专利名称：用于齿轮、花键和其它成形件的切削机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种自动化机加工工具，并且更具体地涉及一种自动化切削机械，在该自动化切削机械中，往复运动的主轴线性地往复运动以相对于工件驱动切削刀具。
背景技术：
齿轮成形是一个切削过程，其中具有切削能力的带有想要的齿廓的齿轮能够在安装在工作台上的工件中产生类似的齿廓，即在“坯料”中产生类似的齿廓。齿轮成形能够被用于在工件的外周缘或者工件的内周缘上产生齿廓。此外，当成形在包含齿廓的内周缘或者外周缘下方以及紧挨该内周缘或者外周缘成形具有肩部、即副凸缘的齿轮时，齿轮成形是特别有利的。由于涉及现有技术的总体状态，所以能够参考美国专利No. 3，628，359 ； 4，136，302 ;4，254，690 ;4，533，858 ;4，542，638 ;4，629，377 ;4，784，538 ;5，345，390 ；和7，097，399，这些专利的整个公开内容在此也通过参考整体并入。如能够从上面内容大致了解的，齿轮成形是一个切削过程，其中固定地承载切削齿轮的主轴以横过工件的内周缘或者外周缘的方式线性地且竖直地往复运动以连续地切削想要的齿廓。切削齿轮和工件在切削期间还以下述方式相对于彼此旋转，所述方式与完成的齿轮将在运行期间与其配合齿轮哨合的方式相同。主轴的线性往复运动、即行程通常由称为行程驱动器的传统的旋转马达和曲轴连杆完成。马达的旋转运动通过曲轴和连杆被转换成线性的行程运动。马达通常静止地安装在齿轮成形机的框架上，并且曲轴和连杆被连接至主轴。主轴的旋转运动通常还由与行程驱动器截然不同的且一般称为旋转驱动器的传统的旋转马达和连杆完成。该旋转马达也以与提供线性往复运动的旋转马达相似的方式静止地安装在齿轮成形机的框架上。马达通过连杆机械地联接至主轴，并且负责使主轴旋转以实现切削齿轮与工件的想要的旋转进给、即啮合。在单个行程循环期间，主轴经历线性运动和旋转运动。更具体地，在切削行程期间，主轴被行程驱动器朝着安装在工作台上的工件线性地驱动。在执行切削之后，切削齿轮然后以沿着径向轴线的后退运动远离工件地后退，以在返回行程期间不与工件接触。然后主轴仍被行程驱动器以与切削行程大致相反的返回行程远离工件地线性驱动。通常，在返回行程期间不发生切削。切削齿轮然后以与后退行程相反的方式沿着径向轴线移动以便然后开始另一行程循环。主轴和切削齿轮通过旋转驱动器在切削行程和返回行程期间连续地旋转。类似地，工作台和工件通过工作台驱动器在切削行程和返回行程期间连续地旋转。遗憾的是，由于上述现代的齿轮成型器的设计，出现了数种问题。首先，现代的行程驱动器设计表现出数种问题。在马达与主轴之间的曲轴连杆中需要单独的额外的马达和控制轴来调节行程位置和行程长度。另外，在曲轴式连杆中固有地存在反冲，并且必须对反冲进行补偿。其次，由于旋转驱动器的马达的静态设置，通常需要导向引导件，以便在主轴往复运动时维持主轴在其旋转期间的直线性。甚至在更现代的CNC系统中，仍需要一些类型的导向引导件来维持主轴的直线性并从旋转驱动器传递旋转运动和力。导向引导件本质上是在静止安装的旋转马达、从该马达延伸的连杆以及主轴之间的滑动接头。第三，如上面提到的，主轴在其往复运动时连续旋转。主轴还在返回行程之前的后退行程中远离工件地后退。然而，主轴、且更具体地是附接至主轴的切削齿轮在返回行程期间可能与工件的后缘侧面干涉，而与引起已知 为摩擦的情形的后退行程无关。摩擦是切削齿轮和工件的连续旋转进给速率以及工件和切削齿轮几何形状的作用结果。鉴于上述内容，因此希望具有一种用于齿轮成形的切削机，其减轻了目前在现有技术中存在的一个或更多个上面提到的缺陷和/或提供了其它优点或特征。
