制造面齿轮的连续方法

专利名称：制造面齿轮的连续方法
技术领域：
本发明涉及面齿轮的制造，并且具体地涉及ー种制造面齿轮的方法和工具。
背景技术：
面齿轮为具有等于面齿轮及其配对件之间的轴间角的齿面角(以及根锥角)的齿圏。该配对件为常规圆柱正小齿轮或螺旋小齿轮。标准面齿轮具有相应于也为90°的轴间角的90°齿面角(该90°齿轮也被称为“冠状”齿轮)。迄今为止，制造面齿轮的方法都复杂，具有专用于应用在通常为改进圆柱齿轮制造机的机床上的单ー设计的专用工具。该用于软制造面齿轮的方法包括·滚齿，在圆柱滚齿机上使用工作专用的专用滚刀，为了允许在滚刀的最低圆周部分切削(垂直滚齿机工作台轴线)而改进了该圆柱滚齿机。 ·插齿，使用代表配对圆柱小齿轮的插齿刀，以及具有通过面齿轮组的根锥角(通常90° )旋转的工作台的插齿机(相对于常规圆柱齿轮插齿机)。·万能铣削法，使用5轴加工中心上的端铣刀。·从固体磨削，使用硬齿面精加工部分中下文所述的磨削法。面齿轮硬齿面精加工的现有已知方法包括 连续磨削，使用具有螺纹基准齿廓的螺纹磨轮，其与大直径轮上的面齿轮组的小齿轮齿廓相同，而具有通常为I. 5-2. 5螺纹旋转的小宽度(參见W098/02268、US 6，390，894和US 6，951，501，其公开内容被包含在此以供參考)。·通过和面齿轮组的小齿轮齿廓相同的轮廓进行单分度展成磨削。 刮削，使用插齿刀或专用滚刀。·刮削，使用5轴加工中心上的端铣刀。·珩磨，使用在齿表面具有磨料层的修正小齿轮。目前，面齿轮软加工法取决于专项培训和专用工具，该专用工具昂贵并且关于它们用于其他工作或用于最优化的用途不灵活。面齿轮的加工时间通常明显比类似的圆柱或锥齿圈的切削时间更长。两种更普通的面齿轮硬齿面精加工法或者使用非常复杂的难以磨光或者需要磨光时间长的工具几何形状(螺纹轮磨削)，或者复杂并且耗时，产生结合面宽度方向上的进给运动的滚动(单分度展成磨削)。使用由碳化物材料制成的专用滚刀或插齿刀刮削提供合理的切削时间，但是需要不仅昂贵而且不易获得或根本不能获得的工具。面齿轮衝磨需要例如热处理、磨齿并且涂有CBN的小齿轮,该小齿轮昂贵、不灵活，并且依赖用于良好排屑的相当大的小齿轮偏置距(等于面齿轮和配对圆柱小齿轮之间所需的偏置距)，这限制了对具有该高偏置距的面齿轮组的应用
发明内容
本发明涉及ー种工具，代表能够在等于齿轮组(例如，面齿轮组)的配对小齿轮构件的压カ角下被定向至エ件(例如，面齿轮)的平面，并且能够将其绕虚拟小齿轮轴线旋转，以在エ件上产生齿面。发明工具为面切削刀具，该刀具执行连续分度运动，其与切削刀具和エ件(例如，面齿轮)的旋转同向，因此描述运动的内摆线路径，以及在将沿エ件面宽度产生直线的一次エ件齿轮旋转期间的两个切削刀具旋转的分度率。


图I示出面齿轮及其配对圆柱正小齿轮的ニ维、横截面图。图2A和2B分别示出球形滚齿工具以及圆柱滚齿机。 图3示出面齿轮，其中图I中的小齿轮被插齿刀代替。图4示出被修整过的螺纹磨削轮的三维视图，以便螺纹磨削轮在轴平面横截面复制图2A的滚齿工具的外形。图5示出具有复制面齿轮配对小齿轮齿形的磨削外形的圆周磨盘磨削轮。图6示出面齿轮和磨削轮的ニ维横截面图(面齿轮轴线位于横截面平面中，横截面平面垂直于虚拟小齿轮轴线)。图6也包括磨削轮外围的分解图。图7示出内摆线运动的原理。在开始切削位置，观察刀片点在エ件的内部开始切削。在工具以ΔφΤοοΙ旋转的同时，エ件以Atpwork = 0.5 Δφ了ool旋转。示出工具和エ件之间的相对路径，该路径为直线，从点“开始切削”到“结束切削”并且最终为“外部超程”。图8示出ニ维横截面侧视图或エ件、工具和虚拟展成小齿轮之间的布置。