TW202116453A - 齒輪製造機中之軸向導引 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於處理齒輪的機械工具（1），該機械工具包含用於驅動一工件（18）繞一工件軸線（C1）旋轉之一工件主軸（16）及用於驅動一工具（12）繞一工具軸線（B）旋轉之一工具主軸（11）。一軸向滑塊（7）係用以相對於該工件軸線來改變該工具主軸與該工件主軸之間的一相對軸向進料位置。該軸向滑塊係沿相對於該工件軸線傾斜一傾斜角度（ψ）之一軸向導引方向（Z'）經導引，該傾斜角度（ψ）介於0.1°與30°之間。

Description

齒輪製造機中之軸向導引
本發明係關於一種用於齒輪之機械加工之機械工具、一種用於其操作的方法、一種用於實施該方法之電腦程式以及一種其上儲存有電腦程式的電腦可讀媒體。
在齒輪製造技術中，通常產生齒腹線經鼓形加工（crowning）修改之直或螺旋齒輪。修改之量值通常僅在幾十微米以下之範圍內。以此方式經修改之齒輪在負載特性及噪音產生方面具有特殊優勢。
為了產生鼓形（crowned）齒輪，已經提出一種先前技術製程，其中在機械加工行程期間，工件與工具之間的中心距離沿徑向進給方向連續改變。具體言之，在先前技術中提出在機械加工行程期間沿徑向進給方向執行移動，該移動首先增加中心距離，在齒輪裝置中間處停止且接著當工具平行於工件軸線連續前進時再次減小中心距離。
此製程係有問題的，因為在機械加工行程期間，使徑向進給移動之方向反向。徑向進給移動涉及多個組件，該等組件之間發生彈力及摩擦力。當使方向反向時，出現自滑動摩擦至靜摩擦之過渡，特別地在有關的密封處出現。因此，在改變方向之後，必須在滑動摩擦再次開始之前首先克服靜摩擦。因此，在轉折點處之徑向進給移動無法完全地遵循所期望的規格且完全靜止一定時間段，直到作用力再次克服靜摩擦力為止。此效應可引起齒腹形狀與規格不合需要之偏差。
尤其在僅移除極小容差之精整操作中，機械加工力可相對較小。當使徑向進給方向反向時，此可引起負載改變，由於所涉及之組件之有限硬度，該情況引起額外不合需要的反向效應。
此外，除了方向反向之外，由於極慢徑向進給移動，可發生摩擦效應，此連同彈力一起可引起摩擦誘發振動。此類效應亦在除鼓形修改外的其他修改（例如，錐形修改）之產生時發生。
此等效應可經各種量測抵消。特定言之，特定較低摩擦導引及驅動組件可用以減小摩擦效應。為減小反向效應，可連同阻尼一起增加或最佳化導引及驅動組件之硬度。最後，此等效應亦可經控制演算法抵消。然而，所有此等量測僅使得上文提及之問題緩解，但無法完全地消除該等問題。
DE 10 2012 016515 A1揭示一種齒輪塑形機，其塑形頭滑塊以傾斜方式安裝在機械支架上。以此方式，豎直方向上之位移引起水平方向上之塑形工具的同步位移以便在返回行程期間將塑形工具自工件抬起。修改之產生未解決。
US 2016/176010 A1揭示一種具有兩個工件主軸及一個工具主軸之創成磨齒機。沿平行於水平面中之傾斜軸線延伸的線性導引可滑動地安裝工具主軸。工件主軸配置在與水平傾斜軸線相同的水平距離處。在水平投影中，工具旋轉軸線與水平傾斜軸線形成銳角。此防止工具主軸與工件之間的碰撞。修改之產生在此亦未解決。
本發明之一目標為提供一種齒輪製造機，其使得能夠以較高精確度產生經修改之齒腹。
此目的藉由如請求項1之用於機械加工齒輪之機械工具來實現。在附屬請求項中指定其他具體實例。 提出一種用於機械加工齒輪之機械工具。機械工具包含： 工件主軸，其用於驅動工件繞工件軸線旋轉； 工具主軸，其用於驅動工具（機械加工工具）繞工具軸線旋轉，及 軸向滑塊，藉由其可相對於工件軸線改變工具主軸與工件主軸之間的相對軸向進料位置。
根據本發明，軸向滑塊沿相對於工件軸線傾斜一傾斜角度之軸向導引方向經導引。傾斜角度具有介於0.1°與30°之間、較佳地介於0.1°與15°之間、尤其較佳地介於0.1°與3°之間的值。在一些具體實例中，傾斜角度具有介於0.5°與30°之間、介於0.5°與15°之間或介於0.5°與3°之間的值。
軸向滑塊承載工件主軸或工具主軸。由於軸向滑塊之傾斜導引，工具軸線與工件軸線之間的徑向距離在軸向滑塊沿軸向導引方向移動時經改變。此使得可能在齒輪之機械加工期間不必使徑向進給移動反向之方向的情況下產生具有齒腹線修改之齒輪。此避免在使方向反向時產生的上文提及之問題。此外，甚至可能在沒有干擾運作的摩擦效應的情況下產生最小齒腹線修改。
較佳地，機械工具包含進給滑塊，藉由其可沿進給方向另外改變工具軸線與工件軸線之間的中心距離。可獨立於沿軸向導引方向之移動執行此進給移動。由於軸向滑塊之傾斜導引，該進給移動疊加在中心距離之改變上。在齒腹之機械加工期間，軸向滑塊及進給滑塊之同步移動相應地出現。
進給方向可垂直於工件軸線，但並非必須垂直於工件軸線。在下文中，該進給方向將被稱為「徑向進給方向」，即使此方向不必精確地徑向於工件軸線徑向，亦即不必精確地垂直於工件軸線。舉例而言，徑向進給方向可與工件軸線形成介於60°至120°範圍內之角度。
