专利名称：生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生成用以控制包含至少五轴的机床上的特定刀具的控制数据的方法和设备，以加工夹入的工件。具体地，本发明涉及一种生成用于控制在包含至少五轴的CNC数控机床上的铣刀 的控制数据的方法和设备，具体地，铣刀是在CNC数控铣床、铣床/车床、车床/铣床或包含 至少五轴的CNC数控通用加工中心，例如通用铣钻机床，用以加工夹持于机床中的工件，使 工件从胚料加工到具有期望的预定制成零件形状的制成零件，具体到在机床上进行的直到 制成零件的整个加工操作，预定制成零件包括基体和由该基体伸出的至少一齿面部。本发 明具体涉及制成零件的成形或生产，例如齿轮，特别是具有内传动装置和/或外传动装置 的直齿轮、伞形齿轮、叶轮或叶盘。一般来说，本发明涉及具有任意基体和由该基体向外或 向内伸出的至少一齿面部的任意工件的生产。
背景技术：
众所周知，NC数控机床和具体的CNC数控机床是众所周知的用在各种不同的具体 实践中的现有技术。此处CNC (Computerized Numerical Control)数控机床指的是机床通 过数字，即通过CNC程序控制机床导轨。机床设有从在加工中的工件移除废料的刀具。该 刀具的控制，具体到刀具的移动和/或定向，通过CNC程序的CNC控制数据用控制装置来实 现。此外，该CNC控制数据选择性地控制工件的定向，例如，通过旋转机床的工作台来控制， 机床中的工件夹持于工作台上。总而言之，通过CNC控制数据方式，基于CNC程序或CNC控 制数据的控制能够对夹持于机床上的工件进行有效、灵活、精确及可重复的加工。在如今的现有技术中，CNC程序和CNC控制数据通过CAM (CAM表示“ Computer Aided Manufacturing")系统以软件支持形式产生或生成。此处产生的CNC程序包括控制 数据，其相对于夹持于机床上的工件沿一个生成路径控制使用刀具，当刀具经过该路径时， 例如通过铣削加工或其它过程，将废料从工件移除。此外的数字路径计算是基于几何参数及通过工件的预定期望的制成零件形状自 我定向。然后，当刀具经过生成或计算的刀具路径时，通过生成的控制数据沿路径到路径方 式从机床上的工件中移除废料，直到获得制成零件。另外，控制数据也可包括指示刀具改变 的数据，在工件在加工过程中，可选择性地实现自动的刀具改变。当今机床通常能够履行自 动的受程控的工件改变，其中，在第一工件加工后，在机床的工件夹持装置上的第一工件换 为第二工件，由此加工第二工件。一个通用、灵活的具体使用可以是与CNC数控机床一起使用，该CNC数控机床包括 至少五轴，使刀具能够进行穿过空间五个自由度的自由运动，以从工件中移除废料。此处的 五自由度运动包括三维自由度(传统上的正交可控的三维自由度，具体指X轴、y轴、Z轴) 以及两个能使任意刀具定向的角自由度或旋转自由度，该三维自由度可通过至少三个线性 轴控制。此处的两个角自由度或旋转自由度可由机床的两个或以上的旋转轴控制。具有至少五轴的如今的CNC机床能够同时控制这五个自由度，以便提供相对被夹持工件的可能特 别复杂有效的刀具路径。以上所述的CNC机床通常用于刀具建构，通过加工来产生具有复杂形状的制成零 件。这个包括回转对称制成零件，例如叶轮或叶盘，其在顺应预定几何形状方面提出更大的 要求。在机械工程上，具体到船舶建造，例如在环境技术中(如在风力发电厂的情形中)、在 飞机制造业和机床制造业上，有必要提供具有最具差异性输出的传动装置，为此，根据在表 面光洁度、轮齿接触图案及滚动性能方面的不同需求，需要生产齿轮，具体为直齿轮、伞形 齿轮。此外，通常并非绝对必要的是获得大量的项目，但重要的是不仅仅关于宽广范围的类 型的高度灵活性，具体是关于包括复杂齿侧几何形状、齿面几何形状或刀片几何形状的各 个几何形状。为了生产这种具有基体部分及由该基体伸出的至少一齿面部的制成零件，具体为 齿轮，例如直齿轮、伞形齿轮、叶轮或叶盘，现有技术公开专门的机床，其设有专有刀具，以 生产用在各种不同实践中的齿轮如直齿轮或伞形齿轮的齿廓，或者叶轮或叶盘的刀片或叶 片轮廓。为了生产齿轮的传动机构，现有技术公开了专门的机床，具体为滚铣机器，其适于 在生成铣削过程中使用滚铣刀具供给工件传动机构。例如，这种滚铣机器适于生产传动机 构的具有柱状基体和由其伸出的齿面部的直齿轮，或者传动机构的具有锥形基体和由其伸 出的齿面部的伞形齿轮。这种专用机器，具体如上述描述的滚铣机器，在选购和维修方面是成本集约型的， 各个齿面轮廓的制造局限于专用刀具的形状，例如，滚铣机器的滚铣刀具的刀刃特定形状， 其已经预先定义可获得或或制造的齿形状和齿面形状。此外，在上述专用机器上的各个齿 面轮廓的制造由于有限的自由度而限定为在工件和刀具之间可能的相对移动。为了实现高表面光洁度，可选择性地，有必要于上述专用机器上(如在额外的成 本集约型的专用机器上)进行加工操作之后重新加工或抛光工件。为解决上述专用机器，具体如滚铣机器中的问题，为了生产齿轮，具体为直齿轮或 伞形齿轮、叶轮或叶盘，有益的是在包括至少五轴的CNC数控机床上生产这种齿轮，具体为 直齿轮或伞形齿轮、叶轮或叶盘。这样就能够使用标准刀具，用以生产这些制成零件，并利用可在至少五自由度上 控制的机床的高灵活性和宽广的应用领域，能赋予齿轮，具体为直齿轮或伞形齿轮、叶轮或 叶盘或其它工件以最复杂的几何形状，具体为最复杂的齿面轮廓。在汉斯-彼得 斯科斯戈(Hans-Peter Schossig)发表的文章《在标准机床上的形成良好齿铣削高质量齿轮的简易方法》(The easy way to good teeth-millhigh-quality gear wheels on standard machine)(德国《修改禾口 操作》期干Ij ( "fferkstatt und Betrieb"),卡尔泽尔出版社，德国慕尼黑，2007年版次，第4/28号，第28-32页，ISSN 0043-2792)中描述一种生成用于控制在包含至少五轴的机床上的工件的控制数据的方法， 该控制数据也用于加工工件，以生产具有基体部分及由该基体伸出的至少一齿面部的预定 制成零件。上述文章描述一种利用包含至少五轴的机床生产齿轮的方法，具体处于用以生产 表面光洁度在按DIN3965(德国螺旋伞齿轮精度标准)标准质量等级为6的伞形齿轮配对的测试运行中。在上述方法中，根据DIN标准的传动机构的所有必需的参数在最初就输入。此与制成零件的几何形状的基本几何形状参数相对应。为此，例如，可输入所想要的具有预 定或所需齿形的齿接触图案上的数量数据，或者在各个区域或遍及整个齿面部的所想要的 凸形的进一步数据。这些基本几何形状参数键入于一计算机终端，然后通过数学和/或数字计算在计 算机中生成所想要的齿几何形状的数学描述。利用一 CAD/CAM系统，基于该计算结构生成 NC程序，据此，五轴机床使用标准刀具如现有的端铣刀可产生所想要的制成零件。类似的方 法参考例如公开号为WO 2008/133517A1的国际专利申请。在上述方法中，制成零件，具体为齿侧的齿面，用铣削操作(例如使用端铣刀或在 铣削操作中的另一回转对称的铣削刀具)使其成形。此铣削操作首先在计算机上数字模 拟，传动机构的表面或侧面利用CAD系统在计算机上进行近似(逼近)模拟。然而，由于近 似模组的输出或CAD系统使用者的运用细心程度，这种利用CAD系统的近似模拟导致在设 定侧面和模型侧面或齿侧几何形状之间产生偏差。然而，高质量现有的CAD/CAM 系统(例如 CATIA、UGS、EUKLID, Tebis, HyperMill) 或者专门的CAM系统(例如来自美国Concepts NREC公司的MAX-5、MAX-AB、MAX-SI)提供 功能以生成用于具有柱状和凸面形状的铣刀的控制数据。