产生经切齿的工件的方法，以及适用于此的控制程序、刀具和切齿机与流程

本发明涉及一种产生工件的方法，所述工件包含添加在具有预定的齿部几何形状的第一齿部中的第二齿部，以及一种为此经控制的切齿机。

背景技术：

在现有技术中，这类方法已众所周知。据此，例如可以通过滚铣或者刮齿在工件上滚动式产生第一齿部。对于各种应用领域而言，例如在传动装置的制造中，还期望在这种第一齿部中添加第二齿部。举例而言，第二齿部可以在第一齿部的一个轴向延伸区域内例如因有所减小的齿厚或者呈锥形变化的齿面线而有别于第一齿部。其中，通常在另一加工机械上例如借助具有切刀的刀具添加第二齿部。

技术实现要素：

本发明的目的在于，在良好的齿部品质方面对本文开篇所述类型的方法进行改进，并且特别是以简单且省时的方式实施所述方法。

在方法方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为，在工件上进行在刮齿运动系统中切割式产生第二齿部的第一加工啮合，尤其是在从第一齿部至第二齿部的过渡部处，所述工件特别是尚且具有相对预定的齿部几何形状的加工余量，且随后在过渡部处在刮齿运动系统中实施与预定的齿部几何形状匹配的第二加工啮合，且其中特别是将剩余的加工余量移除。

其中，本发明首先基于以下认识：在通过刮齿将第二齿部添加至工件的第一齿部的情况下，存在在过渡部处产生毛刺的危险。若例如通过刮齿(强力刮齿)将插接齿部(steckverzahnung)置入运行齿部(laufverzahnung)，则特别是在轴交叉角较小和/或刀具直径较小的情况下会在第二齿部的导出部上的过渡部处形成毛刺。因为在此情形下，在切屑形成期间可能因有严重负面效果的前角而出现扁平的切削走向。在产生最大额定切屑厚度，工件的待加工材料严重倾向于形成毛刺，或者在为产生第二齿部而采用的刀具的切削边例如因磨损而不再以设计的切割品质进行切割的情况下，形成毛刺的危险同样较高。

不同于传统的用于将这类由粗毛刺和/或精毛刺构成的毛刺移除的手段，为了避免传动装置在工件的后续应用中例如因刷拂或使用去毛刺轮而污染或受损，根据本发明，在过渡部处在刮齿运动系统中实施与预定的齿部几何形状匹配的加工啮合。表述“匹配”表示，涉及的是一个能够生成具有预定的齿部几何形状的第一齿部的刮齿加工过程。在第一加工啮合中产生了毛刺的情况下，通过过渡部处的这个第二加工啮合，便能以不损坏第一齿部的方式将这些毛刺移除，从而实现良好的齿部品质。为此，在以切削移除的方式实施的情况下，第二加工啮合发生在一个对应预定的齿部几何形状的齿部深度的进给位置上。

当根据一个优选实施方式实施第一加工啮合时，在(至少)在过渡部处尚且存在相对预定的齿部几何形状的加工余量的情况下，并且在第二加工啮合中将这个加工余量切削式移除时，能够实现适当的齿部品质。在此情形下，切割至期望的齿部几何形状的深度，其与边沿的水平面不一致，毛刺以视情况而定不受控制的方式从所述边沿伸出。其中即使是在过渡部处，加工品质也等同于例如在最后的加工步骤中通过精加工以传统方式产生的经简单刮齿的齿部的加工品质。

因此，在实施第一加工啮合前便存在第一齿部的(预)齿，但其尚且无需完全符合预定的齿部几何形状(加工余量)。

本发明可应用于充当第一齿部的直齿及斜齿，并且可应用于内齿及外齿，其中对于内齿而言，由于其可接近性受限，本发明能够提供显著的进展。此外，本发明适用于圆柱形的第一齿部，但也适用于锥形齿部，前提是锥度尚且能够通过经典的滚动式方法，如本文开篇所述的方法，特别是刮齿来产生。

