本发明针对用于制造齿轮的切削工具，并且尤其针对用于制造齿轮齿的具有不同定位但相同的切削刀片的切削工具。
背景技术：
锥齿轮和准双曲面齿轮可在单个分度过程(面铣)或连续分度过程(面滚铣)中切削。两个过程都使用具有多个槽组(相同的刀片组)的刀具头10，其在图1中由槽组11表示。图1示出具有矩形外刀片槽15和矩形的面铣刀具头10的三维视图。槽15和槽16表示一个刀片组11。刀具头10在切削期间沿方向14旋转。
每个刀片组通常由组装在相应刀具头槽中的一个刀片至三个刀片组成。在每个刀片组有三个刀片的情况下，通常第一刀片为较粗糙刀片或底部刀片。所有刀片组中的较粗糙刀片或底部刀片使凸腹表面和凹腹表面以及锥齿轮的根部圆角和底部变得粗糙。每个刀片组的第二刀片通常为外刀片。所有刀片组的外刀片完成切削凹腹表面和凹侧根部圆角。每个刀片组中的第三刀片通常为内刀片。所有刀片组的内刀片完成切削凸腹表面和凹侧根部圆角，
更常见的装置为刀具头10，其中每个刀片组11具有两个槽。刀具头的每个刀片组的第一刀片为外刀片(槽底半径12)。所有刀片组的外刀片负责粗加工和精加工根部圆角的凹腹面和凹侧面，包括锥齿轮上所有槽的根部底部的一部分。所述刀具头的每个刀片组的第二刀片为内刀片(槽底半径13)。所有刀片组的内部刀片负责粗加工和精加工根部圆角的凸腹面和凸侧面，包括锥齿轮上所有槽的根部的一部分。
图2(a)示出具有外刀片51和内刀片55的横截面图的垂直序列的上述排屑装置。相对切削速度方向59适用于刀片51和刀片55两者。外刀片51具有锋利(尖锐)的切削刃53，切削刃53在外齿轮腹面(凹腹面)上切削并形成切屑52。刀片51的间隙刃54具有钝的形状，并且不参与到内腹面(凸腹面)的任何切削中。内刀片55具有锋利(尖锐)的切削刃57，切削刃57在内齿轮腹面(凸腹面)上切削并形成切屑56。刀片55的间隙刃58具有钝的形状，并且不参与到外腹面(凹腹面)的任何切削中。
本领域已知的另一种可能性是每个刀片组具有单个刀片的刀具头，如美国专利第7,775,749号中所示。在此类装置中，如图3(a)所示的单刀片型(即全轮廓刀片)将执行凹腹面、凹根部圆角、根部底部、凸根部圆角以及锥齿轮的凸腹面的粗加工和精加工。
图3(a)示出全轮廓刀片20的正视图。前面60具有中性定向，该中性定向为两个切削刃21和切削刃23提供相同的侧倾角(siderakeangle，旁锋刀面角)。还示出尖端边缘半径22和尖端边缘半径24。刀片顶部宽度25等于待切削齿轮的根部宽度，这允许刀片20同时从两个齿轮腹面(凹形腹面和凸形腹面)去除切屑。图3(a)中的完整型材切削刀片20包括具有边缘半径22的外切削刃21、具有内边缘半径24的内切削刃23和将两个切削刃间隔开的顶部宽度25，以便切削正确的插槽宽度。
图2(b)示出全轮廓刀片64和第二全轮廓刀片69的横截面视图的垂直序列。相对切削速度方向59适用于刀片64和刀片69。刀片64具有垂直于相对切削方向59的前表面60。两个切削刃61和切削刃62从凸齿轮腹面和凹齿轮腹面以及从根部区域(未示出)切下连接的切屑63。刀片64的切削刃61和切削刃62起中性(不锋利)作用，因为前表面60垂直于切削速度方向。
图2(b)中的第二刀片69具有与刀片64相同的几何形状，其中前表面65形成切削刃66和切削刃67并且相对于相对切削速度59，切削刃66和切削刃67看起来不锋利而为中性的。在理想情况下，切屑68将与切屑63相同。刀具头中的全轮廓刀片64和全轮廓刀片69的径向调节，使得切削刃61在刀具头中具有与切削刃66相同的径向位置，并且切削刃62在刀具头中具有与切削刃67相同的径向位置实际上不可能。不可能对作为同一刀片的一部分的两个切削刃(例如61和62)实现不同的径向调节。刀片型材磨削的不精确性以及刀具头槽中的不精确性不能通过单独切削刃的单独调节来补偿。
切屑63和切屑68大且重并且难以从切削区域去除。由于在具有正面60和正面65的中性角的两个相对的切削刃上形成切屑，两个切削刃61和切削刃62以及65和57的切屑成形是彼此相对的，并且阻碍最佳的切屑剪切和成形。因此，使用图2(b)所示的工具几何形状的切削工艺产生的切削力以及切屑和零件的温度，相比于使用图2(a)所示的工具几何形状的切削工艺产生的切削力以及切屑和零件的温度更高。