在这方面，就是为了真正生产齿轮(具体为直齿轮或伞齿轮)的齿侧，对齿面进行 近似模拟，使其构建成用于上述专用机床，以产生齿轮或伞齿轮。此处，待生产的齿轮齿侧 部的表面或者叶轮的刀片用所谓的等参数曲线(例如U-V曲线)描述，该曲线在数学上描 述表面的内部设计或表面的几何外形。等参数曲线相对彼此及关于所期望的传动机构外形 的位置极大依赖于预定数据输入的排列，数据输用于描述制成零件几何形状，具体为在CAD 系统中的数据输入。依据现有技术，沿着期望的传动机构外形的预定侧的齿面的一系列等 参数曲线并未排列成垂直于齿轮的传动机构的齿基底的均一行列。因此，生成的等参数曲 线并不能通过齿面或一系列齿基底的根部进行自我定向。当基于以上描述的、利用对齿侧或齿面的近似模拟而生成的数学描述，使用现有 技术习知的CAD/CAM系统产生或生成用于齿面或刀刃面的加工的刀具路径时，刀具或刀具 的定向沿着待滚铣表面的等参数曲线布置。这时，带来如下问题，当刀具经过刀具路径时，不规则的刀具定向或刀具相对待加 工表面的定位可能导致，也可能会带来不利的枢轴和机床的不稳定的旋转轴运动，以及引 起刀具由此产生的不稳定沿路径的运动。另外，这也导致刀具相对侧部或选择性地相对滚 削刀具导向的不利倾斜，导致刀具相对运动方向沿着待成形的侧部表面的刀具路径的倾斜 变化。此外，不规则的刀具定位可能导致加工处于不利的形势，这可能引起并不适当的表面 光洁度、几何误差以及可能增加刀具磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制 数据的方法和设备，以机械加工工件，产生具有基体和由该基体伸出的至少一齿面部的预 定制成零件，其能优化现有技术中已知的方法和设备，避免刀具的固定转轴运动以及增大 的刀具磨损，能够获得一个在齿面部表面上的较佳表面光洁度。
根据本发明，上述目的通过一种包括权利要求1或13的特征的方法和包括权利要求15或19的特征的装置来实现。另外，本发明提供一种依据权利要求20的计算机程序产 品，其与数据处理设备相联，适于实现本发明的方法。本发明有利的设计和较佳实施例通过附属权利要求来描述。本发明涉及一种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的方法， 以机械加工工件，产生具有基体和由该基体伸出的至少一齿面部的预定制成零件。该方法 包括如下步骤-确定制成零件的几何形状的基本几何形状参数，该制成零件的几何形状与预定 制成零件的几何形状相对应，-通过基本几何形状参数生成制成零件的预定几何形状的几何形状数据，该制成 零件几何形状数据指示至少一齿面部的至少一表面的至少一几何形状，以及-利用制成零件几何形状数据生成路径数据，该路径数据指示在齿面部的至少一 表面上的至少一刀具路径，刀具穿过该路径，使用路径进行相对工件的刀具定向，以将废料 从工件移除，刀具的定向与刀具的旋转轴定向相对应，刀具关于刀具的旋转轴旋转以将废 料从工件移除。根据本发明的该方法，其特征在于指示齿面部的至少一表面的几何形状的制成零 件几何形状数据包括在齿面部的至少一表面上的一组点的位置数据，该位置数据指示该组 点的各点的位置。该组点中的每个点都归属于一列点和一行点，一列的所有点位于一个共同平面， 该列点上的点共同平面基本上垂直于基体侧表面的切向平面，优选为垂直于侧表面和共同 平面的共同点的切向平面。生成这样的路径数据，使得该至少一刀具路径大致平行于曲线延伸，该曲线延伸 经过第一行点的点，以及进一步生成这样的路径数据，使得在第一行点中的各点处，刀具的旋转轴基本上 通过第一行的各个对应点的列方向上的共同平面进行自我定向，或可选择性地最好位于共 同平面中。优选地，在第一行点的各点处，刀具的旋转轴基本上进行自我定向，以便位于第一 行的各个对应点的列方向上的共同平面中。优选地，共同平面位于一导程凸轮上，导程凸轮在基体的侧表面延伸。在工件包括 传动机构的情形下，具体地，导程凸轮优选为在两齿之间的齿根中延伸。此外，共同平面优选为大致垂直于导程凸轮。优选地，该方法应该用于生产具有回转对称基体的制成零件，如齿轮，诸如直齿轮 或伞形齿轮、叶轮或叶盘或其它具有任意基体和由该基体向内或向外伸出的至少一齿面部 的工件。根据本发明，如上概述，齿面部的待加工或成形的表面或其预定几何形状通过描 述该表面的生成制成零件几何形状数据来描述，或者通过位于该表面的点的定位数据来描 述齿面部的所述表面。根据本发明，制成零件几何形状数据包括该组点中的所有点的位置 数据，用于描述齿面部的至少一表面的几何形状，该位置数据包括或者至少可变形为在具 有三个坐标值的三维空间中的至少一位置，用于该至少五轴机床的三个平移的自由度。
根据本发明，该组点分成列点和行点，在齿面部的至少一表面的该组点的每个点 被归属于一列点和/或一行点。此外，根据本发明，生成这样路径数据，使得描述的刀具路径大致平行于曲线延 伸，该曲线延伸经过该组点的各行点中的一行点的点。这就能通过用延伸经过一行的所有 点的曲线来计算刀具路径，使刀具路径的计算过程以一个简单的方式进行，这些点通过位 置数据精确设定。另外，齿面部的至少一表面的几何形状用一组点来描述，在该组点中，每列点包括 所有位于共同平面内的点，该共同平面大致垂直于基体。这就意味着一列点的这些点的共 同平面大致垂直于基体的一侧表面。如果基体设定为一曲表面或曲外表面或曲侧表面，那 么一列点的这些点的共同平面因此大致垂直于相对于基体的曲侧表面的虚拟切向平面。此 处基体描述有选择性回转对称基体的几何形状，例如锥形或圆柱形或其它回转对称几何形 体。应该注意的是，当略去齿面部(假定移除)时，基体具有与制成零件的几何形状相对应 的几何外形。在直齿轮的情形时，基体由此相对应于圆柱形状或中空圆柱形状(可选择地 是在具有内传动机构的直齿轮情形时)。在伞形齿轮的情形时，基体由此相对应于锥形或回 转对称锥形部分形状(可选择地是在具有内传动机构的直齿轮情形时)。根据本发明，进一步生成这样路径数据，使得刀具的旋转轴由上述的一列点的这 些点的共同平面定向。具体地，刀具的旋转轴由基本上在一行的对应列点的共同平面中的 该行点中的这些点的每个点定向。这样就赋予这样的优点，即用于从工件移除废料以成形由基体伸出的至少一齿面 部的至少一表面的刀具路径的路径计算能通过在齿面部的至少一表面的一组点，以简易及 数学精确的方式进行自我定向。因此，当经过生成路径时，刀具定向并不能利用可能歪斜或 倾斜的等参数曲线进行自我定向，但是可用始终垂直于基体或垂直于基体外表面或至少垂 直于基体的切向平面的一平面来进行自我定向。如此，有效的防止了不必要的刀具倾斜或倾斜变形，以避免机床上的不稳定的旋 转轴运动。另外，这样能通过避免刀具的倾斜来减少刀具上的加工区域或施用区域，由此减 少刀具磨损。进一步的优点是对至少一齿面部的表面或至少一表面的齿接触图案进行的改 良的、更精确的成形。齿接触图案的更精确成形也能实现，例如生产齿轮或具有优化滚动性 能的齿轮对，以便也有利于如减少滚动运动期间的噪音扩大。例如，需要考虑但不作为限制的，该组参数的一个或一个以上的参数适合作为基 础几何参数基体的外形、基体的半径和周长、基体的高度、突伸的齿面部的外形、突伸的齿 面部的数量、突伸的齿面部的高度或突伸的齿面部的纵向延长(选择性地关于基体的径向 延长)。优选地，在本方法中生产或加工的预定制成零件是齿轮，具体是伞形齿轮或直齿 轮、副齿轮、叶盘或叶轮，或者是其它具有任意基体和由该基体向内或向外伸出的至少一齿 面部，至少一齿面部可以是齿轮齿面，副齿轮的齿面，也可以是叶轮或叶盘的刀刃。