CN113894366A - 用于在齿轮状工件的齿部的齿上产生支撑部的工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工具(1)，其能在齿轮状工件的齿的齿面上高精度地同时产生两个支撑部，与齿的宽度无关。为此本发明规定工具(1)包含栓状长形延伸并与工具(1)的中央纵轴线同轴定向的工具载体(2)及至少两个刀具(5、6)，它们在使用中与齿轮状工件的相应待加工的齿形成切削啮合，其中刀具(5、6)沿工具载体(2)的纵向(LR)彼此间隔地保持在工具载体(2)上，并且其宽度(B)分别延伸经过工具载体(2)的部分长度。根据本发明刀具中的至少一个(6)相对于其他刀具(5)的位置能调节以补偿使用时出现的工具载体(2)的变形。本发明也提出一种用于借助本发明的工具在齿轮状工件的齿部的齿上同时产生至少两个支撑部的方法。

Description

用于在齿轮状工件的齿部的齿上产生支撑部的工具

技术领域

本发明涉及一种用于在齿轮状工件的齿部的齿上产生支撑部的工具，其中该工具包括栓状地长形延伸地构造并同轴于工具的中央纵轴线定向的工具载体和至少两个刀具，这些刀具在使用时与相应待加工的齿形成切削作用的啮合，其中刀具沿着工具载体的纵向彼此间隔地保持在工具载体上并且分别延伸经过工具载体的部分长度。

本发明同样涉及一种用于借助前述类型的工具在齿轮状工件的齿部的其中一个齿上同时产生至少两个支撑部的方法。

背景技术

借助根据本发明的工具或通过使用根据本发明的方法待加工的齿轮通常涉及所谓的“滑动套筒”。在内燃机驱动的车辆的变速器中需要该滑动套筒。为了确保为了传输力而与滑动套筒啮合的齿轮状工件在承受使用中出现的高负载的情况下也与滑动套筒保持啮合，在滑动套筒的至少一些齿的齿面上通常成型所谓的“支撑部”。按照具有精确确定的几何形状的凹部或凸肩的形式构造的形状元件防止与滑动套筒啮合的齿轮状工件不期望的轴向移动。在此，支撑部通常成型在齿部的齿的齿面的邻接齿轮状工件的相应端面的末端区域内。

例如由DE 101 27 973 A1已知一种开头所述类型的工具和方法。包含两个刀具的工具在其中描述的应用实现了在齿轮上同时产生两个支撑部。为此，刀具在现有技术中成一条线地布置，该线轴平行于工具的与其旋转轴线一致的中央纵轴线定向，其中刀具沿工具载体的纵向测得的宽度等于由其在相应齿面内待切割的支撑部的宽度，并且刀具之间的距离等于应在相应齿面上形成的支撑部之间应存在的距离。同时，刀具能够额外地根据待形成的支撑部的形状构造。如果例如要产生这样的支撑部，其深度从支撑部的朝向齿轮的相应端面的边缘开始向具有支撑部的齿面的宽度中心的方向增大，则可通过以下刀具实现，其厚度以相应的方式从其朝向齿轮的相应端面的窄面开始向着对置的窄面的方向增加，从而刀具具有在刀具的俯视图中倾斜延伸的刀刃。

为了在使用具有支撑部的齿轮状工件时确保其无故障的运行，支撑部的形状、位置和方向必须与目标设定精确相符，该目标设定由变速器的结构设计得出。如果在使用时出现的负载大到使得工具本身或工具容纳部变形，则证实难以遵守该设定，工具在使用时夹紧在该工具容纳部中。此种变形尤其在工具载体长度大时出现，该变形由于在齿轮状构件的齿的切削加工时出现的剪力而导致高的弯曲负载或扭转负载。

其工具载体具有增大的长度以及因此导致的相对于夹紧部的增大的悬臂的工具例如用于加工滑动套筒等相对宽的齿轮的齿的齿面，工具保持在所述夹紧部中。这种宽的齿轮例如用于重型机器的变速器中，以能够吸收其使用时出现的负载。为了在此种宽的齿轮中在所选的齿上能够同时产生两个支撑部，必须使用这样的工具，其工具载体的长度对应于齿轮状工件的宽度。尤其由此导致的工具载体的纤细的、长形延伸的形状造成以下风险，保持工具载体或工具的工具容纳部在加工时变形。该变形可能存在于工具横向于其中央纵轴线的弯曲或者围绕其中央纵轴线的扭转，其中这些变形类型也可叠加。

