CN112203789B - 有齿工件的多工具倒角装置 - Google Patents

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Abstract

一种有齿工件倒角装置，其具有倒角头(2)，该倒角头包括用于第一倒角工具(6)旋转的第一旋转轴线(B)和用于第二倒角工具(8)旋转的第二旋转轴线(T)，其中第一和第二倒角工具是不同类型，并且它们各自的材料去除方法也彼此不同。优选地，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此不重合，并且在更优选的布置中，第一工具轴线和第二工具轴线彼此垂直地布置。

Description

有齿工件的多工具倒角装置
技术领域
本发明涉及对诸如齿轮、花键和轴的有齿工件进行倒角。特别地，本发明包括用于有齿工件的多轴和多工具倒角装置。
背景技术
在制造诸如齿轮(例如正齿轮、斜齿轮和锥齿轮；带有齿部和/或元件的轴；以及花键)的有齿工件时通常在工件的齿侧面或齿槽与端面的相交处形成尖锐的角部或边缘。在大多数情况下，希望通过称为倒角的方法去除齿的角部或边缘部分。
可以使用多种工具对齿边缘进行倒角，所述工具包括但不限于飞刀、包括铅笔铣刀的铣刀、滚刀、轮廓铣刀、砂轮、外围刀具、在US 7,103,973中公开的ChamferCut型工具、刮刀、在US 6,676,337中公开的滚毛刺轮等。对本领域技术人员显而易见的是，特定的工具取决于工件的几何形状、制造工艺参数、机器的约束条件、生产率要求和个人喜好等等。
从US 8,769,820中已知提供一种可沿一个或多个轴线移动的装置，其中可将倒角工具旋转180度，使得倒角工具的切割方向可在齿槽的相对端反转。在两个旋转位置中，工具驱动器的旋转方向保持相同，但工具的切割方向彼此相反，因此在两个加工位置可以在工件的两个端面上从内向外切割齿。
US 2014/0294530教导了一种倒角装置，其能够沿着三个垂直的线性轴线进行线性运动并且能够绕枢轴线旋转。该装置包括位于同一工具主轴上的两个倒角刀具，用于在两个不同的侧面倒角工件。
US 2017/0173713公开了一种多轴线可定位倒角装置，该倒角装置包括一对刮削工具，其中工具轴线彼此倾斜，并且每个轴线可通过两个不同的角度进行角度调节。
然而，对于某些工件，仅一种类型的倒角工具可能是不够的。一些工件(例如，轴)可以具有位于其上的多个齿轮，这些齿轮具有不同的尺寸和/或齿几何形状。某些齿轮的齿根部分的边缘可能很难用与齿廓边缘相同的工具进行倒角。适用于对一个齿轮进行倒角的倒角工具可能不适合对同一轴上的另一齿轮进行倒角。
鉴于多种工件类型、尺寸和几何形状，仍然需要具有更大灵活性的倒角装置，以增强倒角能力。
发明内容
本发明包括一种有齿工件倒角装置，其具有倒角头，该倒角头包括用于旋转第一倒角工具的第一旋转轴线和用于旋转第二倒角工具的第二旋转轴线，其中第一和第二倒角工具为不同的类型。倒角头可操作以使第一倒角工具绕第一旋转轴线旋转，从而能够通过第一材料去除方法进行倒角。倒角头还可操作以使第二倒角工具绕第二旋转轴线旋转，从而能够通过第二材料去除方法进行倒角，其中第一材料去除方法和第二材料去除方法彼此不同。优选地，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此不重合，并且在更优选的布置中，第一工具轴线和第二工具轴线相对于彼此垂直地布置。
附图说明
图1是倒角头的侧面的透视图。
图2是图1的倒角头的前部的透视图。
图3示出了图1的倒角头的正视图。
图4示出了倒角头的侧面的透视图，其中一个工具以一角度延伸并定向。
图5示出了图4的倒角头的前部的透视图，其中一个工具以一角度延伸并定向。
图6示出了图4的倒角头的正视图，其中一个工具以一角度延伸并定向。
图7示出了倒角头的工具，该工具在有齿工件上加工倒角。
图8是图7的倒角的特写。
图9是包括根据本发明的倒角头的倒角装置的透视图。
图10是倒角头的侧面的透视图，该倒角头具有用于处于伸出位置的附加工具的伸出/缩回装置。
图11是倒角头的侧面的透视图，该倒角头具有用于处于缩回位置的附加工具的伸出/缩回装置。
图12是倒角头的前部的透视图，该倒角头具有用于处于伸出位置的附加工具的伸出/缩回装置。
图13示出了与滚齿机结合布置的本发明的倒角装置的透视图。
具体实施方式
本说明书中使用的术语“发明”、“所述发明”和“本发明”旨在广泛地指代本说明书的所有主题以及以下任何专利权利要求。含有这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制以下任何专利权利要求的含义或范围。此外，本说明书不寻求描述或限制由任何权利要求所涵盖的主题于本申请的任何特定部分、段落、陈述或附图中。应该通过参考整个说明书、所有附图和所附的任何权利要求理解主题。本发明能使用其它构造，并且能以各种方式实践或实施。而且，应理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，不应视为限制。
