CN110121393A - 用于对齿形齿轮装置、具体来说内部齿形部分进行硬表面加工的方法和适合该方法的机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对齿形齿轮装置、具体来说内部齿形部分(3)进行硬表面加工的方法和机床，在所述方法中，在前进运动下以平行于被加工的齿形齿轮装置的旋转轴线(C)的方向分量且在非零轴线交叉角度下在一个遍次中或具有不同径向进给深度的多个遍次中将围绕自身的旋转轴线旋转的齿形硬表面加工工具(W)带到与被加工的齿形齿轮装置成滚动机械加工啮合，且以机床齿轮装置的齿侧翼区(4a)从被加工的齿形齿轮装置移除材料，所述齿侧翼区具有从面向被加工的齿形齿轮装置的端面(5)在齿线方向上增加的齿厚度。

Description

用于对齿形齿轮装置、具体来说内部齿形部分进行硬表面加 工的方法和适合该方法的机床

本发明涉及用于对齿、具体来说内齿进行硬表面加工的方法，以及为此设计的切齿刀。

众所周知，通过在硬化之后的硬表面加工来使齿变为其预定目标最终几何形状。在此情况下，通过研磨机械加工操作，例如通过磨削工艺来移除存在的余量。型面磨削或产生磨削可称为已知方法。

在硬表面加工内齿的情况下，并非全部机械加工替代方案是可用的，因为拓扑边界条件是由内齿预先确定，此条件使得不可能使用例如较长的磨削蜗杆。在T.Bausch的《Innovative Zahnradfertigung》第3版中，在579页上的图15.5-11(B)中示出使用型面磨削机对内齿的磨削。上文阐释的空间问题在此图示中清楚地可见。

在EP 3 034 220 A1的引言部分中，特别参考作为用于磨削内齿的已知方法的DE10 2010 021 749 A1，以及参考WO 2014/192672 A1。根据EP 3 034 220 A1的教示，通过磨削工具的齿进入所述工具的齿的间隙中的连续相对移动来磨削掉移除部分，所述相对移动的速度大于在滚刀剥除期间的速度和/或大于300m/min，具体来说大于400m/min，极具体来说大于500m/min。在此情况下，使用偏斜的轴线，且磨削工具可被设计为正齿轮，有可能齿尖直径和齿根直径减小超过齿宽度以便提供空隙角度，然而，这可以替代地通过相对于彼此调整旋转轴线来实现。

本发明解决的问题是改进在开始提到的类型的硬表面加工方法，具体来说是相对于硬表面加工工具的较长使用寿命的改进。

此问题在过程期间通过一种用于对齿、具体来说内齿进行硬表面加工的方法来解决，所述方法基本上其特征在于其中使用与被加工齿的旋转轴线平行且成不同于零的轴线相交角的方向分量通过馈送移动在一个遍次中或具有不同径向进给深度的多个遍次中将围绕自身的旋转轴线旋转的齿形硬表面加工工具带到与被加工的齿形齿轮装置成滚动机械加工啮合，且使用工具齿的齿侧翼区从所述被加工的齿移除材料，所述齿侧翼区具有从较靠近所述被加工的齿的端面在齿线方向上增加的齿厚度。

根据本发明的方法具有的效果在于如在工具的轴向方向上所见较大的区贡献于硬表面加工工艺的移除性能，这得到工具的较均匀磨损且因此得到其较长的使用寿命。

在特别优选的实施例中，具有增加齿厚度的所述齿侧翼区至少在开始处包括具有增加齿高度的部分。这产生用于机械加工操作的有利几何条件。

在所述方法的另一优选实施例中，在所述移除齿侧翼区的半齿厚度差被超过不大于10％且具体来说不大于半齿厚度和/或不小于齿厚度差的40％、具体来说不小于30％的程度上，所述进给深度在两个遍次之间改变。这产生有利的操作条件，且也可进而实现完全移除总余量的移除而无需使用大量遍次。

在另外被认为是有利的一实施例中，所述齿厚度差与在所述齿线方向上具有增加齿厚度的所述移除齿侧翼区的长度的比率是至少1/200，优选地至少1/150，更优选地至少1/100，且具体来说至多1/20，优选地至多1/30，具体来说至多1/40。这得到工具使用寿命和硬表面加工所需的时间的有利组合。