第二齿部与第一齿部的区别可如上文所述表现为有所减小的齿厚，或者表现为齿面几何形状的不同于第一齿部的倾斜角。但也采用其他类型的区别，例如经修改的轮廓和/或经修改的齿面线，其构成第一齿部与第二齿部的区别，或者这些方面的组合。第二齿部的一个优选示例是置入第一齿部的侧凹(hinterlegung)。

第二齿部可将第一齿部的齿根区域的加工包含在内，但视应用而定，可能通过添加第二齿部仅修改不含根部区域在内的齿面便已足够，例如在添加侧凹的情况下。

此外，可以(仅)从第一齿部的一端出发或从两端出发置入第二齿部，故相对主轴端侧视之，切削方向可以背离主轴端侧或者朝向主轴端侧。在一个特别优选的技术方案中，所述第一加工啮合在过渡部中以朝向该过渡部的轴向切削方向分量导出，以及，第二加工啮合具有与这个切削方向分量同向的轴向切削方向分量。这样便避免毛刺仅朝向第二齿部弯曲。第二齿部在第一齿部中的确切的轴向位置并不重要。

就第一齿部在第一加工啮合中尚不符合预定的齿部几何形状的技术方案而言，加工余量需要允许切屑形成式移除(切割且不挤压，或切割多于挤压)。优选地，所述加工余量为至少6μm，优选为至少20μm，特别是为至少40μm，以及/或者至多为1.6mm，优选为至少1.0mm，特别是为至少0.4mm。这样一来能够在第一齿部的预齿的制造过程中节省时间，因为这个预齿尚且无需具有经预定的齿部几何形状给定的轮廓形状，其中在添加第二齿部的过程中特别是在其导出部上也不发生负面的切屑形成，而这特别是可能发生在加工余量过大的情况下，当尚未形成加工余量较大的第一齿部的空隙时。在此，加工余量是指针对每个齿面的加工余量。

就此而言，所述加工余量可仅存在于第一齿部的一个齿宽区段的范围内。但在一个可行的实施方式中，所述加工余量在第一齿部的整个齿宽的范围内延伸，并在第二加工啮合中被移除。这使得第一齿部的预齿的制造简化，因为预齿的形状更加均匀。

在一个替代性的技术方案中，所述第二加工啮合可以在空行程中仅起去毛刺作用，具体方式为，使得进给深度略小于能够切削式产生齿部几何形状的深度。

第一加工啮合和第二加工啮合可以在两个不同的刀具工位上实施，所述刀具工位例如具有各一刀具头。但优选地，通过同一经旋转驱动的刀具轴来进行第一以及第二加工啮合。为此，可以在附属的刀具主轴上在第一加工与第二加工之间进行换刀(并且当在第一加工啮合前使用针对第二加工啮合的剥离轮时，视情况而定也在第一加工前进行)。这个方案优选适用于快速实现的换刀。在一个进一步节省时间的技术方案中则不需要换刀，所需的刀具均已夹装在夹装系统中。

就此而言，在一个优选技术方案中，第一加工啮合的刀具侧啮合区域不同于第二加工啮合的刀具侧啮合区域。借此，不仅是由于不同的机轴控制系统，也是基于不同的刀具几何形状，就可制性而言允许第二齿部相对第一齿部的更加灵活的技术方案。

但仍然能够如在一个优选实施方式中设计的那样借助相同的经旋转驱动的刀具轴以不换刀的方式工作，即当两个啮合区域均为一个复合刀具的区段，特别是通过串联式刀具(tandem-werkzeug)的各一独立的刀具构成时。因此，优选使用具有两个相互间隔一定轴向距离的剥离轮的刀具，其中针对第一加工啮合的剥离轮的直径优选小于针对第二加工啮合的剥离轮，以及，并且相比之下夹装更远的方式布置。