发明内容
本发明涉及一种切削机，其具有可以独立地或者以组合方式使用的数个不同的发明性方面。一些方面在下面进行了总结，而其它方面可以在本公开的余下内容中进行发展。在一个发明性方面中，齿轮成形机使用线性马达以使挺杆沿着行程轴线往复运动。在一些实施例中，行程位置、行程速度和行程长度可以被在与多个轴线不同的单个轴线上控制。齿轮成形机包括鞍部和安装至鞍部的线性引导件，所述线性引导件限定成形轴线。承载主轴的挺杆能够沿着成形轴线在线性引导件上滑动。齿轮成形机还包括由鞍部支撑且作用在挺杆上的至少一个线性马达，该至少一个线性马达可操作成使挺杆和主轴相对于鞍部一致地沿着成形轴线来回往复运动。在另一发明性方面中，齿轮成形机包括往复运动的挺杆，所述挺杆承载旋转驱动器和直接由旋转驱动器驱动的主轴并使它们往复运动。在一些实施例中，不需要额外的导向引导件或者连杆来维持主轴的直线性。齿轮成形机包括支撑结构和由支撑结构承载的齿轮成形头。齿轮成形头具有能够相对于支撑结构移动的挺杆。挺杆承载主轴和旋转驱动器。旋转驱动器可操作地连接至主轴以向主轴施加扭矩。主轴和旋转驱动器与挺杆一起且相对于支撑结构往复运动。在又一个发明性方面中，提供一种用于利用使用了时控步进旋转进给的齿轮成形机将坯料成形成齿轮的方法。在一些实施例中，通过使用时控步进旋转进给，减小或消除了摩擦的影响。该方法包括在切削行程期间利用刀具切削坯料的一部分，所述刀具可操作地连接至齿轮成形机的主轴，其中主轴在切削行程期间从第一位置行进至第二位置。切削行程沿着行程轴线发生。该方法还包括在返回行程期间使主轴返回至第一位置，该返回也沿着行程轴线发生。在返回行程完成之后，该方法还包括使主轴从第一角位置转位至第二角位置。当与附图结合考虑时，根据下面的详细描述，本发明的其它方面、目的和优点将变得更加明显。
并入说明书并形成说明书的一部分的附示了本发明的数个方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中图I是本发明的切削机的实施例的透视图2是图I的切削机的实施例的齿轮成形头的透视图；图3是图2的齿轮成形头的挺杆的透视图；图4是图2的齿轮成形头的前剖面图；图5是图2的齿轮成形头的侧剖面图；图6是图2的齿轮成形头的顶剖面图；图7是图2的齿轮成形头的进一步的顶剖面图；图8是图2的齿轮成形头的线性编码系统的局部透视图；图9是图3的挺杆的旋转驱动器的局部剖面图；并且 图10-13是图I的切削机的主轴和工件在切削行程的多个阶段期间的透视图。图14是本发明的切削机的另一实施例的透视图。尽管将结合特定的优选实施例描述本发明，但是不意图于将本发明限制于那些实施例。相反，内容将涵盖如包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的那样的所有替代物、修改和等价物。
具体实施例方式现在转向附图，在图I中图示了切削机10。切削机10具有安装至支撑结构14的齿轮成形头12。齿轮成形头12包含行程驱动器和旋转驱动器以便于在下文中讨论的齿轮成形过程。工作台16位于齿轮成形头12下方并且安装至支撑结构14。尽管在描述本发明的实施例的各种特征和功能性时，下面的描述将利用这样的示例性环境，但是这样的描述应当是通过示例来进行的而不是通过限制来进行的。事实上，尽管齿轮成形头12示出成与在图I中图示的支撑结构14和工作台16成一体，但是应当认识至IJ，齿轮成形头12能够被供应为独立的产品以在现有支撑结构上进行改型。另外，应当认识到，公开的实施例不是单独限制于成形齿轮，而是也还能够成形花键或者其它成形件。相应地，术语“齿轮成形”不意味着将本发明的实施例单独限制于在齿轮上的操作，因为其它结构是预期的。