CN1701884A - 加工齿轮的可变比方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工齿轮或者其它带齿的机件的方法，其中工件的进给速率和/或刀具的移动是变化的，从而在齿面上产生一不规则的表面接触斑迹，于是导致啮合噪音的降低。本方法尤其可适用于借助于一磨削蜗杆来磨削正齿轮和/或斜齿轮。

Description

加工齿轮的可变比方法
本申请要求对于2004年5月26日提交的美国临时专利申请60/574,445的优先权。
技术领域
本发明关于加工齿轮的方法，尤其是正齿轮和斜齿轮的磨削，以提高运行性能，诸如啮合噪音的降低。
背景技术
降低啮合噪音是所有类型的齿轮(例如，正齿轮、斜齿轮、锥齿轮、准双曲面齿轮、冕状齿轮)制造业的一个不断前进的目标。已经提出了利用包括在热处理之后的一珩磨工艺在内的方法来降低齿轮啮合运行中的噪音，如同在Praeg等人的美国专利2,942,389以及其它地方所揭示的那样。在珩磨之后的一种进一步的抛光工序以提高表面光洁度已在Tersch的美国专利3,909,990中讨论过。
用不同的抛光工艺来抛光一个齿轮副的每个构件以降低齿轮噪音是由Klingelnberg的美国专利6,481,307揭示的，在那里在一尝试中一个构件利用珩磨加以抛光，而其它的构件则利用磨削加以抛光，以便产生在各自的齿轮副构件的齿面上具有不同方位的类似擦伤的机械加工痕迹或微细条痕。德国专利号DE3826029类似地揭示了在通过磨削一齿轮副的一个构件然后磨其它构件以降低啮合噪音的一尝试中应避免相同的表面结构。
发明内容
本发明对准加工齿轮或其它有齿的机件的一种方法，其中，工件的进给速率和/或刀具的移动是有变化的，从而在导致降低啮合噪音的情况下在齿面上产生一不规则的齿面接触斑迹。
附图说明
图1用图解的方法说明了可以在其上实施本发明方法的一种型式的磨床。
图2是可以改变的进给速率的一种图示。
图3表示被分成多个部分的一行程长度。
图4用图解说明在图3中所示的磨削行程长度的连续部分中提供一不同的进给速率的一个实例。
图5用图解说明改变图3的每个部分中的进给速率，其中的改变利用一正弦波描述。
图6用图解说明改变图3的每个部分中的进给速率，其中的改变利用一斜坡函数(ramped function)描述。
图7用图解说明改变图3的每个部分中的进给速率，其中的改变利用一阶跃函数(step function)加以描述。
图8用图解说明改变图3的每个部分中的进给速率，其中的改变利用每个部分中的一一不同的函数加以描述。
图9表示一可变的移动速率的图示。
图10用图解说明改变一砂轮移动范围的每个部分中的移动速率的一个实例。
具体实施方法
现在就较佳的实施例来讨论本发明，较佳的实施例只是通过举例的方法来表示该发明。发明的工艺将根据借助于磨削蜗杆来磨削正齿轮和斜齿轮的较佳的实施例加以讨论，尽管可以利用其它的加工方法以及可以根据本发明所描述的方面来加工各种类型齿轮的其它型式。
加工齿轮的工艺，尤其是磨削工艺，有一种在齿侧表面上产生一显微镜精度的有规则齿面接触斑迹的倾向，通常在纵向上在一定的操作条件下据信是当这类齿轮在啮合运行时产生噪音的原因。本发明的方法可以在能够控制一刀具(例如，车有螺纹的砂轮也被称为磨削蜗杆)横过一工件的齿面的相对进给和/或一工件沿着砂轮的相对移动的一的任何机床上加以实施。这种型式的机床通过纽约的Gleason Works，Rochester，以及其它的供应商可以得到。在图1中示出了这种型式的一种机床。
图1表示适用于磨削正齿轮和斜齿轮的一种机床并且包括一床身1，在其上配置了一可沿X方向移动的径向滑座2移动以及一沿Y方向移动动的正切方向的滑座3。
轴向滑座4可以沿Z方向移动。轴向滑座4通过其线性导板而与旋转滑座5连接起来。轴向滑座4借助于这个旋转滑座就能够沿A方向旋转，并且由于旋转滑座5与正切方向的滑座3相连接因而能够沿Y方向移动。
工件主轴6及其传动装置被放置于轴向滑座4的内部。工件主轴6夹住一工件(未示出)。
径向滑座2携带刀具主轴(未示出)、作为一种圆筒状的磨削蜗杆成为一体的刀具7以及刀具传动装置8。径向滑座又携带底座以便接收一个传统的修整装置(dressing device)。这样的一类修整装置由例如一个或一个以上带有轴承和传动装置的涂覆金刚石的修整盘(未示出)组成。有利地，修整盘的轴平行于磨削蜗杆7的旋转轴运行。