軸向導引方向較佳地與工件軸線及徑向進給方向在共同平面中延伸。此平面中之傾斜角度可為正或負，亦即軸向導引方向可遠離或朝向工件軸線傾斜（在自機床查看時）。
較佳地，工具主軸直接地或間接地（亦即，經由其他滑塊及/或迴轉體）配置在軸向滑塊上，亦即，工具主軸沿傾斜軸向導引方向相對於機械工具之機床執行移動。在此情況下，軸向滑塊形成工具載體。然而，亦可以想到工件主軸直接地或間接地安裝在軸向滑塊上，亦即，工件主軸沿傾斜軸向導引方向相對於機床執行移動。
特定言之，可存在以下順序之軸線：可在機床上導引進給滑塊以便該進給滑塊可沿徑向進給方向位移且形成工具載體，且接著可將軸向滑塊配置在進給滑塊上以便沿軸向導引方向導引該軸向滑塊。
在有利具體實例中，工具主軸經組態以繞迴轉軸線相對於軸向滑塊迴轉。出於此目的，機械工具可包含迴轉體。特定言之，迴轉體可配置於軸向滑塊上。若工具為磨削工具，則迴轉體亦稱為磨削頭。迴轉軸線較佳地平行於徑向進給方向或垂直於工件軸線延伸。然而，該迴轉軸線亦可與徑向進給方向成偏離0°之角度地延伸，其中此角度較佳地具有介於0°與30°之間的絕對值。迴轉軸線亦可與工件軸線成偏離90°之角度地延伸，其中此角度較佳地在60°至120°範圍內。特定言之，迴轉軸線可垂直於軸向導引方向延伸。有利的係迴轉軸線處於工件軸線及軸向導引方向所張成（spanned）之平面中。
在特別地適合於連續創成磨削之具體實例中，工具主軸可沿平行於工具軸線之移位方向相對於軸向滑塊移動。出於此目的，機械工具可包含移位滑塊。特定言之，移位滑塊可安裝在迴轉體上，以此方式使得其可相對於迴轉體沿移位方向移動。移位方向較佳地垂直於工具主軸可繞其迴轉之迴轉軸線。在一些具體實例中，該移位方向亦垂直於徑向進給方向。
本發明亦提供一種用於用上文所指示之類型之機械工具來機械加工工件的齒腹的方法。該方法包含： 藉由實施沿傾斜軸向導引方向的在工具主軸與工作主軸之間的移動來實施機械加工行程，同時在安裝在工具主軸上之工具與安裝在工作主軸上之工件機械加工接合；及 與機械加工行程同時實施沿徑向進給方向的在工具主軸與工件主軸之間的進給移動， 其中以軸向導引速度實施沿傾斜軸向導引方向之移動，且以徑向進給速度實施沿徑向進給方向之移動。
相應地，機器較佳地包含控制器件，該控制器件經設計以控制機械工具，以此方式使得該機械工具實施沿傾斜軸向導引方向及徑向進給方向的在工具主軸與工作主軸之間的對應同步移動。
較佳地，在機械加工行程期間不改變軸向導引速度之正負號。同樣，較佳地，在機械加工行程期間不改變徑向進給速度之正負號。有利的係在機械加工行程期間（且由此在每一單個齒腹之機械加工期間）徑向進給速度不降至低於預定門檻值。此防止徑向進給移動期間之消極效應。因此，相較於先前技術，可以更高準確度來製造齒腹線修改。
若徑向進給速度及軸向導引速度具有隨著時間推移而改變之比率，則得到特殊優勢。特定言之，此等速度可具有此可變比率，以使得徑向進給速度在機械加工行程期間（且由此在齒腹之機械加工期間）不改變其正負號，同時沿徑向進給方向的在工具主軸與工作主軸之間的所得移動具有在齒腹之機械加工期間（或在機械加工行程期間）改變其正負號之速度。此允許特定言之藉由寬度鼓形加工修改的齒輪裝置之產生，而無上文提及之先前技術的缺點。
方法可包含： 量測沿徑向進給方向及傾斜軸向導引方向的位置變量；及 將量測位置變量轉換成沿徑向進給方向及平行於工件軸線之軸向進料方向的經轉換位置變量。
方法亦可包含： 產生用於工具主軸相對於工件主軸的沿平行於工件軸線之軸向進料方向之移動的控制命令；及 將產生的控制命令轉換成用於工具主軸沿傾斜軸向導引方向及徑向進給方向之同步移動的經轉換控制命令。
此等量測使得能夠用為機器設計的控制器來控制軸向導引方向平行於工件軸線之方向的機器。
機械工具之控制器件可相應地包含以下轉換器件中之至少一者： 第一轉換器件，其用於將沿徑向進給方向及傾斜軸向導引方向量測之位置變量轉換成沿徑向進給方向及平行於工件軸線之軸向進料方向的經轉換位置變量；及 第二轉換器件，其用於將用於工具主軸相對於工件主軸沿平行於工件軸線之軸向進料方向之移動的控制命令轉換成用於工具主軸沿傾斜軸向導引方向及徑向進給方向之同步移動的經轉換控制命令。
特定言之，機械工具可經組態以用於實施以下製程中之一者：連續創成磨削（generation grinding）、非連續創成磨削、非連續或連續輪廓磨削（profile grinding）、齒輪搪磨（gear honing）、滾削（hobbing）或滾刀剝離（hob peeling）（齒輪切削）。出於此目的，適當的工具可夾持在工具主軸上。控制器件可經組態以控制機械工具，以此方式使得該機械工具執行工具主軸主及工件主軸之對於各別製程而言典型的移動。
