CN116213844A

CN116213844A - 磨削锥齿轮的方法

Info

Publication number: CN116213844A
Application number: CN202211539467.4A
Authority: CN
Inventors: R·沙拉斯特
Original assignee: Klingelnberg GmbH
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-06-06
Also published as: US20230294187A1; DE102021131998A1

Abstract

一种方法，具有以下方法步骤：磨削锥齿轮(2)，其中各锥齿轮(2)具有待磨削的直齿(12)，其中磨削是用圆盘状的磨具(4)以预定滚比进行非连续生成磨削来实施的，其中在磨削期间滚轧各锥齿轮(2)的直齿(12)的齿(10)的磨具(4)的磨削面(16)形成空心锥内表面一部分(16)，并且其中通过用形成空心锥内表面一部分(16)的切削面(16)进行磨削，在各锥齿轮(2，2'，2")的各直齿(12)上产生各齿向鼓形修形。该方法的特征在于，磨具(4)是可修整的磨具(4)，对磨具进行修整。

Description

磨削锥齿轮的方法

技术领域

本发明涉及一种用于磨削锥齿轮的方法，其中各锥齿轮具有待磨削的直齿，其中用圆盘状的磨具以预定滚比通过非连续生成磨削来进行磨削，其中在磨削期间在各锥齿轮的直齿的齿上滚轧的磨具的切削面形成空心锥内表面的一部分，其中通过用形成空心锥内表面一部分的切削面进行磨削，在各锥齿轮的各直齿上产生各齿向鼓形修形。

背景技术

为使齿轮副的齿轮相对于运行中的相对位移尽可能地坚固，将齿轮的齿面形貌修形，例如由于运行载荷或由于相邻部件如轴承、轴、壳体部件或类似部件的公差可能会发生这种相对位移。这些齿面修型是有意偏离理论上确切的齿面几何形状。

典型的齿修型例如是又称宽度鼓形修形的齿向鼓形修形(longitudinalcrowning)、又称高度鼓形修形的齿廓鼓形修形(profile crowning)、齿廓角修型、斜角或螺旋角修型、扭曲或交错、修缘和修根。

有齿向鼓形修形的直齿锥齿轮可以在非连续滚轧方法中使用圆盘状磨具来产生。磨具半径可以选择为这里相对于齿宽非常大，以便只导致齿根基部轻微偏离直线。为在直齿锥齿轮上产生齿向鼓形修形，切削面和圆盘形磨具可以布置成相对于工件倾斜一空心锥角，以便切削面形成空心锥内表面的一部分。

图1A和图1B以透视图示出用圆形磨具1进行非连续生成磨削的现有技术，该磨具的切削面3没有倾斜或不具有空心锥。如果使用这样的磨具1通过非连续生成磨削来机加工待磨削的直齿的齿5，则在齿5的齿面7上产生直的齿面线9，因为磨具1和齿面7之间的线接触对于每个滚轧位置都是一条直线，其中图1B以示例性和示意性的方式示出针对一滚轧位置的单一齿面线9的接触。因此，齿面7没有齿向鼓形修形。

图2A和图2B以透视图示出用圆形磨具11进行非连续生成磨削的现有技术，该磨具的磨削面13是倾斜的或具有空心锥，如图中用角度21示意表示的。如果使用这样的磨具11通过非连续生成磨削来机加工待磨削的直齿的齿15，则在齿15的齿面17上产生弯曲的具有齿向鼓形修形的齿面线19，因为磨具11和齿面17之间的线接触对于每个滚轧位置是椭圆的一部分，其中图2B以示例性的和示意性的方式示出对于一滚轧位置的单一齿面线19的接触。因此，齿面17具有齿向鼓形修形。

具有齿向鼓形修形的直齿锥齿轮通常使用不可修整的CBN磨具来进行磨削。例如，不可修整的CBN磨具有由钢制成的主体，其覆以CBN晶体。缩写CBN来自于英文术语"cubicboron nitride"，德文是"kubisches Bornitrid"。

在用不可修整的CBN磨具机加工锥齿轮的范围内，待制造的一系列中的每个锥齿轮总是使用相同的磨具几何形状和工艺运动学进行机加工，因为在机加工待制造的锥齿轮系列的过程中，不可修整的CBN磨具的直径或整体几何形状与可修整磨具相比没有变化，因为没有发生任何修整程序。因此，使用这种不可修整的CBN磨具生产的直齿锥齿轮总是具有相同的最终几何形状。

