CN1505552A - 锥齿轮加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种用来加工直齿锥齿轮(1)的方法，至少一部分齿侧面用一盘铣刀(2)进行铣削，左齿侧面在不同于右齿侧面的时间内进行铣削，要被加工的锥齿轮(1)在一左齿侧面的铣削过程和一右齿侧面的铣削过程之间旋转一个角度，所述锥齿轮的铣削过程期间，盘铣刀的轴线倾斜角保持不变，所述角度不是基圆节距α的倍数。

Description

锥齿轮加工方法
本发明涉及一种用来加工锥齿轮的方法，尤其是一种用于锥齿轮铣削和锥齿轮磨削的方法。
图1显示一种用单齿铣刀加工锥齿轮的已知方法。在使用这种方法的情况下，铣削齿同时切削两个齿侧面。然后齿轮或铣头转一个等于在两个相邻齿接触点之间齿距的角度α，并切削下面两个齿侧面。
尽管这种方法快捷，它不能保证支承面的良好质量。因此根据这种方法制成的锥齿轮噪声大而且效率低下。
于是已有建议，用一种改进刀具单独地铣削每个齿侧面。图2和图3就描述一种不仅在外直径而且在内直径处产生正确齿廓的一种相应的已知方法。
这种方法使用两把刀具或者一把具有两个切削刃的刀具2。其第一刀具(相当于刀具2的第一刃)铣削左齿侧面，而右侧面用第二刀具(相当于刀具2的第二刃)进行铣削。所有齿侧面沿着接触路径相继地被切削。已经用这种方法在加工具有小或大尺寸齿距的锥齿轮。
这种方法只能用于允许齿轮刀具轴线倾斜δ0的特殊铣床。然而这种机床是缓慢、昂贵和复杂的。
用来生成具有隆起齿侧面锥齿轮的另一种方法已在专利DE-C1-4122459中得到描述。
因此，本发明的一个目标是提出一种经过改进的新锥齿轮加工法，尤其是一种经过改进的新锥齿轮铣削方法和锥齿轮磨削方法。
本发明的另一个目标是提供一种新的锥齿轮铣削方法，而且该方法也能用于齿轮刀具轴线不能倾斜的廉价铣床。
本发明的又一个目标是提供一种新的锥齿轮铣削方法，读方法在无损于支承面质量的情况下比已知方法更加快捷。
本发明的又一个目标是提供一种用来实施该方法的新刀具，尤其是新铣头、新磨削盘和新控制程序。
根据本发明，这些目标尤其是通过独立权利要求的特征来完成。而且在从属权利要求和在说明书中描述多个更加有利的实施例。
特别是，这些目标以用一把盘铣刀单独地铣削每个齿侧面的方式来完成。每个齿侧面沿接触路径并且在中心区精确地被铣削。齿轮齿的底面沿着节距圆具有相同的深度。在至少一个左齿侧面的铣削过程和至少一个右齿侧面铣削过程之间，被加工锥齿轮旋转一个角度，该角度不是两个相邻齿接触点之间的齿距α(基圆节距)的倍数。在铣削所述齿轮期间盘铣刀的轴线倾斜角保持不变。
本发明的一个优点为：能自动地输入一台CNC机床从而可以重复机床操作。
本发明的另一个优点为：能获得高生产率，而且盘铣刀的使用寿命长。
本发明的又一个优点为：能选择最经济有效的齿长。
本发明的又一个优点为：齿支承面能修正长度上隆起面和深度上隆起面以便获得最经济有效的运转特性。
下面借助于附图更详细地描述本发明的几个最佳实施例，附图中：
图1显示根据一种已知方法的铣削过程，该方法使用一把具有倾斜角γ的单齿铣刀；
图2和图3显示根据一种已知方法的铣削过程，所述方法使用一单头双刃铣刀或者具有倾斜角γ的一把单或多头多刃铣刀。
图4和5显示使用一把根据本发明的盘铣刀的本发明方法。
图6显示一把根据本发明的盘铣刀。
图7显示在锥齿轮内圆处和外圆处的渐开线对比。
图8显示加工后锥齿轮的横截面。
图9显示加工后锥齿轮的两个齿。
图10至12显示该工作件的旋转运动ΔC以及在一左齿侧面铣削过程和一右齿侧面铣削过程之间的铣头轴向位移±ΔY/2。
图13显示通过一轴向运动ΔYk和一旋转运动ΔCk的必需的齿廓修正(渐开线)。
图14显示通过一个轴向运动ΔXk的必需的齿廓修正(渐开线)。
图15图解地显示一个长度上隆起齿。
图16和17图解地显示在该长度上隆起齿的齿支承效果。
而图18图解地显示一个深度上隆起齿。
尽管本说明书专门描述一个锥齿轮的铣削过程，本领域技术人员会理解，使用相同的机床也可实施类似的步骤以便磨削铣削后的锥齿轮。
作为本发明方法基础的原理是：每个齿侧面单独地形成，正如图2和3方法一样。然而，不是用两把刀具或者用多刃刀具，例如一把双刃刀具，而是使用如同图6所示的本发明盘铣刀2来铣削工件。