機械工具可包含具有修整工具之修整器件。控制器件接著可經組態以用修整工具來修整工具，特定言之，該工具為磨削蝸桿，從而在修整期間產生沿傾斜軸向導引方向的移動。由此，修整涉及沿傾斜軸向導引方向的在工具與修整工具之間的相對移動，同時工具與修整工具接合。以此方式，可在修整中實現與在齒輪機械加工中相似的優勢。
特定言之，控制器件可經組態以使用相關聯的迴轉軸線相對於軸向滑塊對準工具主軸，以此方式使得工具軸線處於或平行於軸向導引方向及徑向進給方向所張成之平面。工具主軸之此定向在下文中稱為修整定向。若工具為磨削蝸桿，則修整定向之由此限定之選擇特別有利。在修整製程期間，藉由沿傾斜軸向導引方向移動磨削蝸桿以便跨其整個寬度修整磨削蝸桿，磨削蝸桿可以此方式容易地相對於修整工具沿其縱向軸線（亦即沿工具軸線）移動。可出於此目的使用軸向滑塊。若工具主軸安裝在移位滑塊上，則取決於具體實例而可替代地或另外地使用移位滑塊。
修整器件可包括經設計以驅動修整工具繞修整主軸軸線旋轉之修整主軸。當工具主軸處於上文提及的修整定向時，修整主軸較佳地經組態以繞至少一個迴轉軸線迴轉以使修整工具與機械加工工具接合。出於此目的，修整器件可包含對應的迴轉體。修整主軸之迴轉軸線較佳地橫向於軸向進料方向，特定言之，與軸向進料方向成60°至120°之角度，且橫向於工件軸線，較佳地與工件軸線成60°至120°之角度，特定言之，垂直於後者。若工件軸線在空間中為豎直的，則修整主軸之迴轉軸線較佳地為水平的。
修整器件可連同至少一個工件主軸一起安裝在可移動工具載體上，或其可相對於機床配置成固定的。
本發明亦提供一種電腦程式。電腦程式包含促使上述類型之機械工具中的控制器件（特定言之，控制器件之一或多個處理器）實施上述製程的指令。電腦程式可儲存在適當記憶體器件中。
此外，本發明提供一種其上儲存有電腦程式之電腦可讀媒體。該媒體可為非揮發性媒體，例如快閃記憶體、CD、硬碟等。
創成磨齒機之例示性結構
圖1及圖2展示作為用於齒輪之機械加工之機械工具的實例的根據第一具體實例之創成磨齒機1。機器包含機床4，在其上藉由線性導引6沿徑向進給方向X導引工具載體5。工具載體5承載軸向滑塊7，該軸向滑塊7相對於工具載體5沿軸向導引方向Z'以可位移方式經導引。磨削頭9安裝在軸向滑塊7上，該軸向滑塊7可繞平行於X方向延伸之迴轉軸線A迴轉以適應待機器加工之齒輪的螺旋角。磨削頭9繼而承載移位托架，工具主軸11在該移位托架上經配置以沿移位方向Y移動。移位方向Y垂直於迴轉軸線A延伸且因此亦垂直於X方向延伸，但不必垂直於Z'方向延伸。呈蝸桿狀磨削輪（磨削蝸桿）12形式之精整工具夾持在工具主軸11上。磨削蝸桿12由工具主軸11驅動以繞工具軸線B旋轉。工具軸線B平行於Y方向延伸。
機床4亦承載呈轉塔形式之迴轉工件載體15，該迴轉工件載體15可在至少兩個位置之間繞豎直軸線C3迴轉。兩個相同工件主軸16、17在直徑上彼此相對地安裝在工件載體15上。展示在圖2中的左側上之工件主軸16處於機械加工位置，其中可用磨削蝸桿12來機械加工夾持在其上之工件18。出於此目的，此工件主軸驅動工件18繞豎直的第一工件軸線C1旋轉。偏移180°的另一工件主軸17處於工件改變位置，其中可自該主軸移除成品工件19且可夾持新坯件。位於該位置中的工件主軸之軸線被稱為第二工件軸線C2。
此外，具有修整工具14之修整器件13安裝在轉塔上。修整器件13用以修整磨削蝸桿12。
磨齒機1之所有驅動線性及旋轉軸線由具有操作員面板2及軸線模組3之機械控制器件數位控制。每一軸線模組3在其輸出端為一個機械軸線（亦即，為用以驅動相關機械軸線之至少一個致動器，諸如伺服馬達）提供控制信號。 工件之機械加工
為機械加工未經機械加工的預齒形化之工件（坯件）19，工件19藉由自動工件變換器夾持在處於工件改變位置之工件主軸17上。在處於機械加工位置之另一工件主軸16上之另一工件18的機械加工期間，改變工件。當已經夾持待機械加工之新工件19且已經完成另一工件18之機械加工時，工件載體15繞C3軸線迴轉180°以使得具有待機械加工的新工件之主軸到達機械加工位置。在迴轉操作之前及/或期間，藉助於圖式中未展示之嚙合探針來執行嚙合操作，該嚙合探針配置於工件載體15上。出於此目的，工件主軸17經設定處於旋轉，且藉助於嚙合探針來量測工件19之齒隙之位置。在此基礎上，設定滾動角。
當承載待機械加工之工件19之工件主軸17已到達機械加工位置時，藉由沿X軸線移動工具載體5來使工件19與磨削蝸桿12接合。工件19現在由旋轉磨削蝸桿12以滾動接合之方式機械加工。機器沿X、Y以及Z'軸線執行協同移動。可在一或多個軸向機械加工行程中執行機械加工。在每一機械加工行程期間，機器沿Z'軸線執行移動，其速度不改變其正負號。
平行於工件之機械加工，自另一工件主軸16移除成品工件18，且將另一坯體夾持在此主軸上。 軸線方向