发明内容

在前述现有技术的背景下，本发明的目的在于，提供一种工具，其能够在齿轮状工件的齿的齿面上高精度地同时产生两个支撑部，而与齿的宽度无关。

同样应提出一种方法，其实现了即使借助具有形状纤细的长形延伸的工具载体的工具也能够在齿轮状工件的齿的齿面上高精度地同时产生两个支撑部。

本发明通过权利要求1所述的工具和权利要求6所述的方法实现该目的。

本发明有利的设计方案在从属权利要求中给出，并在下文中与整体的发明构思一同详细阐述。

因此，根据本发明的用于在齿轮状工件的齿部的齿上产生支撑部的工具包含与开头所述的现有技术一样地、栓状地长形延伸地构造并与工具的中央纵轴线同轴定向的工具载体以及至少两个刀具，这些刀具在使用中与齿轮状工件的相应待加工的齿形成切削作用的啮合，其中刀具沿工具载体的纵向彼此间隔地保持在工具载体上，并且其宽度分别延伸经过工具载体的部分长度。

根据本发明在此种工具中，刀具中的至少一个的位置相对于其他刀具能够调节，以补偿工具载体在使用时出现的变形。

以相应的方式，在根据本发明的方法中，将分别至少两个支撑部借助围绕其中央纵轴线转动的工具同时产生在齿轮状工件的齿部的齿上，其中工具包含栓状地长形延伸地构造并与工具的中央纵轴线同轴定向的工具载体以及至少两个刀具，这些刀具在使用中与相应待加工的齿形成切削作用的啮合，其中刀具沿工具载体的纵向彼此间隔地保持在工具载体上，并且分别延伸经过工具载体的部分长度。

现在，根据本发明，为了此种方法使用根据本发明的工具并且基于此完成至少下列工序：

a)确定工具载体或夹紧部在产生支撑部时遭受的弯曲变形和/或扭转变形，工具保持在该夹紧部中；

b)在考虑工序a)中确定的变形的条件下，调整工具的能调节的刀具相对于工具的其他刀具的位置，使得在齿轮类型的齿上待产生的支撑部的位置和形状分别符合目标设定；

c)在齿轮状工件的齿上产生支撑部。

因此，借助本发明提供了一种支撑部工具，其实现了在齿轮状工件的齿上同时产生两个支撑部，其中通常涉及用于变速器的滑动套筒。根据本发明的工具在此也实现了在需要长形延伸的、纤细的工具载体的特别宽的齿的情况下，支撑部的产生也满足对其几何形状、位置和定向的最严格的要求。这尤其涉及支撑部的角度位置，借助根据本发明的工具能够确保其与相应目标设定的最优的一致性。

本发明基于以下认知，为了在齿轮齿的齿面上精确形成两个支撑部，不需要将工具载体或工具容纳部加固得使其在使用中出现的负载下不变形。相反，根据本发明的构思，使根据本发明的工具的工具载体上的刀具中的至少一个相对于其他刀具定向得使几何形状偏差得以补偿就足够了，该几何形状偏差在没有合适的应对措施的情况下由于工具或工具容纳部根据本发明被接受的变形而将不可避免地出现。

为了实现具有尽可能大的可变性的此种定向，并且因此使得根据本发明的工具适用于加工不同类型的齿轮状工件、尤其滑动套筒以及用于具有不同工件容纳部的不同机器内，在根据本发明的工具中，刀具中的至少一个相对于其他刀具的位置能够改变。

在根据本发明的工具中，通常第一刀具固定在工具载体的自由末端处的区域内，而第二刀具布置在朝向工具载体的对置末端的末端区域内，该末端区域通常连接到夹紧栓，该夹紧栓用于将工具夹紧在工具容纳部中。在此，在夹紧栓与工具载体之间可设置环绕的凸肩，其形成工具载体与夹紧栓之间的过渡部。在此，环绕的凸肩可按照相对于栓沿径向突出的凸缘形式构造，该凸缘构成止挡，夹紧栓能够推入工具容纳部内直至该止挡。