图9示出ニ维横截面顶视图或エ件、工具和虚拟展成小齿轮之间的布置。虚拟小齿轮的轴线为展成齿轮轴线。在刀具和エ件执行快速分度运动(为了使用内摆线原理建立直齿面线)的同时，工具必须绕第二轴线、即等于虚拟小齿轮的轴线的展成齿轮轴线旋转。工具轮廓虚线示出倾斜的工具，这是为了避免在向后运动期间刀片在槽内切断或反向运动。图10示出展成渐开线与展成平面。刀片的切削刃能够按与原始小齿轮齿面的渐开线相同的形状形成，该原始小齿轮齿面应和将制造的面齿轮齿面配对。图11示出六轴自由形式车床中切削刀具盘和面齿轮之间的布置。图12示出相对于具有90°节面角的虚拟辅助面齿轮定位的具有小于90°节面角的エ件齿轮。
具体实施例方式在详细解释本发明的任何特征和至少ー种构造之前，应理解，本发明在其应用方面不限于以下说明中提出或附图中所示的构造细节以及组件布置。本发明能够为其他构造，并且能够被以各种方式实施或执行。同样地，应理解，本文中使用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应将其视为限制。使用“包括…”、“具有…”和“包含…”及其变体意味着包含其后列举的物件及其等效物，以及另外的物件。使用识别方法或エ艺的要素的文字仅为了识别，不意味着表示应以特殊顺序执行该要素。虽然下文在描述附图时參考方向，诸如上部、下部、向上、向下、向后、底部、顶部、前、后等等，但是仅为了方便而相对附图(正常观察)做这些參考。不应按字面意思确定这些方向，或者以任何方向或形式限制本发明。面齿轮在某些应用中的利用高度依赖于高效和经济制造エ艺的可用性。迄今为止，还不能获得用于面齿轮的经济软加工或硬齿面精加工エ艺。图I示出面齿轮及其配对圆柱正小齿轮的ニ维、横截面图。在该例子中，面齿轮轴线和小齿轮轴线之间的轴间角为90°。轴间角大于90°将使面齿轮成为内齿圈。在0°轴间角的特殊情况下，面齿轮副变为圆柱齿圈。图2A示出球形滚齿工具。滚齿刀的切削刀片(切削齿)代表正小齿轮的齿，并且围在圆柱小齿轮主体周围(在由3个齿组成的部分中)。图2B也示出具有改进滚刀架的圆柱滚齿机，该圆柱滚齿机允许在滚齿刀的底部部分上切削面齿轮的齿。通常使用单个开始滚齿刀，对于滚齿刀的每ー转，该滚齿刀都将要求一节エ件旋转。从面齿轮的外部向内部进给该滚齿刀。在工具进给期间，根据工具导程角，必须考虑エ件旋转的补偿量。图3示出面齿轮，其中图I中的小齿轮被插齿刀代替。插齿刀有等于面齿轮的配对小齿轮(也等于虚拟小齿轮)的多个切削齿。处于垂直于插齿刀轴线的平面中的切削轮廓精确复制虚拟小齿轮的齿面轮廓。在插齿刀啮合面齿轮旋转的同时，需要用于排屑作用的轴向切削刀具方向上的行程运动。图4示出被修整过的螺纹磨削轮的三维视图，以便螺纹磨削轮在轴平面横截面复制图I的滚齿工具的外形。在螺纹磨削轮旋转的同时，磨削螺纹外形的弯曲定向在由磨削轮轴线和行程方向限定的平面的位置靠近旋转虚拟小齿轮外形。为了模拟虚拟小齿轮的全部宽度，磨削轮必须在沿面齿轮齿面宽度的虚拟小齿轮轴线方向横向移动。在单螺纹磨削轮的情况下，对于每一次轮旋转，エ件都必须旋转ー节。在横向移动过程中，在エ件旋转上叠加导程补偿值。图5示出圆周磨盘磨削轮。磨削外形复制配对小齿轮齿外形的面齿轮。该外形在磨削轮姆ー侧上都形成面齿轮外形的一点(一个滚动位置和ー个齿面宽度位置)。如果磨削轮在虚拟小齿轮的方向行进，就在虚拟小齿轮和面齿轮之间形成一条接触线(在展成外形的每ー侧上)。为了形成完整的面齿轮齿外形，磨削轮必须绕虚拟小齿轮轴线旋转(同时磨削轮行进)。如果该行程运动无穷快，并且如果绕虚拟小齿轮轴的旋转无穷慢，那就将产生ー对数学上完美的面齿轮齿面。