除已經提及之方向X、Y以及Z'以外，限定另一方向Z。根據定義，此方向平行於工件軸線C1，亦即平行於處於處理位置之工件之旋轉軸線。在工件之機械加工期間，沿Z'軸線之機械加工行程沿Z方向連續改變工具相對於工件的位置，以便跨工件之整個寬度來機械加工齒輪裝置。此稱為軸向進料，且Z方向因此亦被稱為軸向進料方向。
在先前技術中，軸向導引方向Z'（亦即，沿其以可位移方式導引軸向滑塊7之方向）通常與軸向進料方向Z重合。然而，在本機器中，此等方向彼此不同。具體言之，Z'方向在X方向及Z方向所張成之平面內延伸，且相對於Z方向傾斜一角度ψ。ψ之絕對值介於0.1°與30°之間，特定言之介於0.1°與30°之間，較佳地介於0.1°與15°之間。相對較小角度可為足夠的，例如介於0.1°與3°之間，尤其介於0.5°與3°之間。
對於方向X、Y、Z、Z'、A、B以及C1之當前提出的配置，以下關係保持： •X
Figure 02_image001
Y，X
Figure 02_image003
Z，Y
Figure 02_image005
Z •A || X，B || Y，C1 || Z •A
Figure 02_image007
B，A
Figure 02_image009
C1，B
Figure 02_image011
C1 •Z'
Figure 02_image013
Z，Z'
Figure 02_image015
X，Z'處於X-Z或X-C1平面中
在此，符號||意謂「平行於」，符號
Figure 02_image017
意謂「不平行於」，符號
Figure 02_image019
意謂「垂直於」且符號
Figure 02_image021
意謂「成不等於0°且不等於90°之角度」。 座標轉換
機械控制器通常針對齒輪裝置的所需齒腹形狀來計算座標系X，Y，Z中之對應控制命令。在本機器中，沿Z方向之純進料移動需要沿X及Z'方向之同步移動。為了能夠在不必重寫所有機械程式之情況下操作本機器，有利地設計機械控制器件，以此方式使得其將用於沿Z方向之移動的常用進料命令轉換成用於沿X及Z'方向之同步移動的經轉換控制命令。
此在下文中參看圖3進行解釋。假設，工具以恆定速度vz 沿Z方向且以距工件之恆定中心距離自座標為x =x 0 、z =z 0 之初始位置移動至座標為x =x 0 、z =z 1 之終點位置。在圖3的部分（a）中說明對應運動曲線31。若圓柱體齒輪待機械加工而其齒腹未藉由額外軸線移動修改，則選擇此運動曲線。
為了待在本機器中產生的此運動曲線，必須同時沿X及Z'方向操作驅動。此在圖3的部分（b）中進行說明。如自此圖中可看出，軸向滑塊7沿正Z'方向連續移動，而工具載體5在負X方向上（亦即在圖2中向右）連續移動以補償軸向導引方向Z'之傾斜。總體而言，工具載體5沿Z'方向以恆定速度自位置
Figure 02_image023
移動至位置
Figure 02_image025
，同時其沿X方向以恆定速度自位置x 0 移動至位置x 1 。為起始及終點位置保持以下關係：
Figure 02_image027
相應地，為沿Z'方向之速度
Figure 02_image029
及沿X方向之速度vx 保持以下關係：
Figure 02_image031
在圖3的部分（b）中說明沿X及Z'方向之對應運動曲線31'。
在此基礎上，有可能易於將沿Z方向之進料命令轉換成沿X及Z'方向之經轉換進料命令。
若工具同時執行沿Y軸線之移位移動，則此移動保持不受對X、Y、Z'座標系之轉換的影響。同樣，例如，在於機械加工期間執行的情況下之繞A軸線之傾斜移動或用以在工件與工具之間產生額外旋轉移動的滾動角之改變保持不受影響。
假設Z及Z'方向之座標原點重合，則座標系X，Y，Z中之空間座標x、y、z可由此如下轉換成座標系X，Y，Z'中之空間座標x'、y'、z'
Figure 02_image033
若藉由沿X及Z'方向配置之量測系統進行量測，則將應用反轉換T -1 ，且基於此量測，將判定工具載體5之X及Z座標。對於向機械控制提供呈所需形式之量測座標，此反轉換可為必需的。在此情況下，將自座標系X，Y，Z'中之座標x'、y'、z'如下計算座標系X，Y，Z中的座標x、y、z。
Figure 02_image035
鼓形修改之產生
在下文中，參看圖4及圖5解釋圓柱體齒輪上之鼓形修改之產生。
在圖4中象徵性地展示沿其寬度經鼓形加工之經修改的圓柱體齒輪32。圓柱體齒輪之齒沿寬度方向（在機械加工期間，此為Z方向）在中心比在端部處粗，且齒腹之齒腹線相應地為彎曲。有時，由於產生原因，尖端直徑在齒輪的中心亦比在端部處大，以使得齒輪亦具有筒形外部輪廓。在圖4中，以極度放大之方式繪製筒形外部輪廓，以使原理更易於解釋。實際上，此類修改通常僅在幾微米範圍內且不為裸眼可見。
自先前技術已知，藉由將在X方向上之緩慢徑向進給移動疊加在沿Z方向之進料移動上以產生鼓形圓柱體齒輪。在圖5之部分（a）中說明此運動曲線33。以恆定速度沿Z方向之均勻軸向進料移動與沿X方向之進給移動疊加。進給移動初始具有正速度（座標x增加），該速度減小，直至齒輪寬度的中心之進給速度變成零且改變其正負號（亦即座標x再次減小）。
