利用用于容纳剃齿刀轮的夹盘的锥体进行校准。
针对不存在或不能启用这种检验轴台和/或锥体的情况，本发明提出用于确定在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置的另一方法。在此充分利用，在测量剃齿刀轮齿的齿廓时在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置中的误差引起在测量出的齿廓中的，尤其在测量出的齿廓角中的误差。如果已知剃齿刀轮齿的齿廓，那么能够在机床中执行齿廓的测量，将测量出的齿廓与剃齿刀轮齿的实际齿廓比较并且由偏差确定在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置中的误差。
下面在图4中示例地示出的设置方式中概略地描述所述确定。
图4示出在本发明的意义上的用于在加工机床中使剃齿刀轮移动的轴线的示例的设置方式，以及示出剃齿刀轮，其中简化地示出仅一个齿5。此外，本图示出具有测量探头2和测量球1的切换的测量传感器3。轴线C1对应于刀具主轴轴线6，轴线D用于剃齿刀轮的优选线性的移动进而还用于改变在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置。测量探头2在此不必须平行于轴线D对准。描述测量球沿垂直于轴线D方向的方位的错位ΔV通常也不是精确已知的并且同样优选能够借助于在此所描述的方法确定。为了以在校准背后的思想的描述为出发点限制主要内容，下面假定测量球的直径为0。在所述简化的情况下，测量球中点也同样对应于在测量球和齿面之间的接触点。实际上，必须以测量球中点为出发点在考虑测量球直径和齿面在接触点处的法向量的情况下确定接触点，如这从测量技术中通常已知的那样。
为了校准，依次借助于测量球触碰图5中的四个点11至14并且分别在接触的时间点记录从轴线C1和D的测量系统中读取的方位。所述方位在下面称作为C111、C112、C113和C114或D11、D12、D13和D14。这四个点能够在一定的界限内自由选择，优选触碰在左齿面上的两个点和在右齿面上的两个点，其中优选在每个齿面上分别触碰在齿顶附近的一点和在齿根附近的另一点。这些点在此不必须被精确碰到，由于在测量球中点和刀具主轴轴线之间的相对位置非精确已知的位置和非精确已知的错位ΔV，这也完全是不可行的。
所述点能够位于不同的剃齿刀轮齿上，然而也可行的是，如图5中所示，选择同一剃齿刀轮齿的左齿面和右齿面。假定具有高精确性的剃齿刀轮齿的齿廓是已知的。这在剃齿刀轮中通常是这种情况，因为所述剃齿刀轮被高精度地磨光。左齿面或右齿面的齿廓Vl(ρl)和Vr(ρr)能够在极坐标中如下描述：
其中ρl或ρr描述极角，Rl(ρl)或Rr(ρr)描述与极角相关的半径和首先未知的角度ψl和ψr描述齿面的转动方位。参见图6。从四个触碰过程中得出四乘二个方程：
其中ΔD描述在测量单元和刀具主轴轴线之间的间距中的在校准的范围内被寻找的误差并且四个角ρl11，ρl12，ρr13，ρr14描述在左齿面和右齿面上的点的极角，在这些点处测量球实际接触齿面。
这些总共八个方程描述八个未知数ρl11，ρl12，ρr13，ρr14，ψl，ψr，ΔD和ΔV的方程组，所述方程组通常仅能够被数值求解。
同样可行的是，利用多于两个在此所使用的轴线D和C1，以便引起在测量球和齿面之间的接触，只要为此提供其他轴线。在测量单元安装在配合立柱上的情况下，例如能够使用轴线X1和V1以及C1。
为了提高校准的精确性，可行的是，测量在一个或多个剃齿刀轮齿上分布的多于四个点，尤其能够通过使用进行测量的探头或通过光学方法拍摄多个点，尤其这些点也能够在多个或所有剃齿刀轮齿上分布。由此得到具有比未知数多的方程的方程组，因此所述方程组是超静定的。在补偿计算的范围中，于是还能够确定ΔV和ΔD。在一个简单的变型方案中也可行的是，仅确定ΔV或仅确定ΔD。为此，从方程组中仅选择用于左齿面或右齿面的四个方程，这造成具有四个未知数的方程组。为了沿刀具主轴轴线的轴向方向进行校准，例如能够触碰刀架上的点。

Claims (13)

1.一种对工件剃齿的方法，其中：
在第一步骤中，在用于剃齿加工的设备(20)中夹紧的状态下，测量用于加工所述工件的刀具(21)的几何形状，尤其剃齿刀轮的几何形状，并且
在后面的另一步骤中，根据所述刀具(21)的测量出的几何形状确定用于剃齿的加工运动，
其特征在于，
