用于展成齿轮齿的方法和根据所述方法操作的齿轮切削的制造方法
【专利摘要】本发明有关于一种展成齿轮齿的方法，其中将接纳齿形轮廓的工件和切削工具通过滚动运动朝向彼此前进，直到在工具的多道工序之后展成齿轮轮廓的每个齿侧面。在每道工序中，在工件上展成包含至少一个侧面切削的切削表面，其中辅助运动与滚动运动叠加，由此，在至少两个紧邻的连续工序中展成的侧面切削彼此连接。此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的受控制的齿轮切削机。
【专利说明】用于展成齿轮齿的方法和根据所述方法操作的齿轮切削机
[0001] 本发明涉及一种生成齿轮齿的方法，其中接纳齿形轮廓的工件和切削工具在滚动 进给运动中朝向彼此前进，直到在工具的多道工序之后展成齿轮轮廓的每个齿侧面，其中 在每道工序中在工件上展成包含至少一个侧面切削的切削表面。此外，本发明还涉及一种 齿轮切削机，其具有必需的控制特征来执行该方法。
[0002] 这种加工方法属于已知的现有技术，包括特别是滚动/展成方法，其中采用齿轮 形工具，诸如插齿或刮齿（WSlzschWen,削磨）。在这些方法中，在多道工序中展成齿侧 面，这些工序在其相应的进给深度方面彼此不同，其中在该过程中展成的齿侧面无需符合 最终齿轮轮廓的侧面几何形状，因为在这个机加工中通常留出一定裕度用于后来的精加工 过程。通常，例如始于工件坯料，在第一道工序中以第一进给深度去除材料以使得展成第一 切削表面，第一切削表面的形状相对于最终齿轮轮廓的齿隙中心对称，并且这给出在第一 道工序中去除了多少材料的指示。
[0003] 这在图3中以截面图中示意性地示出，其中，图平面垂直于工件轴线。在此图中， 附图标记10指示在最后一道工序之后产生的齿侧面，这个齿侧面在这个过程中在齿后侧 上，而附图标记20指不在齿如侧上的齿侧面。在此图中未不出在后来的精加工过程之后完 成的工件的齿隙形状，后来的精加工过程仍需要从齿侧面10、20去除一定裕度q。
[0004] 这个图还示出了第一道工序的切削表面30.1具有（后）侧面切削31、底部切削 33和（前）侧面切削32。工件坯料（在附图中未示出）的底部切削33与先前表面之间的 距离表示在第一道工序中进给深度的量度。
[0005] 在第二道工序中，增加进给深度以使得由于通过滚动运动的切削作用而去除更多 材料而形成切削表面30. 2,该切削表面30. 2同样具有两个侧面切削和底部切削。
[0006] 通常控制工序数量以使得每道工序去除所希望的材料量。在现有技术的示意性 图示示例中，机械加工采用五道工序，其中，前四道工序产生切削表面30. 1、30. 2、30.3和 30. 4,而在最后一道工序中形成侧面10、20。因此，相对应切削表面表示所得到的齿侧面的 包络轮廓。为了使工具的使用寿命最长，另一目的是严密地平衡齿轮切削工具的前后侧面 之间的磨损。这例如在如下图示中证实：在工具的齿的切削刃的长度上绘制在齿隙切削中 产生的刮屑的累积厚度。在这个图中，两个齿侧面基本上关于工具的切削刃的头部为镜像 对称。
[0007] 尽管现有技术方法可能接近实现在前侧面和后侧面上对称的磨损暴露，并且因此 延长了工具的使用寿命，本发明具有提供在介绍段落中所描述一般类型的进一步改进的方 法的目的。
[0008] 从工艺为导向的观点而言，通过进一步发展前述方法而完成了这个任务，其中改 进基本上在于以下事实：由叠加的辅助运动来补充滚动运动，辅助运动具有在至少两个紧 邻的连续工序中展成的侧面切削（Flankenschnitt，齿侧切削）将彼此连接的效果。
[0009] 在本发明的过程中，得出以下结论：本发明的方法使切削工具的使用寿命更长。它 减少了三个齿侧面刮屑的数目（即，通过在给定工序中生成的齿隙的两个侧面和底部同时 去除材料而产生的刮屑、也被称作U形切屑），基于切削刃附近的相关切屑分离区将工具磨 损考虑在内，尽管使用上文所解释的对称切削策略，还是会继续生成三侧面刮屑。