在根据本发明的工具中，最大的变形由于其纤细的形状而出现在工具的自由末端的区域内。因此优选至少在那设置的刀具的位置以根据本发明的方式能够调节，以补偿否则通过工具载体或工具容纳部的变形引起的待产生的支撑部的形状误差。相反，在使用时接近工具的夹紧部的其他刀具通常固定地安装，因为在紧邻夹紧部的区域内在实践中仅出现工具载体的可忽略的变形。在该设计方案中固定的、不能改变地在工具载体上接近用于夹紧的夹紧栓安装的刀具则构成用于调节可变定位的刀具的固定参照物。由此方式，能调节的刀具的位置调整特别简单。相反，例如在变形的主要部分位于工具容纳部中进行的情况下，同样可能有利的是，使根据本发明的工具的每个刀具都能够调节。由此方式也能够补偿待产生的支撑部的复杂的形状误差，该形状误差通过工具容纳部的变形以及由此引起的工具与其目标位置的位置偏差导致。

取决于在使用中出现的工具载体的变形，可能有利的是，设置能调节的刀具相对于工具的中央纵轴线沿径向的可调节性(以补偿工具载体或工具容纳部的弯曲)或者能调节的刀具沿工具载体的周向的可调节性(以补偿工具载体的扭转)，其中相应能调节的刀具的位置的这两个调整方案也能够彼此结合。

在使用时由于弯曲变形和/或扭转变形而出现的工具或工具容纳部的变形以及由此引起的刀具、尤其能调节的刀具的位置与目标位置的偏离可在根据本发明的方法的工序a)中通过实践的试验或计算性地、例如通过计算机辅助仿真以已知的方法确定，所述目标位置在使用中由于在此出现的负载而达到。

然后，在工序b)中在考虑工序a)中确定的变形的条件下进行工具的相应至少一个能调节的刀具相对于工具的其他刀具的位置调整，使得在齿轮类型的齿上待产生的支撑部的位置和形状分别满足目标设定。

为了该调整，相应能调节的刀具可保持在载体上，载体例如能够借助可拆卸的、力配合和/或形状配合的连接、例如螺纹连接或夹紧连接以不同位置定位在工具载体上。

因此，在相应调整的根据本发明的工具中，在未使用的未负载的状态下，刀具中的至少一个的位置偏离目标位置。然而，该目标位置在使用中加工齿轮状工件(工序c))时由于在此出现的工具或工具容纳部的变形而自主达到。因此，在齿轮的后续加工中获得最优的工作结果，而无需为此采取其他措施。因此，根据本发明的工具以及根据本发明的方法尤其适用于齿轮状工件的系列加工，因为基于在工序a)中一次性进行的对工件或工件容纳部的变形的确定而在工序b)中执行的对相应能调节的刀具的位置调整适用于一系列的所有相同构造的工件(工序c))。

根据本发明的针对实践的设计方案，沿工具载体的纵向、即轴平行于工具的中央纵轴线测得的刀具彼此的距离至少为刀具长度的四倍，其中刀具之间最大等于刀具宽度的十五倍的距离能够满足实践中通常出现的加工任务。

在此，刀具的沿纵向测得的宽度B通常最大为工具载体的长度的20％，其中在实践中刀具通常具有至少5mm的宽度。因此，根据本发明的工具的工具载体通常具有至少25mm的长度、尤其至少30mm的长度，其中直至200mm的长度能够满足在实践中出现的加工任务。根据本发明的工具的工具载体的直径在此通常为直至50mm，从而长度Lwt和直径Dwt的比例Lwt/Dwt通常为0.5-4。

附图说明

下面根据示出实施例的附图进一步阐述本发明。附图分别示意性地、并非按比例地示出了：

图1示出了用于在滑动套筒的齿部的齿上产生支撑部的工具的透视图；

图2示出了图1中的工具的前视图；

图3示出了图1中的工具由上方的俯视图。

具体实施方式

用于产生支撑部的工具1包括栓状的、长形延伸的工具载体2，其具有圆柱形的基本形状并且与工具1的中央纵轴线L同轴地定向。工具1的中央纵轴线L与旋转轴线重叠，工具1围绕该旋转轴线使用。

工具载体2由夹紧栓3承载，该夹紧栓用于将工具1夹紧在此处未示出的传统结构的机床的此处同样未示出的工具容纳部中。夹紧栓3的直径Dz大于工具载体2的直径Dwt，而轴平行于纵轴线L测得的工具载体2的长度Lwt大约比同样轴平行于纵轴线L测得的夹紧栓3的长度Lz大3.5倍。工具载体2与夹紧栓3之间的过渡部形成按照环绕凸缘形式构造的凸肩4，其直径大于夹紧栓3的直径Dz，从而凸肩4径向向外伸出夹紧栓3并构成止挡，在使用时夹紧栓3能够推入未示出的工具容纳部内直至该止挡。