支撑结构14具有基部15、横向支撑构件18和竖直支撑构件20。横向支撑构件18支撑并承载齿轮成形头12，而竖直支撑构件20支撑并承载横向支撑构件18。齿轮成形头12在横向支撑构件18上沿着横向进给轴线22相对于工作台16横向地移动。齿轮成形头12和横向支撑构件18在竖直支撑构件20上沿着行程位置轴线24相对于工作台16移动。本领域技术人员将意识到，齿轮成形头12沿着横向进给轴线22横向地且沿着行程位置轴线24竖直地移动以适应安装在工作台16上的不同类型和尺寸的工件。如稍后更加详细地讨论的，齿轮成形头12沿着进给轴线22移动以避免在行程循环期间与安装在工作台16上的工件的不希望的干涉。现在转向图2，图示了齿轮成形头12的实施例。齿轮成形头包括挺杆28 ;用于引导挺杆28的线性引导装置(例如见图6的导轨50、54和支承座96、100、118);以及马达安装结构72，所述马达安装结构72承载一对线性马达68、70，所述一对线性马达68、70以往复运动驱动挺杆28及由挺杆28承载的旋转驱动器62 (见图4)和主轴32。齿轮成形头12具有鞍部46、即基板，安装线性引导装置和马达安装结构72的部分。鞍部46被连接至横向支撑构件18，并由此用作齿轮成形头12与切削机10的其余部分之间的联结部。
如稍后更加详细地讨论的，在挺杆28相对于齿轮成形头12的鞍部46沿着行程轴线30线性地往复运动时，线性引导装置引导挺杆28。术语“线性引导装置”不是意图于限制为单个结构。事实上并且如将通过下文更充分地理解的那样，线性引导装置通常能够包括以各种位置安装在齿轮成形头12内的导轨和支承座的组合，而不限于这些特殊的结构。事实上，其它引导系统是预期的。参考图3，挺杆28被图示为具有总体上纵向的形状。挺杆28具有支撑框架84，所述支撑框架84支撑承载在旋转驱动器壳体64内的旋转驱动器62 (见图4)以及主轴32。支撑框架84和旋转驱动器壳体64为挺杆28提供结构刚度并且还允许行程驱动器和线性引导装置的部件的安装。将意识到，挺杆28不受如图示和讨论的那样安装其上的特殊的行程驱动器和线性引导装置部件的限制，而是事实上其它组合是预期的。在图3的图示实施例中，支撑框架84在底端85与顶端87之间延伸并且承载分别与第一线性马达68和第二线性马达70 (见图2)相关联的第一多个矩形磁铁86和第二多个矩形磁铁87，并且一起形成齿轮成形头12的行程驱动器。第一多个磁铁86和第二多个磁铁87以相对间隔开的关系布置在支撑框架84上。有利的是，第一多个磁铁86和第二多 个磁铁87的相对间隔开的关系允许由此产生的一些磁力抵消。结果，由于磁力而否则将由齿轮成形机12的余下部分经历的机械应力被减小和/或完全消除。事实上并且如将在下面更充分地发展的，第一多个磁铁86和第二多个磁铁87以及第一线性马达68和第二线性马达70 (见图4)被对称地布置，并且以相互抵消的布置状态布置，以减小和/或消除由此产生的磁力。支撑框架84还承载在其任意侧上的第一冷却系统88和第二冷却系统90。第一冷却系统88包括使冷却剂围绕第一多个磁铁86的最内表面循环的冷却管线92。第二冷却系统90包括使冷却剂围绕第二多个磁铁87的最内表面循环的冷却管线94。应当理解的是，第一冷却系统88和第二冷却系统90能够是空气冷却系统或液体冷却系统。如上面指出的并且如稍后更加详细地讨论的，挺杆28承载封闭在旋转驱动器壳体64中的旋转驱动器62 (见图4)。旋转驱动器壳体64被安装至支撑框架84的底端85，并且通常将旋转驱动器62和也由挺杆28承载的主轴32的一部分封闭。与支撑框架84类似，线性引导装置的各种部件被安装至旋转驱动器壳体64。