[0010] 利用将辅助运动与滚动运动叠加的发明构思，实现了在相继各道工序中展成的两 个齿侧面切削将结合在一起的结果，由此将使这个过程中产生的U形切屑量减到最少。工 具沿着在前一道工序中展成的侧面切削引导，并且当工具齿下降到在当前工序中清除的工 件间隙内时，因此将基本上不再从这个引导表面切下切屑。这意味着由被引导的切削刃切 去的切屑厚度有效地接近零，在任何情况下，在这个区域中的切屑厚度小于由切削刃圆角 半径限定的切屑厚度极限。
[0011] 特别地设想到在若干（特别地全部）相继工序中、在相继各工序的侧面切削之间 形成这种连接，因此，由于引导路径的长度延长并且随着工序数量增加，工具的切削刃的连 续增大的部分基本上不再执行任何切削工作。然而，由于更有利的切削策略的总体优点而 延长了工具的使用寿命。在前述过程中展成的齿侧面能随后在精加工操作中进行再加工。 例如，在n= 2道工序中可以将第一齿侧面展成为具有连接的侧面切削，并且在m彡1道工 序的之后阶段，可以对工件进行机加工而没有叠加的辅助运动。
[0012] 为了限制所需的辅助运动对于展成过程的操作顺序的影响，优选地，在切削之间 (即，由至少三道连续工序所产生的切削之间）的两个连续的连接形成于相同侧面的那侧 上。因此，在给定工序中所需的额外指向切向的运动将不具有相对于辅助运动的零点的相 反的代数符号，仅其量值变化。
[0013] 优选地，连接的侧面切削形成于在机加工过程中位于后侧的齿侧面上。由于切削 系统有一定刚度，这具有以下效果：特别是在正齿轮的机加工中，获得维持相同方向的切向 力，这改进了结果的品质。在前侧面的机加工中，因此切屑厚度增加了显著的量。切屑分离 区在切屑表面上朝向离切削刃更远的区域移位。
[0014] 特别优选地，连接的侧面切削遵循正在展成的齿侧面的轮廓（与从齿隙中心沿两 个方向朝向待展成的齿侧面对称地去除材料的切削相比）。因此，本发明还作为独立公开陈 述了一种展成齿轮齿的方法，其中接纳齿形轮廓的工件以及切削工具在滚动的进给运动中 朝向彼此前进，直到在工具的多道工序之后展成在齿轮轮廓的齿侧面之间的每个齿隙，其 中该方法的特征在于将辅助运动叠加到滚动运动上，这具有以下效果：齿隙的展成从一个 齿侧面侧向另一齿侧面侧发生。
[0015] 在该方法的另一优选实施方式中，设想到展成的齿侧面部分地由在最后一道工序 之前的各工序中的至少一道工序的侧面切削来决定。在前面的工序中生产的、呈侧面切削 形式的引导表面因此基本上置于所展成的齿侧面上。这具有以下效果：多个完成的侧面切 肖IJ、特别是所有工序的侧面切削有助于决定所展成的齿侧面。由于叠加的辅助运动，工具的 每道工序现形成侧面的包络切削，其中在最后机加工步骤中的辅助运动可能并且优选地减 小至零。
[0016] 根据上文所述内容，在前一段落中涉及的齿侧面优选是在机加工过程中位于后侧 (nachlaufendeFlanke，尾侧）的侧面，也被称作后侧面（auslaufendeFlanke，出口侧）。 [0017]辅助运动本身优选地通过计算基于滚动运动工件将占据的位置与齿侧面的位置 之间的偏移量来确定。这可能例如通过将作为校正参数的偏移量施加到纯滚动运动来实 现，其中参数值指示根据相应工序的进给深度，展成的齿侧面离开齿隙中心的距离。在每道 新工序中调整这种偏移。如果机械加工过程涉及连续变化的横向进给，偏移变成了进给深 度的连续函数，例如，如果在插齿过程中的横向进给以螺旋形进给运动的形式出现。
[0018] 关于叠加的辅助运动的性质，若干变型是可能的。首先，展成辅助运动的优选方式 是在工件绕工件旋转轴线的滚动旋转与工具绕工具旋转轴线的滚动旋转之间引入相对相 位角变化。以简化方式被称作"辅助旋转"的这种辅助运动同样取决于进给深度。如果需 要侧面修改，这种依赖横向进给的辅助旋转可例如通过将联接中的另一偏移叠加到滚动运 动来补充，另一偏移在其它参数方面不同并且适于实现齿侧面修改。
[0019] 作为展成辅助运动的替代和/或额外分量，可以使用在工具与工件之间的线性相 对运动，其在工件绕工件旋转轴线的滚动旋转运动的切向上运行。取决于修改进给移动的 方式，这种线性相对运动关于工具和工件的相对位置呈现切向位移的形式，其中针对每道 工序选择位移量，虽然在连续进给运动的情况下，线性相对运动呈现取决于进给深度的连 续线性运动的形式。