这赋予这样的优点，即该方法可用于具体如生产齿轮、伞形齿轮或直齿轮、副齿 轮、叶盘或叶轮，该方法还适于有利地生产所有普遍使用的复杂几何形状，选择性地，该复 杂几何形状不能在传统的方法中生产。具体地，在齿轮、直齿轮、伞形齿轮及副齿轮的情形下，此包括所有已知的传动机构形状和传动机构延长，例如渐开线传动机构、摆线传动机构或螺旋线传动机构或其它在一侧或各侧具有与呈凸曲率或凹曲率的自由形式表面相对应 的齿面部表面的传动机构类型等都可行。在齿轮纵方向上，该方法能实现所有普遍使用的 齿轮类型，具体如直传动机构、曲传动机构、人字形传动机构、斜齿传动机构、螺旋传动机构 或渐开线传动机构或其它可能的传动机构类型。机床优选为铣床、铣床/车床、车床/铣床，回转对称刀具为端铣刀、樱桃状铣刀、 环形曲面铣刀、鼓形铣刀或其它回转对称刀具。这赋予这样的优点，即该方法可用于具有通用的回转对称标准刀具(如端铣刀、 樱桃状铣刀、环形曲面铣刀、鼓形铣刀或其它通用的回转对称刀具)的铣床。至少一齿面部的至少一表面优选为在至少一侧面为外凸和/或内凹形式弯曲的 表面或者任意自由形式弯曲的表面。根据本发明的方法，能实现在至少一侧面呈外凸或内凹弯曲表面的成形，特别是 在各侧面具有单独的外凸和/或内凹曲率的表面或者任意曲率形状。为指示至少一齿面部的至少一表面的几何形状，制成零件几何形状数据也优选为 包括相关该组点的至少一个第一点的法向数据，该法向数据指示在第一点的至少一齿面部 的至少一表面的法向失量的至少一方向或至少一定向，路径数据优选为生成这样的，使得 在第一点处，刀具的旋转轴大致垂直于第一点处的法向失量。这赋予这样的优点，即利用制成零件的几何形状数据的路径计算可通过齿面部的 至少一表面上的一组点的这些点的位置数据和法向数据，按特别简易且精确的方式算出。 对刀具的定向或有利的定向是可按照在这些点上的法向失量的方向，精确地排列在该组点 的一点处，以便实现刀具在预定表面或表面几何形状上的精确垂直定位。这样能实现精确 的路径计算按特别简易且精确的方式进行，在机床上的至少三平移自由度通过该组点的这 些点的位置数据自我定向，二个自由度的刀具定向或刀具旋转定位通过在这些点的法向数 据描述，并适于在这些点之一上的法向失量的法向数据和一列点上的这些点的共同平面进 行自我定向。在第一点处，至少一齿面部的至少一表面的法向失量优选为定向为这样，使得它 位于第一点所属的那列的点的共同平面内。有利的是，这就意味着该组点这样描述齿面部的至少一表面，使得一列点恰好排 列成使得在该列的点中一个点上的至少一法向失量位于这列点的共同平面内，该列点相应 地垂直于回转对称的基体。因此，有利的是，刀具的定向按简易、数学精确的方式排列在一 平面中，该平面垂直于回转对称的基体。为指示至少一齿面部的至少一表面的几何形状，制成零件几何形状数据也优选为 包括相关自该组点的第一列点的每个点的进一步的法向数据，此第一点优选为属于该第一 列，以便该法向数据进一步指示在第一列的每个点处的至少一齿面部的至少一表面的对应 法向失量的方向或定向，在各种情形下，优选为在第一列的点上的法向失量位于第一列的 点的共同平面内。这使得这样成为可能，即制成零件几何形状数据尽可能以数学精确的方式通过指 示一组点的位置数据以及随后的相关每个点处的表面的法向失量的法向数据，来指示该至 少一表面几何形状，以便能够以数学精确的方式指示每一点处的表面的位置和定向，并以尽可能精确的方式实现在这些点的位置数据和法向数据的路径计算。优选地，路径数据提供沿着该至少一齿面部的至少一表面的多个刀具路径，优选为同样数量的点归属于这组点的每列，多个刀具路径中的每个都优选为大致平行于这些行 点中的一行方向延伸。这赋予这样的优点，即这组点的每一列都有同样的点数量，因此，每个点可归属于 一行并确切为一行，这些行没有交叠，并有利地的是，可在每种情形中沿着这些行点中的一 行点，按照简易、数学精确的方式生成刀具路径。通过走完该多个刀具路径，该方法能用标准刀具沿着该多个刀具路径，实现具有 外凸曲率或内凹曲率的任意形状的表面的成形，表面在一侧或各侧都弯曲。此外，该多个刀 具路径可按简易且数学精确方式生成或计算出，因为每个刀具路径大致平行于这些行点中 的一行，这些行点没有交叠。优选地，该方法还包括步骤给该至少一齿面部的至少一表面的该组点确定一个 或一个以上点密度阈值，在该确定制成零件几何形状数据的步骤中，该制成零件几何形状 数据优选为这样生成，使得在各情形中，该组点的一行点中的相邻点之间和/或组点的一 列点中的相邻点之间的最小和/或平均距离不低于确定的一个或一个以上点密度阈值中 的至少一个，和/或在各情形中，该组点的一行点中的相邻点之间和/或组点的一列点中的 相邻点之间的最大和/或平均距离不超过确定的一个或一个以上点密度阈值中的至少一 个。这赋予这样的优点，即可通过用指示点密度阈值来确定该组点的密度这样的方式 来输入参数，点密度阈值为一行点和/或一列点的相邻点之间的距离设定阈值。此包括例 如下面组中的一个或一个以上的参数作为行中相邻点之间距离的最大值的第一点密度阈 值、作为行中相邻点之间距离的最小值的第二点密度阈值、作为行中相邻点之间距离的最 大平均值的第三点密度阈值、作为行中相邻点之间距离的平均值的最小值的第三点密度阈 值以及相应的作为列中相邻点之间距离的最大值、最小值、最大平均值和最小平均值的第 五到第八点密度阈值。这能在按照期望的表面光洁度和/或一个或一个以上的刀具路径的 路径数据计算精确度来制成零件几何形状数据生成时，实现尽可能具体和有益的点密度调 节。优选地，刀具是包含圆角半径的刀具，优选为包含圆角半径的端铣刀，路径数据优 选为这样生成，使得在该至少一齿面部和刀具的基体之间的圆形过渡区域在途经基于根据 圆角半径而得的路径数据的至少一刀具路径的过程中形成。具体地，路径数据这样生成，使 得除了在通过路径数据方式途经刀具路径期间，形成圆形过渡区域之外，还在轮齿齿面部 的圆形过渡区域和啮合有效齿面区域之间形成切向部分。这赋予这样的优点，即当在处于齿面部和基体之间的过渡区域中的齿面部的基础 上加工路径，齿面部表面和与端铣刀的圆角半径对应的圆形过渡区域可形成于齿面部和基 体之间。因此，优选地，提供一种方法，其利用标准刀具，如包含圆角半径的端铣刀，既能在 没有刀具变化就形成该至少一齿面部的表面，又同时在途经路径期间将基体和齿面部之间 的过渡区域成形为圆的形式。当具有数个齿面部的制成零件产生时，这也能实现在两齿面部之间的最小距离、 根据标准刀具的直径的齿面部之间的距离。在这种情况下，可生产的或可加工的制成零件限于只能通过标准刀具的尺寸选定的可行尺寸比例，否则会有关于可变形的几何外形的特 别有利的灵活性。此处的“啮合有效齿面部”用语意指齿面部的表面的一部分，该部分具有相应的齿 形状的曲率，并在传动齿轮和啮合传动齿轮或齿面和啮合齿面相互滚动离开的情形下，基 本上与对应啮合的齿面接触，加上选择性的一进一步安全区域，在该进一安全区域，传动齿 轮形状曲率进一步延续一短距离，以形成一安全区域。此另外加工的切向部分优选为在底 侧直接以大致切向的形式变成圆的过渡区域，以及在顶侧直接以大致切向的形式变成啮合 有效齿面部。此处，端铣刀优选为以大致切向的形式定位于啮合有效齿面部的最低点，在啮 合有效齿面部处以在途经计算好的、由导程凸轮定向的最低行或路径时，同时成形或加工 切向部分以及圆形区域。切向部分的高度，即在圆形过渡区域和啮合有效齿面部之间的距 离可作为路径计算预设而任意选定或调节。优选地，当端铣刀只经过一个刀具路径时，切向部分可按照迅速有效的形式与圆 形区域一起成形。此外，这样的齿根轮廓，其只有以切向形式大致上相互并入的部分，相当 有利的是在于其赋予轮齿的更高刚性和稳定性。