第一组支承座96、98和第二组支承座100、102被安装至旋转驱动器壳体64，并且每一组支承座形成线性引导装置的一部分。如稍后更加详细地讨论的，第一组支承座96、98接纳线性引导装置的第一导轨50 (见图2)并在其上线性地滑动。第二组支承座100、102接纳线性引导装置的第二导轨52 (见图2)并在其上线性地滑动。第一导轨50和第二导轨52 (见图2)及其相应的第一支承座96、98和第二支承座100、102允许挺杆28连同主轴32和旋转驱动器62 (未示出)以高度准确且精确的方式沿着行程轴线30 (见图2)线性地往复运动。第一组支承座96、98和第二组支承座100、102通常安装至旋转驱动器壳体64。然而，在其它实施例中，第一组支承座96、98和第二组支承座100、102能够安装到别的地方，例如能够安装至挺杆28的支撑框架84。尽管图示为使用了两个支承座96、98，但是在其它实施例中能够使用单个支承座或者两个以上的支承座。然而，应意识到，通过使用多个支承座，实现了更精确和准确的往复运动。
内导轨58和外导轨60被安装至支撑框架84和旋转驱动器壳体64并形成线性引导装置的一部分。如将在下文更详细地解释的，内导轨58由安装至鞍部46的鞍部支承座118接纳(见图5)，而外导轨60由安装至鞍部46的线性制动器接纳(见图6)。现在转向图4，图示了与齿轮成形头12的余下部分相关的挺杆28的更详细的视图。如上面陈述的,挺杆28承载主轴32并且相对于鞍部46沿着行程轴线30线性地往复运动。第一线性马达68和第二线性马达70负责提供实现往复运动的功能性所必需的往复运动力。第一线性马达68和第二线性马达70安装至马达安装结构72，所述马达安装结构72又安装至鞍部46。第一线性马达68在第一多个磁铁86上运行，而第二线性马达70在第二多个磁铁上运行，以便在运行期间提供使挺杆28线性地往复运动所需的磁性驱动力。马达安装结构72具有在挺杆28沿着行程轴线30往复运动时允许挺杆28穿过的开口 74。第一线性马达68和第二线性马达70由马达安装结构72承载使得它们在挺杆28的任意侧上，并且特别地分别在第一多个磁铁86和第二多个磁铁87的任意侧上。 将意识到，由于挺杆28的往复运动而产生相对大量的热。结果，马达安装结构72包含多个翼片76以便将由第一线性马达68和第二线性马达70产生的热能耗散。另外，第一冷却系统88和第二冷却系统90使流体循环穿过其相应的冷却管线92、94以将在运转期间传递至磁铁的热移除。结果，齿轮成形头12在齿轮成形过程期间维持相对凉的运转温度。第一线性马达68和第二线性马达70中的每一个均与控制模块38电子连通。控制模块38可操作成管理发送至第一线性马达68和第二线性马达70的输入电力信号以操纵沿着行程轴线30的行程的速度和长度。如上所述，与在更复杂的行程驱动器系统中控制多个输入轴和连杆相反，该功能性允许通过控制单个输入、例如输入电力而对齿轮成形过程的多个加工参数，例如行程位置、行程长度、行程速度等进行有效率且简单的控制。尽管图示为以相反的空间关系包含第一线性马达68和第二线性马达70，但是齿轮成形头12能够使用单个线性马达并且实现此处讨论的益处。然而，由于线性马达68，70的相对的空间关系允许由行程驱动器施加在挺杆28上的更平衡的驱动载荷，所以两个或者更多的马达是优选的。另外，本领域技术人员还将意识到，通过使用两个线性马达68、70，避免了旋转至线性的行程驱动器的更复杂的连杆。事实上，与在旋转至线性的行程驱动器组件中的情况的多个轴线相反，第一线性马达68和第二线性马达70允许诸如行程位置、行程长度、行程速度等的各种加工参数沿着单个轴线、即行程轴线30调整。在挺杆28往复运动时，其由线性引导装置引导，并且具体地由每一个相应地安装在第一导轨支撑件52和第二导轨支撑件56上的第一导轨50和第二导轨54引导。