图5中的磨削轮位置代表展成滚动进程中的中心滚动位置。图6示出面齿轮的ニ维横截面图(面齿轮轴线位于横截面平面中，横截面平面垂直于虚拟小齿轮轴线)。该视图也针对磨削轮的外国，图5中示出其不处于中心滚动位置而是处于起始和结束滚动位置。如上所述，所确定的面齿轮的现有技术软和硬加工方法取决于专项培训、复杂和专用工具，该专用工具昂贵并且关于它们用于其他工作或用于最优化的用途不灵活。另外，处理和/或修整时间长并且复杂。发明人已发现，在连续分度运动的情况下，如果切削刀具旋转为エ件旋转值的两倍，具有在其面上定向的切削刀片和以对切削刀具盘的旋转轴某一角度定向的刀片的切削刃的工具盘代表エ件齿轮坐标系中的平面。エ件和工具的旋转方向必须相同。为了避免在第二、多余干涉区域中的切断，能够以某一角度相对エ件(面齿轮)定向切削刀具。、
所述内摆线运动将形成具有为工具切削刃相同镜像的齿形的平面展成齿轮。已发现，绕其轴线旋转的切削刀具能够另外绕虚拟小齿轮轴旋转，这将引起在加工件上产生ー个或两个面齿轮齿面。图7示出切削盘。切削盘在其面上具有切削刃，其与切削盘轴线方向的角度等于配对小齿轮压力角(投射到垂直于相对切削速度方向的平面)。该工具可具有交替的内部和外部刀片。内部和外部刀片的切削刃形成在中心滚动位置极好地代表虚拟小齿轮的节线的展成齿轮的ー个齿。必须将工具盘绕虚拟小齿轮轴以一定角度旋转到每个新滚动位 置，该角度通过面齿轮齿的数目除以虚拟小齿轮齿的数目，乘以増量エ件齿轮旋转角度，加上另外少量旋转计算，这放置该盘，以便其在该特殊滚动位置具有含渐开线的公用线。图9示出面齿轮和工具盘的ニ维视图。在中心滚动位置表示工具盘。仅通过其轮廓线表示所述虚拟圆柱小齿轮。虚拟小齿轮的中心处于垂直于附图平面的展成齿轮轴线的位置。虚线工具轮廓线示出为了避免在切削刀片的反向运动期间切断或工具接触所需的エ具倾斜布置。在图9中也示出反向运动进入点。本领域技术人员应明白，为了在绕例如图7所示的轴线旋转工具时最小化齿面形状变形和齿根线变化，类似于斜齿锥齿轮和准双曲面齿轮计算空间中的工具倾斜角度。通过发明エ艺，优选齿轮齿的齿数为刀具头数目的两倍。也可能在刀具中使用半数刀片(或者四分之一，或八分之一等等)。然而，最小刀具头数目是这样的，其引起低生产率但是引起非常通用的刀具。为了获得导致正确比率的刀具头数目，应将面齿轮的齿数除以ニ。这继而意味着齿轮齿数优选为偶数。在奇数齿轮齿的情况下，为了能够将该新数目除以ニ并且获得刀具头的整数数目，可加或减ー个齿。例如，在41个面齿轮齿的情况下，这意味着42/2=21。刀具头数目为21，不能将其除以2得到整数結果。因此，可能的刀具头数目为21，或者对于刀具的每ー转为ー个数目。凑整的优点是这样的事实，即刀具头和面齿轮齿不具有公分母(追逐齿原理)。凑整的缺点是这样的事实，即内摆线将偏离精确直线。该偏离产生近似圆形长度冠形，其在ー个齿面为正，而在另ー齿面为负。如果发现该负冠形不能接受，就能够利用两齿面上的正长度冠形效应在面齿轮上的相反位置切削两个相反齿面，然而这将需要双旋转周期。能够将刀片磨齿为等于面齿轮组的配对小齿轮构件的压カ角的角度。优选，将刀片关于工具和エ件之间的相对运动方向而定向在工具盘的面上(例如，基于中心面宽度，因为速度方向沿该面持续变化)。然而，这将要求在面齿轮具有90°齿面角的情况下，工具轴线与エ件轴线共线。共线轴线布置可引起已切削的齿槽切断(例如，在其第二次穿过面宽度期间)。能够应用几分之一度至10°之间的小切削刀具倾斜角度(以相等刀片角度修正)，从而避免任何切断。切削刀片倾斜的副作用为齿面表面错配，这或者能接受，或者能用作期望的齿面修正的要素。为了表现展成圆柱小齿轮(展成小齿轮)，其中展成小齿轮和エ件齿轮类似面齿轮及其配对圆柱小齿轮在其最终应用(例如，齿轮箱)中的相同关系，虚拟小齿轮轴线能够位于虚拟或理论锥齿轮展成基本车床中，诸如美国专利No. 4，981，402或6，712，566中所述，其公开内容被包含在此以供參考。在切削刀具绕虚拟小齿轮轴线旋转的同时，エ件必须根据小齿轮和面齿轮之间的比率(即滚比(Ra))绕其轴线旋转。即