由於不可避免的摩擦效應，非常低之徑向進給速度係有問題的。進給移動之方向反向亦為有問題的，此係因為沿X方向導引所涉及的元件展示不可避免的反向效應。
藉由本機器，當產生修改時，避免進給移動之方向反向，且在齒輪齒之機械加工期間，進給速度絕不降至低於某一最小速度，條件為鼓形加工所需之量不太大。在圖5之部分（b）中對此進行說明，其中說明所得運動曲線33'。工具載體5連續地在負X方向上移動以補償Z'方向之傾斜。此連續基礎移動與移動疊加以產生修改。然而，疊加移動之速度始終小於基礎移動之速度，以使得在齒輪的機械加工期間，絕不使方向反向，且某一最小速度絕不降至低於此速度。 用於控制軸向進料移動及徑向進給移動之功能單元
圖6示意性地說明用以產生沿Z方向之軸向進料移動及沿X方向之徑向進給移動的各種功能單元。位置感測器41、42偵測工具載體7沿X及Z'方向之位置x'、z'。第一轉換器件43藉由施加反轉換T -1 將座標系X，Y，Z'中之此等位置轉換成座標系X，Y，Z中之位置x及z且將此等實際值轉移至機械控制器之控制電腦44。控制電腦44產生控制信號Ax、Az，其對應於工具載體7在座標系X，Y，Z中之位置的標稱值。第二轉換器件45在座標系X，Y，Z'中將此等控制信號轉換成經轉換控制信號Ax'、Az'，且將此等經轉換控制信號轉移至機械控制器之軸線模組3。 在修整期間之應用
自先前技術已知，在修整期間藉助於對應軸線移動在磨削蝸桿之齒腹上產生修改，以便在對角線製程中之後續機械加工期間將此等修改轉移至工件齒腹。出於此目的，已知使包含旋轉修整輪之空間上固定的修整器件與磨削蝸桿接合，且藉由機械軸線X及Y產生必需移動。
可能藉由本機器採用不同修整策略。對此修整策略，磨削蝸桿繞A軸線迴轉至一定程度以使移位軸線Y與工具軸線B豎直，亦即沿Z方向延伸。修整器件亦相應地對準。
圖2指示修整器件13，該修整器件13僅由虛線象徵性地表示。修整器件安裝在工件載體（轉塔）15上。藉由將轉塔迴轉90°，可將該修整器件引入與磨削蝸桿12相對之位置中。修整器件13包含之修整主軸，其中修整輪14安裝在該修整主軸上且經驅動旋轉。修整主軸安裝在迴轉體21上。迴轉體連接至工件載體以使得其可迴轉，以此方式使得修整輪14可在蝸桿螺紋之方向上且相對於磨削蝸桿輪廓經對準。對應迴轉軸線垂直於每一工件軸線C1、C2且在空間中水平地延伸。在圖2中，對應迴轉軸線垂直於圖式平面延伸。此外，修整主軸可繞另一迴轉軸線迴轉，該迴轉軸線亦在空間中水平地延伸且垂直於上述迴轉軸線。在圖2中，此額外迴轉軸線在圖式平面中水平地延伸。此額外迴轉軸線可用以例如在修整期間改變齒廓角。
現在，在通常情況下，沿工具軸線B之所需的修整移動藉由軸向滑塊7而非沿Y軸線之移位滑塊產生。與上述用於工件機械加工的考慮相似之考慮在此適用。特定言之，以此方式可避免當在磨削蝸桿齒腹上產生修改時沿X方向發生方向的反向。
同樣，當藉助於安裝在工件主軸上之齒輪形修整輪實施修整時，本發明為有利的。 其他應用
上文使用鼓形圓柱體齒輪之產生之實例解釋了本發明的優勢。然而，本發明不限於本申請案，而亦可有利地用於其他齒輪裝置或齒輪之產生中。特定言之，由於本發明亦可用於此處以避免干擾運作的摩擦效應，所以本發明在以其他方式修改之齒輪裝置（例如經圓錐形修改的齒輪裝置）之產生中亦具有優勢。 第二具體實例
圖7示意性地展示根據第二具體實例之創成磨齒機。此具體實例與第一具體實例的不同之處在於，A軸線不垂直於Z方向且不平行於X方向，但垂直於Z'方向且相應地與X方向成角度Ψ。此意謂，只要繞A軸線之迴轉角偏離圖7中所展示之位置，Y軸線及工具軸線B就不再垂直於X方向。儘管如此，上文提及的優勢亦可藉由此配置實現。此具體實例特別地適合於0.1°與3°之間的較小傾斜角度。
總之，以下在此具體實例中應用於方向X、Y、Z、Z'、A、B以及C1的配置： •X
Figure 02_image037
Y，X
Figure 02_image039
Z，Y
Figure 02_image041
Z •A
Figure 02_image043
X，B||Y，B
Figure 02_image045
C1，C1||Z •A
Figure 02_image047
B，A
Figure 02_image049
Y，A
Figure 02_image051
Z'，A
Figure 02_image053
C1，A
Figure 02_image055
Z，A處於X-C1平面中 •Z'
Figure 02_image057
Z，Z'
Figure 02_image059
X，Z'處於X-C1平面中
由於傾斜之A軸線，與第一具體實例相比較，其他座標轉換為必需的，以便自由機械軸線X、Y、Z'、A、B、C1限定之座標系變成正交座標系或機械控制器之習知座標系，且反之亦然。然而，可藉由簡單的三角考慮容易地導出對應轉換。 第三具體實例