可以在直齿锥齿轮上通过上述方式使用不可修整的CBN磨具来产生齿向鼓形修形，其中切削面具有空心锥角(参见图2A和图2B)。一系列的所有直齿锥齿轮在这里都具有相同的齿向鼓形修形和相同的隙底曲率半径。这种不可修整的CBN磨具性能非常好，但生产成本高，而且不能灵活使用。因此，如果例如要产生偏离以前使用的非修整CBN磨具上可用的高度鼓形修形的高度鼓形修形，就必须生产新的非修整CBN磨具。

发明内容

在此背景下，本发明基于如下技术问题：提供一种方法，该方法能使具有齿向鼓形修形的直齿锥齿轮的生产更具成本效益。

上述技术问题通过权利要求1中所述的方法得以解决。本发明的进一步实施方式源于从属权利要求和以下的描述。

根据本发明，提供一种方法，所述方法具有以下的方法步骤：磨削锥齿轮，其中各锥齿轮具有待磨削的直齿，其中用圆盘状的磨具以预定滚比通过非连续生成磨削来进行磨削，其中在磨削期间在各锥齿轮的直齿的齿上滚轧的磨具的切削面形成空心锥内表面一部分，并且其中通过用形成空心锥内表面一部分的切削面进行磨削，在各锥齿轮的各直齿上产生各齿向鼓形修形。该方法的特征在于，磨具是可修整的磨具，对磨具进行修整。

申请人的研究已表明，在非连续滚轧方法中，使用可修整的磨具，而不是使用不可修整的CBN磨具，也可以生产出质量令人满意的具有齿向鼓形修形的直齿锥齿轮。根据本发明，具有齿向鼓形修形的直齿锥齿轮因此可以用可修整的磨具以有效和经济的方式生产。

当在本案中提到非连续生成磨削时，其在这里指的是相继地机加工各锥齿轮的各个齿的一种磨削方法。与直齿轮领域中已知的成形磨削不同的是，在非连续生成磨削中，齿形或齿面是通过磨具和工件(此处为锥齿轮)之间的耦合滚轧运动产生的，在已知的成形磨削中，磨具的轮廓形状匹配待生成的齿隙的形状，这也是一种非连续方法。

当在本案中提到可修整的磨具时，其在这里例如指的是陶瓷结合磨具。或者，可修整的磨具也可以例如是具有合成树脂结合剂的磨具。可修整的磨具可以例如包括以下一种或多种磨料颗粒材料：石英、刚玉、金刚砂、石榴石、金刚石、立方氮化硼(CBN)或碳化硅。

根据本发明，提出锥齿轮中的至少一个第一锥齿轮用可修整的磨具在修整前进行磨削，锥齿轮的至少一个第二锥齿轮用可修整的磨具在修整后进行磨削，其中在修整可修整的磨具期间，磨具的半径通过修整从第一半径减小到第二半径，其中形成空心锥内表面一部分的磨具切削面在修整前倾斜第一空心锥角，在修整后倾斜第二空心锥角，其中齿向鼓形修形的曲率半径在修整前和修整后都是恒定的，其中，适用以下规则：

其中r₀₁为磨具的第一半径，r₀₂为磨具的第二半径，γ₁为第一空心锥角，以及γ₂为第二空心锥角。

因为齿向鼓形修形的曲率半径规定为在修整前后是恒定的，所以空心锥角与磨具的减小半径相适应。

可以设置通过磨削产生的第一锥齿轮的直齿的齿向鼓形修形的修形量(absolutevalue)与通过磨削产生的第二锥齿轮的直齿的齿向鼓形修形的修形量相一致。

当在本案中提到齿向鼓形修形(longitudinal crowning)时，其在这里指的是齿面线偏离非齿向鼓形修形的直的齿面线，特别是在锥齿轮的节锥处，其中，这种齿向鼓形修形的修形量对应于在节锥处在各锥齿轮的直齿的齿的齿尖或齿根区域中弯曲的齿面线离非齿向鼓形修形的直的齿面线的最大距离。