第一导轨支撑件52和第二导轨支撑件56被固定地安装至鞍部46,并且从鞍部46向外地延伸。结果，在挺杆28相对于鞍部46往复运动时，第一导轨50和第二导轨54相对于鞍部46维持固定的位置。现在转向图5，挺杆28还由内导轨58和外导轨60 (见图3)引导，所述内导轨58和外导轨60分别由鞍部支承座118和线性运动制动器120接纳。第一导轨50和第二导轨54 (见图4)与内导轨58和外导轨60 —起相对于鞍部46线性地引导挺杆28，并且沿着行程轴线30在往复运动期间维持运动的精确度。鞍部支承座118从鞍部46的外表面41延伸，并且形式上通常与第一组支承座96、98和第二组支承座100、102中的每个支承座类似。外导轨60在鞍部46的第一空腔43内滑动，并且能够滑动地连接至包含在鞍部的第二空腔47中的线性运动制动器120。现在参考图6，图示了线性引导装置的实施例的一部分。如所图示的，鞍部支承座118接纳由挺杆28的支撑框架84承载的内导轨58。第一组支承座96、98 (在图6中未示出支承座98)以类似的方式接纳第一导轨50，而第二组支承座100、102 (在图6中未示出支承座102)以类似的方式接纳第二导轨54。鞍部支承座118和内导轨58具有与第一导轨50和第二导轨54以及第一组支承座96、98和第二组支承座100、102相反的构造。换句话说，不像第一组支承座96、98和第二组支承座100、102，在内导轨58穿过鞍部支承座118线性地往复运动时，鞍部支承座118相对于鞍部46保持固定。第一组支承座96、98相对于挺杆28保持固定，并且沿着第一导轨50滑动。类似地，第二组支承座100、102相对于挺杆28保持固定，并且沿着第二导轨54滑动。第一组支承座96、98和第二组支承座100、102与其各自对应的导轨50、54组合以及鞍部支承座118与内导轨54组合沿径向约束挺杆28，使得通常仅仅允许挺杆28相对于鞍部46的线性运动。尽管导轨50、54、58中的每一个导轨均图示有与其相应的支承座96、98、100、102、118的 特定内周缘对应的特定外周缘，但是应当意识到，各种对应的导轨和支承座周缘是预期的。现在参考图7，线性运动制动器120安装在鞍部46的第二空腔47中，并且向外延伸到第一空腔45中。线性运动制动器120与鞍部支承座118 (未示出)类似地起作用，线性运动制动器120允许外导轨60在齿轮成形头12的正常运转期间穿过线性运动制动器120线性地滑动。线性运动制动器120具有一对制动块122、124。通过以防止外导轨60相对于线性运动制动器120移动的方式朝着外导轨60迫动制动块122、124，线性运动制动器120能够使挺杆28相对于鞍部46的进一步的往复运动停止或者防止其进一步的往复运动。线性运动制动器120能够在各种情形下启动该过程。例如，线性运动制动器120能够在外导轨60上运行，以便在存在电力故障的情况下防止外导轨60相对于线性运动制动器120的进一步运动。在电力故障的情况下，线性运动制动器120将通过制动块122、124在导轨60上立即锁闭以防止挺杆28、旋转驱动器62和主轴32碰撞到工作台16(见图I)。在其它实施例中，线性运动制动器120能够如上面在其它情形下描述的那样在导轨60上运行。现在转向图8，控制模块38与线性编码系统134电子连通。线性编码系统134提供闭环位置反馈控制，其指示挺杆28的精确线性位置并由此指示由挺杆28承载的主轴32的精确线性位置。线性编码系统134包括线性刻度136和读取头138。读取头138安装至导轨支撑件中的一个导轨支撑件52，而线性刻度136与挺杆28 —起移动并被安装至旋转驱动器壳体64。