此外，刀具优选为具有沿着刀具旋转轴的纵向延长，路径数据优选为这样生成，使 得当刀具经过由第一行的点定向的多个刀具路径的第一刀具路径时，与刀具经过由第二行 的点定向的多个刀具路径的第二刀具路径的路途相对，此刀具在刀具旋转轴的方向上相对 各自的行点进行位移和/或旋转，使得当废料沿第二刀具路径从工件移除时，在刀具的外 周向表面上的铣削区域、切削曲线或切削线在刀具旋转轴的方向上相对于沿第一刀具路径 从工件移除废料发生位移。为此，大致圆柱形刀具优选为大致平行于旋转轴发生移位。为此，大致锥形刀具优 选为大致平行于待加工的工件表面的切向平面发生移位。为此，刀具的旋转轴也可选择性 地是旋转的。这赋予这样的优点，即在途经多个刀具路径的不同刀具路径的期间，在各种情况 下，刀具的磨损可能进一步通过刀具相对根据预定的旋转轴在旋转轴方向上的定向的一个 定位移位来减少，以便在途经第一刀具路径的期间，相对于第二刀具路径的途程，转移刀具 在其周向侧的施用区域或铣削区域或刀具的切削线，并用在各种情形中，别的或者刀具移 位的施用区域。因此，刀具的磨损可能通过改变旋转的刀具周向侧的刀具的操作区域获得减少， 因为对于每个刀具的施用区域和沿着刀具的外周表面产生的切削磨损沿着刀具的刀片分 布在或分布于整个进一步区域。这赋予这样的优点，即实现基本上更长的刀具寿命，这导致刀具成本降低及停工 时间的减少，例如必要的刀具改变时间，以及由于磨损减少而产生更好的表面光洁度，以及 在工件的表面获得更低的几何形状误差。另外，所需的刀具改变上的减少用以在刀具改变 期间，避免由于人为误差的刀具改变所引起的可能误差，例如，通过在调换时给了错误的替 代刀具或者在调换时最新设定的刀具参数定义时输入错误。以上所述的刀具沿着其旋转轴的施用区域的移位也可独立于上述特征而用来解 决本发明的问题，即，与现有技术相比，提供一种能实现更好的表面光洁度、更少几何形状 误差和低刀具磨损的方法。
因此，根据本发明的另一种可选的方案，提供一种用于生成用于控制在包含至少 五轴的机床上的刀具的控制数据的方法，用以加工工件，通过滚铣工件生产出预定制成零 件，该方法包括以下步骤-生成制成零件的预定几何形状的制成零件几何形状数据，该制成零件几何形状提供制成零件的几何形状，-利用制成零件几何形状数据生成路径数据，该路径数据提供至少两刀具路径，刀 具穿过该路径，使用路径进行相对工件的刀具定向，以将废料从工件移除，刀具的定向与刀 具的旋转轴定向相对应，刀具关于刀具的旋转轴旋转以将废料从工件移除，刀具有沿着其 旋转轴的纵向延长。根据本发明的该方法，其特征在于路径数据这样生成，使得当刀具经过两刀具路 径的第一刀具路径时，与刀具经过两刀具路径的第二刀具路径的路途相比，此刀具基本上 在刀具旋转轴的方向上进行相对位移和/或旋转，使得当废料沿第二刀具路径从工件移除 时，位于刀具的外周向表面上的铣削区域、切削曲线或切削线基本上在刀具旋转轴的方向 上相对于沿第一刀具路径从工件移除废料发生位移。这赋予这样的优点，即在一个加工方法中，在途经数个刀具路径期间，尤其是在基 本垂直于刀具旋转轴或至少相对刀具的旋转轴倾斜的刀具供给中，上述现有技术中的问题 可解决。该方法能实现刀具磨损的减少、这样得到的可达成的表面光洁度的改进和这样得 到的提供优化齿接触图案的可能。此方法可选择性地与另一可选方法(即附属权利要求的 特征或上述特征)的优选实施例相组合。优选地，此处的机床是铣床、车床/铣床、铣床/车床，回转对称刀具优选为铣刀或 其它回转对称刀具，具体是有圆柱形或锥形回转对称形状。这些可为回转对称标准刀具，例 如端铣刀、鼓形铣刀环形曲面铣刀、樱桃状铣刀、或其它回转对称标准铣刀。此外，本发明提供适于实现上述方法之一的设备。具体是一种生成用于控制在包 含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的设备，用以加工工件，生产具有基体和由该基体 伸出的至少一齿面部的预定制成零件，包括-几何形状参数感测装置，用于确定或测定制成零件几何形状的基本几何形状参 数，该制成零件的几何形状与预定制成零件的几何形状相对应，-制成零件几何形状数据生成装置，用于利用基本几何形状参数确定或生成制成 零件的预定几何形状的制成零件几何形状数据，该制成零件几何形状数据提供该至少一齿 面部的至少一表面的至少一几何形状，以及-路径数据生成装置，用于利用制成零件几何形状数据生成路径数据，该路径数据 提供沿着该齿面部的至少一表面的至少一刀具路径，刀具穿过该路径，使用路径进行相对 工件的刀具定向，以将废料从工件移除，刀具关于刀具的旋转轴旋转以将废料从工件移除。根据本发明，用于生成控制数据的设备，其特征在于，用于指示该至少一齿面部的 至少一表面的几何形状的制成零件几何形状数据包括在该齿面部的至少一表面上的一组 点的位置数据，该位置数据指示该组点的点的位置。该组点中的每个点都归属于一列点和一行点，所有列的点位于一个共同平面，列 点上各点的共同平面基本上垂直于基体侧表面的切向平面。生成这样的路径数据，使得该至少一刀具路径大致平行于曲线延伸，该曲线延伸经过第一行点的点，以及进一步生成这样的路径数据，使得在第一行点中的各点处，刀具的旋转轴基本上通过第一行的特定点的列方向上的共同平面进行自我定向。根据本发明另一可选的方案，提供一种用于生成用以控制在包含至少五轴的机床 上的刀具的控制数据的设备，用以加工工件，由工件生产预定制成零件，包括-制成零件几何形状数据生成装置，用于确定制成零件的预定几何形状的制成零 件几何形状数据，该制成零件几何数据提供制成零件的几何形状，-路径数据生成装置，用于利用制成零件几何形状数据生成路径数据，该路径数据 指示沿着齿面部的至少一表面的至少两刀具路径，刀具穿过该路径，使用路径进行相对工 件的刀具定向，以将废料从工件移除，刀具关于刀具的旋转轴旋转以将废料从工件移除，刀 具有沿着其旋转轴的纵向延长。用于生成控制数据的设备，其特征在于路径数据进一步这样生成，使得当刀具经 过两刀具路径的第一刀具路径时，与刀具经过两刀具路径的第二刀具路径的路途相比，此 刀具基本上在刀具旋转轴的方向上进行相对位移和/或旋转，使得当废料沿第二刀具路径 从工件移除时，位于刀具的外周向表面上的铣削区域或切削线基本上在刀具旋转轴的方向 上相对于沿第一刀具路径从工件移除废料发生位移。上述设备适于实现一个或一个以上的包括一个或一个以上的上述优选特征的上 述方法。为此，用于生成控制数据的设备，还优选为包括至少一点密度阈值确定装置，用于 确定点密度阈值，以指示来自于至少一齿面部的至少一表面的该组点的行点和/列点的两 相邻点之间的距离的阈值。此外，本发明提供一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质和储存于其中的 计算机程序，该计算机程序以与适于被数据处理设备的数据处理装置处理的的命令相对应 的状态序列的形式储存，使得组合有该计算机程序产品的数据处理设备适于实现根据至少 一个上述方法中的一种方法。因此，组合有该计算机程序产品的数据处理设备具体提供根 据本发明的一种设备的有创造力的实施例。
图1显示与示例性的预定制成零件几何形状相对应的至少一齿面部的表面的示 例性示意图。图2显示图1所示的齿面部的表面的示例性示意图，以及显示其面向制成零件几 何形状的基体表面自我定向。图3显示图2所示的表面的示例性示意图，其包括根据本发明的用于生成控制数 据的方法的实施例的一组点的示例性示图。图4显示在根据本发明的用于生成控制数据的方法的实施例的该组点的列点共 同平面内的图案的示例性示意图。图5显示与具有垂直于根据本发明的用于生成控制数据的方法的实施例的某点 处法向失量的定向的该组点中的一点对应的表面上的刀具定位的示例性示意图。图6显示与图5所示的定位相比已改变的刀具定位中的齿面部的表面处的刀具定 位的示例性示意图，该刀具定位是平行于根据本发明的用于生成控制数据的方法的实施例的刀具旋转轴进行移位。