根据该方法的一实施方式，可以设置第一锥齿轮的直齿的隙底曲率半径大于第二锥齿轮的直齿的隙底曲率半径。申请人的研究已表明，根据该方法的前述实施方式生产的直齿锥齿轮，尽管修整后直齿隙底曲率半径发生了变化，但仍符合使用行为的所有要求，特别是载荷能力。由于在修整前和修整后都要在待生产的直齿锥齿轮上产生就修形量而言保持一致的齿向鼓形修形，因此隙底中曲率半径的变化不需要通过复杂的机器运动学例如钟摆运动或类似运动来平衡，而可以在第二锥齿轮上保持不变。

可以设置第一锥齿轮的齿向鼓形修形的形状与第二锥齿轮的齿向鼓形修形的形状不同。即，尽管在修整前后在齿面上产生了相同修形量的齿向鼓形修形，但在修整前后各自产生的齿面线的形状可以偏离，其中修整前后的齿面线彼此偏离小于3微米或小于1微米。由于空心锥角，相对于要生成的齿面，旋转磨具的一点在椭圆路径上移动。由于修整，磨具半径因此改变，空心锥角改变，对于修整后相对运动产生了不同的椭圆路径，例如，它可以偏离修整前的椭圆路径不到2微米或不到1微米。然而，从质量上看，在锥齿轮的齿上产生了同样的齿向鼓形修形，这也是使用不可修整的磨具会产生的。因此，在修整前和修整后，可以通过可修整的磨具制造具有统一质量的齿向鼓形修形。

可以设置，通过修整调整磨具的刀刃角和/或在修整后调整磨具和第二锥齿轮之间的预定滚比，其中在修整前后，在第一和第二锥齿轮上产生相同的锥齿轮齿啮合角。

可以设置，通过修整以第一倾斜角与第二倾斜角的差值调整磨具的刀刃角，其中在修整前后，在第一和第二锥齿轮上产生相同的锥齿轮齿啮合角。特别是这里在修整前和修整后，滚比可以保持相同。

根据该方法的一实施方式，可以设置各锥齿轮的各直齿的右侧齿面在第一进给中利用第一机器设置进行机加工，各锥齿轮的各直齿的左侧齿面在第二进给中利用第二机器设置进行机加工。特别是，用于右侧齿面和左侧齿面的机器设置可以是"镜像"的。

可以设置磨具半径相当于锥齿轮齿的齿宽的至少3倍、至少5倍或至少10倍。

优选的是，锥齿轮和磨具之间沿齿宽没有发生任何的相对行程运动。特别是没有进行任何摆动行程。

附图说明

下文将基于图示示例性实施方式对本发明进行更详细描述。在各示意图中：

图1A示出直齿的一个齿和没有内空心锥的磨具；

图1B示出使用根据图1A的磨具在根据图1A的齿上生成无齿向鼓形修形的直的齿面线；

图2A示出直齿的一个齿和具有内空心锥的磨具；

图2B示出使用根据图2A的磨具在根据图2A的齿上生成带有齿向鼓形修形的齿面线；

图3以截面图示出直齿锥齿轮，其中示出圆盘状磨具的一细部；

图4以进一步的截面图示出图3中的锥齿轮和磨具；

图5示出一个齿的齿向鼓形修形；

图6示出图4中的布置，并标明齿向鼓形修形的曲率半径和空心锥角；

图7示出在齿向鼓形修形的预定曲率半径下磨具半径与空心锥角之比；

图8示出在修整磨具前的第一锥齿轮和磨具；

图9示出在磨具修整后的第二锥齿轮和磨具；

图10示出修整前和修整后的齿向鼓形修形；

图11示出根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

为更好地理解下面的解释，图3中，在工件上使用了直角坐标系x-y-z。显然，所描述的尺寸和运动也可以用其他坐标系或参考系表示。

图3示出直齿锥齿轮2和圆盘状磨具4的一细部。磨削是通过非连续生成磨削进行的。这里，例如，锥齿轮2围绕Z轴的工件旋转与磨具4的运动相叠加，磨具的运动相当于虚拟发生冠轮的齿的运动，从而圆盘状磨具4和直齿锥齿轮2以已知的方式在彼此上滚轧。在此过程中，磨具4围绕磨具旋转轴线6旋转。