修整装置利用一个U形滑座9可以沿U方向(平行于X)移动，以及利用V形滑座10沿V方向(平行于Y)移动。
图1中的机床包括一个计算机控制系统，该系统根据输入至机床控制器内的指令来调节上述部件的操作，例如一计算机数字控制(CNC)系统，诸如160i-B型Fanuc(富士通)或者840D型Siemens(西门子)之类。
图2用图解说明本发明的一个实施例，其中，当砂轮沿齿面的齿宽而过的时候，砂轮相对于工件的进给速率(进给方向沿着图1中的Z轴)是沿着砂轮的行程方向而变化的。图2用图解说明一进给速率沿着行程长度的一种正弦曲线的描述，在那里对于一给定的齿轮来说在跟一正常的(恒定的)进给速率(水平线)比较时能够看到它，发生改变的进给速率首先以改变量增加，接着以改变量减少。该正弦波的振幅和频率可以沿着行程长度而发生变化。在图2中示出了一单个波。这样一种进给速率的作用在于磨削微细擦痕的间距将是沿着齿面的齿宽呈不规则的。应当理解：该进给速率不局限于利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直线加以描述，这些直线在沿着行程长度相对于图2中所示的水平的正常进给速率线的方位发生变化。
本发明的另一个实施例包括将砂轮相对于齿宽的行程长度分成一预定数量(l至n)的诸部分，从而调节或改变每个部分中的进给速率(FR)。例如，在图3中，行程长度已被分成为六个部分(FR1-FR6)。图4用图解说明一工艺，其中每个部分中的进给速率(FR1-FR6)是利用不同于前面部分的一量加以改变的。例如，部分FR1的进给速率在特定的作业中相对于一正常的恒定的进给速率FRc可以是+5％，在部分FR2中的进给速率可以被调节至FRc的-5％。接触斑迹对于剩余的部分来说可以重复。但是，经过调节的进给速率不必遵循改变的一有规律的接触斑迹。而该进给速率可以从一个部分至另一个部分增或减一任何的百分比。
在图5中示出了一个更佳的实施例，其中在每个部分中的进给速率FR是利用一个正弦波加以描述的。尽管示出了一些具有恒定振幅的正弦波(例如对于每个部分中的FRc为±5％)，在每个部分中的正弦波的振幅不必相等。如同关于整个齿宽的上述讨论的情况(图2)一样，在每个部分中的进给速率不限于利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直线加以描述，这些直线在沿着每个部分中的行程长度相对于水平的正常的进给速率线FRc的方位上发生改变。
图6、7和8用图解说明改变每个部分内的进给速率的补充实例。图6表示对于每个部分中的FRc的最大/最小例如为+5％的情况下由斜坡函数描述的每个部分内的一进给速率。图7用图解说明由阶跃函数描述的每个部分内的一进给速率(例如对于每个部分内的FRc为±5％)，而图8则描述了一个过程，其中不同类型的改变进给速率被施加于每个部分。在所说明的图8的实例中，阶跃函数，正弦波以及斜坡函数适用于各自的连续部分从而在附加的部分内重复了接触斑迹。此外，由例如一个或多个阶跃函数、正弦波和斜坡函数所描述的一改变的进给速率可应用于作为一整体的整个齿宽表面范围，即不是被分成若干部分的情况。
本发明还打算在一工件的磨削过程中改变砂轮相对于该工件的移动速率(移动方向沿着图1中的Y轴)。利用移动以便将一工件暴露至一砂轮的新的或较少被使用的部分，从而实现比较高的金属排除率，因此达到比较快的加工循环时间。在移动过程中，根据上面关于改变进给速率所讨论的那些变化能够调节移动的速率。图9用图解说明了沿着砂轮移动部位一移动速率的正弦曲线描述，其中在跟一正常的(恒定的)移动速率(水平线)的比较中能够看到它，改变了的移动速率首先增加一改变量，接着减少一改变量。正弦波的振幅和频率可以沿着一指定的砂轮移动部分改变。在图9中示出了单个波形。如上所述，这样一种移动速率的作用在于磨削微细条痕的间距沿着齿面的齿宽将呈不规则。另一方面，应当理解：该移动速率不限于利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直线加以描述，这些直线在沿着相对于图9中所示的水平的正常的移动速率线的移动总量的方位上发生变化。