视第二齿部的类型而定可以采用若干方案，其中第一加工啮合是以双齿面工艺进行。但在一个特别优选的技术方案中，以单齿面工艺进行第一加工啮合。这使得多变性增强，其中所述第二齿部特别是可以在工件的右侧和左侧齿面上采用不同的技术方案。例如可以使得进入第一齿部的导出区域在两个齿面上与两个端侧中的一个间隔相同或不同的距离，两个齿面的倾斜角可以采用不同的技术方案。此外，对于左齿面和右齿面而言，置入的第二齿部的深度可以不同，或者，所述深度在齿面的轴向延伸范围内以不同的方式改变。第二齿部的两个齿面的轮廓也可以采用不同的技术方案。

视第一齿部的设计方式而定，由于与上述类似的不对称性，也可以以单齿面工艺产生这个第一齿部，并且特别是同样以单齿面工艺实施第二加工啮合。但在一个足以应对各种应用并且节省时间的方案中，可以以双齿面工艺进行第二加工啮合。特别是当将第二加工啮合作为针对第一齿部的最终加工的一(或数个)精加工操作来实施时，能够相应地节省时间。

在一个特别优选的实施方式中，在第一与第二加工啮合之间保持工件的工件夹装，故第一加工啮合和第二加工啮合均在相同的夹装中进行，在此期间不改变夹装。这样便能进一步节省加工时间。

在一个可行的技术方案中，在两个加工步骤之间，也可以使经夹装的工件横向于其旋转轴移动，例如用以进入具有不同的刀具侧加工位置的加工位置。就此而言，也可以设置两个能够交换位置的工件主轴。在一个替代性的优选方案中，工件旋转轴的位置和/或定向在第一与第二加工啮合之间保持不变，这样便不会因两个加工啮合之间的改变工件旋转轴的位置或定向的额外运动而造成加工时间的流失。

与为工件配设至少一个经以与预定的齿部几何形状匹配的方式预制的第一齿部的方式无关，本发明的方法已有恰当且有益的使用方式。但在一个特别优选的方法方案中，在刮齿运动系统中，并且特别是借助与第二加工啮合相同的刀具侧啮合区域，进行用于提供经第一加工啮合的工件的齿部加工。这样便能以工件坯件为出发点，基于预加工与第二加工啮合的协同作用极其省时地产生整个齿部。上文就保持夹装以及特别是保持工件轴的定向和位置所述的技术方案可类似地适用于针对第一齿部的预齿加工与第一加工啮合之间的关系。

在一个进一步优选的技术方案中，在第一齿部的导出末端上，即至少在第一齿部的端侧上也发生去毛刺，在所述端侧上，特别是以刮齿进行的产生运动在其进刀中以平行于工件轴的进刀分量导出。特别是在第二加工啮合后进行所述导出端侧的去毛刺。这例如可以通过位于使用的剥离轮中的一个的背侧上的啮合区域实现，或者通过优选经同轴耦合的去毛刺轮实现。

所述工件可以具有位于第一齿部的区域内的形式例如为内边沿的另一轴向过渡部，用于产生第一齿部或者第一齿部的预齿的制备加工啮合导出至所述过渡部，以及，在所述过渡部上同样可能产生毛刺。为此，同样将位于所述内边沿上的这种毛刺去除，优选借助一个与第一和/或第二加工啮合的刀具侧啮合区域运动耦合的刀具侧啮合区域实现。为此适合采用具有尽可能小的轴向延伸度的去毛刺轮。在所述内边沿例如由第一齿部中的凹槽构成的情况下，这样便能在不损伤凹槽的另一侧上的齿部的情况下进行去毛刺。

因此，在装置方面，作为特别优选的实施方式，本发明以独立请求保护的方式提供并揭示一种串联式刀具以及一种三重式刀具(triple-werkzeug)，其具有两个同轴并且轴向间隔一定距离的剥离轮，以及一个轴向进一步间隔一定距离的去毛刺刀具，其形式特别是为同轴布置的去毛刺轮。