在运行中，在挺杆28移动时，线性刻度136将与其一起移动。保持固定至导轨支撑件54的读取头138将读取线性刻度136。控制模块38接收由读取头138收集的信息并确定挺杆28、旋转驱动器62和主轴32沿着行程轴线30 (见图I)的相应的线性位置。当然，线性编码系统134的部件能够被颠倒，使得线性刻度136保持固定至导轨支撑件52，而读取头138与挺杆28 —起移动并由挺杆28承载。控制模块38使用由线性编码系统134收集的信息以提供对挺杆28相对于鞍部46的行程速度、行程位置和行程长度的闭环控制(见图4)。如上所述，该布置进一步促进了单个轴线控制、即单个行程轴线30控制的益处和优点。参考图9，旋转驱动器62图示为封闭在旋转驱动器壳体64内。旋转驱动器62负责使主轴32沿主轴旋转进给方向34 (见图I)旋转。更具体地，旋转驱动器62负责使附接至主轴32的端部的切削刀具66 (见图2)沿主轴旋转进给方向34旋转。如稍后更加详细地讨论的，旋转驱动器62与主轴32是直接驱动关系并且与挺杆28和主轴32 —起沿着行程轴线30往复运动。由于该直接驱动关系，没必要包含导向引导件来维持主轴32在沿主轴旋转进给方向34 (见图I)旋转期间的直线性。在图示的实施例中，旋转驱动器62是力矩马达。然而，在其它实施例中，其它旋转驱动系统是预期的。主轴32由旋转驱动器62接纳。本领域技术人员将意识到，主轴32与旋转驱动器62是直接驱动关系。上主轴支撑轴承112和下主轴支撑轴承114相对于旋转驱动器62支撑主轴32并允许主轴32的平顺的、低摩擦的运转。主轴32具有中央空腔40，以用于接纳切削刀具66 (见图2)的刀具保持器。 一组旋转驱动器电力引线116从旋转驱动器62穿过旋转驱动器壳体64延伸并与控制模块38电子连通。控制模块38可操作成管理输入至旋转驱动器马达的输入电力信号以最终管理主轴32的旋转。旋转编码系统148与控制模块38电子连通。旋转编码系统148提供关于旋转驱动器62的角位置的位置信息并且更具体地是关于直接联接至旋转驱动器62的主轴32的角位置的位置信息。旋转编码系统148包括旋转刻度150和旋转读取头152。旋转刻度150与旋转驱动器62 —起旋转。旋转读取头152保持静止地安装至旋转驱动器62。在旋转刻度150相对于旋转读取头152旋转时，旋转读取头152收集旋转刻度150的位置信息，并且更具体地是旋转驱动器62和主轴32的位置信息。旋转编码系统148将收集的位置信息发送至控制模块38。控制模块38又提供对旋转驱动器62的闭环控制。更具体地，控制模块38可操作成将信号发送至旋转驱动器62以使其相对于工作台16 (见图I)分度(journal)到想要的角位置。旋转驱动器壳体64还包括读取头检查窗154。读取头检查窗154能够被从旋转驱动器壳体64移除以允许对旋转读取头152的维护和更换。当然，如线性编码系统134 (见图8)那样，旋转刻度150和旋转读取头152能够被颠倒，使得旋转刻度150保持固定在旋转驱动器62内，而旋转读取头152与旋转驱动器62 —起旋转并相对于旋转刻度150旋转。已经讨论了切削机10的实施例的各种结构特征，下文提供了对齿轮成形机10的齿轮成形行程的各个阶段的描述。如稍后更加详细地讨论的，与连续旋转相反，旋转驱动器62利用时控步进旋转进给来使主轴32旋转。现在参考图10，主轴32图示为承载切削刀具66。如上所述，主轴32和切削刀具66相对于工件42线性地往复运动以产生齿廓160。为了描述的目的，切削刀具66的一个齿已经被赋予标签齿。类似地，在工件42的凹槽上已经被赋予标签A’。主轴32和切削刀具66被图示为在普通的齿轮成形行程的开始阶段。当是这种情况时，主轴32和切削刀具66竖直地位于工件42上方。