刀片64和刀片69属于不同的刀片组。具有根据图2b的刀片的刀具头具有每刀片组一个刀片。
单刀片型刀具头仅应用于在完成过程中切削的面铣锥齿轮，因为完整的锥齿轮在趾部和跟部之间显示出沿着根部底部的平行槽宽。为了制造包括槽底在内的每个齿轮槽的两个腹面，仅使用一种刀片类型64的单刀片切削工艺(图2(b)中示意性示出)具有许多缺点。连接两个切削刃(并且通常为平面)的刀片前面60只能为切削刃61和切削刃62提供约零度的侧倾角。在侧倾角为零度(前面60垂直于相对切削速度59)的情况下，切屑去除过程必须进行更多的塑化工作以去除切屑(而不是用需要正侧倾角的锋利切削刃剪切掉切屑)。
由于围绕整个刀片轮廓的切削作用(图3(a)中的区段23-区段24-区段25-区段22-区段21)，来自两个腹面的切屑通常为连接的单个切屑，如切屑63和切屑68。零侧倾角以及连接的切屑两者都引起切削期间更大的切削力和更高的零件温度，并且随后引起零件质量降低。另一个缺点是连接的外内切屑63和切屑68需要大空间，因此不容易从切削区域流出。大体积切屑比较小的轧制切屑52和切屑56(图2(a))更有可能引起连续刀片之间的切屑堆积，轧制切屑52和轧制切屑56由外-内刀片切削系统制造，该外-内刀片切削系统每个刀片组具有两个刀片51和刀片55。
技术实现要素：
本发明包括齿轮切削工具，其中每个切削刀片组包括两个不同定位但相同的切削刀片(例如一个外刀片和一个内刀片)。本发明的刀片结构仅需要单一类型的刀片，以便同时切削齿轮的凸齿腹面和凹齿腹面以及齿槽的根部圆角(齿根过渡圆)和根部底部。本发明的刀具系统允许外切削刀片和内切削刀片彼此独立地径向调节。另外，内外切削刀片可彼此互换。
附图说明
图1示出具有矩形刀片槽的面铣刀具头的三维视图。
图2(a)示出外切削刀片和内切削刀片的横截面视图的垂直序列。
图2(b)示出第一完整轮廓切削刀片和第二完整轮廓切削刀片的横截面视图的垂直序列。
图2(c)示出本发明的单刀片和第二单刀片的横截面视图的垂直序列。
图3(a)示出完整轮廓切削刀片的正视图。
图3(b)示出根据本发明的单刀片的正视图。
图3(c)示出两个连续单刀片的正视图。
图4示出具有中心线83的刀具头82和具有单刀片41的外槽座表面84以及具有单刀片40的内槽座表面85的横截面视图的垂直序列。
图5示出图4的刀具头，其中添加间隔块86和间隔块87。
图6示出具有五边形横截面的切削刀片110的三维视图，该切削刀片110具有在刀片下方的夹紧块114和在刀片上方的间隔棱柱111。
图7示出具有中心线83的刀具头101和具有单刀片41的外槽座表面84以及具有单刀片40的内槽座表面85的横截面视图的垂直序列。
具体实施方式
本说明书中使用的术语“发明”、“该发明”和“本发明”旨在广泛地指代本说明书和以下任何专利权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制以下任何专利权利要求的含义或范围。此外，本说明书不寻求描述或限制本申请的任何特定部分、段落、陈述或附图中由任何权利要求所涵盖的主题。通过参考整个说明书、所有附图和下面的任何权利要求应理解主题。本发明能够具有其他结构并且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的且不应视为限制。
现在将参考附图论述本发明的细节，附图仅以示例的方式说明本发明。在附图中，类似的特征或组件将由相同的附图标记指代。
本文中“包括”、“具有”和“包含”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
尽管在描述附图时可在下面参考诸如上、下、向上、向下、向后、底、顶、前、后等的方向，但是为了方便起见，这些参考是相对于附图(如通常所见)进行的。这些方向不旨在字面上理解或以任何形式限制本发明。另外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语在本文中用于描述的目的，并且不旨在指示或暗示重要性或意义。
本发明的切削刀片30在图3(b)中示出并且设置有内切削刃31，该内切削刃31复制23的压力角和形状并且具有与24相同的尖端(末端)边缘半径32。切削刀片的正面36具有中性定向，其为切削刃31和切削刃33提供相同的倾角。刀片顶部宽度35比全轮廓刀片20的顶部宽度25小了一定量42(图3(c))。尖端边缘半径34优选地与22相同并且外切削刃33具有与21相同的压力角和形状。与具有到23的较大距离的切削刃21相比，切削刃33更接近切削刃31(量42)。