此外，本发明以请求保护的方式提出一种用于切齿机的控制程序，在切齿机上被执行时，所述控制程序对切齿机进行控制使其实施根据上述方法方面中任一项所述的方法。

在装置方面，本发明提供一种切齿机，具有至少一个工件夹装系统，至少一个刀具夹装系统，以及至少两个线性轴和一个旋转轴，用以实现刀具夹装系统相对于工件夹装系统的相对定位，以及用于控制所述机器的控制装置，其特征在于，所述切齿机具有这种控制程序，以及/或者被设计和控制用于实施根据上述方法方面中任一项所述的方法。优选设有第三线性轴。优选地，所有轴均是经cnc控制的机轴。

附图说明

下面结合附图对本发明的更多特征、细节和优点进行说明，图中：

图1为内齿的与工件轴正交的经简化的示意性截面图，

图2以图1中的截面图a-a示意性阐释齿面加工，

图3结合图1中的截面图b-b示意性阐释齿根加工，

图4示出串联式刀具，

图5示出三重式刀具，

图6示出刮齿机，以及

图7和图8阐释不同于图6的另一机床方案。

具体实施方式

图1为内齿3的示意性横截面图。工件齿4的左齿面是用5表示，右齿面是用6表示。此外，内齿3的齿顶是用7表示，且所述内齿的齿根是用8表示。

但内齿3并非在其轴向长度范围内采用统一的构建方案，而是具有第一齿部1和置入第一齿部1的第二齿部2，不过在图1中未绘示出这一点。

图2d示出内齿3的齿面上的齿部几何形状的一个示例，其中在轴向下部区域内示出第一齿部1，并且在上部区域内示出置入第一齿部的第二齿部2。图2d中的虚线表示预齿的几何形状，其对应图2a中的实线，在该图中第一齿部和第二齿部的待产生的齿部几何形状均用虚线绘示。

在本发明的一个实施例中，如下产生工件或将第二齿部添加至第一齿部：

首先通过刮齿，在此以双齿面工艺借助切削边用12表示的第一剥离轮11产生针对第一齿部的预齿，尚且具有位于左齿面和右齿面上的加工余量δ。此举例如在刮齿运动系统中，如图2a所示自上而下地通过轴向进刀以数个粗加工操作进行，其中剥离轮的旋转轴与内齿3的旋转轴互成一个轴交叉角(螺旋齿轮传动的原理)。

在下一步骤中，借助切削边用14表示的第二剥离轮13将第二齿部2置入。先前(图2a)优选以双齿面工艺进行工作，而第二齿部的置入操作则优选以单齿面工艺先在一个齿面上(图2b)进行，随后再在另一齿面(图2c)上进行。在此情形下在第二齿部的导出部上产生毛刺16。图2b和图2c的这个产生毛刺的啮合对应第一加工啮合。针对第一加工啮合的剥离轮13的设计在此不同于产生第一齿部的齿部几何形状的预齿的剥离轮11。然而，在这个实施例中，该剥离轮必定是多重式刀具(mehrfach-werkzeug)、例如串联式刀具或三重式刀具的与剥离轮11同轴的一部分。

以与第二齿部的类型匹配的方式选择剥离轮13以及在第一加工啮合中设置的轴交叉角。所述第二齿部也可以不同于图2所示呈锥形，以及特别是呈现为置入第一齿部的侧凹。

在另一加工步骤中，借助一个剥离轮将(剩余的)加工余量δ从第一齿部移除，该剥离轮的设计针对用于产生具有预定的齿部几何形状的机轴控制系统。在这个实施例中，该剥离轮与在如图2a所示的用于产生除加工余量δ以外与齿部几何形状一致的预齿的步骤中所采用的剥离轮11是同一剥离轮。

在第二齿部2的区域内当然不进行加工，因为在这个区域内，在相应的进给位置处不再有材料。然而，基于在从第二齿部至第一齿部的过渡部处的切削加工，通过移除加工余量δ也将毛刺16消除。在本示例中，这个第二加工啮合又是以双齿面工艺进行。

