CN111790953A - 具有面接触的夹持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有面接触的夹持装置。夹持装置(20)具有与工件主轴轴线(A)同心布置的接收开口，其中夹持装置(20)设计用于夹持包括头部区域(2)和轴(3)的齿轮工件(1)，夹持装置(20)包括环形面接触表面，所述面接触表面：与工件主轴轴线(A)同心布置，位于夹持装置(20)的工件侧端部区域(Eb1)中，并且基本上垂直于工件主轴轴线(A)延伸，其中在工件侧端部区域(Eb1)中设有至少一个周向凹槽(31)，所述周向凹槽从夹持装置(20)的外表面(29)在工件主轴轴线(A)的方向上径向延伸，并且为夹持装置(20)提供在面接触表面的区域中的弹性。

Description

具有面接触的夹持装置
技术领域
本发明涉及用于齿轮工件的夹持装置，特别是在用于齿轮加工的齿轮切削机中使用。
背景技术
在齿轮的加工期间，齿面的表面上可能会出现波纹，其粗糙度通常在微米(μ)范围内。加工波纹齿面所需的努力通常相对较高。
避免这种波纹是实用新型DE202009007821U1的主题。该实用新型具体地涉及一种措施，所述措施使得可以衰减在夹持在加工机中的齿轮工件上可能发生的振动。根据该实用新型的描述，振动是由齿轮切削刀具与夹持在夹持装置中的齿轮工件的动态相互作用引起的。在夹持装置上使用了扁平的环形减振元件，以衰减产生的振动。
尽管以示例的方式提及并且被设计成减小波纹的该措施，但是仍然存在其齿面继续显示波纹的锥齿轮，特别是在加工锥齿轮工件的齿面时。
发明内容
因此，本发明基于提供这样的解决方案的目的，所述解决方案允许在用齿轮切削工具对齿轮进行加工期间，特别是在锥齿轮的加工期间，防止或进一步减小齿面的所述波纹。
根据本发明，该目的通过一种夹持装置来解决，所述夹持装置具有接收开口，所述接收开口与工件主轴轴线同心布置，其中：
夹持装置设计用于夹持齿轮工件，所述齿轮工件包括带齿的锥形头部以及轴或柄，
夹持装置包括环形的支承面，
所述支承面与工件主轴轴线同心布置，
所述支承面位于夹持装置的工件侧端部区域中，并且
所述支承面基本上垂直于工件主轴轴线延伸。
夹持装置的特征在于，在工件侧的端部区域中设置至少一个周向凹槽作为凹部，所述凹部从夹持装置的外表面在工件主轴轴线的方向上径向延伸和/或从夹持装置的内表面相对于工件主轴轴线径向向外延伸。
在可以找到解决问题的措施之前，必须对齿轮工件的加工步骤和齿面的表面状况进行大量研究。
可以看出，波纹主要发生在齿轮工件的干式加工期间。随后，进一步研究已经证实，在干式加工期间产生的大量热量输入与波纹的产生之间存在直接的关联。
原因之一是齿轮工件似乎很少从夹持中释放出来。为了解决这个问题，试图在齿轮加工期间将齿轮工件重新夹持在夹持装置中。但是，这种措施并没有带来明显的改善。
随后，进一步研究已经表明，上述波纹起因于齿轮工件在加工期间受到扭转振动。这些扭转振动在齿轮工件的头部区域和轴/柄之间的过渡区域中很明显。
可以推断出，这些扭转振动尤其是在齿轮工件由于加工而明显升温时发生的。如果齿轮工件利用其轴或柄夹持在夹持装置中，则轴或柄只能在轴向方向上膨胀。在轴向方向上的膨胀引起齿轮工件的头部区域的较小的轴向位移(在几微米范围内)。结果，减少了先前存在于头部区域的轴向接触肩部与夹持装置的接触表面之间的面接触，并且可能通过齿轮工具将头部区域激发为扭转振动。
这些扭转振动在齿轮切削刀具和齿轮工件之间产生非常小的位移，这进而可能导致上述波纹的形成。
这就是本发明的由来所在，因为它通过附接弹性面接触部来防止或强烈地衰减齿轮工件的头部区域中的这些振动状态。
本发明可以应用于包括主体的夹持装置，所述主体具有用于接收齿轮工件的轴或柄的接收开口。对于这些实施例，周向凹槽可以设置在主体的工件侧区域中。
本发明可以应用于包括带有中央接收开口的突鼻件(也称为定心衬套)的夹持装置。对于这些实施例，周向凹槽可以设置在突鼻件的工件侧区域中。优选地，这种夹持装置除了突鼻件之外还包括主体，所述主体具有用于容纳齿轮工件的中央接收开口。在这种情况下，突鼻件位于主体和齿轮工件之间。