图7A和图7B显示具有根据本发明的用于生成控制数据的方法的实施例的具有用 于成形位于至少一齿面部和基体之间的圆形过渡区域的圆角半径的端铣刀的定位的示例 性示意图。图8显示根据本发明的一个实施例中用于生成控制数据的设备的一个实施例。
具体实施例方式以下通过实施例和附图对根据本发明的用于生成控制数据的方法和设备进行详 细描述和解释。下面参照制成零件的生产，对用于生成用以控制包含至少五轴机床上的刀具的控 制数据的方法的较佳实施例的描述，制成零件具有基体1和由基体1伸出的、具有简略几何 形状的齿面部2。如图1所示，显示具有基体1和由基体1伸出的齿面部2的示例性制成零件的一 部分。该由基体1伸出的齿面部2具有表面3。作为示例，如图1所示，此表面3具有相关 于齿面部高度延长上的外凸曲率，换句话说，是在齿面部2由基体1伸出方向上的外凸。然 而，作为示例的表面3没有相关于图1中的齿面部2的纵向延长上的曲率。然而，本发明并不局限于这种由基体1伸出的齿面部2的几何形状。任意具有基 体1 (具体如回转对称基体1)和任意几何形状的齿面部2的工件都可由本发明的方法来生 产。具体地，本发明能实现直齿轮或伞形齿轮、叶盘或叶轮的生产，这些齿轮每个都具有复 杂的预定几何形状。在这些情形中，每个齿面部2与齿轮的传动机构或者叶轮或叶盘的刀片相对应。 具体地，根据本发明的方法能够实现具有内传动机构或外传动机构的直齿轮或具有任意 传动机构的伞形齿轮，具体如包含直传动机构、斜传动机构、双斜传动机构或人字形传动机 构、圆弧状传动机构、螺旋形传动机构或渐开线传动机构，齿面部能包括任意曲率的外凸和 /或内凹形状，例如采用渐开线形式。具体地，可用根据本发明的方法成形任意表面，这些表面在一侧或各侧可具有任 意外凸和/或内凹的曲率，例如还可以是具有固定曲率的任意自由形式的表面。利用制成零件来描述根据本发明的用于生成控制数据的方法的一个实施例，作为 举例，制成零件的预定几何形状包括基体1和由基体1伸出的齿面部2，如图1所示。本发 明的用于生成控制数据的方法的原理在此通过该实例来具体描述。作为举例，此处齿面部2 与出现在如直齿轮的齿轮中的齿面形状相对应。相应地，齿面部2的图1所示的表面3在长 度方向上是线性的，并且在些长度方向上没有曲率。在齿面部2的高度方向上，作为示例， 表面3是外凸弯曲的。为简化起见，图中基体1让齿面部2的伸出区域的部分具有平面形状。然而，本发 明并不限于基体的这种形状，而且基体1可选择性地不仅与回转对称基本形状相对应，齿 面部2可由基体1弯曲的外表面延伸出。在直齿轮的情形下，基体1例如可由柱状基体制 成，在伞形齿轮的情形下，基体1例如可由锥状基体或至少由回转对称分度锥体制成。当生产齿轮，具体如直齿轮或伞形齿轮时，工件实际上具有多个齿面部，以形成多 个齿面。此处，在各种情形中，各个齿面部2基本上具有等同的几何形状或几何外形。然而，本发明并不限于生产齿轮，尤其是直齿轮或伞形齿轮，其不仅能成形具有基体和由其伸 出的齿面部的工件，每个工件都有不同几何形状或几何外形，例如叶轮或叶盘的刀片。一般来说，本方法可应用于具有基体1和由基体1伸出的齿面部2的工件，这就是 下面以图1所示的制成零件作为示例来描述本方法的实施例，该制成零件即是具有一包含 表面3的齿面部2。
表面3的外形通过夹持于包含至少五轴的机床上的刀具沿着数字化生成的刀具 路径加工，以从工件移除废料，直到达到所需的制成零件的形状。为此，有必要生成或算出刀具由其导向的刀具路径，以从工件移除废料，使得表面 3按照预定的表面3的几何外形成形。根据本发明，制成零件的基本几何形状参数首先确定，以能够实现生成制成零件 几何形状数据，该数据指示齿面部2的表面3的几何外形。这些基本几何形状参数包括如 齿面部2的高度和长度延伸度、表面3在齿面部2的长度和高度延伸上的曲率形状、齿面部 2的宽度，还可选择性地包括表面期望的凸度。基本几何形状参数可手动输入于计算机内，例如，和/或用机械导线计算，例如采 用CAD/CAM系统、计算机辅助的方式。作为示例形式，图2显示图1所示的齿面部2的表面3的期望的几何外形，以及相 关于图ι所示的基体1的几何侧表面4定向的表面3的相对定向，侧表面4在图2中以虚 线显示。图3 —并显示图2的表面3的几何外形和表面3上的一组点，根据本发明，该组点 可准确地以数学精确的形式描述表面3的几何外形。根据本发明，该组点以这样的形式排 列于齿面部2的表面3上，使得该组点中的每个点都归属于行点或列点。如图3所示，该组点以这样的形式排列于齿面部2的表面3上，使得归属于一列 的点位于一共同平面5内，而共同平面5与基体1的侧表面4的定向相垂直。当生产齿轮 时，基体1的几何外表面4通常是在至少一侧呈弯曲状，并不同于图示，如在直齿轮的情形 时，与柱形或中空柱形的几何侧表面4相对应，在伞形齿轮情形时，与锥形或回转对称分度 锥体的几何侧表面4相对应。在这种情况下，该组点的点按照这样的形式排列于齿面部2 的表面3上，使得列点的所有点所在的共同平面5垂直于基体1的几何外表面的切向平面。 为此，此切向平面是一个同属于基体的侧表面和共同平面5的共同点10的切向平面。有利 地是，共同平面的定向可设为垂直于导程凸轮9，该导程凸轮9为一沿着基体的侧表面延伸 的曲线。当生产齿轮时，导程凸轮可以齿基底以特别有利的方式延伸在两传动机构的两轮 齿之间。在生成制成零件几何形状数据的步骤中，生成位置数据，该位置数据指示表面3 上的所有点的准确几何位置，关于该组点上的每个点的位置数据提供三维空间上的关于点 的位置信息。此外，根据本发明用于生成控制数据的方法实施例，还生成在各个点上的法向 数据，其伴随位置数据，并是关于该组点的每个点的数据，还具有表面3的法向失量。图4显示了此方面，在图4中，作为示例，显示了点5a、5b、5C、5d、5e和5f，所有这 些点都属于同一列上的点，并位于一共同平面5内，其对应为图4的投影平面。图4还显示 共同平面5和表面3的相交曲线。法向失量η (5a)-n (5f)代表点5a_5f处的各自法向失量， 在点5a-5f处的这些法向失量垂直于表面3，因此描述了表面3在点5a-5f处的定向。因此，制成零件几何数据包括提供点的位置的位置数据和提供表面3上这些点处的定向的法向数据。这样就能以特别简易和数学精确的方式实现数据的提供，通过该数据，可较为有 利地计算出路径数据以控制刀具6。作为示例，此显示在图5中的点5d上。显示了点5a-5f 处表面3和共同平面5的相交曲线，图5的投影平面与共同平面5相对应。刀具6相对其旋 转轴7转动以从工件移除废料，刀具6可通过制成零件几何形状数据来以数学精确方式确 定，因为刀具位置能通过位置数据精确自我定向，该位置数据提供点5b的位置，其中，除了 刀具的位置之外，还可通过控制刀具垂直于法向失量n(5b)，利用法向数据设置与在点5b 处刀具6的旋转轴7的定向对应的刀具定向，使得旋转轴7垂直于点5b处的法向失量，也 即平行于表面3在点5b处的切向平面。当根据本发明，刀具定向位于本发明实施例的共同 平面5上时，刀具导向可以以数学精确的方式利用点5b的位置数据和随同的法向数据进行 设置。为生成控制数据，然后计算或生成路径数据，将路径精确计算出，以便导引刀具6 平行于曲线，该曲线穿过表面3上的该组点的一行中的所有点。由于位置数据和法向数据 是相关于一行中的所有点而生成的，沿一行点的路径计算可以数学精确和简易的方式生 成。因此，计算出多个加工路径或生成多个刀具路径的路径数据，每个刀具路径被导 向为平行于表面3上的该组点中一行点。