[0020] 关于为每道工序选定的进给深度，原则上能以等距步幅选择进给运动。然而，优选 地，根据生成切屑的体积/时间率来控制在工具与工件之间的相互进给运动。例如，如果 规定了切屑去除的最大体积率，则针对下一道工序的最大进给深度从预期过程策略推断， 并且下一偏移又从下一进给深度推断，下一进给深度可以被选择为等于或小于最大进给深 度。
[0021] 该方法的优选应用在插齿和刮齿的领域。
[0022] 本发明要保护的范围也扩展到用于控制齿轮切削机的计算机程序，其中该程序当 在齿轮切削机的控制器装置中执行时控制齿轮切削机执行上文所讨论的方法方面之一的 方法。
[0023] 关于机器设计的技术方面，保护范围还扩展到齿轮切削机、特别是插齿机或刮齿 机，插齿机或刮齿机的控制器装置被设计和操作成控制该机器执行根据上文所讨论的方面 的方法。如本文所用的术语"插齿机"和"刮齿机"并不限于仅配备用于插齿和刮齿的机器， 而且还包括主要能执行插齿和刮齿过程的机器。
[0024] 将在附图的下文的描述中解释本发明的另外的显著特点、细节和优点，其中：
[0025] 图la至图If示意性地示出了用于根据本发明的方法的离散机械加工位置的时间 顺序；
[0026] 图2示意性地示出了专门与图3相比的、由每道工序产生的切削表面和齿隙；以及
[0027] 图3呈类似于图2的形式，表示通过现有技术过程展成的切削表面和齿隙。
[0028] 图la至图If示意性地表示工具40和在利用根据本发明的方法执行的插齿过程 中通常出现的、待展成的齿轮齿的离散的滚动位置50a至50f的顺序。图lb至图If中的 每一个还示出了所有前面的工序的离散的滚动位置。根据一道工序的滚动位置与先前路径 的位置相比的变化，显然，由于与纯滚动运动叠加的辅助运动所致的偏移，这些工序彼此不 同。属于离散的滚动位置的曲线束50a至50f的相应对称轴线（在附图中未图示）切向上 彼此间隔开。将这种偏移选择成使得在相继工序中由逐渐更深的工具接合而展成的侧面切 削在后齿侧面上结合在一起。
[0029] 因此，基本上仅通过展成前齿侧面的切削刃、在切削工具的齿头处的切削刃和展 成后齿侧面的切削刃的紧邻齿头的部分来执行切削工具的切屑去除工作。换言之，在工具 的齿的切削刃的长度上绘制齿隙切削中产生的刮屑的累积厚度的图中，将至少在远离切削 刃的齿头部的各区域之间存在显著的不对称。这种不对称性可能达到100%或更大，特别是 百分之几百。
[0030] 在此示例中，作为精加工工序来执行最后一道机加工工序，其中叠加的辅助运动 相对于先前的机加工工序修改，并且可能相对于纯滚动运动减小为零。
[0031] 如通过检查根据本方法的机加工过程所生成的切屑在实验中证实那样，仅仍生成 少量的U形切屑。在生成的切屑的统计分布中，最大值为L形切屑。总结果是减少工具上 的磨损量和因此工具能保持使用的时段增加。
[0032] 图2同样以示意图示出了以一定工序顺序形成齿隙的相继各阶段（在图2的示例 中五道工序）以便看出切削表面进展中的差异，与图3的切削表面30. 1、30.2……的相应侧 面切削31相比具体为侧面切削11、12、13、14。虽然在图3的情况下，后来的工序的切削表 面包含基本上对称并且离开一定距离的前一工序的切削表面，在图1中，沿着一个侧面不 存在这种切削迹线的分离，因为两个相继工序的侧面切削结合在一起。如从图2更加显然， 在侧面切削11、12、13、14……结合在一起的那侧上，它们遵循将展成的齿侧面10的轮廓， 以使得被机加工的齿隙不能从中心朝向侧面对称地清除，而是从一个侧面朝向另一侧面清 除。仅在前侧面上发生在切削刃的整个长度上切去材料，与图3相比这使得切屑厚度显著 增加。这种表现了根据本发明所公开的教导内容的不同机加工构思的特征。在最后的工序 中，用于轴线移动以展成齿侧面的机器设置对于图2和图3所示的两种方法相同；然而，由 于前一道工序的不同的切削表面，与图3的最后一道工序相比，在图2的最后一道工序中切 削的切屑的形状和尺寸不同。