现在转向图11，齿轮成形行程的第一阶段是切削行程。在切削行程期间，线性马达68、70分别在第一多个线性马达磁铁86和第二多个线性马达磁铁87上运行，以便朝着工件42驱动挺杆28，并相应地驱动由其承载的主轴32，直至切削齿轮的齿A和邻近的齿接合工件42的凹槽A’和邻近的凹槽以便在其外周缘上执行切削。一旦切削刀具66完成了在工件42的齿廓160上的切削，线性马达68、70迅速减速，并随后使沿主轴32和切削刀具66的切削方向的进一步的负位移停止。一旦主轴32和切削刀具66位于工件42下方的位置，切削行程就算完成了。现在转向图12，一旦切削行程完成了，整个齿轮成形头12就在径向后退方向164上沿着横向进给轴线22远离工件42地后退。齿轮成形头12通过由横向支撑构件18 (见图I)承载的线性驱动机构远离工件42地后退，所述线性驱动机构例如是滚珠螺杆驱动器。一旦主轴32和切削刀具66已经在径向后退方向164上沿着横向进给轴线22充分地后退，则线性马达68、70开始返回行程过程。现在参考图13，在返回行程期间，线性马达68、70使主轴32和切削刀具66在返回方向166上沿着行程轴线30返回至与主轴32和切削刀具66开始切削行程所处位置(见图10)相同的位置。在开始另一切削行程之前，旋转驱动器62使主轴32和切削刀具66在主 轴旋转进给方向34上分度，使得齿A处于与在图10-12中图示的角位置不同的角位置。类似地，当主轴32和切削刀具66位于返回行程166的顶部时，工作台16使工件42分度，使得凹槽A’处于与在图10-12中图示的角位置不同的角位置。等待主轴32和切削刀具66在主轴旋转进给方向34上分度和工件42在工作台旋转进给方向36上分度的一个优点是，切削刀具66在返回行程期间接合工件42的后缘侧面的趋势被减小或者在一些实施例中被完全避免。一旦主轴32和切削刀具66已经在主轴旋转进给方向34上分度，而工件42已经在工作台旋转进给方向36上分度，则齿轮成形头12在图13中所示的径向进给方向168上沿着径向进给轴线22返回。这样就完成了一个齿轮成形行程。然而，在其它实施例中，主轴32和切削刀具66能够在切削刀具66和工件42被分度到如上所述的新的角位置之前在方向168上沿着横向进给轴线22返回。从上述内容将会理解，当成形在其与外周缘相反的内周缘上具有内齿廓的工件42时出现类似的操作。另外，齿轮成形机10能够被构造成在切削行程和返回行程中在工件42上执行切削。这样的构造在成形在其上具有多个齿廓的轴时是特别有利的。此外，并且如在图14中所示，与竖直地不同，齿轮成形机210的替代实施例能够水平地进行齿轮成形操作。在该实施例中，齿轮成形头212沿着水平轴线230往复运动以成形安装在图示的工作台216上的工件。除了成形是水平地而不是竖直地进行，该实施例以与如上所述的方式类似的方式起作用。如本文所讨论的，齿轮切削机10提供了一种线性的行程驱动器装置。该线性的行程驱动器装置允许在单个行程轴线30上对多个齿轮成形加工参数控制。齿轮切削机10包含带有挺杆28的齿轮成形头12，所述挺杆28具有与主轴32是直接驱动关系的旋转驱动器62。旋转驱动器62和主轴32 —起往复运动使得不再需要导向引导件来维持主轴32的直线性。齿轮成形头12包含了下述齿轮成形行程，所述齿轮成形行程在齿轮成形行程的顶部处或在齿轮成形行程开始时使用时控步进旋转进给来使切削刀具66和工件42分度，使得在切削刀具66与工件42之间的摩擦被减小或者在某些实施例中被完全避免。所有参考文献，包括出版物、专利申请以及本说明书中引用的专利在此通过参考并入到下述程度，即好像每个参考文献都单独且明确地指示为通过参考并入并且其全部内容在本说明书中进行了陈述。