一种齿轮渐开线的位置确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种工件、优选地具有锥形和/或非对称渐开线齿的齿轮的渐开线的 位置确定方法，以及一种工件的位置定向的生产方法。
【背景技术】
[0002] 对于对称的正齿轮，渐开线位置的确定通常是很不复杂的。左齿侧和右齿侧的位 置在一点处被确定，并且这些点之间的路径随后被二等分。该计算出的点位于齿隙的中心 的等分线上。该方法的目的在于确定最优齿隙中心。
[0003] 根据现有技术，根据齿侧位置是被无接触还是有接触的识别，存在不同的确定齿 侧位置的方法。在接触感应的方法中，使用接触感应设备或者齿侧与相应的加工工具接触， 并且通过不同的识别机构确定工具和工件之间的接触。
[0004] 根据工具是盘形工具还是蜗杆工具，存在多种用于在工具和齿侧之间进行收敛的 方法。对于盘形工具，例如如果工件顺时针或逆时针转动很久直到在工件的齿侧和工具之 间建立接触便足够。可替代地，工具可以平行于其轴线放置。
[0005] 对于蜗杆工具或齿轮形工具，频繁地转动工具很久直到识别出接触。在此，还可以 额外地使工件转动，或者工具可以平行于其轴线放置。由于轴线均有测量系统，在工件和工 具之间的接触上的轴线位置可以被准确地确定，并且可以计算相对于彼此的相应位置。
[0006] 对于蜗杆工具，必须考虑工具是具有像磨削蜗杆这样的封闭生成的切割齿形，还 是例如是其中只有工具边缘具有与该过程相关的齿形的滚刀。因而，在这两个边缘之间存 在齿形偏离。如果在工件和工具的这种表面上建立接触，测量结果只能在一定限制下进行 使用。
[0007] 对于齿侧是对称的传统的正齿轮齿，这种位置确定对于常规的加工操作是足够 的。如果相反，在左齿侧和右齿侧之间齿侧有显著不同和/或如果齿侧还被设计为在齿宽 上是呈圆锥形，取两个测量点的平均值不再足以描述渐开线的位置，或者会因此导致错误 的位置。
[0008] 然而，这种定位对于能够进一步加工预齿切工件是必要的。这是一方面当工件在 软状态下被预齿切，并且在硬状态下进行热处理后也将被处理的情况，例如齿切磨削处理 和/或齿切搪磨处理便是这种情况。
[0009] 除了在硬状态下的后加工中的齿轮的位置，由热处理工艺造成的在齿宽上的变形 形状通常也是相关的。在这种情况下，齿轮的位置必须在与齿宽相关的多个平面内确定。对 于锥齿轮和/或非对称齿轮来说，这尤其不简单。
[0010] 在齿形磨削和齿形搪磨的过程中，首先试图在软加工中尽可能小地保持加工余 量。这里，额外重要的是，在热处理后，除了确定硬变形，还应确定在齿轮周边的余量分布， 使得在齿轮的一些点上不移除过多的材料，齿侧因而在这些区域再次变软。这会导致工作 条件下的装配好的变速器中的传动损害，因此导致变速器工作寿命的提早结束。
[0011] 还有在其中第二齿轮的加工或制造必须依赖于第一齿轮的应用。在这种情况下， 绝对需要对所述第一齿轮的位置的准确了解。
[0012] 另一个应用在于加工粗锻坯或烧结坯。这些坯通常地也被后加工，以增加齿轮精 确度。为此，同样必须足够精确地知道待后处理的齿的或齿隙的位置，使得在预加工中可以 选择尽可能低的加工余量。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于处理用于确定齿轮的渐开线的位置的现有测量方法的进一步 发展，使得尤其对于具有非对称和/或圆锥形齿侧形状的齿轮，该测量方法可以实现足够 精确的测量结果。