圖8示意性地展示根據第三具體實例之創成磨齒機。在此具體實例中，習知地建構包括軸向滑塊7、移位滑塊以及磨削頭9之整個工具載體5。特定言之，軸向導引方向Z'垂直於進給方向X。然而，工件載體（轉塔）15相對於豎直傾斜。因此，特定言之工件軸線C1不再垂直於X方向，且軸向進料方向Z由此亦然，該軸向進料方向Z根據定義而平行於工件軸線C1延伸。
同樣對於此具體實例，與第一具體實例相比較，其他座標轉換為必需的，以便自由機械軸線X、Y、Z'、A、B、C1限定之座標系變成正交座標系或機械控制器之習知座標系，且反之亦然。可再次藉由簡單的三角考慮容易地導出對應轉換。 第四具體實例
圖9示意性地展示根據第四具體實例之磨齒機。如在第一及第二具體實例中，具有軸線C1及C3之轉塔經豎直地定位在空間中，且相對於工具載體5沿軸向導引方向Z'導引軸向滑塊7，該軸向導引方向Z'相對於豎直地在空間中延伸之工件軸線C1與豎直傾斜一傾斜角度ψ。然而，不同於在第一及第二具體實例中，整個工具載體5連同軸向滑塊7、移位滑塊以及磨削頭9一起不精確地在機床4上水平導引，而沿與水平傾斜一傾斜角度ψ之方向經導引。如在上文所論述之具體實例中，導引方向再次被稱為X方向。因此在此，X方向不垂直於Z方向，而垂直於Z'方向。如在第一具體實例中，A軸線在空間中為水平的且由此垂直於Z方向。因為傾斜之X軸線，所以A軸線不平行於X方向。
總之，以下在此具體實例中應用於方向X、Y、Z、Z'、A、B以及C1的配置： •X
Figure 02_image061
Y，X
Figure 02_image063
Z，Y
Figure 02_image065
Z •A
Figure 02_image067
X，B||Y，B
Figure 02_image069
C1，C1||Z •A
Figure 02_image071
B，A
Figure 02_image073
Y，A
Figure 02_image075
Z，A
Figure 02_image077
C1，A
Figure 02_image079
Z'，A處於X-C1平面中 •Z'
Figure 02_image081
Z，Z'
Figure 02_image083
X，Z'處於X-C1平面中
同樣對於此具體實例，與第一具體實例相比較，其他座標轉換為必需的，以便自由機械軸線X、Y、Z'、A、B、C1限定之座標系變成正交座標系或機械控制器之習知座標系，且反之亦然。可再次藉由簡單的三角考慮容易地導出對應轉換。 修改
在上文所論述之實例中，傾斜角度ψ為正，亦即Z'軸線朝向正X方向遠離工件軸線C1傾斜。然而，此角度亦可為負。所提及之轉換在此情況下亦保持有效。若最後的精整行程係沿負Z方向（亦即，在圖2中自上而下），則負傾斜角度ψ可為特別地有利的，此係因為接著沿負X方向（亦即朝向工件）移動工具載體5以產生補償移動。此為有利的，因為徑向機械加工力以此方式抵消補償移動，從而在涉及產生X移動之組件中產生限定的力狀態。
本發明不限於具體處理方法。上文參照連續創成磨削解釋了本發明之優勢。然而，本發明亦展示其在其他齒輪製造製程中之優勢，該等其他齒輪製造製程包括利用幾何學上未限定之刀刃的製程及利用幾何學上限定之刀刃的製程。此類製程之實例為非連續創成磨削、非連續或連續輪廓磨削、齒輪搪磨、齒輪滾削或滾刀剝離（齒輪切削）。本發明可用於外部齒形化工件及內部齒形化工件兩者之產生。在預齒形化工件之精細機械加工（精整）中，尤其在硬化精細機械加工中，本發明為特別地有利的。
本發明不限於機械軸線之具體順序。取決於機器之類型，例如將軸向滑塊直接配置在機床上及將工件主軸配置在徑向滑塊上以便藉由移動工件主軸來實現徑向進給亦可為有利的。
本發明亦不限於徑向進給方向X垂直於工件軸線C1之情況。舉例而言，在第三及第四具體實例中，徑向進給方向X與工件軸線C1成不同於90°之角度地延伸。然而，在此情況下，亦有利的係軸向導引方向Z'與徑向進給方向X及工件軸線C1處於共同平面。
代替兩個工件主軸,亦可存在三個或大於三個工件主軸或僅存在單個工件主軸。至少一個工件主軸不需要配置於可移動工件載體上，但可直接位於機床上。在其他具體實例中，至少一個工件主軸配置於可移動工件載體上，其實現沿X方向的徑向進給移動。同樣，可在工件側而非工具側上實現A軸線。
修整器件13可安裝在機床上而非可移動工件載體上。在此情況下，如自例如US5857894B中所知，工具載體5可經組態以相對於機床樞轉以將機械加工工具移動至修整工具。
上文展示出，所涉及軸線之極大量的相對配置為可能的。本發明不限於具體配置。
此外，本發明不限於用於各種線性導引之某些類型之驅動。可以先前技術中已知的任何方式（例如藉由滾珠螺桿驅動或線性馬達）來影響驅動。
無