在所有实施例中，在主体或突鼻件的工件侧端部区域中可以存在锥形外表面，其中从该表面开始的周向凹槽在工件主轴轴线的方向上径向延伸作为外凹部。
附加地或替代地，对于所有实施例，在主体或突鼻件的工件侧端部区域中可以存在内表面，其中从该内表面开始的周向凹槽相对于工件主轴轴线径向向外延伸作为内凹部。
在所有实施例中，在面接触的区域中(即在止挡面的区域中)应存在不变形的材料区域，以便保证限定的安装尺寸或夹持尺寸。当将齿轮工件的轴/柄推入接收开口中时，该不可变形的材料区域近似(quasi)用作齿轮工件的跟部的精确限定的止挡。因此，跟部也称为齿轮工件上的轴向系统跟部。
优选地，所有实施例都包括面接触检查装置，其用于在加工期间检查齿轮工件相对于夹持装置的面接触。
在本发明中可以找到其他有利的实施例。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明的实施例示例，其中：
图1示出了齿轮切削机的示意性正视图，其中可以使用根据本发明的夹持装置；
图2A示出了第一示例性夹持装置的分解透视图，所述夹持装置用于夹持呈带有轴的锥齿小齿轮形式的齿轮工件；
图2B示出了如图2A所示的夹持的剖视图；
图2C示出了根据本发明的类似夹持装置的示意性剖视图；
图3A示出了第二示例性夹持装置的剖视图，所述夹持装置用于夹持呈具有轴的锥齿小齿轮形式的另一齿轮工件；
图3B示出了图3A的夹持装置的突鼻件的放大剖视图，示出了未夹持状态；
图3C示出了图3A的放大剖视图，示出了未夹持齿轮工件的状态；
图3D示出了根据图3A的夹持装置的放大剖视图，其中示出了具有被夹持的齿轮工件的状态；
图4A示出了另一夹持装置的区域的放大剖视图；
图4B示出了另一夹持装置的区域的放大剖视图；
图4C示出了另一夹持装置的区域的放大剖视图；
图4D示出了另一夹持装置的区域的放大剖视图；
图5A示出了另一夹持装置的靠近工件的区域的示意性剖视图，其中示出了未夹持状态。
图5B示出了另一夹持装置的靠近工件的区域的示意性剖视图，其中示出了未夹持状态。
图5C示出了另一夹持装置的靠近工件的区域的示意性剖视图，其中示出了未夹持状态。
具体实施方式
结合本说明书，使用在相关公开和专利中也使用的术语。但是，应注意，使用这些术语仅旨在促进理解。本发明的思想和权利要求的保护范围不应在解释中受到术语的特定选择的限制。本发明可以容易地转移到其他概念系统和/或领域。在其他专业领域，这些术语应类似地应用。
图1示出了示例性(齿轮)机器10的示意图。机器10是设计用于加工齿轮工件的轮齿的齿轮切削机。在其中加工齿轮工件的加工区域可以位于带有观察窗12的外壳11的后面。
齿轮机器10特别设计用于利用齿轮切削工具加工齿轮工件1的齿面，并且具有用于夹持要加工的齿轮工件1的夹持装置20。在图2A中以透视图示出了示例性夹持装置20，其中仅基本元件用附图标记标记。
如图2A的分解图所示，齿轮工件1可包括锥形头部区域2以及轴或柄3。头部区域2包含要加工的齿面(未示出)，或者在头部区域2中，从齿轮工件1的材料加工出齿面。
夹持装置20在此包括夹持装置主体22和突鼻件23，以便能够夹持齿轮工件1(在此是带有小齿轮轴3的锥齿小齿轮)。环形突鼻件23连接到主体22，并且小齿轮轴3被推入突鼻件23的中心孔24和主体22的中心孔25中。然后，小齿轮轴被夹持在那里。突鼻件23一方面用作定心衬套，另一方面用作适配器。通过选择合适的突鼻件23，可以调节形状和/或尺寸。
夹持装置20可以例如利用外锥22.1插入到机器10的工件主轴(未示出)的锥形接收开口中并且利用螺钉固定在那里。可以提供相应的螺孔，例如在主体22的周向凸缘22.2上。
工件主轴的主轴轴线在图2B中带有附图标记A。由于处于安装/夹持状态的所有基本元件均与该主轴轴线A同轴，因此以下始终参考该轴线A。还提到了所谓的工具侧区域。工具侧区域是夹持装置20的靠近齿轮工件或直接在齿轮工件1上的区域。
突鼻件23具有环形连接凸缘26，所述环形连接凸缘具有平面环形表面(称为轴向凸缘表面、环形支承表面或面接触表面)，如图2C的高度示意图所示。在图2C中示出了在突鼻件23和齿轮工件1的跟部4之间的气隙，以示出连接凸缘26。在夹持状态下，跟部4的区域和该面接触表面26平放在彼此的顶部。