由于磨削，在锥齿轮4的直齿12的各个齿10的隙底8中产生了曲率半径。沿齿宽B没有发生任何摆动行程。隙底曲率半径基本上对应于圆盘状磨具4的外半径r，并在成品锥齿轮2上保持。

通过磨削，在锥齿轮2的直齿12上产生齿向鼓形修形(图4，图5)。图4示出在一平面中的截面，其具有根据图3所示的半径r和轴线6。如图5所示，这里，齿向鼓形修形的修形量L是齿10的齿面线14距离直线G的最大偏差，该图5示意性地表示了根据图3的截面III-III并示出沿齿宽B的齿向鼓形修形L。直线G在这里示例地表示例如在对应于截面III-III的锥齿轮2的节锥高度处的直的非齿向鼓形修形的齿面线。最大偏差通常位于齿10的齿尖20或齿根22的区域中(图3)。

磨具的切削面16以空心锥角γ相对于锥齿轮2旋转而产生齿向鼓形修形L。图6和图7示出对于齿向鼓形修形的预定曲率半径r_kr，空心锥角γ与磨具4的半径r₀之间的基本关系。切削面16形成空心锥内表面的一部分16，其中相应的空心锥18在图6中用虚线指示。与图6相比，图7中角度已经改变，以便缩小图7的图示。

磨具4是一种可修整的磨具4。

根据所述方法，使用磨具4生产多个锥齿轮2，其中磨具4的修整是在锥齿轮2的机加工之间进行的。因此可以设置机加工所述多个锥齿轮2中的第一数量的锥齿轮，然后对磨具4进行修整，随后使用修整后的磨具4机加工所述多个锥齿轮2中的第二数量的锥齿轮等。因此，在机加工所述多个锥齿轮2的过程中可以对磨具4进行反复修整。

在本情况中，锥齿轮2中的至少一个第一锥齿轮2'用可修整的磨具4在修整前磨削，锥齿轮2中的至少一个第二锥齿轮2用可修整的磨具4在修整后磨削(图8、图9)。

在可修整的磨具4的修整过程中，磨具4的半径通过修整从第一半径r₀₁减小到第二半径r₀₂。

形成空心锥内表面一部分16的磨具4的切削面16在修整前倾斜第一空心锥角γ₁，在修整后倾斜第二空心锥角γ₂。

齿向鼓形修形的曲率半径r_kr在修整前后是恒定的，从而在修整前后基本上产生相同的齿向鼓形修形。

以下规则适用：

其中r₀₁为磨具的第一半径，r₀₂为磨具的第二半径，γ₁为第一空心锥角，γ₂为第二空心锥角。

空心锥18'和18"在图8和图9中每种情况下都示出，它们都是由切削面16朝向旋转轴线6延伸而产生的。

为补偿随着每次修整程序磨具半径减小的情况，因此在本例中，磨具4朝锥齿轮2的方向以递减半径枢转，即空心锥角减小，从而基本上仍然可以产生相同的齿向鼓形修形。

进一步的修整程序可以按照相同的模式进行，其中空心锥角γ₃、γ₄、γ₅......可以对应于通过修整减小的半径r₀₃、r₀₄、r₀₅......而产生。

修整时以第一倾斜角γ₁与第二倾斜角γ₂之差值减小磨具4的刀刃角α₁，从而修整时修整了磨具的刀刃角α₂，使得在修整之前或之后，在第一和第二锥齿轮2'、2"上产生相同的锥齿轮齿啮合角。

因此导致了根据本发明的方法的序列例如如下：在第一方法步骤(a)中，使用磨具4机加工一个第一锥齿轮2'或多个第一锥齿轮2'，其中磨具4具有第一半径r₀₁并且第一空心锥角γ₁被预先确定以产生具有曲率半径r_kr的齿向鼓形修形。磨削是在非连续生成磨削中进行的，从而两个齿面是在顺序进给中相继地机加工而成的。

各锥齿轮2'的各直齿的右侧齿面在第一进给中使用第一机器设置进行机加工，各锥齿轮2'的各直齿的左侧齿面在第二进给中使用第二机器设置进行机加工。

随后，在方法步骤(b)中，对磨具4进行修整，其中修整以如下方式进行：修整后在方法步骤(c)中使用修整后的磨具4产生一个或多个第二锥齿轮2"，修整后的第二锥齿轮的齿向鼓形修形与修整前的齿向鼓形修形基本一致。