在工具载体2上固定两个刀具5、6，其在使用时在此处未示出的滑动套筒的相应相邻的齿的齿面上通过去除齿的材料而同时地产生两个支撑部。在此处所示的示例中，这些支撑部相对于齿面的宽度的中心镜像对称地形成。然而，它们同样也能够非对称地布置或构造。

为此，在工具载体2的邻接凸肩4的、朝向夹紧栓3的末端区域内设置缺口7，载体元件8精确匹配地放置于该缺口内。该载体元件8具有弧形的外表面，该外表面匹配圆柱状的工具载体2的外轮廓。借助螺钉9、10将载体元件8固定在工具载体2上。在其平行于纵轴线L定向的边缘上、在载体元件8的凹口11中放置刀具5，并且刀具5在那穿过载体元件8固定在其位置中并相对于工具载体2的纵轴线L以角度位置β固定。

为了固定第二刀具6，在邻接工具载体2的自由端面12的末端区域内设置另外的缺口13，载体元件14精确匹配地放置在该另外的缺口内，该载体元件14与载体元件8相应地成型，使得其外表面匹配工具载体2的外轮廓并借助螺钉固定在工具载体2上。在此，刀具6由嵌件15保持，该嵌件放置在载体元件14的缺口16中。缺口16沿工具载体2的周向U延伸并通过缺口17补充，该缺口17成型在工具载体2内。通过在缺口16、17内沿周向U移动嵌件15能够调节刀具6相对于中央纵轴线L的角度位置β′、从而调节其相对于固定的第一刀具5的角度位置β。

额外地，带有由其承载的、位置能够调节的刀具6的嵌件15能够沿相对于中央纵轴线L的径向方向R调节。嵌件15和刀具6在工具载体2上以相应的角度位置β′以及相应的径向位置的固定又通过螺钉18实现。

刀具5、6分别沿工具载体2的纵向LR定向并且彼此镜像对称地定向。在此，刀具5、6在其彼此背离的窄面上的厚度小于在其彼此面对的窄面上的厚度，从而刀具5、6的刀刃5a、6a相对于中央纵轴线L的方向倾斜地定向。

在此，刀具5、6的彼此对应的较宽的窄面之间的距离A大约等于刀具5、6的轴平行于纵轴线L测得的宽度B的六倍，刀具的宽度B又分别等于工具载体2的长度Lwt的大约10％。

在目标位置，刀具5、6的中心线MS沿着线ML定向，该线ML轴平行于中央纵轴线L定向。在该定向中，相应待加工的齿的齿面上的支撑部能够最一致地构造。

在使用中，由于在待加工的齿部的齿的切削加工中出现的剪力和力矩，可能出现工具载体2由于扭转(图2)或弯曲(图3)而变形。

在扭转情况下，工具载体2向其前方的自由端面12反向于旋转方向DR的旋转比在其朝向夹紧栓3的末端区域内的旋转更严重。因此，如果没有应对措施，朝向自由端面12的刀具6相对于中央纵轴线L的角度位置β′将与朝向夹紧栓3的不可调节的刀具5同样相对于中央纵轴线L的角度位置β＝0°反向于旋转方向DR地偏离角度量Δβ。由此导致的刀具6的位置在图2中通过虚线表示。

为了补偿能调节的刀具6由于工具载体2相对于目标位置的扭转变形导致的位置变化，带有刀具6的嵌件15沿旋转方向DR沿周向U移动角度量Δβ。因此，在未使用的无负载状态下，刀具6的位置从目标位置偏离。然而在使用时，刀具6由于工具载体2的这时出现的扭转变形而处于其目标位置，在该目标位置中，其与固定的刀具5一排地定向。在偏离小的情况下，刀具6的通过扭转变形调整的、原则上跟随圆弧形的位置变化能够通过横向于工具纵轴线L的直线调节而被接近。已经证实，尽管以这种方式进行调节，由于扭转产生的刀具6的位置变化也无法补偿，因此可进行刀具6的跟随弧形的移位以进行补偿。