相应地，刀具路径的数量等于点的行数。因此，该 组点包括列点，每个列的点包括同样数量的点，使得每个点可归属于一行而没有行与行相交叠。在生成制成零件几何数据之前，也可输入点密度阈值，通过点密度阈值，确定该组 点的行上和/或列上两相邻点之间距离的最小和/或最大的阈值，以及为该组点上的行上 和/或列上两相邻点之间平均距离的最小和/或最大值确定阈值。可能必要的是，输入或预定义这样的点密度阈值，因为在较复杂几何外形、可选择 性地在各个不同方向上具有外凸或内凹曲率的表面3的情形下，行点和/或列点可在各种 情形中跟着距离而变化，一般不能如同图3所示例的情形中采用相等或恒定距离来生成这 些点。因此，根据本发明，较为有利的是，确保刀具导轨利用生成路径数据以这样的方式 来实现，使得刀具定向始终位于与基体1相垂直的平面内。因此，当刀具6并不像由计算好 的刀具路径进行自我定向的方法那样穿过计算的刀具路径时，这样也可能防止刀具6于不 必要地采用相对基体倾斜的位置和/或相对路径轴线或路径切线恒定地或持续地改变成 倾斜的定向。因此，与现有技术中采用等参数曲线自我定向的方法相比，根据本发明的方法赋 予这样的优点，即当刀具6穿过计算好的刀具路径时，能够避免或防止不必要和不连续的 旋转轴运动，从而额外以有利的方式达到优化的表面光洁度。这样能实现具有精确定位的 所期望的齿接触图案的表面3的精密成形，使得尤其在齿轮的生产中，齿面可成形为使其 在啮合齿轮的齿面上的齿轮滚动运动期间有优化的滚动性能，从而还能在啮合齿轮上的按 此方式产生的齿轮滚动运动期间，使得运行噪音以减低噪音或噪音优化的方式出现。在根据本发明的用于生成控制数据的方法的一个进一步实施例中，多个加工路径被计算出，每个加工路径被导引为沿着该组点的一行点，每个路径这样计算，使得沿该路 径，刀具以始终数学精确的方式安置在表面3的行中的这些点处，如上所述，在行上的点位 置数据和法向数据算出时，关于这些点的路径同时计算出。然而，在这种实施例中，在计算了第一刀具路径和第二刀具路径，并相比第一和第 二刀具路径时，面对或平行于刀具6的旋转轴7的相对刀具位置发生平移。此示例于图5 和6，作为示例，图5显示在点5b处刀具6的位置，图6显示了在点5c处刀具6的位置。在 图5中，刀具6的位置定向成这样，使得刀具的底边置于与点5b同一水平线上。由于表面 3具有曲率，在外凸曲率的示例中，当刀具6沿着点5b所属的那行的点穿过路径时，刀具6 的施用区域限制于刀具6的较低区域，由于表面3的曲率，刀具6可选择性地在其上部区域 没有负载或负载少于其较低部分。图6显示点5c处的刀具定位，刀具6相对于点5c的位置平行于刀具6的旋转轴 7进行平移，使得刀具6的施用区域平行于刀具6的旋转轴7进行平移。换句话说，路径计 算是这样实现的，使得在相比沿第二行点的路径导轨的沿第一行点的路径导轨中，刀具6 面对刀具的旋转轴7进行相对平移，使得施用区域或切削线在刀具6的外围侧上进行平移。 因此，路径数据以这样的方式生成，使得当刀具穿过第一路径时，选择性地，刀具6的其它 区域如同穿过第二路径一样负载，以便减少刀具6的磨损，因为磨损是分布于刀具6的纵向 延伸方向上。
换句话说，每个刀具路径的施用区域进行切换，刀具6的刀片磨损从敏感位置的 单个位置如刀具的顶端到刀片上的更宽范围进行分布。上述实施例可用于大致呈柱状的刀具。如上所述，在大致呈锥形的刀具的情形下， 由于刀具形状，不能实现根据本发明的平行于刀具旋转轴的平移，以达到类似的效果，但是 依靠刀具大致面向其旋转轴(甚至选择性地与旋转轴相连)的刀具定位角度，大致平行于 待加工表面的切换可实现。总的来说，上述方法优选为能够实现显著加长的使用寿命和由此产生的刀具成本 的减少以及停工时间的减少，例如由于磨损增大而必需变换刀具所带来的停工时间。此外， 这额外能够实现表面光洁度的优化，因为表面光洁度受到刀具6的磨损状态影响，从而额 外能避免由于工件磨损而引起的几何误差。此外，这也避免由于人力误差引起的手工误差 带来的问题，例如在调换时给了错误的替代刀具或者在调换时设定的刀具参数定义时输入 错误。尽管上面描述了利用该组点来生成路径数据，图5和6之间的比较显示，当生成用 于沿至少两个计算好的刀具路径进行铣削操作的控制数据时，本发明还能通过将穿过第一 刀具路径和穿过第二刀具路径之间的刀具位置相对刀具6的旋转轴7进行一般的切换，而 实现上述效果。在用于生成控制数据的一个特定实施例中，作为示例，还可采用顶端具有圆角半 径的端铣刀，如图7A所示。这能实现路径的计算，以便计算平行于齿面部2的表面3的根部过程的最后或最 深的刀具路径，当端铣刀的圆角半径同时穿过该路径时，圆形过渡区域8可同时成形于齿 面部2与基体1之间。圆形过渡区域8的半径通过对具有相应选定的圆角半径的端铣刀的 合适选择来确定，因为圆形过渡区域8的半径基本上与圆角半径的半径相对应。
图7B显示用于生成控制数据的方法的一个优选实施例，其中，通过圆形端铣刀将 用于端铣刀6的最后或最低的刀具路径按这样的方式计算出，使得当端铣刀6穿过路径，由 在齿底和齿面之间过渡处的导程凸轮9定向时，其成形或加工圆形过渡区域8，以及加工在 位于基体1与啮合有效齿面部3a之间的齿面部2的表面3上的切向部分3b。此处的啮合 有效齿面部描述的基本上是齿面部2的表面3的一部分，在传动齿轮和啮合传动齿轮或齿 面和啮合齿面相互滚动离开的情形下，该部分与相应的啮合齿面相接触，并具有与各自齿 形相对应的曲率。优选地，可另外提供一安全区域，在传动齿轮和啮合传动齿轮或齿面和啮合齿面 相互滚动离开的情形下，其接续依照齿形的曲率超出与相应的啮合齿面接触的那部分。在如图7B所示的横截面中，切向部分3b基本上与直线相对应，在底侧直接变化成 为圆形过渡区域8，而在顶侧直接变化成为啮合有效齿面部3a。这里，根据这个优选的实施 例，当端铣刀6经过计算好的由导程凸轮9所定向的最低线或路径时，端铣刀6以相切的形 式定位于啮合有效齿面部3a的最低点5g，在啮合有效齿面部3同时成形或加工切向部分 3b以及圆形区域8。切向部分3b的高度，也即，在圆形过渡区域8和啮合有效齿面部3a之 间的距离可作为路径计算预设而任意选定或调节。另外，图7B示例性显示另一切向部分11 在齿根的相对两侧的两圆形过渡区域之间成形，切向部分11基本上相切地结合于其两侧 的圆形过渡区域8。这样的齿廓赋予有利的更高的刚性。因此，可加工含有另一位于啮合有效齿面部3a下面的切向部分3b的齿面，有利的 是，当端铣刀只经过一刀具路径时，其可与圆形过渡区域8 —起迅速有效地成形。总之，根据上述方法，尤其是齿轮在五轴机床上的成形，能够实现高度灵活性，还 可在一个区域中自由地成形在两齿面之间的间隙，该区域是在铣削和/或滚铣相关的区域 之外(在滚铣运动期间，在该区域存在与啮合齿轮齿面的接触)。为了实现上述用于生成用以控制在包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的 方法，还提供一种用于生成控制数据的设备800，其适于实现至少一种上述用于生成控制数 据的方法的实施例。图8显示设备800的一个实施例。设备800包括几何形状参数确定装置801，用于确定制成零件的几何形状的基本 几何形状参数，该几何形状参数确定装置801适于输入制成零件的几何形状的基本几何形 状参数和/或通过输入来生成参数。设备800还包括制成零件几何形状数据生成装置802，其适于利用基本几何形状 参数生成预定制成零件的几何形状数据，制成零件几何形状数据生成装置802尤其适于包 括通过一组点来描述齿面部2的表面3的制成零件几何形状数据，如上所述，该制成零件几 何形状数据包括位置数据和法向数据。