參考圖式在下文描述本發明之較佳具體實例，該等具體實例僅用於解釋且不應解釋為限制性的。在圖式中： [圖1]展示根據第一具體實例之創成磨齒機之示意性透視圖； [圖2]展示圖1中之創成磨齒機之示意性側視圖； [圖3]展示說明在圓柱體齒輪之機械加工期間之座標轉換的圖； [圖4]展示具有藉由鼓形加工修改之齒輪裝置之圓柱體齒輪的示意性側視圖； [圖5]展示說明當機械加工根據圖4之圓柱體齒輪時之座標轉換的圖； [圖6]展示用於控制軸向進料移動之功能單元之示意性方塊圖； [圖7]展示根據第二具體實例之創成磨齒機之示意性側視圖； [圖8]展示根據第三具體實例之創成磨齒機之示意性側視圖；及 [圖9]展示根據第四具體實例之創成磨齒機之示意性側視圖。

Claims (27)

  1. 一種用於齒輪之機械加工之機械工具（1），其包含： 一工件主軸（16），用以驅動一工件（18）繞一工件軸線（C1）旋轉； 一工具主軸（11），用以驅動一工具（12）繞一工具軸線（B）旋轉， 一軸向滑塊（7），經組態以相對於該工件軸線（C1）來改變該工具主軸（11）與該工件主軸（16）之間的一相對軸向進料位置， 其特徵在於該軸向滑塊（7）沿相對於該工件軸線（C1）傾斜一傾斜角度（ψ）之一軸向導引方向（Z'）經導引，該傾斜角度（ψ）的一絕對值介於0.1°與30°之間，特定言之介於0.5°與30°之間。
  2. 如請求項1之機械工具（1），其包含經組態以沿一徑向進給方向（X）來改變該工具軸線（B）與該工件軸線（C1）之間的一徑向距離的一進給滑塊（5），其中該軸向導引方向（Z'）與該工件軸線（C1）及該徑向進給方向（X）在一共同平面中延伸。
  3. 如請求項2之機械工具，其中該徑向進給方向（X）與該工件軸線（C1）成60°至120°之一角度延伸，特定言之該徑向進給方向（X）垂直於該工件軸線（C1）。
  4. 如請求項2或3之機械工具（1），其包含： 一機床（4）， 其中在該機床（4）上導引該進給滑塊（5）以便該進給滑塊（5）可沿該徑向進給方向（X）位移，形成一工具載體； 其中在該進給滑塊（5）上沿該軸向導引方向（Z'）導引該軸向滑塊（7）。
  5. 如請求項2至4中任一項之機械工具（1），其中該工具主軸（11）可相對於該軸向滑塊（7）繞一迴轉軸線（A）樞轉，且其中該樞轉軸線（A）以與該徑向進給方向（X）的具有介於0°與30°之間的一絕對值之一角度與該工件軸線（C1）及該徑向進給方向（X）在一共同平面中延伸，特定言之，該樞轉軸線（A）平行於該徑向進給方向（X）。
  6. 如請求項5之機械工具（1），其中該工具主軸（11）可相對於該軸向滑塊（7）沿平行於該工具軸線（B）延伸之一移位方向（Y）位移，該移位方向（Y）垂直於該樞轉軸線（A）延伸。
  7. 如請求項1至6中任一項之機械工具（1），其包含經組態以控制該機械工具（1）實施沿該傾斜軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）的在該工具主軸（11）與該工作主軸（16）之間的同步移動之一控制器件（2，3）。
  8. 如請求項7之機械工具，其中該控制器件（2，3）經組態以實施以下方法： 促使沿該傾斜軸向導引方向（Z'）及一徑向進給方向（X）的在該工具主軸（11）與該工件主軸（16）之間的同步移動，同時夾持在該工具主軸（11）上之一工具（12）與夾持在該工件主軸上之該工件（18）呈機械加工接合， 其中以一軸向導引速度實施沿該傾斜軸向導引方向（Z'）之該移動，且以一徑向進給速度執行沿該徑向進給方向（X）之該移動， 其中在每一單個齒腹之機械加工期間，該徑向進給速度不降至低於一預定門檻值。
  9. 如請求項8之機械工具（1），其中該控制器件（2，3）經組態以控制該徑向進給速度及該軸向導引速度，以此方式使得該徑向進給速度及該軸向導引速度具有在該齒腹之該機械加工期間改變的一比率。
  10. 如請求項8或9之機械工具（1），其中該控制器件（2，3）經組態以控制該徑向進給速度及該軸向導引速度以使得該徑向進給速度在一齒腹之該機械加工期間不改變其正負號，同時在該工具主軸（11）與該工作主軸（16）之間沿該徑向進給方向（X）的一所得移動具有在該齒腹之該機械加工期間改變其正負號的一速度（vx ）。
  11. 如請求項7至10中任一項之機械工具（1），其中該控制器件（2，3）包含以下轉換器件中之至少一者： 一第一轉換器件（43），其用於將沿該徑向進給方向（X）及該傾斜軸向導引方向（Z'）量測之位置變量（x'，z'）轉換成沿該徑向進給方向（X）及平行於該工件軸線（C1）之一軸向進料方向（Z）的經轉換位置變量（x，z）；及 一第二轉換器件（45），其用於將用於該工具主軸（11）相對於該工件主軸（16）沿平行於該工件軸線（C1）之一軸向進料方向（Z）之一移動的控制命令轉換成用於該工具主軸（11）沿該傾斜軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）的一同步移動之經轉換控制命令（Ax'，Az'）。