现在将参考附图讨论本发明的细节，所述附图仅以实例的方式说明本发明。在附图中，相似的特征或组件将由类似的附图标记指代。为了更好地理解本发明和/或易于观察，从附图中省略了门和任何内部或外部防护。
本文中“包括”、“具有”和“包含”以及其变体的使用意指涵盖其后所列出的项目以及其等效物以及附加项目。除非明确陈述了仅限制一个的明确意图，否则词语“一”和“一个”应理解为意指“一个或多个”。尽管下文可以在描述附图时参考例如上部、下部、向上、向下、向后、底部、顶部、前部、后部等等的方向，但出于方便起见而相对于附图(如正常所观察)做出这些参考。这些方向并不旨在被视为字面意思或以任何形式限制本发明。另外，如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在本文中用于描述的目的，并且不旨在指示或暗示重要性或显著性。
本发明包括有齿工件倒角装置，其具有倒角头，该倒角头包括第一工具旋转轴线和第二工具旋转轴线。倒角头可操作以使第一倒角工具绕第一旋转轴线旋转，从而能够通过第一材料去除方法对有齿工件进行倒角。倒角头可进一步操作以使第二倒角工具绕第二旋转轴线旋转，从而能够通过第二材料去除方法对有齿工件进行倒角。第一倒角工具和第二倒角工具彼此不同，并且第一材料去除方法和第二材料去除方法也彼此不同。
图1-3显示了本发明的倒角头2，该倒角头是如图9所示的倒角装置的一部分。倒角头2包括主体部分4，该主体部分能够支撑至少两个旋转工具，优选地是彼此不同的工具，例如能够实现不同材料去除方法的不同类型的工具。第一工具6，优选地为诸如具有一个或多个可转位插件15的飞刀之类的切割工具，经由合适的工具保持设备(未示出)可释放地附接到主体4，以经由例如伺服马达的马达7绕第一工具轴线B旋转。
第二工具8，优选地为诸如铣削工具的切割工具，例如铅笔磨机，经由诸如卡盘9的合适的工具保持设备可释放地附接到马达10，以绕第二工具轴线T旋转，其中马达10优选是电动机，例如无刷电动机。马达10优选地经由马达夹具12和支架14附接到主体部分4。在操作中，倒角工具6、8中的一个或两个可以用于倒角特定工件。工具6和8可围绕它们各自的旋转轴线在任一方向上旋转。
工具8优选地能够绕轴线C枢转。因此，可以看出，不管工具8围绕轴线C的角取向如何，工具轴线T都将保留在平面P中(图3)。如在图1中可以看到的，可以通过使马达10绕轴线C成角度地移动设定工具8的期望的枢转角度。为此，将延伸穿过支架14中的弧形通道18并与马达夹具12接合的螺钉16松开，以便在马达10绕销11枢转期间，螺钉可以沿着通道18移动，直到达到所需的枢转角度(参见图4，例如角度α)，此时拧紧螺钉16以设置工具8的角度位置。可选地，可以将球形头定位螺钉安装到马达夹具12，以便能够对最终枢轴角度进行微调，并为该手动致动提供可重复的硬止挡。尽管马达10的枢转可以手动进行，但是工具8的枢转和设置可选地也可以是电动的和/或计算机控制的。
优选地，第一工具轴线B和第二工具轴线T彼此不重合，并且更优选地，彼此垂直。因此，优选地，平面P垂直于工具轴线B。此外，优选地，由飞刀6的尖端20限定的切割圆也位于平面P中，如图3所示。
主体部分4还可包括气缸52、54，例如液压或气压致动气缸，下面将参考图10-12对其进行进一步讨论。
工具8优选地可沿工具轴线T的方向从缩回位置(图1)移动到如图4-6所示的伸出的操作位置。可以通过松开马达夹具12中的螺钉13并线性移动马达10直到到达工具8的预期操作位置，然后拧紧螺钉13来进行工具8的移动。马达10和工具8的线性运动也可以例如通过液压、气动或电子方式来实现。替代地，马达10和工具8的松开、移动和夹紧可以是自动化的并且可以通过计算机控制来执行。工具8的延伸量可以由固定的止挡机构限制，或者可以被调节或可编程为任何期望的量。
如上所述，图4-6示出了被示为铅笔铣削工具的工具8的伸展和枢转的位置。例如，在图4-6中，枢转角度α相对于代表图1轴线T位置的参考线为30度。枢转角度也可以例如相对于A轴线或相对于任何其他轴线或参考位置限定。枢转角可以对于特定工件固定，或者可以从一个工件调整到另一个工件，例如对于轴上的不同齿轮。还可以考虑，工具8的角度设置可以是计算机控制的，并且包括以下能力：在铣削工件期间改变角度位置，以及将角度位置与其他倒角装置运动(例如，沿着或围绕轴线X、Y、Z、A和/或B的运动)进行协调。