此外，设备800还包括路径数据生成装置803，用于利用根据上述至少一个实施例 的用于生成控制数据的方法中的制成零件几何形状数据生成路径数据。具体地，路径数据 生成装置803适于利用制成零件几何形状数据中的位置数据和法向数据来计算一个或一 个以上的刀具路径，刀具沿刀具路径的定位通过点的位置数据进行自我定向，刀具定向通 过点的法向数据进行设置，如上所述，刀具定向还沿该组点中的列点的共同平面来设置。另外，设备800还包括至少一点密度阈值确定装置804，用于确定点密度阈值，例 如通过手工输入，利用其可确定行点或列点的相邻点之间的距离最小和最大值和/或还适于如用手工输入来确定点密度阈值，其能实现该组点的行点和/或列点的两相邻点之间的 平均值的最小或最大值。最后，设备800还包括接口 805，其能实现将计算的或生成的路径数据作为控制数 据或控制数据的部分传送到机床或储存装置，使得控制数据能传送到机床的控制装置以通 过路径数据或控制数据来控制用在机床上的刀具，以加工夹持于机床上的工件。总之，根据本发明提供方法和设备，用于生成用以控制包含至少五轴的机床上的 刀具的控制数据，用以加工工件，以生产具有基体1和由基体伸出的齿面部的预定制成零 件，其通过专门的新计算算法来模拟铣削操作，还可能在可调整的距离，计算在齿面的表面 上的精确的点失量系列，利用其能实现以数据上精确和简易的方式对用于机床上的刀具的 路径计算。刀具位置和刀具沿表面(其可选择性地与任意自由形式的表面相对应)的定位或 定向并不能通过逼近法或近似模拟法计算，在以数学精确的方式基于确定的点和法向失量 的位置来计算。因此，表面，例如齿面，能通过根据本发明的刀具以有效且灵活的方式用包 含至少五轴的机床上的标准刀具进行加工，其中，与传统在传统齿轮铣床上的加工操作相 比，任意所期望的，可选择性的如多部分轮齿接触图案也可以特别有利的方式生产。具体地，根据本发明的用于生成用以控制加工工件的刀具的控制数据的方法，以 生产具有基体和由基体伸出的齿面部的预定制成零件，该方法优化现有技术在已知的CAD/ CAM系统上生成控制数据的方法，在传统方法中，刀具定向通过表面上垂直等参数曲线来设 置。可避免与基体的侧表面相比不必要的刀具倾斜的改变，以便与现有技术相反，根据本 发明的方法能避免不必要的、不规则的刀具定位(这也是关于加工不利的)，此定位是相对 于待加工表面的，这带来了不足的表面光洁度、几何误差和增大的刀具磨损。同时，可避免 枢转运动，该运动会导致铣床不稳定的旋转轴运动和由此产生的不稳定的刀具沿路径的运 动。与现有技术已知的方法和设备相比，以上所述的用于生成控制数据的方法和相应的设备对应地代表优化的方法和优化的设备。
权利要求
一种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的方法，用于加工工件，生产具有基体(1)和由所述基体(1)伸出的至少一齿面部(2)的预定制成零件，其中，所述方法包括如下步骤-确定制成零件的几何形状的基本几何形状参数，所述制成零件的几何形状与预定制成零件的几何形状相对应，-通过基本几何形状参数生成制成零件的预定几何形状的几何形状数据，所述制成零件几何形状数据指示齿面部(2)的表面(3)的几何形状，以及-利用制成零件几何形状数据生成路径数据，所述路径数据指示沿齿面部(2)的表面(3)的刀具路径，所述刀具穿过所述刀具路径，使用路径进行相对工件的刀具定向，以将废料从工件移除，所述刀具(6)的刀具定向与刀具(6)的旋转轴(7)定向相对应，所述刀具(6)关于刀具(6)的旋转轴旋转以将废料从工件移除，其特征在于，用于指示齿面部(2)的表面(3)的几何形状的制成零件几何形状数据包括在齿面部(2)的表面上(3)的一组点的位置数据，所述位置数据指示所述组点的点位置，所述组点的每个点归属于列点或行点，列点上的所有点位于共同平面(5)内，列点上的点的共同平面(5)基本上垂直于基体(1)的侧表面的切向平面(4)，所述基体(1)的切向平面(4)为相对于基体(1)的侧表面、在共同平面5和基体(1)的侧表面的共同点(10)上的切向平面，所述路径数据是这样生成的，使得刀具路径是基本平行一曲线，所述曲线延伸经过第一行点的点，以及所述路径数据进一步是这样生成的，使得在所述第一行点的每个点(5b)处，所述刀具(6)的旋转轴(7)基本上通过第一行的对应各个点(5b)的所在列的共同平面(5)自我定向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一行点的每个点(5b)处，所述刀具 (6)的旋转轴(7)基本上位于所述第一行的对应各点(5b)的所在列的共同平面(5)内。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共同点(10)位于一导程凸轮(9) 上，所述导程凸轮(9)在所述基体(1)的侧表面延伸。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述共同平面(5)进一步基本上垂直于所述 导程凸轮(9)。
5.如权利要求1至4至少一项所述的方法，其特征在于，所述预定制成零件是齿轮、叶 轮或叶盘，所述至少一齿面部(2)是齿轮的齿面，或是叶轮或叶盘的刀刃面，或者所述预定制成零件包括任意基体(1)，所述任意基体(1)具有由其向内或向外伸出的至少一齿面部 ⑵。
6.如权利要求1至5至少一项所述的方法，其特征在于，所述机床是铣床、铣床/车床、 车床/铣床，回转对称的刀具(6)为端铣刀、樱桃状铣刀、环形曲面铣刀、鼓形铣刀或别的回 转对称刀具。
7.如权利要求1至6至少一项所述的方法，其特征在于，所述齿面部(2)的表面(3)在 各种情形中在一个或一个以上的方向上是外凸和/或内凹弯曲的表面，或者是任意自由形 式弯曲的表面。
8.如权利要求1至7至少一项所述的方法，其特征在于，所述用于指示齿面部(2)的表 面(3)的几何形状的制成零件几何形状数据进一步包括相关于所述组点的第一点(5b)的 法向数据，所述法向数据指示齿面部(2)的表面(3)在所述第一点(5b)处的法向失量的方 向，所述路径数据进一步按这样的方式生成，使得在所述第一点(5b)处的所述刀具(6)的 旋转轴(7)基本上垂直于在所述第一点(5b)处的法向失量。
9.如权利要求1至8至少一项所述的方法，其特征在于，所述路径数据指示沿所述齿面 部(2)的表面(3)的多个刀具路径，相同数量的点归属于所述组点的每一列，所述多个刀具 路径中的每个刀具路径在各种情形下基本上平行于所述行点的一行延伸。
10.如权利要求1至9至少一项所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤给所述齿 面部(2)的表面(3)上的所述组点确定一个或一个以上点密度阈值，在所述确定制成零件 几何形状数据的步骤中，所述制成零件几何形状数据是这样生成的，使得在各情形中，所述 组点的一行中的相邻点之间和/或所述组点的一列中的相邻点之间的最小和/或平均距离 不低于所述确定的一个或一个以上点密度阈值中的一个，和/或在各情形中，所述组点的 一行中的相邻点之间和/或所述组点的一列中的相邻点之间的最大和/或平均距离不超过 所述确定的一个或一个以上点密度阈值中的一个。
11.如权利要求1至10至少一项所述的方法，其特征在于，所述刀具(6)是包括圆角半 径的刀具，尤其是具有圆角半径的端铣刀，所述路径数据是这样生成的，使得在所述齿面部 (2)和工件的基体(1)之间、沿导程凸轮(9)设置的圆形过渡区域(8)在途经基于根据圆角 半径而得的路径数据的刀具路径的过程中形成，所述路径数据是这样生成的，使得除了在 通过路径数据方式途经刀具路径期间，形成圆形过渡区域(8)之外，还在圆形过渡区域(8) 和轮齿齿面部(2)的表面(3)的啮合有效齿面区域(3a)之间形成切向部分(3b)。