在弯曲的情况下，要么工具载体2本身向自由端面12弯曲，要么在此未示出的工具容纳部变形得使工具载体2的纵轴线的纵向定向偏离中央纵轴线L的目标位置。由此导致的变形在图3中通过虚线示例性地示出。因此，在没有应对措施的情况下，刀具6相对于纵轴线L的径向位置r′将从其径向目标位置r偏离距离Δr。

为了补偿该偏差，带有刀具6的嵌件15相对于中央纵轴线L沿径向方向R向外偏置量Δr，从而在工具1未被使用时，能调节的刀具6的位置偏离其目标位置，而刀具6在使用时、即在加工滑动套筒的齿时，由于在此引起的弯曲变形导致的其位置的变化，刀具6处于目标位置。

附图标记说明

1 用于产生支撑部的工具

2 工具1的工具载体

3 工具1的夹紧栓

4 工具1的环绕凸肩

5 工具1的固定的、不能调节的刀具

5a、6a 刀具5、6的刀刃

6 工具1的能可变调节的刀具

7 工具载体2的缺口

8 载体元件

9、10 用于固定载体元件8的螺钉

11 载体元件8的凹口

12 工具载体2的自由端面

13 工具载体2的缺口

14 载体元件

15 承载刀具6的嵌件

16 载体元件14的缺口

17 工具载体2的缺口

18 用于固定嵌件15的螺钉

β 刀具5相对于纵轴线L的角度位置

β′ 刀具6相对于纵轴线L的角度位置

Δβ 角度量

Δr 距离

A 刀具5、6之间的距离

B 刀具5、6的宽度

DR 工具1的旋转方向

Dwt 工具载体的直径

Dz 夹紧栓3的直径

L 工具1的中央纵轴线

LR 纵向

Lwt 工具载体2的长度

Lz 夹紧栓3的长度

MS 刀具5、6的中心线

ML 轴平行于中央纵轴线L定向的线

U 工具载体2的周向

R 径向R

Claims (7)

1.用于在齿轮状工件的齿部的齿上产生支撑部的工具，其中所述工具(1)包含栓状地长形延伸地构造并与工具(1)的中央纵轴线(L)同轴地定向的工具载体(2)以及至少两个刀具(5、6)，这些刀具在使用中与齿轮状工件的相应待加工的齿形成切削的啮合，其中刀具(5、6)沿工具载体(2)的纵向(LR)彼此间隔地保持在工具载体(2)上，并且刀具的宽度(B)分别延伸经过工具载体(2)的部分长度，其特征在于，刀具中的至少一个刀具(6)相对于其他刀具(5)的位置能够调节，以补偿在使用中出现的工具载体(2)的变形。

2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，能够调节的刀具(6)的位置能够相对于中央纵轴线(L)沿径向(R)调节。

3.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，能够调节的刀具(6)的位置能够沿工具载体(2)的周向(U)调节。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，刀具(5、6)彼此的沿工具载体(2)的纵向(LR)测得的距离(A)至少等于沿工具载体(2)的纵向(LR)测得的刀具的宽度(B)的四倍。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，沿工具载体(2)的纵向(LR)测得的刀具(5、6)的宽度(B)最大为工具载体(2)的长度(Lwt)的20％。

6.用于借助围绕其中央纵轴线(L)转动的工具(1)在齿轮状工件的齿部的齿上同时产生至少两个支撑部的方法，其中所述工具(1)包含栓状地长形延伸地构造并与工具(1)的中央纵轴线(L)同轴地定向的工具载体(2)以及至少两个刀具(5、6)，这些刀具在使用中与相应待加工的齿形成切削的啮合，其中刀具(5、6)沿工具载体(2)的纵向彼此间隔地保持在工具载体(2)上，并且分别延伸经过工具载体(2)的部分长度，其特征在于，所使用的工具(1)根据前述权利要求中任一项构造，并且为了产生支撑部而至少完成下列工序：

a)确定工具载体(2)或夹紧部在产生支撑部时遭受的弯曲变形和/或扭转变形，工具(1)保持在该夹紧部中；

b)在考虑工序a)中确定的变形的条件下，调整工具(1)的能够调节的刀具(6)相对于工具(1)的其他刀具(5)的位置，使得在齿轮类型的齿上待产生的支撑部的位置和形状分别符合目标设定；

c)在齿轮状工件的齿上产生支撑部。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，齿轮状工件为用于变速器的滑动套筒。

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