对于所有实施例，在突鼻件23处，环形面接触表面26被弹性地设计，如下面使用另一实施例所描述的。在图3A至3D中示出了该另一实施例。
如开头所述，轴3被推入环形突鼻件23的中心孔24和主体22的中心孔25中。在此过程中，较大的拉力P1(参见图3A)平行于工件主轴轴线A施加，以便将齿轮工件1和轴3一起拉入夹持装置20中并将其保持在那里。齿轮工件1的跟部4(参见图3A)被拉向抵靠环形面接触表面26(参见图3B)。两个表面的平坦接触称为面接触。
为了避免在齿轮工件1升温并轴向膨胀时可能发生的扭转振动，在所有相应的实施例中，环形面接触表面26的一部分被设计成具有弹性。
在图3A至3D的实施例示例中，为此目的在面接触表面26的区域中设置了周向凹槽31。例如，该凹槽31可以被布置/设计成使得其从外圆柱或锥形表面29在工作主轴中心轴线A的方向上径向延伸。这种外周向凹槽31也称为外凹部。
这种周向凹槽31的安装允许限定弹性恢复力。由于该恢复力应尽可能精确地适应给定情况(即发生的力和预期的热膨胀)，因此可以通过周向凹槽31的定位和/或尺寸来相对精确地设置恢复力。
例如，可以使用有限元方法来计算恢复力。
几何设计(例如，凹槽深度、凹槽形状、凹槽位置)和材料特性(突鼻件23的弹性模量)对该部分的弹簧特性具有影响。在所示的实施例示例中，可以预先确定径向深度Tr以及到面接触表面26的轴向距离Aa，以便限定弹性恢复力。此外，凹槽31的净宽度(在轴向方向上测量)也对突鼻件23的上悬的(overhanging)材料区域30的“可移动性/可变形性”具有影响。凹槽31的净宽度越大，该材料区域30具有的运动空间或变形空间越大，而在小的净宽度的情况下，当出现轴向力时，凹槽31可以相对快速地闭合。在闭合凹槽31之后，实际上消除了弹性作用。
平行于工件主轴轴线A施加的拉力P1优选地通过同心布置的夹头卡盘(colletchuck)32或多个夹具或臂传递至齿轮工件1的轴3，优选地对于所有实施例如此。为此目的，这些元件围绕或包围轴3的一部分。
在图3A至3D所示的实施例示例中，使用了同心布置的夹头卡盘32，其包围轴的工件侧区域。该夹头卡盘32在其背向齿轮工件1的区域B(参见图3A)中具有锥形环形周向表面。此外，夹头卡盘32在轴向方向上开槽，使得可以将其压靠在轴3上。
图3A-3D示出了双夹头卡盘的细节。在区域B中，夹头卡盘32被夹头插件33包围。该夹头插件33在区域B中具有环形锥形内表面。如果现在拉力施加在夹头插件33上，如图3A中指向左侧的箭头P1所示，则夹头插件33的锥形内表面相对于夹头卡盘32的锥形外表面移位，并且夹头卡盘32利用指向内的壁牢固地压靠在轴3上。在区域B中，力基本上径向地压在轴3上。由于这是双夹头，因此，夹头卡盘32在区域C中也径向地压在轴3上(参见图3D)。与这些径向力同时地，在轴向方向上施加拉力。该拉力将齿轮工件1拉向抵靠突鼻件23的环形面接触表面26并进入夹持装置20。
对于所有实施例，代替双夹头卡盘，也可以使用单夹头卡盘。
图3C示出了未夹持齿轮工件1的情况。周向凹槽31具有其原始净宽度(在轴向方向上测量)。图3D示出了被夹持的齿轮工件1的情况。从图3D可以看出，材料区域30略微变形。由于突鼻件23的材料区域30的“可移动性/可变形性”，产生了恢复力F(参见图3D)，所述恢复力基本上在轴向方向上压抵在齿轮工件1的跟部4上。
齿轮工件1由于在区域C中径向作用在轴3上的力并且由于在轴向方向上作用在跟部4和环形面接触表面26之间的形(positive)连接而被夹持。在区域C中，摩擦力主要起作用。同样在环形支撑表面26和跟部4之间的区域中，摩擦力在切向方向上(在平面E中的圆上)起作用。
如果现在由于温度升高，图3D中的头部区域2向右移位，则材料区域30将跟随该运动，并且也将继续保持面接触。因为保持了面接触，所以也保持了在切向方向上作用的摩擦力。这防止或有效地减小了扭转振动。