12.如权利要求1至11至少一项所述的方法，其特征在于，所述刀具(6)具有沿着所述 刀具(6)的旋转轴(7)的纵向延长，所述路径数据是这样生成的，使得当所述刀具(6)经过 由第一行的点定向的所述多个刀具路径的第一刀具路径时，与经过沿第二行点的所述多个 刀具路径的第二刀具路径的路途相对，所述刀具(6)相对特定的点的行进行位移和/或旋 转，通过所述表面(3)定向于所述刀具(6)的旋转轴(7)的方向上，使得当废料沿所述第二 刀具路径从工件移除时，在所述刀具(6)的外周向表面上的铣削区域、切削线或切削曲线 基本上在所述刀具(6)的旋转轴(7)的方向上相对于沿第一刀具路径从工件移除废料发生 位移。
13.—种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的方法，用于加工工 件，由所述工件生产预定制成零件，所述方法包括如下步骤_生成所述制成零件的预定几何形状的制成零件几何形状数据，所述制成零件几何形 状数据指示所述制成零件的几何形状，_利用所述制成零件几何形状数据生成路径数据，所述路径数据指示至少两个让所述 刀具在各种情形中穿过的刀具路径，使用所述刀具路径进行相对工件的刀具定向，以将废 料从工件移除，所述刀具定向与所述刀具的旋转轴(7)的定向相对应，所述刀具(6)关于刀 具(6)的旋转轴(7)旋转以将废料从工件移除，所述刀具(6)有沿着刀具(6)的旋转轴(7) 的纵向延长，其特征在于，所述路径数据进一步是这样生成的，使得当所述刀具(6)经过所述两刀具路径的第一 刀具路径时，与经过所述两刀具路径的第二刀具路径的路途相比，所述刀具(6)基本上在 刀具旋转轴(7)的方向上进行位移和/或旋转，使得当废料沿第二刀具路径从工件移除时， 位于所述刀具(6)的外周向表面上的铣削区域、切削线或切削曲线基本上面向刀具(6)的 旋转轴(7)相对于沿第一刀具路径从工件移除废料发生位移。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述机床是铣床，回转对称刀具是铣刀， 具体是有圆柱形或环形曲面形状或锥形的铣刀。
15.一种用于生成控制数据以控制在包含至少五轴的机床上的刀具的设备，用以加工 工件，生产具有基体(1)和由所述基体(1)伸出的至少一齿面部(2)的预定制成零件，包 括-几何形状参数确定装置(801)，用于确定制成零件几何形状的基本几何形状参数，所 述制成零件的几何形状与预定制成零件的几何形状相对应，-制成零件几何形状数据生成装置(802)，用于利用所述基本几何形状参数生成所述 制成零件的预定几何形状的制成零件几何形状数据，所述制成零件几何形状数据指示所述 齿面部(2)的表面(3)的几何形状，以及-路径数据生成装置(803)，用于利用所述制成零件几何形状数据生成路径数据，所述 路径数据指示沿着所述齿面部(2)的表面(3)的刀具路径，所述刀具穿过所述刀具路径，使 用所述刀具路径进行相对工件的刀具定向，以将废料从工件移除，所述刀具(6)关于所述 刀具(6)的旋转轴(7)旋转，以将废料从工件移除，其特征在于，用于指示所述齿面部(2)的表面(3)的几何形状的制成零件几何形状数据包括在齿面 部(2)的表面上(3)的一组点的位置数据，所述位置数据指示所述组点的点位置，所述组点的每个点归属于列点或行点，所述列点上的所有点位于共同平面(5)内，所 述列点上的点的共同平面(5)基本上垂直于所述基体(1)的侧表面的切向平面(4)，所述基 体(1)的切向平面(4)为相对于基体(1)的侧表面、在共同平面5和基体(1)的侧表面的 共同点(10)上的切向平面，所述路径数据是这样生成的，使得所述刀具路径基本平行一曲线延伸，所述曲线延伸 经过第一行点的点，以及所述路径数据进一步是这样生成的，使得在所述第一行点的每个点(5b)处，所述刀具 (6)的旋转轴(7)基本上通过所述第一行的对应各个点(5b)的所在列的共同平面(5)自我 定向。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，在所述第一行点的每个点(5b)处，所述刀 具(6)的旋转轴(7)基本上位于所述第一行的对应各点(5b)的所在列的共同平面(5)内。
17.如权利要求15或16所述的设备，其特征在于，所述共同点(10)位于一导程凸轮 (9)上，所述导程凸轮(9)沿所述基体(1)的侧表面延伸。
18.如权利要求15至17至少一项所述的设备，其特征在于，所述共同平面(5)基本上 垂直于所述导程凸轮(9)。
19.一种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的设备，用于加工工 件，由所述工件生产预定制成零件，包括-制成零件几何形状数据生成装置(802)，用于生成所述制成零件的预定几何形状的 制成零件几何形状数据，所述制成零件几何形状数据指示所述制成零件的几何形状，-路径数据生成装置(803)，用于利用制成零件几何形状数据生成路径数据，所述路径 数据指示至少两个沿着所述齿面部(2)的表面(3)、让所述刀具在各种情形中穿过的刀具 路径，使用所述刀具路径进行相对工件的刀具定向，以将废料从工件移除，所述刀具(6)关 于刀具(6)的旋转轴(7)旋转以将废料从工件移除，所述刀具(6)有沿着刀具(6)的旋转 轴(7)的纵向延长， 其特征在于，所述路径数据进一步是这样生成的，使得当所述刀具(6)经过所述两刀具路径的第一 刀具路径时，与经过所述两刀具路径的第二刀具路径的路途相比，所述刀具(6)基本上在 刀具旋转轴(7)的方向上进行位移和/或旋转，使得当废料沿第二刀具路径从工件移除时， 位于所述刀具(6)的外周向表面上的铣削区域、切削线或切削曲线基本上在刀具(6)的旋 转轴(7)的方向上相对于沿第一刀具路径从工件移除废料发生位移。
20. 一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质和储存于其中的计算机程序，所述计 算机程序以与适于被数据处理设备的数据处理装置处理的的命令相对应的状态序列的形 式储存，使得组合有计算机程序产品的数据处理设备适于实现根据权利要求1至13至少一 项所述的方法。
全文摘要
一种生成用于控制包含至少五轴的机床上的刀具的控制数据的方法和设备，用于生产具有基体和由基体伸出的至少一齿面部的预定制成零件，制成零件的预定几何形状的制成零件几何形状数据通过基本几何形状参数生成，路径数据利用制成零件几何形状数据生成，路径数据指示沿齿面部的表面的刀具路径，刀具穿过路径，使用路径进行相对工件的刀具定向，以将废料从工件移除，刀具的刀具定向与刀具的旋转轴定向相对应，刀具关于刀具的旋转轴旋转以将废料从工件移除，其中，制成零件几何形状数据包括在表面上的一组点的位置数据，位置数据指示该组点的点位置，该组点的每个点归属于列点或行点，所述列点上的所有点位于共同平面内，列点上的点的共同平面基本上垂直于基体，基体，路径数据是这样生成的，使得刀具路径是基本平行一曲线，该曲线延伸经过第一行点的点，路径数据进一步是这样生成的，使得在第一行点的每个点处，刀具的旋转轴基本上通过第一行的对应各个点的所在列的共同平面自我定向。
文档编号G05B19/4097GK101813930SQ20101012350
公开日2010年8月25日 申请日期2010年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者托马斯·劳切比勒, 约瑟夫·纽麦尔 申请人:德克尔马霍普夫龙滕有限公司