在所述方法的另一优选实施例中，在所述齿线方向上具有增加齿厚度的所述移除齿侧翼区的所述长度是至少1xm，优选地至少2xm，更优选地至少4xm，且具体来说至少6xm，m是所述工具齿的模数。这实现所需长工具使用寿命与工具在机械加工操作中的动态刚性的良好组合。

在特别优选的实施例中，具有恒定或减小齿厚度的齿侧翼区在齿侧翼方向上邻接具有增加齿厚度的所述齿侧翼区。因此，工具的稳定性增加，且在对应机械加工遍次中实现的余量的水平下实现平滑操作，所述余量表示最终遍次中的最终几何形状。

在另一优选实施例中，具有减小齿厚度的区形成于具有增加齿厚度的所述区后方，具体来说在远端面上。

在所述方法的特别优选的实施例中，在最后遍次中相对于倒数第二遍次来说使用减少的进给深度改变和/或馈送速率。这允许表面加工最后遍次而不需要以专门设计的表面加工工具替换磨削工具。

所述方法已经证明特别适合于所述工具齿的以[mm]测量的模数m为至少0.4，优选地至少0.7，具体来说至少1，和/或8，优选地至多6，具体来说至多4。

关于轴线几何形状，特别优选地提供至少1°、优选地至少2°、具体来说至少3°的轴线相交角；然而，此角度应当优选地至多45°，特别优选地至多22°，具体来说至多18°。以此方式，实现用于机械加工操作的合适的运动学条件。

在此情况下，工件的速度可以具体来说是至少40rpm，优选地至少400rpm，具体来说至少800rpm，和/或至多7,000rpm，优选地至多5,600rpm，具体来说4,800rpm。这是可接受的高移除速率与减少的磨削燃烧风险的良好折中。

在此上下文中，优选地还提供在至少一个、具体来说多个遍次中以每工件旋转的mm计的馈送速率是至多0.2，优选地至多0.15，和/或至少0.01，优选地至少0.02，更优选地至少0.04，且具体来说至少0.06。

工具表面的设计可以是均匀的；然而，在优选实施例中，至少在较靠近被加工的齿的所述端面附近的研磨齿侧翼区的部分中，研磨表面被设计为位于具有增加齿厚度的所述齿侧翼区后方的部分，具体来说呈在较靠近被加工的齿的所述端面附近的研磨涂层的较粗颗粒的形式。因此可在机械加工操作中适当地调整不同负载的工具区域上的涂层。

相对于齿厚度和/或顶端圆直径的增加的增加的形状类型优选地是球形的，具体来说具有从较靠近所述被加工的齿的所述端面在齿线方向上减小的曲率。这可在工具使用寿命与硬表面加工质量的组合方面产生有利的工作结果。

在装置的方面，本发明提出一种用于对齿进行硬表面加工的机床，包括：用于工具的可旋转夹持构件，所述工具具有为机械加工提供的齿，具体来说内齿；用于具有齿的硬表面加工工具的旋转驱动夹持构件，具有用于在工件与所述工具之间实施径向馈送移动的移动轴线，用于所述工件与所述工具之间的相对移动，所述相对移动使用与被加工的齿的旋转轴线平行的方向分量实施馈送移动，以及用于设定工具轴线与工件轴线之间的不同于零的轴线相交角的旋转轴线；以及控制构件，其含有控制机器以便实行根据前述方法方面中任一项所述的方法的控制指令。

含有此类控制指令的控制程序也被公开为能够以其自身的权利受保护。

本发明还提出一种硬表面加工工具，其具备齿且能够围绕其旋转轴线旋转，所述工具包括研磨齿侧翼区，所述研磨齿侧翼区具有从较靠近将在机械加工期间被加工的齿的端面在齿线方向上增加的齿厚度。所述硬表面加工工具还可以具有上文参考方法权利要求阐释的特征中的一个或多个。

可在以下参考附图的描述中找到本发明的另外细节、特征和优点，其中

图1是工具和工件的透视图，

图2在视图中示出工具和工件，其中纸的平面是相应旋转轴线上的共同焊接的法平面，

图3是单独的工具的透视图，

图4示出在笔直齿形工具的情况下的齿厚度型面，

图5是工具的移除机构的简化轴向截面图，且

图6是切齿刀配置的示意图。

图1是与内部齿形工件2啮合的外部齿形工具W的透视图。工件2的内齿3经受工具W的齿4的研磨硬表面加工。

在实施例中，工具W是经涂布CBN的螺旋齿形工具；然而，可设想其它变体，例如笔直齿和/或经金刚石涂布的齿轮。

此外，可见工具2的旋转轴线C和工具W的旋转轴线B相对于彼此处于偏斜位置，且一起封闭一个轴线相交角Σ，如从图2更清楚地可见。在一个或优选更多步骤中实行机械加工，在每一情况下具有较深的径向进给以及馈送移动，所述馈送移动在此实施例中与工具2的旋转轴线C平行地运行且在图1中的图示中由具有参考符号v的箭头表示。