本发明的进一步的实施例包括将砂轮的一移动部分长度分成一预定数量(1至n)的各部分，从而调节或改变每个部分中的移动速率(SR)。图10表示一个砂轮，其中部分P1、P2和P3说明该砂轮的移动范围。移动范围是当一工件受磨削时发生沿其移动的砂轮宽度的一部分。每个部分内的移动速率可加以改变。如注视着砂轮部分P1的分解图，就能够看到P1已被分成四个部分(尽管可以设想诸部分为1至n中的任何数量)，每个部分(SR1-SR4)内的移动速率可改变。
按照关于图4-8类似的方式，在特定的诸部分内的改变了的移动速率可以利用任何直线加以描述，这些直线在相对于水平的移动速率线，即图9或10中所示的SRc、沿着移动部分的长度的方位发生变化。更加可取地，例如，移动速率可以利用如图10中所示的一正弦波加以描述。换句话说，移动速率可以利用不同于前一部分的一量加以改变。例如，就特定的齿轮而言部分SR1的移动速率对于一正常的恒定的移动速率SRc可以是+5％。部分FR2中的移动速率可以调节至SRc的-5％。假若需要，对于剩余的部分可以重复接触斑迹，尽管没有任何专门的接触斑迹需要加以遵循。移动速率还可以利用斜坡函数或阶跃函数加以描述。上述函数的一组合可以利用，其中不同类型的改变进给速率被施加于每个部分。此外，例如由一个或多个阶跃函数、正弦波和斜坡函数所描述的一改变了的移动速率作为一整体可应用描述整个齿宽，即不是被分成若干部分的情况。
应当理解：可以单独地以及通过彼此组合来利用改变进给速率和改变移动速率。此外，例如，一改变的进给速率可以按照正弦方式加以描述，而一个改变的移动速率可以通过改变一恒定移动速率的百分比加以描述。也可预期相反的状况。还进一步地意味着：不管利用其发生改变的方式如何，实施一加工工艺所需的时间量将不会超过利用已知的恒定的进给速率和/或移动速率的工艺加工所必需的时间量。
尽管已经就借助于磨削蜗杆来磨削正齿轮和斜齿轮的较佳实施例讨论了本发明，但是本发明并局限于此。发明的方法可以适用于对正齿轮和斜齿轮的其它抛光工艺，诸如滚齿(或者是预热处理或者是后热处理)以及利用一种滚切型刀具的淬硬修整之类。改变进给速率的方法还可诸如通过借助于一种扩口的杯型砂轮进行磨削或者通过利用一种杯形砂轮的一产生的方法，适用于磨削锥齿轮、准双曲面齿轮以及冕状齿轮。
在就较佳的实施例讨论了本发明时，应当理解本发明不局限于此处的特定状况。本发明打算包括各种改变，这些改变对于熟悉本文主题所属的已有技术的技术人员来说是显而易见的但而不偏离所附的诸权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种加工一工件的方法，该工件具有至少一个齿面，其中，一刀具沿着一进给路径相对于齿面移动，该进给路径在沿着该工件的齿面的一方向上延伸，所述的方法包括：
使齿面和刀具彼此接触并且以一改变的进给速率按照沿着齿面的进给路径的方向相对于工件来移动刀具，从而加工的微细条痕的间距沿着齿面将呈不规则。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，刀具沿着进给路径在一预先确定的行程长度内相对于齿面而移动，以及，其中，沿着该行程长度的一恒定的基准进给速率利用一水平基准线图解地表示，改变的进给速率利用一直线加以描述，该直线沿着行程长度相对于水平基准线的方位发生变化。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变的进给速率利用一正弦波、斜坡函数以及阶跃函数中的至少一个加以描述。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，变化进给速率包括：
限定一恒定的基准进给速率以及限定沿着进给路径的一预定数量的诸部分，以及
移动刀具经过齿的该数量的各部分，同时提供每个部分中与基准直给速率不同的一进给速率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，刀具沿着进给路径经过一预定的行程长度相对于齿面而移动，以及，沿着该行程长度的一恒定的基准进给速率是利用水平基准线图解地表示的，每个部分的改变的进给速率则是利用一直线描述的，该直线沿着行程长度相对于水平基准线的方位发生变化。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个部分中的改变的进给速率利用一正弦波、斜坡函数以及阶跃函数中的至少一个描述。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，连续的诸部分中的进给速率彼此不同，每个部分中的进给速率都不同于基准进给速率。