图7和8是示例性视图，示出了形成在齿侧面27和正齿轮26的位于轴28上的端面29的相交处的齿边缘24。铅笔铣刀8沿着齿边缘移动并且沿着齿边缘24和正齿轮26的根部25形成倒角22。虽然示出了铅笔铣刀8，但是可以使用任何合适的类型和尺寸的铣削工具。
图9示出了倒角装置30的优选实施例，其中倒角头2构成其一部分。倒角装置30还包括底座32、工作台34和立柱36。工作台34可通过导轨38和伺服马达40在X方向上移动。立柱36位于工作台34上，并可通过导轨42和伺服马达43(图13)在Y方向上移动。
立柱36包括通过导轨46和伺服马达48在Z方向上可移动的滑动件44。转动板或旋转板50位于工作台44上，以通过伺服马达(未示出)沿方向S围绕轴线A旋转。主体部分4位于旋转板50上。因此，可以看出，主体部分4以及工具6和8能够通过绕A轴线旋转而在X、Y和/或Z方向上线性定位以及在S方向上成角度定位。
工作台34沿X方向、立柱36沿Y方向、滑动件44沿Z方向的移动，旋转板50绕轴线A的角运动S，以及工具6绕轴线B的旋转，分别通过单独的各自的驱动马达(显示了7、40、43和48)赋予。上面命名的组件能够相对于彼此独立运动或者可以彼此同时运动。每个驱动马达优选地与作为CNC系统的一部分的反馈装置(例如线性或旋转编码器)相关联，该反馈装置根据输入到计算机控制器的指令来控制驱动马达的运行，该控制器可以是专用于倒角装置30的专用计算机控制(即CNC)，或相关机床(例如滚齿机)的计算机控制(例如Siemens 840D系列或Fanuc 30iB系列，未显示)。
倒角头2可沿或绕轴线X、Y、Z和/或A中的一个或多个移动，并且倒角工具6和8可绕着A轴线在方向S上旋转(例如旋转180度)。这样，可以通过工具接近工件的两个端面，并且可以在齿槽的相对端使倒角工具6的切割方向反向。虽然在两个旋转位置中工具6的驱动器的旋转方向保持相同，但工具的切割方向彼此相反，因此可以在两个加工位置在工件的两个端面上从内到外或从外到内切割齿。
图10-12示出了本发明的另一实施例，其中主体部分4还包括一组件，该组件包括一个或多个致动缸52、54，例如液压或气压缸，以及相应的缸杆56、58和支撑表面60，例如板，可以在其上放置一个或多个附加工具。示出了去毛刺工具62，优选为盘形去毛刺工具，以及非接触式传感器64，它们可移除地附接到板60。气缸52、54和杆56、58使去毛刺工具62和传感器64在缩回位置(图11)和伸出的工作位置(图10和12)之间移动，该工作位置将与工件(例如齿轮)相邻。
去毛刺工具62可以起到去除工件的齿边上的毛刺的作用，该毛刺是由先前的切割过程(例如滚齿)引起的，或者可能是由于例如由工具6的去毛刺过程产生的。非接触式传感器64用于确定有齿工件的正确旋转位置，由此诸如工具6的旋转工具可以啮合的方式接合工件，从而不会与工件的齿碰撞和损坏它。技术人员将这种过程称为“居中”、“分度”或“备料分割”。替代地，可以利用接触型传感器(例如，触摸或触觉探针)代替非接触传感器64。
尽管示出了两个气缸和杆，但是本发明不限于此。单个气缸和杆可用于推进和缩回诸如板之类的支撑表面，其上放置有一个或多个工具。替代地，也可以使用线性致动的其他手段。此外，去毛刺工具和非接触式传感器中的仅一个可以包括在板60上。板60上可以包括其他工具(例如照相机、RFID芯片读取器、条形码读取器、光学扫描仪等)。
倒角装置30可以被包括在诸如滚齿机的另一机器内，或者可以被附接到诸如滚齿机的另一机器。倒角装置30也可以是独立的装置。如本领域技术人员将理解的，可以经由诸如机器人、机架装载机、环形装载机、圆盘传送机装载机等已知的传送机构将工件传送到倒角装置30以及从倒角装置30传送工件。
图13示出了倒角装置30的示例，该倒角装置经由附接在滚齿机上的支撑台72与滚齿机70相邻放置。滚齿之后，如上所述，通过传送机构76将工件传送到主轴74。工件由合适的工件夹持设备(未显示)夹持在主轴74中，以绕着轴线W旋转。倒角装置30在X方向上移动，以便使工件与工具6、8(图1)中的一个或两个和/或位于板60(图10)上的一个或多个工具接合，例如去毛刺工具、去毛刺工具62和传感器64。
尽管已经针对通常制造正齿轮和斜齿轮的滚齿机讨论了本发明，但是本发明不限于此。本发明的倒角装置可以与锥齿轮和准双曲面齿轮切割机、齿轮铣削机、齿轮整形机、动力切刮机等结合使用，并用于由其生产的齿轮。
虽然已经将工具8讨论为可枢转和线性可调的，但是本发明不限于此。工具8可相对于主体部分4安装在固定位置，或者可仅提供枢转和线性可调节性中的一种。
虽然已参考优选实施例描述本发明，但应理解，本发明并不限于其细节。本发明旨在包含对于主题所属领域的技术人员来说显而易见的修改，而不偏离所附权利要求书的精神和范围。

Claims (17)

1.一种有齿工件倒角装置，所述倒角装置包括：
倒角头，其包括第一工具旋转轴线和第二工具旋转轴线，