如从仅示出工具W的图3更清楚地可见，如轴向方向中所见，工具W的齿4被划分为三个区4a、4b、4c，各自具有不同的齿设计。在区4a中，齿4的齿厚度从在相对于馈送方向的前部的端面5朝向另一端面增加，以便在中心区4b中恒定且在后部区4c中再次减小。顶端圆直径在此方面也具有相似的型面，具体来说在区4a中增加，在区4b中保持恒定，且在区4c中减小。

此时应注意，在区4a、4b、4c中的齿与均匀形状的偏差被极大地放大。在实际应用中，这些差异可能是裸眼几乎无法辨别的。

图4是其中区4a、4b、4c中的齿厚度的型面可以甚至更清楚地看见的视图，用于笔直齿形工具W'的较简单图示。附图示出通过齿44的截面，其中相交点在节圆上。还示出在每一情况中在端面5上的最小齿厚度区到区4a与区4b之间的过渡处之间的左侧翼和右侧翼上的半齿厚度差Δ/2。

此外，图4示出增加齿厚度的优选类型，具体来说呈冠部的形式。然而，所述类型可以是圆锥形或可以具有不同的冠部型面。

在下文中参考图5的示意图解释移除机构。工具2的左边的区L表示工具2的齿3具有例如齿3的所需最终形状的余量(或在第n硬表面加工阶段之前，如果工具W的示意性示出的操作是第n遍硬表面加工的话)。然而，在图5中的右边的侧R上，在工件2上示出在所示的硬表面加工遍次之后的余量情形(或使用硬表面加工将实现的最终状态，如果所示的遍次是最终机械加工遍次的话)。

可见改变余量的机械加工操作基本上是由工件W的区4a带来。然而，中心区4b主要具有平滑作用，且机械加工接触是在区4c中移除(空隙区段)。

如果如图5所示，可被认为是斜坡的充当粗略切口部分且具有增加齿宽度的区4a的移除可能性被完全使用，那么半齿厚度差Δ/2对应于在选定机器轴线设定(轴线相交角Σ)中可实现的移除(即在相关硬表面加工遍次之前与其之后之间的余量差)。移除性能不需要通过端面5上的齿边缘来保持；而是，其分布于斜坡、即具有增加齿厚度的区4a的长度(在齿宽度方向上所见)上。

图6在示意图基础上示出具有工件侧和工具侧机器轴线的切齿刀100，在所述切齿刀上可实行硬表面加工方法。

内部齿形工件2在工件侧上保持在适合于其的工件心轴40中，且可以借助于驱动器(未图示)围绕其旋转轴线C被可旋转地驱动。工具W在工具侧上被夹持在工件心轴50上。工具心轴50布置于切向滑件60上，所述切向滑件的线性移动轴线与工具的旋转轴线B平行地延伸且所述切向滑件布置于旋转式载体80上。旋转式载体80又安装在交叉滑动总成90上。所述布置具有移动轴线Z、X，其中移动轴线Z与工件心轴轴线C平行地延伸且可用作馈送轴线，而移动轴线X在由旋转轴线C、B横跨的平面上是垂直的且充当径向馈送轴线。可通过旋转式载体的机器旋转轴线A通过围绕馈送轴线X的旋转来调整轴线相交角Σ。

理所当然机器100包括控制构件99，其含有用于控制方法以便控制机器轴线的移动所必要的控制命令。这是以CNC控制方式发生，优选地使用用于机器轴线的直接驱动，但也可以设想间接驱动。

参考符号22表示另一可枢转的定心传感器，借助于所述传感器，可以在定心操作中确定被夹持工件2的内齿3的角位置，以便使旋转轴线B、C同步以用于工具W与工件2之间的同相滚动机械加工操作。