8.如权利要求1所述的方法，它进一步包括：在加工过程中沿着刀具的一预定的纵长部分相对地移动工件，以一改变的移动速率产生该移动。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，工件沿着刀具的预定的纵长方向部分相对于刀具而移动，以及，沿着该纵长方向部分的一恒定的基准移动速率利用一水平基准线图解表示，改变的移动速率则利用一直线加以描述，该直线相对于水平基准线沿着纵长方向部位的方位发生变化。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，变化移动速率包括：
限定一恒定的基准移动速率以及限定沿着预定的纵长方向部分的一预定数量的诸部分，以及
相对于刀具移动该工件经过齿的该数量的各部分，同时提供不同于恒定的基准移动速率的每个部分中的一移动速率。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工件包括正齿轮、斜齿轮、准双曲面齿轮或冕状齿轮，以及，所述的刀具包括一个磨削蜗杆、一个扩口的杯形砂轮、一个杯形的砂轮，一个滚齿刀或一个修整刀具。
12.一种加工一具有至少一个齿面的工件的方法，其中，一刀具沿着在该工件齿面的一方向上延伸的一进给路径相对于齿面而移动，所述的方法包括：
使齿面与刀具彼此接触并且按照沿着该齿面的进给路径的方向移动，以及
在加工过程中沿着该刀具的一预定的纵长方向部分来移动该工件，以一变化的移动速率产生该移动。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在沿着齿面的进给路径的方向上移动该刀具是以一变化的进给速率实施的。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的工件包括正齿轮或斜齿轮，以及，所述的刀具包括一个磨削蜗杆，一个滚齿刀或一个修整刀具。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，工件沿着刀具的预先确定的纵长部分相对于该刀具而移动，以及，其中，沿着该纵长方向部分的一恒定的基准移动速率是利用一水平基准线图解表示的，变化的移动速率则利用一直线描述，该直线相对于水平基准线沿着纵长方向部分的方位发生变化。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，变化的移动速率利用一正弦波、斜坡函数及阶跃函数中的至少一个描述。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，变化移动速率包括：
限定一恒定的基准移动速率以及限定沿着预定的纵长方向部分的一预定数量的诸部分，以及
相对于该刀具移动工件经过齿的该数量的各部分，同时提供每个部分的、不同于恒定的基准移动速率的一移动速率。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，工件在预定的纵长方向部分内相对于刀具而移动，以及，其中，沿着预定的部分的一恒定的基准移动速率是利用一水平基准线图解地表示的，每个部分中的变化的移动速率则利用一直线描述，该直线在相对于水平基准线沿着纵长方向部分的方位发生变化。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，每个部分中的变化的移动速率是利用一正弦波、斜坡函数以及阶跃函数中的至少一个描述的。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，连续的诸部分中的移动速率彼此是不同的，每个部分中的移动速率不同于基准移动速率。
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