[0014] 通过根据权利要求1的特征的方法实现该目的。该方法的有利实施例是从属于主 权利要求的从属权利要求的主体。
[0015] 根据权利要求1，提出一种使用带齿工具确定齿切机器内的预齿切工件的渐开线 的位置的方法。
[0016] 由现有技术已知的用于对齿轮定中的方法适合于带有对称齿的工件。一旦使用具 有非对称或圆锥形齿侧形状的工件或工具，这种方法会产生错误的结果。因此，根据本发明 提出一种更为先进的方法，该方法考虑到非对称齿轮和/或锥齿轮的几何特性并基于此计 算渐开线的位置确定。
[0017] 在根据本发明的方法中，工具和工件形成两个外齿轮或一个外齿轮和一个内齿轮 的螺旋乳制类齿轮传动装置。工件和/或工具可以具有非对称圆柱齿轮和锥齿轮（斜面体 齿轮）两者。工件优选地是具有圆锥形和/或非对称直齿轮轮齿的齿轮，其中，在这些所 有的方法中可以使用圆柱工具和圆锥工具。
[0018] 在其中可以使用根据本发明的渐开线位置确定方法的制造方法可以例如是：齿轮 磨削、滚铣、车齿滚铣、刮削、车齿和内外侧搪磨。
[0019] 公认的，根据本发明的方法首先用于非对称和/或锥齿轮的渐开线的位置确定， 但该方法也可以容易地使用在工件和/或工具的对称圆柱齿轮上。因此，本发明的对象不 应该局限于使用在非对称圆柱齿轮和/或锥齿轮上。
[0020] 还应该注意，根据本发明的方法步骤的实施基于工具和工件之间的相互作用。使 用该方法，可以在工件处也可以可替代地在工具处确定渐开线的位置。处于简便的原因，在 后文中只涉及工件处的位置确定。
[0021] 根据本发明的核心思想基于两个齿轮的相互作用。也存在违背该背景的可能性： 用所谓的主轮替代工件或工具，其中主轮的大小已知并用于齿轮对（工件或工具）的渐开 线的位置确定。
[0022] 根据本发明的方法包括如下方法步骤：
[0023] a.生成在工件和工具之间的第一相对运动；检测在工具的第一齿侧，优选的左齿 侧和工件的第一齿侧，优选的左齿侧之间所产生的第一接触；和检测用于代表工件和工具 的相对运动的第一坐标系；
[0024] b.生成在工件和工具之间的第二相对运动；检测在工具的第二齿侧，优选的右齿 侧和工件的第二齿侧，优选的右齿侧之间所产生的第二接触；检测用于代表工件和工具的 相对运动的第二坐标系；
[0025] c.基于第一坐标系和第二坐标系确定工具和工件的转动角度、进刀、轴向距离和 交叉轴线角度；并基于转动角度、进刀、轴向距离和交叉轴线角度计算渐开线的位置。
[0026] 可以使用由现有技术已知的不同方法检测两个齿侧对之间的接触。例如可以通过 测量齿切机器的致动器驱动的至少一个电机值进行接触的识别。齿切机器的致动驱动的一 个的电机电流、电机电压、电机转矩、电机速度或有效电机功率已经证明是合适的电机值。 例如，可以在至少一个所提及的电机值的测量信号的进程处确定接触。
[0027] 对于实施根据本发明的方法，工具和/或工件的哪个机器轴线产生相对运动以实 现两个齿轮之间的接触并不重要。理论上可以一起使用所有可用的机器轴线，或者只使用 一些可用轴线，或这只使用一个可用轴线。只对于实施本方法重要的是，工件和工具的两 个齿轮在其渐开线表面处接触。
[0028] 如果两个齿轮彼此啮合，可以在螺旋乳制类齿轮传动装置与滚轴联轴器一起转动 的同时容易发生该接触，并且可以通过以任何适合于该目的的所希望的轴线打开联轴器而 实现该接触。
[0029] 然而，优选地，根据本发明的方法还可以在工件和工具的齿轮均不彼此啮合时实 施。在这种情况下，传动装置的滚动联结转动只有在小角度是可能的，因为否则会存在与 其他轮齿的碰撞的危险。因此，接触可以说是必须在静止状态下发生。