如果在齿轮工件1的加工期间轴3在轴向方向上膨胀，则突鼻件23的材料区域30的“可移动性/可变形性”意味着跟部4与环形面接触表面26之间的面接触仍然保持，这对于避免或显著减小上述扭转振动很重要。
至此，已经描述了夹持装置20的实施例，其具有单独的突鼻件23。这种突鼻件23可以例如用于使通用夹持装置20适应于齿轮工件1的几何形状和尺寸。
代替使用突鼻件23，这种夹持装置20可以具有材料区域30的所述“可移动性/可变形性”。在这种情况下，功能相同。在具有突鼻件23的实施例中，如图2C所示，突鼻件23上的周向凹槽31位于突鼻件23的区域Eb1中。
如果在该实施例示例中省去了突鼻件23，则主体22上的周向凹槽31位于靠近工件的区域中。
在主体22上具有凹槽31的实施例在附图中未示出，但是可以从附图和说明书中得出。
在那些在主体22上靠近工件的区域中具有周向凹槽31的实施例中，夹头卡盘32和夹头插件33被不同地设计和/或布置。但是，这些元件的功能可以相同。
对于至少一些实施例，面接触表面26可以通过车削(turning)加工，使得其具有内环形区域i，所述内环形区域以平坦且垂直于工件主轴轴线A的方式延伸。该内环形区域i可以被外环形区域ii围绕，所述外环形区域略微锥形地向外上升。在图4C中示出了作为夹持装置20的一部分的对应示例。为了示出从跟部4伸展的表面的位置，在此将平面E绘制为虚线。平面E表示齿轮工件1的止挡面。图4C示出了未夹持状态。
如果现在用大的力P1紧固齿轮工件1，则在减小凹槽31的净宽度的同时，外环形区域ii变形。如图3D所示，这导致在内环形区域i和外环形区域ii处的完全面接触。
图4A、4B和4D示出了三个另外示例性实施例。
图4A示出了实施例的未夹持状态，其中内环形区域i以平坦且垂直于工件主轴轴线A的方式延伸。另一方面，外环形区域ii具有略微凹形的延伸部。
图4B示出了实施例的未夹持状态，其中内环形区域i合并到外环形区域ii中。区域i和ii均具有略微凹形的延伸部。
图4D示出了实施例的未夹持状态，其中内环形区域i合并到外环形区域ii中。区域i和ii均具有恒定梯度的直线延伸部。
图4A-4D和5A-5C的实施例仅应被理解为示例。径向深度Tr和轴向距离Aa(参见图3B)也应被理解为示例。
图5A、5B和5C分别示出了处于未夹持状态的另一夹持装置20的靠近工件的端部区域Eb1的示意性剖视图。
在所有三种情况下，靠近工件的端部区域Eb1都具有外圆柱表面29(也可以使用锥形表面29，其外周在齿轮工件的方向上减小)。在图5A的实施例中，设置有周向凹槽31(作为外凹部)，所述周向凹槽从夹持装置20的圆柱表面29在工件主轴轴线A的方向上径向延伸。另一方面，在图5B的实施例中，设置有周向凹槽31(作为内凹槽)，所述周向凹槽从夹持装置20的中心孔/接收开口24的内表面27径向向外延伸。在图5C的实施例中，设置有两个周向凹槽31(作为外凹部和内凹部)。图5C的实施例具有根据图5A的周向凹槽31和根据图5B的周向凹槽31。
在所有三种情况下，周向凹槽31限定了垂直于工件主轴轴线A的平面。然而，对于所有实施例，周向凹槽31也可以具有略微倾斜的走向。在所有实施例中，周向凹槽31也可以具有弯曲(例如弧形)的走向，其中这种凹槽31的制造相当更加复杂。在图5C的实施例中，两个周向凹槽31也可以处于不同的平面中。
如在图4D的实施例中一样，在图5A和5B的实施例中，内环形区域i合并到外环形区域ii中。这意味着在未夹持状态下产生平坦的面接触表面26，在这种情况下，所述面接触表面相对于工件主轴轴线A略微倾斜。在图5A的本实施例中，从工件侧看，面接触表面26形成凹形区域。在图5B的实施例中，从工件侧看，面接触表面26形成凸形区域。在图5A的实施例中，恢复力F导致处于夹持状态，相比于图5B的实施例，所述恢复力在径向方向上进一步向外施加。
图5C的实施例是图5A和5B的实施例的组合。面接触表面26在未夹持状态中由三个环形区域i、ii和iii形成。内环形区域i相对于工件主轴轴线A倾斜地延伸，中央环形区域iii垂直于工件主轴轴线A，并且外环形区域ii相对于工件主轴轴线倾斜地延伸。对于图5C的实施例，如图所示，两个恢复力F1、F2导致处于夹持状态。