所述倒角头可操作成使第一倒角工具绕所述第一工具旋转轴线旋转，从而能够通过第一材料去除方法进行倒角，
所述倒角头还可操作成使第二倒角工具绕所述第二工具旋转轴线旋转，从而能够通过第二材料去除方法进行倒角，
其中所述第一倒角工具和所述第二倒角工具彼此不同，并且其中所述第一材料去除方法和所述第二材料去除方法彼此不同，
其中，所述第二工具旋转轴线可绕枢转轴线成角度地移动，
其中，所述第二工具旋转轴线的角运动包括所述第二工具旋转轴线在工具轴线平面中的运动，所述工具轴线平面垂直于所述第一工具旋转轴线，
其中，所述倒角装置还包括可围绕所述第一工具旋转轴线旋转的切割工具，所述切割工具包括一个或多个切割尖端，其中当所述切割工具围绕所述第一工具旋转轴线旋转时，所述一个或多个切割尖端限定出切割圆，其中所述切割圆位于所述工具轴线平面内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一工具旋转轴线和所述第二工具旋转轴线彼此垂直。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述枢转轴线平行于所述第一工具旋转轴线。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括可绕所述第二工具旋转轴线旋转的切割工具，该切割工具可沿所述第二工具旋转轴线在伸出位置和缩回位置之间移动。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括可绕所述第一工具旋转轴线旋转的切割工具。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述切割工具包括具有一个或多个可转位插件的飞刀。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括可绕所述第二工具旋转轴线旋转的切割工具。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述切割工具包括铣削工具。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述铣削工具包括铅笔铣削机。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括去毛刺工具。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括备料分割单元。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括能够支撑一个或多个附加工具的支撑表面，所述支撑表面可从缩回位置移动到伸出的工作位置。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述支撑表面经由包括一个或多个杆和气缸的系统从所述缩回位置移动到所述伸出的工作位置。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述倒角头可在三个相互垂直的方向上线性移动，并且可绕枢转轴线枢转。
15.一种滚齿机，其特征在于，所述滚齿机包括根据权利要求1所述的倒角装置。
16.一种对有齿工件的齿边缘和齿根边缘中的至少一个进行倒角的方法，所述方法包括：
提供有齿工件倒角装置，所述倒角装置包括倒角头，所述倒角头包括第一工具旋转轴线和第二工具旋转轴线，所述倒角头可操作以使第一倒角工具绕着所述第一工具旋转轴线旋转，从而能够通过第一材料去除方法进行倒角，所述倒角头还可操作以使第二倒角工具绕着所述第二工具旋转轴线旋转，从而能够通过第二材料去除方法进行倒角，其中所述第一倒角工具和所述第二倒角工具彼此不同，并且其中所述第一材料去除方法和所述第二材料去除方法彼此不同，其中，所述第二工具旋转轴线可绕枢转轴线成角度地移动，所述第二工具旋转轴线的角运动包括所述第二工具旋转轴线在工具轴线平面中的运动，所述工具轴线平面垂直于所述第一工具旋转轴线，所述倒角装置还包括可围绕所述第一工具旋转轴线旋转的切割工具，所述切割工具包括一个或多个切割尖端，其中当所述切割工具围绕所述第一工具旋转轴线旋转时，所述一个或多个切割尖端限定出切割圆，其中所述切割圆位于所述工具轴线平面内，
用所述第一倒角工具和所述第二倒角工具之一对所述有齿工件的齿边缘和齿根边缘中的至少一个进行倒角。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括用所述第一倒角工具和所述第二倒角工具中的另一个对所述有齿工件的齿边缘和齿根边缘中的至少一个进行倒角。
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