权利要求
1.一种制造具有预定齿数的面齿轮的连续分度方法，所述面齿轮具有多个齿槽，每个齿槽都包括相対的第一和第二齿面表面，所述方法包括 提供具有旋转轴线的面齿轮エ件； 提供具有旋转轴线的切削工具，并且包括盘主体，所述盘主体具有ー个或多个切削刃，所述切削刃限定位于所述盘的面上的一个或更多切削刃头； 以所述エ件每旋转一次，所述切削工具就旋转两次的比率旋转所述切削工具和所述エ件; 使所述切削工具和所述エ件啮合； 通过将所述工具和所述エ件相对彼此移动而在所述エ件上展成所述齿表面；· 其中所述展成包括另外绕与所述面齿轮エ件啮合的虚拟小齿轮的旋转轴线旋转所述切削工具，所述切削工具描述ー种展成滚动，其中所述切削刃在所述展成期间模仿与所述面齿轮エ件啮合旋转的所述虚拟小齿轮齿的滚动运动。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述エ件包括偶数齿数，所述偶数齿数为所述切削工具头的数目的两倍。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述エ件和所述切削工具绕其各自旋转轴线沿相同方向旋转。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述切削工具相对于所述エ件傾斜。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述切削刃包括内部和外部切削刃。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一和第二齿表面在所述エ件的面宽度的方向是直的。
7.根据权利要求I所述的方法，其中将所述エ件的齿表面以压カ角定向，并且将工具的切削刃以等于所述エ件的压カ角的压カ角定向。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述切削刃为渐开线形状。
9.根据权利要求I所述的方法，其中所述展成滚动为非恒量展成滚动关系。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述面齿轮包括90度的节面角。
11.根据权利要求I所述的方法，其中所述面齿轮包括小于90度的节面角。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述面齿轮包括内面齿轮。
全文摘要
一种利用工具制造面齿轮的连续方法，代表能够在等于齿轮组(例如，面齿轮组)的配对小齿轮构件的压力度下被定向至面齿轮工件的平面，并且能够将其绕虚拟小齿轮轴线旋转，以在所述工件上产生齿面。所述工具为面切削刀具，所述刀具执行连续分度运动，其与切削刀具和工件(例如，面齿轮)的旋转同向，因此描述一种将沿面齿轮的面宽度产生直线的一次工件齿轮旋转期间进行的内摆线路径运动和两种刀具旋转的分度率。
文档编号B23F15/06GK102725089SQ201180007443
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年1月29日
发明者H·J·斯塔特菲尔德 申请人:格里森工场