[0030] 借助于左和右齿侧对的接触的所记录的坐标系，可以确定用于描述工件和工具在 接触时的相对位置的位置值。优选地，该位置值形成夹持在机器中的工具和工件的所有自 由度。工件和工具的转动角度、工件和工具的进刀（例如轴向进刀）、以及其轴向距离和其 交叉轴线角度被视为位置值。这些位置值被确定用于左齿侧对和右齿侧对的接触。利用这 些值的信息，可以计算右齿侧和左齿侧上的渐开线的位置，即在规定的参考方向上的用于 右齿侧和左齿侧的基隙半角。
[0031] 对于非对称齿轮，只有左齿侧和右齿侧的两个基隙半角之和是非歧义的。对于相 应角度的值取决于在可以根据希望进行选择的参考横截面平面内的可以根据希望进行选 择的间隙的参考方向。
[0032] 对于直接计算左基隙半角和/或右基隙半角，需要已知工具的左渐开线和右渐开 线的位置。
[0033] 对于直接计算基隙半角的差值（Δ qb)，需要已知工具的基隙半角的差值。
[0034] 优选地，可以基于产生上述位置值的所谓的运动链，描述两个齿轮相对于彼此的 相对位置。根据工件和/或工具的齿轮类型，存在不同的运动链。特别地，这种运动链形成 工件和/或工具的所有六个空间自由度。
[0035] 描述单独机器轴线的位置（location)和方位（position)的值用作第一坐标系和 /或第二坐标系。在每次接触后储存相应的测量值。然而，运动链的自由度不需要包括齿 切机器的物理机器轴线。在所有自由度不能够由机器轴线映射的情况下，如果能够通过使 相匹配的运动链与所检测到的机器坐标的变换相等确定所希望的位置值，则是有利的。在 这种联系中尤其可以想象的是，通过使运动链与所记录的坐标系的变换相等来确定转动角 度、进刀或轴向进刀、轴向距离和交叉轴线角度。
[0036] 对于直接计算左基隙半角和/或右基隙半角，需要已知齿轮对、即工具的左渐开 线和右渐开线的位置。而对于工具的测量的相反情况，必须已知工件的左渐开线和右渐开 线的位置。
[0037] 如果已知工具的左基隙半角和右基隙半角之和、即已知工具轮齿的齿厚，对于计 算工具的左齿侧和右齿侧的相对位置是足够的。该信息足以用于计算工件的基隙半角之 和、即工件轮齿的齿厚。
[0038] 存在当工件或工具的齿轮中的一个或两个发生改变时渐开线位置确定的结果是 错误的风险。这种改变例如通过预齿切过程、通过由于硬化产生的变形和/或通过使用改 变的工具的在先加工步骤/加工冲程出现在工件上。例如由于磨损缺陷或生产缺陷在工具 中出现这种改变，和/或被蓄意地放置于工具中以直接在工件上生成改变。如果已知这些 改变，可以在渐开线的位置确定中将其考虑在内。例如，可以对两个齿轮和仅对一个齿轮应 用修正。
[0039] 在本发明的一个有利实施例中存在这种可能性：为后续齿切过程，所计算的渐开 线位置被用于相对于工件对工具进行定中。该过程在之前仅在用于对称圆柱齿轮的自动方 式中是可能的。对于非对称圆柱齿轮和/或锥齿轮，基于根据本发明的方法，也可以在全自 动的齿切机器中实施该定中过程。
[0040] 在根据本发明的方法中，认为接触恰好一个左齿侧和一个右齿侧是足够的。在一 次测量终止后，已经可以直接计算出渐开线的位置。为了降低由于测量的不准确性或齿形 差异所带来的影响，在相同接触点和/或不同接触点、即不同的轴向位置处和/或在工具和 /或工件的不同齿隙/轮齿/齿距处进行重复的测量并且用统计的方法评估测量值以降低 测量的