刀片类型30的两个切削刀片定位在刀具头中，刀具头具有小的槽底半径差。这在图3(c)中描绘出，其中切削刀片40和切削刀片41两者都与切削刀片30相同。刀片40和刀片41彼此相继定位，但是相对于彼此侧向移位了一定量42。这种结构将切削刃31置于位置43，并且将切削刃33置于位置44。
刀片40和刀片41的结构提供内切削刃43，其径向位置、压力角和形状与切削刃23相同。刀片40和刀片41的结构还在两个刀片上提供等于25的顶部宽度45。因此，切削刃44具有与切削刃21相同的压力角、形状和径向位置。刀片结构40和刀片结构41由两个不同定位但相同的刀片(一个外刀片和一个内刀片)组成。因此，本发明的切削刀片可称为单刀片。所产生的齿轮槽几何形状与由全轮廓刀片20产生的几何形状相同。与全轮廓刀片20一样，本发明的刀片结构仅需要单一类型的刀片，以便在完整的刀具头中同时切削凸腹面和凹腹面以及根部圆角和根部底部。图2(c)示出第一单刀片41用作具有切削刃44的外刀片，其将切屑70作为单侧切屑去除。刀片41的间隙侧72相对于凸腹面显示出间隙部42。下一个单刀片40用作具有切削刃43的内刀片，其将切屑71作为单侧切屑去除。刀片40的间隙侧73相对于凹腹面显示出间隙部42。
本发明的单刀片系统的优点包括：
·将内切削和外切削分离成具有相同规格的两个不同刀片，这减少要管理、处理和翻新的不同刀片几何形状的多样性。
·切屑形成是更加优化的并且切削工艺更顺畅。
·本发明的刀片结构的切削力低于全轮廓刀片20的切削力，这也降低工艺温度。
·本发明的单刃刀具系统允许独立地径向调节外切削刀片和内切削刀片。由于一个刀片上的两个切削刃之间的连续性，因此不可能对全轮廓刀片20进行刀片调节。一个切削刃不能相对于另一个切削刃移位。两个切削刃一起移位。
·用本发明的刀片和刀具系统生产的零件质量高于全轮廓刀片系统(刀片20)的零件质量
·在工具寿命结束之后，切削刃44和切削刃43(包括在相应侧的尖端边缘半径)磨损了。可以更换刀片40和刀片41，使得间隙边缘73现在变成切削刃而不是44并且间隙边缘72变成切削刃而不是43。这提供完整的第二工具寿命，无需重新研磨和重新涂覆。第二工具寿命的成本节约为显著的。
图4示出具有中心线83(旋转轴线)的刀具头82和具有单刀片41的外槽座表面84以及具有单刀片40的内槽座表面85的横截面视图的垂直表示序列。通过将刀片41放置在具有槽底半径80的座表面84上来实现切削凹齿轮腹面rwob的外刀片的刀尖半径。通过将刀片40放置在具有槽底半径81的座表面85上来实现切削凸齿轮腹面rwib的内刀片的刀尖半径。半径81相对于半径80减小了量42。图4中的刀具头设计允许利用相同的刀片40和刀片41，结果是刀片41用作外刀片，而刀片40用作内刀片。
具有内刀片和外刀片的常规刀具头中的不同槽底半径通常为步进的(阶梯状的)。步进意味着内刀片具有比外刀片更小的槽底半径。外刀片和内刀片的槽底半径之间的差量比本发明的单刀片定位所需的量42大5倍至20倍。槽底半径的差允许常规的刀具头覆盖各种不同的锥齿轮设计，并且还允许切削具有一定范围模数的齿轮。
图5示出具有中心线83(旋转轴线)的刀具头82的横截面视图的垂直序列。为使本发明的单刀片刀具系统能够覆盖各种不同的锥齿轮设计和模数，可修改刀片座表面84和刀片座表面85，并且可将平面平行的间隔块86和间隔块87连接到它们，如图5所示。刀具头82可与或不与间隔块86和间隔块87一起利用。可制备不同尺寸90的间隔块，以便通过制造具有不同厚度可供选择的各种间隔块86和间隔块87来实现大半径跨度rwob+δ和rwib+δ。在优选实施例中，外刀片41和内刀片40之间的半径差在刀具头的座表面84和座表面85中实现。在优选实施例中，各种间隔块使用相同厚度90的块86和块87(用于内刀片槽和外刀片槽)。
还可以使用不同厚度的间隔块用于外刀片槽和内刀片槽。如果必须覆盖宽的模数范围，则这是有利的。不同的块厚度86和块厚度87还允许巩固各种不同的齿轮设计以使用相同的刀片几何形状(在相同的压力角、但不同的齿轮槽宽度的情况下)。