[0033] 此外，应当指出的是本发明并不限于如在图la至图If的示例所示的插齿过程。实 际上，其也可以用于其它切屑去除的机加工过程，特别地用于刮削，其中在前文的描述和所 附权利要求中所公开的个别特征可能个别地相关以及总体上以任何组合用于实现本发明 的不同实施例。
【权利要求】
1. 一种展成齿轮齿的方法，其中将接纳齿形轮廓的工具和切削工具在滚动进给运动中 朝向彼此前进，直到在所述工具的多道工序之后展成齿轮轮廓的每个齿侧面（10, 20)，其中 在每道工序中，在所述工件上展成包含至少一个侧面切削（11，12, 13, 14)的切削表面， 其特征在于， 将辅助运动叠加到滚动运动上，这具有使在至少两个紧邻的连续工序 (11-12, 12-13, 13-14)中展成的侧面切削彼此连接的效果。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由至少三个紧邻的连续工序生产的侧面 切削之间的至少两个连接形成于同一侧面的那侧上。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，被连接的侧面切削形成于在机加工过 程中位于后侧的侧面上。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，被连接的侧面切削遵循展成 的齿轮齿侧面的轮廓，并且其中特别是，展成的齿侧面部分地由在最后一道工序之前的各 工序中的至少一道工序的侧面切削所决定。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，展成的至少一个齿侧面由所有工序的侧 面切削决定。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，展成的齿侧面为在机加工过程中位于 后侧的侧面（10)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从基于滚动运动所述工件将 占据的位置与所述齿侧面的位置之间偏移的计算来确定所述辅助运动。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了生成所述辅助运动，在所 述工件绕工件旋转轴线的滚动旋转与所述工具绕工具旋转轴线的滚动旋转之间引入相对 相位角变化。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了生成所述辅助运动，在所 述工具与所述工件之间引入线性相对运动，所述线性相对运动沿所述工件绕所述工件旋转 轴线的滚动旋转的切向运行。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述工具与所述工件之间的 相互进给移动根据生成切屑的体积/时间率来控制。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法为插齿方法。
12. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法为刮齿方法。
13. -种用于控制齿轮切削机的计算机软件程序，其特征在于，所述程序当在所述齿轮 切削机的控制器装置中执行时控制所述齿轮切削机来执行根据前述权利要求中任一项所 述的方法。
14. 一种齿轮切削机、特别是插齿机或刮齿机，所述齿轮切削机的控制器装置被设计和 操作成控制所述机器来执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
【文档编号】B23F5/12GK104379286SQ201380032144
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】J·克瑞斯切尔, C·克比尔卡 申请人:格里森-普法特机械制造有限公司