在所述第一步骤中，确定所述刀具(21)的切削刃在所述设备(20)中的绝对位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一步骤中，除了确定位置以外附加地确定所述切削刃的空间伸展。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述刀具是剃齿刀轮并且在所述剃齿刀轮上测量下述几何参数中的一个或多个几何参数：
a)所述剃齿刀轮(21)在所述剃齿刀轮(21)的一个或多个轴向方位上的外直径；
b)所述剃齿刀轮(21)在所述剃齿刀轮(21)的一个或多个轴向方位上的齿厚；
c)所述剃齿刀轮(21)的齿廓线；
d)所述剃齿刀轮(21)的齿线；
e)所述剃齿刀轮(21)的切削刃的伸展；
f)切削面的位置和/或其定向，尤其前角和阶梯角；和/或
g)所述刀具的位置，优选所述剃齿刀轮(21)的转动方位，优选在所述剃齿刀轮(21)上的一个或多个齿的转动方位。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中与所述刀具的测量出的几何形状和与所述工件的轴向进给方位相关地确定和/或修正所述加工运动。
5.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与所述刀具的测量出的几何形状相关地确定和/或修正所述加工运动并且在加工行程期间保持所述加工运动不变。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中通过所述加工运动补偿在齿厚中、在齿廓角中和/或在齿根圆半径中的偏差，和/或有针对性地预设在所述工件中的被剃齿的齿槽的角位置。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述加工运动的至少一个参数，尤其耦联方位、轴间距、轴交叉角和切削面错位。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于检查来判断：是否能够借助于剃齿刀轮和加工运动能够遵循预设的制造公差和/或技术参数是否位于预设的区域，其中与所述检查的结果相关地由机床相应地发送工序。
9.一种用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的设备(20)，其包括：
用于加工工件的刀具(21)，尤其剃齿刀轮；和
用于容纳所述刀具(21)的刀架(22)；
测量单元(23)，所述测量单元设计用于测量容纳在所述刀架(22)中的刀具(21)的几何形状；和
控制单元，其设计用于与所述刀具(21)的测量出的几何形状相关地确定用于剃齿的加工运动，
其特征在于，
所述测量单元(23)还设计用于确定所述刀具(21)的切削刃在所述设备(20)中的绝对位置，使得也基于所述绝对位置确定所述加工运动。
10.根据权利要求9所述的设备(20)，其中所述设备(20)设计用于校准所述测量单元(23)关于所述剃齿刀轮(21)的主轴轴线的空间位置，其方式是：借助于所述测量单元(23)测量直径已知的检验轴台或夹盘的锥体，使得能够确定在测量单元(23)和主轴轴线之间的间距，以便相应地校准所述测量单元(23)，其中所述检验轴台或夹盘的锥体设置在所述剃齿刀轮(21)的主轴轴线上、所述刀架(22)上和/或所述剃齿刀轮(21)上。
11.根据权利要求9或10所述的设备(20)，其中所述设备(20)设计用于在已知所述剃齿刀轮(21)的齿廓，尤其齿廓角的情况下，借助于所述测量单元(23)确定位于所述刀架(22)中的剃齿刀轮(21)的齿廓，并且将该齿廓与已知的齿廓比较，以便由在已知的齿廓与测量出的齿廓之间的偏差中确定在测量单元(23)和剃齿刀轮(21)之间的相对位置中的误差。
12.根据权利要求9至11中所述的设备(20)，其中所述控制单元还设计用于基于位于所述刀架(22)中的所述刀具(21)的由所述测量单元(23)进行的测量执行剃齿的制造模拟，并且根据所述制造模拟产生用于借助于被测量的刀具(21)的剃齿过程的加工运动。
13.根据上述权利要求9至12中任一项所述的设备(20)，其中在已知所述刀具(21)的期望齿廓，尤其剃齿刀轮的齿廓角的情况下，确定位于所述刀架(22)中的所述刀具(21)的实际的齿廓并且与所述期望齿廓比较，以便由在所述期望齿廓与测量出的实际的齿廓之间的偏差中确定在测量单元(23)和刀具(21)之间的相对位置中的误差。
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