  12. 如請求項中7至11中任一項之機械工具（1），其包含一修整器件（13）以及一修整工具（14），其中該控制器件（2，3）經組態以促使該工具（12）經該修整工具（14）修整，同時促使沿該傾斜軸向導引方向（Z'）的移動。
  13. 如請求項12之機械工具（1），其中該控制器件（2，3）適於使該工具主軸（11）處於一修整定向，其中該工具軸線（B）處於或平行於該軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）所張成之一平面。
  14. 如請求項13之機械工具（1），其中該修整器件（13）包含一修整主軸，該修整主軸經組態以驅動該修整工具（14）繞一修整主軸軸線旋轉，且其中該修整主軸可繞至少一個修整樞轉軸線樞轉，以在該工具主軸（11）處於該修整定向時使該修整工具（14）與該工具（12）接合，該修整樞轉軸線較佳地橫向於該軸向進料方向（Z'）延伸，特定言之與該軸向進料方向成60°至120°之一角度地延伸。
  15. 如請求項1至14中任一項之機械工具（1），其中該機械工具經組態以實施以下製程中之一者：連續創成磨削、非連續創成磨削、非連續或連續輪廓磨削、齒輪搪磨、滾削或滾刀剝離。
  16. 一種用於用如請求項1至15中任一項之機械工具（1）機械加工一工件（18）之齒腹的方法，其包含： 實施沿該傾斜軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）的在該工具主軸（11）與該工件主軸（16）之間的同步移動，同時安裝在該工具主軸（11）上之一工具（12）與安裝在該工件主軸上之該工件（18）呈機械加工接合，其中以一軸向導引速度實施沿該傾斜軸向導引方向（Z'）之該移動，且以一徑向進給速度執行沿該徑向進給方向（X）之該移動。
  17. 如請求項16之方法，其中該徑向進給速度具有一絕對值，其在每一單個齒腹之該機械加工期間不降至低於一預定門檻值。
  18. 如請求項16或17之方法，其中該徑向進給速度及該軸向導引速度具有在一齒腹之該機械加工期間改變的一比率。
  19. 如請求項18之方法，其中該徑向進給速度及該軸向導引速度具有一時變比率以使得該徑向進給速度在一齒腹之該機械加工期間不改變其正負號，同時在該工具主軸（11）與該工作主軸（16）之間沿該徑向進給方向（X）之一所得移動具有在該等齒腹之該機械加工期間改變其正負號的一速度（vx ）。
  20. 一種修整用於用如請求項1至15中任一項之機器來機械加工齒輪的一工具（12）之方法，其包含： 在該工具（12）與一修整工具（14）接合以修整該工具（12）的同時，在該工具（12）與包含該修整工具（14）之一修整器件（13）之間沿該傾斜軸向導引方向（Z'）產生相對移動。
  21. 如請求項20之方法，其中，在修整之前，使該工具主軸（11）處於一修整定向，其中該工具軸線（B）在一平面中或平行於該平面延伸，該軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）張成該平面。
  22. 如請求項21之方法，其中該修整器件（13）包含一修整主軸，其經組態以驅動該修整工具（14）繞一修整主軸軸線旋轉，且其中該方法包含： 繞至少一個修整樞轉軸線迴轉該修整主軸以便在該工具主軸（11）處於該修整定向時使該修整工具（14）與該工具（12）接合，其中該修整樞轉軸線較佳地橫向於該軸向進料方向（Z'）延伸，特定言之，與該軸向進料方向成60°至120°之一角度地延伸。
  23. 如請求項16至22中任一項之方法，其包含： 量測沿該徑向進給方向（X）及該傾斜軸向導引方向（Z'）之位置變量（x'，z'）；及 將該量測位置變量（x'，z'）轉換成沿該徑向進給方向（x）及平行於該工件軸線（C1）延伸之一軸向進料方向（Z）的經轉換位置變量（x，z）。
  24. 如請求項16至23中任一項之方法，其包含： 產生用於該工具主軸（11）相對於該工件主軸（16）沿平行於該工件軸線（C1）延伸之一軸向進料方向（Z）之一移動的控制命令（Ax，Az）；及 將該產生的控制命令轉換成用於該工具主軸（11）沿該傾斜軸向導引方向（Z'）及該徑向進給方向（X）之同步移動的經轉換控制命令（Ax'，Az'）。
  25. 如請求項16至24中任一項之方法，該方法為以下方法中之一者：連續創成磨削、非連續創成磨削、非連續或連續輪廓磨削、齒輪搪磨、滾削或滾刀剝離。
  26. 一種包含指令的電腦程式，該等指令促使如請求項1至15中任一項之機械工具（1）的一控制器件（2，3）實施如請求項16至25中任一項之方法。
  27. 一種電腦可讀媒體，其上儲存有如請求項26之電腦程式。
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