由于相应的恢复力F仅在装置被夹持时出现，因此图5A、5B和5C中的箭头为虚线。
附图标记列表：
Figure BDA0002438661100000101
Figure BDA0002438661100000111

Claims (8)

1.一种夹持装置(20)，其具有与工件主轴轴线(A)同心布置的中央接收开口(24、25)，其中：
所述夹持装置(20)设计用于夹持包括头部区域(2)以及轴或柄(3)的齿轮工件(1)，
所述夹持装置(20)包括环形面接触表面(26)，所述环形面接触表面：
与所述工件主轴轴线(A)同心布置，
位于所述夹持装置(20)的工件侧端部区域(Eb1)中，并且
基本上垂直于所述工件主轴轴线(A)延伸，
其特征在于，在工件侧端部区域(Eb1)中设有至少一个周向凹槽(31)，所述周向凹槽：
从所述夹持装置(20)的外表面(29)在所述工件主轴轴线(A)的方向上径向延伸，和/或
从所述夹持装置(20)的内表面(27)相对于所述工件主轴轴线(A)径向向外延伸，
所述周向凹槽为所述夹持装置(20)提供在所述面接触表面(26)的区域中的弹性。
2.根据权利要求1所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述夹持装置包括具有接收开口(25)的主体(22)，
其中所述主体(22)在工件侧端部区域(Eb1)中具有外表面(34)，并且其中从该外表面(34)开始的周向凹槽(31)在所述工件主轴轴线(A)的方向上径向延伸，和/或
其中所述主体(22)在工件侧端部区域(Eb1)中具有内表面，并且其中从该内表面开始的周向凹槽(31)相对于工件主轴轴线(A)径向向外延伸。
3.根据权利要求1所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述夹持装置包括具有接收开口(24)的突鼻件(23)，
其中所述突鼻件(23)在工件侧端部区域(Eb1)中具有外表面(29)，并且其中从该外表面(29)开始的周向凹槽(31)在所述工件主轴轴线(A)的方向上径向延伸，和/或
其中所述突鼻件(23)在工件侧端部区域(Eb1)中具有内表面(27)，并且其中从该内表面(27)开始的周向凹槽(31)相对于所述工件主轴轴线(A)径向向外延伸。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述夹持装置包括齿轮工件(1)，所述齿轮工件在所述头部区域(2)中具有跟部(4)，所述跟部具有后跟部表面，当所述齿轮工件(1)的所述轴(3)插入所述接收开口(24、25)中时，所述后跟部表面基本上与垂直于所述工件主轴轴线(A)延伸的平面(E)平行。
5.根据权利要求4所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述夹持装置包括用于施加平行于所述工件主轴轴线(A)作用的轴向拉力(P1)的器件(32、33)，其中所述器件(32、33)通过摩擦连接施加到所述轴(3)，以便将所述齿轮工件(1)与所述轴(3)一起拉入所述接收开口(24、25)中。
6.根据权利要求4或5所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述齿轮工件(1)通过在所述轴(3)的区域中的摩擦连接并且通过在环形支撑表面(26)和所述跟部(4)的后跟部表面之间的形连接而被夹持在夹持状态中，其中所述周向凹槽(31)在夹持期间改变其形状，从而在所述夹持装置(20)中产生恢复力(F、F1、F2)。
7.根据权利要求6所述的夹持装置(20)，其特征在于，所述恢复力(F、F1、F2)在所述夹持状态中基本上在轴向方向上作用在所述跟部(4)的后跟部表面上。
8.根据权利要求4或5中的一项所述的夹持装置(20)，其特征在于，在所述跟部(4)的后跟部表面与所述环形面接触表面(26)之间形成形连接和摩擦连接两者，即使在齿轮工件(1)发生温度相关膨胀的情况下也保持所述形连接和摩擦连接。
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