该加工方法经过如下的时间优化：在第二加工啮合前，在预齿的制造中尚且无需进行精加工操作；在第二加工啮合中，可在一个此外轴向有所缩短的区域内实施一或数个最终的移除式精加工操作，其中同时进行去毛刺。总体而言，用于啮合本身的加工时间相应减少。

此外，如果根据一个优选实施例，在内齿3的夹装相同的情况下，特别是以多重式刀具的不同啮合区域实施齿部预加工(图2a)、第一加工啮合(图2b、2c)和第二加工啮合(图2d)，则能够在总加工时间相对而言非常少的情况下实现内齿3的令人满意的齿部品质。

在图3中还展示了如何以与如图2所示相似的方式，即在内齿的根部8中也体现第一齿部与第二齿部的区别的情况下，对内齿3的根部8进行加工。在针对第一齿部1的预加工中可以在根部区域内留有加工余量δf，在第一加工啮合(图3b)中加工出第二齿部2的根部后，才在第二加工啮合(图3c)中在第一齿部的区域内将所述加工余量移除。其中，在第二加工啮合中同样将在第一加工啮合中在根部区域内产生的毛刺消除。但置入的第二齿部也可以是以下类型：其中第二齿部的功能面仅需要作用于齿面，且内齿3在根部区域内是均匀的。即便是在此情形下，在根部8的区域内仍可以留有在第二加工啮合中移除的加工余量δf。

在此，在同一(预处理)步骤的范围进行在图2a和图3a中描述的移除，且图2d和图3c也对应同一加工啮合。图3b(第二齿部2的根部加工)是对以下情形的简化展示：在以单齿面工艺产生第二齿部的过程中，能够由根据图2b和2c的相应地以单齿面工艺实施的、将根部区域包含在内的加工产生根部加工。但原则上也可以借助双齿面工艺加工第二齿部，不过在采用单齿面加工时能够进行独立的切向运动以及/或者额外旋转，故更加灵活，并且也无需在齿根中作较深的切入。因此，在一个实施方案中，也可以将第一加工啮合限制于齿面。相反地，在另一实施例中，第二齿部也可以仅在根部区域内延伸。

为了简化图2和图3中的显示，仅示出各剖面的尚未经加工的区域，即如同已进行过材料移除那样也显示位于切削边下方的区域，尽管在这些区域内在进一步进刀后才会才会进行材料移除。

在一个未绘示的方案中，在置入第二齿部2前便可已产生第一齿部1的最终加工，而不保留加工余量δ。在此情形下，在用于在第一齿部1中添加第二齿部2的第一加工啮合中所产生的毛刺是可通过第一剥离轮11在第一与第二齿部之间的过渡区域内的空行程移除(第二加工啮合纯粹用于去毛刺)。

在图4中示出串联式刀具40，其具有第一剥离轮41和第二剥离轮42。剥离轮41与42是固定地相互连接，并且具有同一旋转轴cw。借助第一剥离轮41能够产生具有预定的齿部几何形状的第一齿部，例如叶轮齿部。借助第二剥离轮42能够将第二齿部置入第一齿部。在相应的加工中，刀具旋转轴cw与工件旋转轴互成一个轴交叉角。为了避免碰撞，对于外齿的加工而言，剥离轮42的外径d2小于第一剥离轮41的基底直径d1f。对于内齿的加工而言，d2优选不大于0.9d1f。优选地，d2不大于0.8d1f，特别是不大于0.6d1f。甚至可以为d2采用乃至0.4d1f或0.3d1f的值，尽管在采用相应较小的剥离轮时会形成扁平的切削曲线。为了避免这一点，特别是也可以为外齿采用以下方案：d2占d1f的至少40％，特别是d1f的至少60％，甚至占d1f的80％或更多。在另一优选方案中，第一剥离轮41与第二剥离轮42的模数大体相同，且差异优选不超过20％，进一步优选不超过10％，特别是不超过5％。

