具有条形刀片的径向可调整性的齿轮刀具的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求保护在2012年11月9日提交的美国临时专利申请第61/724, 531号 的权益，该专利申请的全部公开以引用的方式并入到本文中。
技术领域
[0002] 本发明针对于齿轮制造和特别地用于平面滚齿和平面铣削的锥齿轮面刀头。
【背景技术】
[0003] 锥齿轮和准双曲面齿轮能在单次或间歇转位过程（平面铣削）或者在连续转位过 程（面滚）中切削。在展成或摇台平面中的基本切削设置将使刀头中心定位在如下位置： 该位置以所谓的径向距离的量离开展成齿轮中心（摇台轴线）的位置。刀片的外形表示在 刀具旋转时展成齿轮的一个齿。用于锥齿轮切削的常用平面刀具具有若干刀片组，每一组 具有一个到四个刀片。最常用的刀具是交替（完成）刀具，每个刀片组具有一个外侧刀片 和一个内侧刀片。为了在切削过程中实现所有内侧刀片和所有外侧刀片相等的切肩负荷， 所有外侧刀片的切削刃优选地在相同径向位置彼此跟随。而且，所有内侧刀片应在相同径 向位置彼此跟随。换言之，一种类型（内侧或外侧）的所有切削刃应在刀具旋转时生成相 同锥表面。
[0004] 刀头主体、刀片坯件的制造公差和刀片轮廓磨削的偏差将引入一个刀头中不同刀 片的不同切削刃位置。
[0005] 虽然较老的平面刀具系统允许调整径向刀片位置，目前的条形刀片系统没有设置 成实现直接径向调整。然而，实现切削刃位置的径向变化的已知技术包括：
[0006] 1.如果条形刀片运动到不同于标称位置的轴向位置，那么，通过近似AR = As · tana，刀具参考平面的半径增加或减小，其中As是条形刀片的正或负轴向移动，并 且a是刀片压力角（例如，参看US 5, 839, 943)。
[0007] 2.如果利用两个夹紧螺钉（上和下）来夹紧条形刀片，那么上或下螺钉的扭矩增 加能使刀片末端略微径向移动，如果条形刀片并非精确地为直的或者如果正常槽壁并不完 全是平面的。
[0008] 上述方法1的缺点在于所有轴向移位的刀片的刀片末端将运动离开其共同的末 端平面。虽然刀片调整改进了径向切削刃位置，其造成刀片末端的跳动（runout)。刀片末 端的跳动将造成刀片的过早的末端磨损。
[0009] 上述方法2的缺点在于刀具需要每个刀片两个夹紧螺钉，并且这两个夹紧螺钉的 扭矩必须根据刀片和槽的各个不准确度来进行选择。也可能由于刀片和槽的特定形状，将 不发生刀片半径变化、诸如刀片半径增加或刀片半径减小。在这种情况下，不能对这种特定 的槽/刀片组合进行调整。方法2是根据可能仅通过耗时的尝试错误循环来控制的一致性。
【发明内容】
[0010] 本发明针对于用于平面滚齿和平面铣削的锥齿轮制造面刀头，其中，刀头包括正 刀片承座，并且能在刀片预夹紧和轴向定位之后将刀片紧紧地夹紧到正承座表面上并且径 向调整条形刀片。
[0011] 本发明的刀头总体上是盘形并且能绕刀片轴线旋转。刀头包括：第一侧和第二侧； 布置于刀头中的一个或多个切削刀片定位槽，其中刀片定位槽中的每一个在第一侧与第二 侧之间延伸。刀片定位槽分别具有在第一侧与和第二侧之间延伸的至少一个刀片承座表 面，刀片承座表面具有修改的形状并且从第一侧延伸到第二侧，其中修改的形状偏离于从 第一侧延伸到第二侧的连续直线形表面的形状。
[0012] 优选地，修改形状的承座表面包括第一部分和第二部分，第一部分从第一侧或第 二侧之一延伸到第一侧与第二侧之间的预定位置，第一部分具有第一形状，第二部分从预 定位置延伸到第一侧或第二侧中的另一个，第二部分具有使得第一部分的形状和第二部分 的形状一起不构成从第一侧延伸到第二侧的连续直线（始终相同的斜率）的形状。第一部 分优选地是直的并且第二部分优选地是弯曲的。
【附图说明】
[0013] 图1示出了用于条形刀片的刀头槽的多个不同承座表面修改。
[0014] 图2(a)示出了带条形刀片的刀头的截面图，条形刀片利用夹紧块和两个夹紧螺 钉连接到刀头，其中仅上夹紧螺钉处于扭矩下。
[0015] 图2(b)示出了与图2(a)的相同截面，其中下夹紧螺钉具有比上夹紧螺钉更高的 扭矩。
[0016] 图3示出了在刀头槽中具有五边形截面和正承座的切削刀片的三维视图。两个刀 片承座表面的下部段被修改。
[0017] 图4示出了在刀头槽中具有五边形截面的切削刀片的二维顶视图。虚线指示在承 座表面的下（看不到）部段中两个承座表面的修改。
[0018] 图5示出了在刀头槽中具有五边形截面的切削刀片的二维顶视图。虚线指示相对 于承座表面的下（未图示）部段中定向的切削圆更接近切向的承座表面的修改。
[0019] 图6示出了在刀头槽中具有五边形截面和正承座的切削刀片的三维图。相对于切 削圆更接近切向定向的承座表面的下部段被修改。
[0020] 图7示出了在刀头槽中带有五边形截面和正承座的切削刀片的三维视图。相对于 切削圆更接近切向定向的承座表面的下部段被修改。P是轴线并且9是用于刀片调整的刀 片旋转方向。V pt是是刀片调整之前的枢轴-末端-距离的向量，并且Vpt*是调整之后的枢 轴-末端-距离的向量。