第一步如图4所示，沿着节距圆相继地铣削工件的所有左侧面，在此同时工件1每次旋转基圆节距α(即相邻两个齿的接触点之间的节距)或者多个基圆节距(借助于主轴箱的中心轴线旋转)。一旦铣完所有的左侧面，工件旋转一个不是α倍数的预先确定角度，以便用盘铣刀2的另一侧铣削右侧面(图5)。
本领域技术人员会理解，首先加工所有右侧面然后是左侧面也是可以的。还可以按任何随意的顺序铣削左和右侧面。
用这种方法，齿底沿节圆具有不变的深度；支承面和运转特性良好。齿长能根据符合需要的节距尺寸进行选择。已用例如直至四分之一锥距的齿长做过多次试验。
然而，用一把成形刀具不可能在外和内锥齿轮直径之间产生多条完全理想的渐开线。图7中描述了在内(小)和外(大)基圆直径处的渐开线曲率半径的差别。曲线ma表示外渐开线，而曲线mi表示内渐形线。
为了获得最佳支承面和良好的齿轮啮合(根据节距尺寸)，必需调整齿形角。根据本发明，这种修正在不调整成形刀具2的情况下就能完成，只要通过锥齿轮围绕中心轴线的一个角度偏移和/或通过盘铣刀沿着Y轴线移过距离ΔY的一同时轴向位移即可。
图8显示一个加工后锥齿轮1的横截面，该齿轮的两个齿已被放大并表示在图9和10之中。齿长用参考符号L1标出，而锥距显示为参考符号L，δf为底角，δk为顶角，而δo为角节距。内节距尺寸为mi，外节距尺寸为ma，而圆周节对应于Pe。
左侧面在工件轴线处于位置14(位置0)和盘铣刀处于轴向位置-ΔY/2的第一阶段(图11)状态下被铣削。工件1的角度位置是kα-ΔC/2，此处α为基圆节距而k为任何整数。在铣削每个齿侧面之后，工件旋转一个角度α；盘铣刀2保留在相同的轴向位置-ΔY/2。
一旦所有的左侧面铣削完毕，盘铣刀2的轴线24移位到轴向位置+ΔY/2。工件轴线14保留在位置0。在此同时，工件旋转一角度nα+ΔC(n为任何整数)以便加工右齿侧面。角度ΔC最好对应于基圆节距α的一半。而距离ΔY最好等于在参考圆ma内的铣削头部齿宽。
如同在图11和12其余部分中可以看到的那样，在该参考圆中的本发明盘铣刀齿宽小于基圆节距ma×π的一半，因此在铣削刃和未加工工件侧面之间形成一间隙X。盘铣刀的节距尺寸与锥齿轮1外直径的节距尺寸相对应；铣削头部的渐开线由ma确定。对于每个节距尺寸来说，使用一把确定的盘铣刀，该铣刀最好具有一个按照DIN867的基本齿条齿轮廓。盘铣刀可用例如高速钢(HSS)或硬金属(HM)制成，根据被铣削材料的性能加以选择。
这种方法的优点为：在铣削过程期间盘铣刀轴线的倾斜度保持不变；例如盘铣刀轴线保持垂直。因此这种方法也能用于标准铣床。
为了保证在整个齿长上的几乎完美的渐开线，成形刀2在机床上的位置必需进行修正。为此，必需执行一个附加的轴向运动ΔYk和一个附加的旋转运动ΔCk(例如1.5°)，如图13所示。
轴向运动ΔYk与y1-y2有关，此处
y1＝sinα/4×do/2
而y2＝sin(α4-ΔCk)×do/2
因此，一旦选定必需的旋转修正量ΔCk，轴向修正量ΔYk就能确定。
为了保证一正确的渐开线，如同在图14中能看出的那样，在一本发明优选实施例中还进一步实现一X轴线的小附加运动ΔXk。在齿底处直径为df情况下，具有：
df/2-ΔXk＝ cosα×df/2，
因此ΔXk＝df/2-cosα×df/2，
使用锥齿轮期间，在中等和高速(旋转速度，每分钟转数)情况下有时能觉察到运转噪声。其原因在于由于齿轮轴线移位(倾斜支承)的组装误差和在齿顶区域内的不良的滚动性能。
为了解决这个问题，齿最好铣成长度上隆起面和/或深度上隆起面形式。由于齿廓方位的这些修正，可以优化轮齿接触面、运转噪声和受力齿使用寿命。
在图15中显示一高度夸大的长度上隆起齿。其长度上隆起面是通过工件中心轴线C以不变的进给率沿着轴线Z和X的附加旋转运动完成的。因此轮齿接触面的位置能借助于铣削程序用控制中心轴线的方法进行控制。
图16显示两个锥齿轮齿的齿轮啮合，圆锥产生点100位于中间高度处。在图中下部可以看到，轮齿接触面102正好位于齿的中部。
图17显示锥顶101从中心偏离开的情况。轮齿接触面103也移位，但由于深度上隆起面仍保持在一个安全区域中。
最好用调节盘铣刀的方法修正顶部，如图18所示。