第二剥离轮42与第一剥离轮41的切边之间的轴向距离l12是选择得足够大，从而针对为第一加工啮合设置的轴交叉角避免因第一剥离轮41引起的碰撞危险。但这个距离l12优选不大于2.4d2f，特别是不大于2.0d2f，特别是不大于1.6d2f。这导致在第一加工啮合中，在将第二齿部置入工件的第一齿部时发生振动的危险减小。

然而，如上文所述，也可以采用分离的剥离轮41、42，其例如位于两个刀具主轴上，或者在一个刀具主轴上换刀。

图5示出三重式刀具50，其具有第一剥离轮51和第二剥离轮52，其布局可以与图4中的剥离轮40及41相同。但不同于图4中的串联式刀具，还设有布置在第二剥离轮52的轴向上的去毛刺轮53。

就去毛刺轮53的直径d3而言，d3与d2f之间的关系优选等同于上文结合图4阐释的d2与d1f之间的关系。

其中，去毛刺轮53的轴向尺寸l3是选择得如此之小，使得去毛刺轮53能够插入例如设于工件上的凹槽，并且将毛刺从凹槽上的齿边去除。为此，轴向距离l23是选择得足够大，即大于从齿部的面向加工的末端开始至凹槽或去毛刺轮53的工作区域为止的距离。视情况而定，距离l23也可以大于经加工的齿部的齿宽，在此情形下也可以借助去毛刺轮53对第一齿部的运动导出末端进行去毛刺。

表述“串联式刀具”或“三重式刀具”表示的是具有至少所述两个剥离轮或还额外地具有去毛刺轮的组合式刀具，但也可以具有附加的、特别是更多同轴的刀具，可以是复合刀具的组成部分。但也可以采用具有正好2或3个刀具的纯粹的串联式刀具或纯粹的三重式刀具。

图4中的串联式刀具或者图5中的三重式刀具例如可以装入如图6所示的刮齿机100的刀具夹装系统。刮齿机100是在用99示意性表示的控制系统的控制下实施根据上述方法方面中的任一项所述的方法。为此，刮齿机100在工件侧具有布置在机身80上的工件主轴70，其在此构建为立式主轴。在刀具侧设有沿径向进给方向x相对机身80可动的径向滑块61，在该径向滑块上以可相对沿轴向z可动式支承的轴向滑块62偏转的方式承载有切向滑块63，在所述切向滑块上布置有具有刀具主轴轴线c2的刀具头。偏转轴a在此平行于径向轴x，并且允许刀具主轴轴线c2的偏转，进而允许刀具旋转轴cw在y-z平面中的偏转，用以设置刀具旋转轴与夹装在工件主轴70上的工件的工件旋转轴之间的轴交叉角σ，所述工件可以是内齿式或外齿式工件(或者也可以是既具有内齿也具有外齿的工件)。

如图6所示的机器是经cnc控制的具有分别针对所示运动轴的独立驱动器的机器。但也可以采用更简单的可用于实施所述方法的机器方案，例如可以不采用切向滑块63，且刀具头是以可相对轴向滑块62偏转且无切向移动能力的方式布置。只要能够定义不同的轴交叉角，则偏转轴a也不必是经马达调节的机轴。

作为切齿机的另一设计方案的示例，例如可以采用具有悬挂式工件主轴70'的拾取机(pick-up-maschine)的方案，所述工件主轴例如以可轴向移动的方式支承(z')，并且能够沿切向方向在如图7所示的用于产生第一齿部或第二加工啮合的第一加工位置与用于置入第二齿部的第二加工位置(图8)之间移动。在这个方案中，具有刀具主轴轴线c2a的第一刀具主轴承载用于产生第一齿部(预齿和第二加工啮合)的剥离轮41'，且具有刀具主轴轴线c2b的第二刀具主轴承载用于添加第二齿部(第一加工啮合)的第二剥离轮42'。

本发明并不局限于在上述示例中展示的方案，确切而言，上文的说明书和下文的权利要求书中的特征也可以单独或组合地在其不同实施方式中对实现本发明具有重要意义。