[0021] 图8示出了夹紧块-刀片-承座表面布置的截面图，但作为在图2(b)中修改的刀 片承座表面的替代，其示出了枢转块，枢转块具有在其右侧上的刀片承座表面和在左侧上 的枢轴布置（朝向刀具中心）。
[0022] 图9是图8的刀头的一部段的顶视图，示出了带有切削刀片的三个刀片槽。
[0023] 图10示出了夹紧块和刀片-承座表面结构的截面图，但作为在图2(b)中修改的 刀片承座表面的替代，其示出了枢转块，枢转块具有顺应元件来代替机械枢轴线。这个元件 使用钢的线性弹性，以便允许承座表面枢转。刀片承座表面在其右侧并且枢转结构在左侧 (朝向刀具中心）。
[0024] 图11是图10的刀头的一部段的俯视图，示出了带有切削刀片的三个刀片槽。
【具体实施方式】
[0025] 在本说明书中使用用语"发明"、"该发明"和"本发明"意图广义地指此说明书和 所附任何权利要求的主题。包含这些用语的表述不应理解为限制本文所述的主题或者限制 所附的专利权利要求的意义或范围。而且，本说明书并非意图在本申请的任何特定部分、段 落、叙述或附图中描述或限制由任何权利要求所涵盖的主题。应参考整个说明书、所有附图 和任何权利要求来理解本主题。本发明能有其它构造且能以各种方式来实践或执行。而且， 应了解本文所用的短语和术语是出于描述目的且不应认为具限制意义。
[0026] 现将参考附图来讨论本发明的细节，附图仅以举例说明的方式示出了本发明。在 附图中，相似特征或部件将由相似附图标记来标注。
[0027] 在本文中使用"包括"、"具有"和"包含"和其变型意谓涵盖之后列出的项目和其 等效物以及额外物品。使用字母来识别方法或过程的要素只是为了标识并且并非意图表示 这些要素要按照特定次序来执行。
[0028] 尽管在下文中附图描述中提及方向，诸如上部、下部、向上、向下、向后、底部、顶 部、前部、后部等，这些只是为了方便起见相对于附图（在正常查看时）做出。这些方向不 应从字面来理解或者以任何形式来限制本发明。此外，在本文中使用术语诸如"第一"、"第 二"、"第三"等是出于描述目的并且并无表示或暗示重要性或显著性的意图，除非这样规 定。
[0029] 本发明针对于带有一个或多个切削刀片的锥齿轮刀头的发展，切削刀片能以确定 的方式进行径向调整，不具有或具有最小的副作用。这些副作用可能是刀片末端高度变化、 刀片偏移变化、在空间中围绕所有三个轴线（X，Y，Z)的刀片旋转和/或刀片承座刚度损失。
[0030] 可以利用如下修改来将刀片承座表面从其直（平面）初始形状修改，这些修改包 括：凹部、下（上）部段中的斜坡、桶形状、在下（或上）部段中的弯曲凹部、在下（或上） 部段中的直上升形状、直下降和上升形状、在下（或上）截面中的弯曲上升形状、凹入形状 或更高阶修改，如图1所示。
[0031] 图1示出了用于条或杆型切削刀片的刀头2中的切削刀片定位槽中的承座表面4 的不同修改的示例。直承座表面是现有技术，而本发明提供具有如下形状的承座表面，这些 形状与在刀头的相对各侧之间、连续的平直承座表面的直线形状不同（例如，比较图1的 "平直"形状和"下曲线"形状）。下凹部、下斜坡、下曲线、直上升和弯曲上升是能在更靠近 切削刃伸出的承座表面的上部区域中做出的修改。初始承座优选地由直部分而不是承座表 面的修改部分提供。位于凹陷区域中的夹紧螺钉的扭矩增加将导致刀片倾斜（和某些刀片 弯曲），这将改变刀片末端的径向位置。直下降和上升在虚线处具有其低点，这也可反过来， 以在虚点线处具有高点。如果螺钉存在于虚线处并且使刀片弹性变形，则直下降和上升以 及凹入和更高阶修改允许径向刀片末端移动。
[0032] 图2(a)和图2(b)示出了参考刀头2的本发明的刀片调整原理，刀头2具有顶表 面3、底表面或背表面5并且可绕刀具轴线A旋转，并且具有刀具半径R。具有修改的承座表 面的刀片定位槽被示出在顶表面3与底表面5之间延伸。条形刀片8利用夹紧块6压靠到 修改的承座表面上（例如，图1的"下曲线")，其中，没有来自下螺钉12的扭矩（图2a)，以 及来自下螺钉12的扭矩比来自上螺钉10的扭矩更高（图2b)。如果由于上夹紧螺钉的弹 性而使上螺钉10的刀片夹紧力可以保持恒定或接近恒定，则下螺钉12的夹紧扭矩可以增 加以便通过使切削刀片8在修改的承座表面上以顺时针方向上有效地滚动而使切削刀片8 摆动。上夹紧螺钉结构中的弹性可防止在顶部段中夹紧力明显增加、并且发生刀片滚动而 不是刀片偏转。如果上夹紧螺钉10并不具有足够弹性，发生刀片弯曲和刀片滚动的组合， 这仍将允许对切削刀片8进行径向调整。在两种情况下，在刀片与承座表面之间的间隙14 从底部段（图2a)转移到顶部段（图2b)。如果图示的承座表面垂直于夹紧螺钉的轴向方 向，那么，将导致夹紧刚度减小。
[0033] 取决于夹紧螺钉或压力点的数量（例如，一个、两个或三个），可以根据夹具设置 (参看图2b)的扭矩而实现刀片末端在径向方向R上的运动AR。一种副作用是切削刃压