为了获得良好的滚动性能，最好在齿轮切削机床上对于不同齿数所需的不同渐开线齿廓进行修正。按照这种方法，可考虑不同的节圆直径。
本领域技术人员会理解，在铣削过程中通过中心轴的连续旋转和沿着Y轴的位移，就能实施附加的齿廓修正。同样，对于加工特殊锥齿轮，例如具有非45°锥角齿轮的铣削过程期间可实施锥齿轮铣头沿着X轴和/或Z轴的位移。
由于读本发明方法，锥齿轮可在同一机床上铣削和精加工。为此，用一个磨削盘代替盘铣刀。
除了使用本方法获得多种可能之外，可以将具有用于这种方法的软件程序的数据载体(例如磁性和/或光学媒介载体)商品化，所述软件程序能在铣床(例如型号为100CNC、7500CNC或9500CNC的滚齿机)中用数据处理装置(例如用一种商标为Famuc 16i的控制系统)执行。还可将刀具其中包括将改进的盘铣刀和磨削盘商品化。

Claims (16)

1.一种用来加工具有一基圆节距α的锥齿轮(1)的方法，其特征在于，
至少一部分齿侧面用一盘铣刀(2)进行铣削，
左齿侧面在不同于右齿侧面的时间内进行铣削，
将要加工的锥齿轮(1)在至少一左齿侧面的铣削过程和至少一右齿侧面的铣削过程之间旋转一预先确定的角度(ΔC)，
所述角度(ΔC)不是α的倍数，
2.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，ΔC与所述基圆节距(α)的一半相对应。
3.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述锥齿轮(1)的铣削过程期间，所述盘铣刀的轴线倾斜角保持不变。
4.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述锥齿轮(1)的铣削过程期间，所述盘铣刀的轴线保持垂直。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在一第一步骤中铣削全部所述左齿侧面，其中所述被加工锥齿轮(1)旋转所述角度(ΔC)，而全部所述右齿侧面在一第二步骤中进行铣削。
6.如前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一第一步骤中铣削全部所述右齿侧面，其中所述被加工锥齿轮(1)旋转所述角度(ΔC)，而全部所述左齿侧面在一第二步骤中进行铣削。
7.如前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述锥齿轮(1)的每个间隙相继地进行铣削。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述铣削过程之间所述盘铣刀(2)轴向位移一距离ΔY。
9.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述距离ΔY等于在参考圆ma内的铣刀头齿宽。
10.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述齿侧面轮廓通过所述被加工锥齿轮的旋转运动ΔCk和/或通过指出的盘铣刀的轴向运动ΔYk来修正。
11.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述齿侧面轮廓通过所述被加工锥齿轮的一位移ΔXk进行修正。
12.如前述权利要求10到11之一所述的方法，其特征在于，所述齿通过所述被加工锥齿轮的中心轴线的一附加角位移加工成长度上隆起形。
13.如前述权利要求10到12之一所述的方法，其特征在于，所述齿通过在齿顶区域内调整所述盘铣刀进行修正。
14.如前述权利要求10到13之一所述的方法，其特征在于，所述齿的轮齿接触面通过所述铣头的一附加轴向位移以及工件的一附加旋转运动而优化。
15.一种数据载体，其中储存一软件程序，该软件程序可由在一台铣床内的数据处理装置来执行，以便实施如前述权利要求之一的方法。
16.用来加工具有一外节距尺寸ma的锥齿轮的盘铣刀，其特征在于，所述盘铣刀的所述节距尺寸与所述锥齿轮外直径的所述节距尺寸相对应，而且在所述参考圆内的所述铣头齿宽小于ma×π/2。
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