本发明的刀具系统的另一变型为使槽底半径80和槽底半径81相同，并且将所需的半径差加工到间隔块86和间隔块87中。另外，部分的量42被应用于刀具设计而第二部分的量42被设计在间隔块中的一种组合是可能的。
如图6所示，本发明的单刀片刀具头系统可在具有矩形槽15和矩形槽16的刀具头，如图1中的刀具头10中实现，或者在具有五边形槽横截面的刀具头(例如us6,120,217)和根据110的棒状刀片中实现。在这种情况下，间隔块111将具有棱柱的形式。夹紧块114位于刀片110下方，并且间隔块111位于刀片110上方。间隔块111实现对于具有五边形横截面110的刀片的模拟功能，如同间隔块86和间隔块87实现对于矩形刀片41和矩形刀片40的模拟功能。间隔块111将可用刀片宽度113移动约112的距离达到更大的半径。可制造间隔块111的厚度112，以便精确地复制矩形间隔块86和间隔块87的厚度90。
本发明的刀具头系统也可用径向可调节的刀具实现(例如，us2015/0290725或us2015/0306688)。图7示出具有中心线83(旋转轴线)的刀具头101和具有单刀片41的外槽座表面84以及具有单刀片40的内槽座表面85的横截面视图的垂直序列。图7示出座表面(安置表面)84和座表面85，其在上区段中未被修改并且在下区段中具有修改95和修改96。除了夹紧螺钉91和夹紧螺钉92之外，还实施相应的调节螺钉93和调节螺钉94。调节螺钉93的顺时针旋转将使刀片41的尖端沿方向97移动并且增加尖半径rwob修整。调节螺钉93的逆时针旋转将使刀片尖端沿方向98移动并减小尖半径rwob修整。调节螺钉94的顺时针旋转将使刀片40的尖端沿方向99移动并增加尖半径rwib修整。调节螺钉94的逆时针旋转将使刀片尖端沿方向100移动并减小尖半径rwib修整。这使得可以将刀片41和刀片40彼此独立地调整到精确的径向位置以实现最佳切削工艺并且还确保精确的整个刀片顶部宽度45。同样在刀具头101中，优选利用两个相同的单刀片41和单刀片40。座表面84和座表面85具有42的半径差，这使得单刀片41成为外刀片而单刀片40成为内刀片。
代替修改刀具头座表面84和85，也可使用未修改的座表面并且将修改95和修改96加工在间隔块86和间隔块87上(图5)。而且，刀具头座面修改和间隔块修改的组合实际上为可能的并且在特定情况下为有用的。
本发明的工具装置的另一个实施例为使用具有外刀片槽84的刀具头101，外刀片槽84的槽底半径80等于内刀片槽85的半径81。在这种情况下，差量42等于零。为了利用单刀片并且仍然具有槽84的纯外切削和槽85的纯内切削的优点，外刀片41可在方向97上以较大的基础量调节，而内刀片40可在方向99上以较小的基础量调节(图7)。例如，单刀片可研磨成比顶部宽度25小0.050mm的刀片顶部宽度35，该宽度是切削正确的齿轮槽宽度所需要的，并且如图7所示，在用于内刀片和外刀片的初始位置中构建到刀具头101中。然后，外刀片41可在方向97上调节0.025mm(加或者减的修整量)，并且内刀片40可在方向100上调节0.025mm(加或者减的修整量)。这种结构还将提供仅在外切削刃上切削的单刀片41以及仅在内切削刃上切削的单刀片40。
如上所述的单刀片和刀具系统，如上所述用于单一分度面铣削工艺，也可用于连续分度面滚铣工艺。为了实现相同的内外刀片，不能通过外刀片和内刀片之间的单独的正面距离来控制刀片正时。刀片正时，即内刀片切削刃的参考点与外刀片切削刃的参考点之间的角距离，影响具有齿厚度的槽以及齿厚度。如果放置在外槽中的刀片的正面距离和所有其他参数等于内刀片的参数，则只有通过改变切削刃的径向位置，才能在完整切削中建立正确的齿厚度。为使两个刀片保持相同，可通过将内切削刃的半径增加δs/2并且将外切削刃半径减小δs/2来校正例如+δs的槽宽度差异。在这种情况下，通过在用于外切削的刀具头槽中以及在用于内切削的刀具头槽中使用相同的刀片，将实现正确的齿槽宽度(和齿厚度)。
必须定位外切削槽和内切削槽的槽半径，以便在外切削刃和内切削刃上实现平均齿轮切削参考点的相同半径。为了覆盖更宽范围的齿轮设计，间隔块86和间隔块87也可用于面滚铣。
虽然已经参考优选实施例描述本发明，但应理解，本发明不限于其细节。本发明旨在包括对于本主题所属领域的技术人员显而易见的修改。