为此，在设计修整程序中，曲率半径r_kr被规定为常数，而空心锥角γ₂则使用上述规则

根据减小的半径r₀₂进行调整。由磨削产生的第一锥齿轮2'的直齿的齿向鼓形修形的修形量L与由磨削产生的第二锥齿轮2"的直齿的齿向鼓形修形的修形量相对应。

第一锥齿轮的齿向鼓形修形的形状可以不同于第二锥齿轮的齿向鼓形修形的形状。这在图10中得到说明。在修整前，切削面16的一点相对于待磨削的齿面移动，例如沿椭圆E1移动，而在修整后沿椭圆E2移动。

根据修形量得到相同的齿向鼓形修形，因为在这两种情况下，沿齿宽B的最大距离都是L。然而如放大的细节Z所显示的，齿面线的形状相互间极小地偏差。可以数学上计算出的这种偏差通常在低的个位数微米范围内移动，或小于1微米，从而在通常的制造公差的背景下，这种偏差可以忽略不计。

Claims

1.一种方法，所述方法具有以下的方法步骤：

-磨削锥齿轮(2，2'，2")，

-其中各锥齿轮(2，2'，2")具有待磨削的直齿(12)，

-其中用圆盘状的磨具(4)以预定滚比通过非连续生成磨削来进行磨削，

-其中在磨削期间滚轧各锥齿轮(2，2'，2")的直齿(12)的齿(10)的磨具(4)的磨削面(16)形成空心锥内表面一部分(16)，并且

-其中通过用形成空心锥内表面一部分(16)的切削面(16)进行磨削，而在各锥齿轮(2，2'，2")的各直齿(12)上产生各齿向鼓形修形，

-其中磨具(4)是可修整的磨具(4)，对磨具进行修整，

-其中锥齿轮(2)中的至少一个第一锥齿轮(2')用可修整的磨具(4)在修整前进行磨削，并且

-其中锥齿轮(2)的至少一个第二锥齿轮(2')用可修整的磨具(4)在修整后进行磨削，

-其中在修整可修整的磨具期间，磨具(4)的半径通过修整从第一半径(r₀₁)减小到第二半径(r₀₂)，

-其中形成空心锥内表面一部分(16)的磨具(4)的切削面(16)在修整前倾斜第一空心锥角(γ₁)，在修整后倾斜第二空心锥角(γ₂)，

-其中齿向鼓形修形的曲率半径(r_kr)在修整前和修整后都是恒定的，以及

-其中适用以下规则：

其中r₀₁为磨具的第一半径，

r₀₂为磨具的第二半径，

γ₁为第一空心锥角，以及

γ₂为第二空心锥角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过磨削产生的第一锥齿轮(2')的直齿(12)的齿向鼓形修形的修形量(L)与通过磨削产生的第二锥齿轮(2')的直齿(12)的齿向鼓形修形的修形量(L)相一致。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一锥齿轮(2')的直齿(12)的隙底(8)曲率半径大于第二锥齿轮(2")的直齿(10)的隙底(8)曲率半径。

4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，第一锥齿轮(2')的齿向鼓形修形的形状与第二锥齿轮(2")的齿向鼓形修形的形状不同。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-通过修整调整磨具(4)的刀刃角(α₁，α₂)和/或在修整后，调整磨具(4)和第二锥齿轮(2")之间的预定滚比，

-其中在修整前和修整后，在第一锥齿轮(2')和第二锥齿轮(2")上产生相同的啮合角。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-通过修整以第一倾斜角(γ₁)与第二倾斜角(γ₂)的差值调整磨具(4)的刀刃角(α₁，α₂)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-各锥齿轮(2'，2")的各直齿(10)的右侧齿面在第一进给中利用第一机器设置进行机加工，以及

-各锥齿轮(2'，2")的各直齿的左侧齿面在第二进给中利用第二机器设置进行机加工。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，锥齿轮(2，2'，2")和磨具(4)之间沿齿宽(B)没有发生任何的相对行程运动，特别是没有进行任何摆动行程。