具体来说在具有肩部的工件的情况下，优选的是具体来说在最终和最深的遍次中使用径向返回移动，即使工件齿在整个齿宽度上尚未经历余量减少也是如此。

作为具体实施例，对于具有70个齿和1.00mm的模数的内齿可以使用9.5°的轴线相交角和每工件旋转0.03mm的馈送速率作为例如硬表面加工参数，且可以在总共四个遍次中移除整个余量。然而，这仅是示例，且根据上文阐释的优选范围可以使用其它参数。

本发明因此不限于上文所提到的实施例。而是，以上描述和所附权利要求书的特征可以个别地和组合地必不可少，以用于在本发明的不同实施例中实施本发明。

Claims (16)

1.一种用于对齿、具体来说内齿(3)进行硬表面加工的方法，其中使用与被加工齿的旋转轴线(C)平行且成不同于零的轴线相交角(Σ)的方向分量通过馈送移动在一个遍次中或具有不同径向进给深度的多个遍次中将围绕自身的旋转轴线旋转的齿形硬表面加工工具(W)带到与被加工的齿形齿轮装置成滚动机械加工啮合，且使用工具齿(4)的齿侧翼区(4a)从所述被加工的齿移除材料，所述齿侧翼区具有从较靠近所述被加工的齿的端面(5)在齿线方向上增加的齿厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中具有增加齿厚度的所述齿侧翼区(4a)至少在开始处包括具有增加齿高度的部分。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述移除齿侧翼区的半齿厚度差(Δ/2)被超过不大于10％且具体来说不大于所述半齿厚度差和/或不小于齿厚度差的40％、具体来说不小于30％的程度上，所述进给深度在两个遍次之间改变。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述齿厚度差与在所述齿线方向上具有增加齿厚度的所述移除齿侧翼区的长度的比率是至少1/200，优选地至少1/150，更优选地至少1/100，且具体来说至多1/20，优选地至多1/30，具体来说至多1/40。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述齿线方向上具有增加齿厚度的所述移除齿侧翼区的所述长度是至少1xm，优选地至少2xm，更优选地至少4xm，且具体来说至少6xm，m是所述工具齿(4)的模数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中具有恒定或减小齿厚度的齿侧翼区(4b)在齿侧翼方向上邻接具有增加齿厚度的所述齿侧翼区。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中具有减小齿厚度的区(4c)在馈送方向上形成于具有增加齿厚度的所述区后方，具体来说在远端面上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，在最后遍次中相对于倒数第二遍次来说具有减少的进给深度改变和/或馈送速率。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述工具齿的以[mm]测量的模数m为至少0.4，优选地至少0.7，具体来说至少1，和/或至多8，优选地至多6，具体来说至多4。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述轴线相交角是至少1°，优选地至少2°，具体来说至少3°，和/或是至多45°，优选地至多22°，具体来说至多18°。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工具的速度是至少40rpm，优选地至少400rpm，具体来说至少800rpm，和/或至多7000rpm，优选地至多5600rpm，具体来说至多4800rpm。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在至少一个、具体来说多个遍次中以每工件旋转的mm计的馈送速率是至多0.2，优选地至多0.15，和/或至少0.01，优选地至少0.02，更优选地至少0.04，具体来说至少0.06。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少在较靠近所述被加工的齿的所述端面附近的所述移除齿侧翼区的部分中的研磨表面是以与位于具有增加齿厚度的所述齿侧翼区后方的部分不同的方式设计，具体来说具有研磨涂层的较粗颗粒。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中增加的类型是球形的，具体来说具有从较靠近所述被加工的齿的所述端面在所述齿线方向上减小的曲率。

15.一种用于对齿进行硬表面加工的机床，包括：用于工具的可旋转夹持构件，所述工具具有为机械加工提供的齿，具体来说内齿(3)；用于具有齿的硬表面加工工具(W)的旋转驱动夹持构件，具有用于在工件与所述工具之间实施径向馈送移动(X)的移动轴线，用于所述工件与所述工具之间的相对移动(Z)，所述相对移动使用与被加工的齿的旋转轴线平行的方向分量实施馈送移动，以及用于设定工具轴线与工件轴线之间的不同于零的轴线相交角的旋转轴线(A)；以及控制构件，其含有控制机器以便实行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的控制指令。

16.一种硬表面加工工具(W)，其具备齿且能够围绕其旋转轴线(B)旋转，所述工具包括研磨齿侧翼区(4a)，所述研磨齿侧翼区具有从较靠近将在机械加工期间被加工的齿的端面在齿线方向上增加的齿厚度，且所述工具具体来说包括权利要求2、4至7、9、13和/或14的表征部分中含有的额外特征。