在描述本发明的上下文中(尤其是在所附的权利要求的上下文中)的术语“一”和“一个”和“所述”以及类似的指代的使用被解释为涵盖单数和复数，除非本文中另有说明或者另外通过上下文清楚地否定。术语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”将被解释为开放式术语(即，意为“包括，但不限于”)，除非另有说明。对本发明中的值的范围的叙述仅仅旨在用作速记方法，该速记方法单独地涉及落在范围内的每个分离的值，除非本文中另有说明，并且每个分离的值被并入本说明书，就好像它是单独在文中叙述的。这里所描述的所有方法能够以任何适当的顺序执行，除非本文中另有说明或者另外通过上下文清楚地否定。此处提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用旨在更好地阐明本发明，而不构成对本发明范围的限制，除非另有要求。在本说明书中的任何语言都不应当被解释为将任何未要求保护的元素指示为对本发明的实践是必需的。这里描述了本发明的优选实施例，其包括用于实施本发明的对于发明人来说已知的最佳模式。阅读上述说明时，对于本领域普通技术人员，这些优选的实施例中的变化可能会变得显而易见。发明人期望本领域技术人员适当采用这种变化，并且发明人打算实施除了这里具体描述之外的本发明。因此，本发明包括在所附的适用法律允许的权利要求中所 述的主题的所有修改和等同物。此外，在本发明的所有可能的变体中的上述的元素的任何组合都包括在本发明中，除非本文中另有指明或另外通过上下文清楚地否定。
权利要求
1.一种齿轮成形机,包括鞍部；线性引导件，所述线性引导件安装至所述鞍部并限定成形轴线；挺杆，所述挺杆能够沿着所述成形轴线在所述线性引导件上滑动；主轴，所述主轴由所述挺杆承载；和至少一个线性马达，所述至少一个线性马达由所述鞍部支撑并且作用在所述挺杆上，所述至少一个线性马达能够操作成使所述挺杆和所述主轴相对于所述鞍部一致地沿着所述成形轴线来回往复运动。
2.根据权利要求I所述的齿轮成形机，其特征在于，所述至少一个线性马达包括第一线性马达和第二线性马达，所述第一线性马达和所述第二线性马达成相对间隔开的关系并且关于所述成形轴线处于第一对称定向，并且其中所述挺杆承载至少一个第一磁铁和至少一个第二磁铁，所述至少一个第一磁铁和至少一个第二磁铁成相对间隔开的关系并且关于所述成形轴线处于第二对称定向。
3.根据权利要求2所述的齿轮成形机，其特征在于，所述第一线性马达磁性地偏置所述至少一个第一磁铁，并且所述第二线性马达磁性地偏置所述至少一个第二磁铁，以便使所述挺杆沿着所述成形轴线线性地往复运动。
4.根据权利要求2所述的齿轮成形机，其特征在于，所述第一对称定向和所述第二对称定向布置成，使得由所述第一线性马达和所述第二线性马达以及所述至少一个第一磁铁和所述至少一个第二磁铁产生的大量磁力被抵消。
5.根据权利要求4所述的齿轮成形机，其特征在于，所述第一线性马达和所述第二线性马达安装在远离所述鞍部延伸的马达安装结构上，所述马达安装结构具有沿着所述成形轴线对准的开口，所述第一线性马达和所述第二线性马达安装在所述开口内，并且其中所述挺杆在所述开口内往复运动并且介于所述第一线性马达和所述第二线性马达之间。
6.根据权利要求5所述的齿轮成形机，其特征在于，所述挺杆具有纵向中心轴线，所述纵向中心轴线与所述成形轴线一致。
7.根据权利要求I所述的齿轮成形机，其特征在于，所述线性引导件包括成相对间隔开的关系的第一导轨和第二导轨，所述挺杆介于所述第一导轨和所述第二导轨之间，并且其中所述挺杆包括第一导轨支承件和第二导轨支承件，其中所述第一导轨支承件能够在所述第一导轨上滑动，而所述第二导轨支承件能够在所述第二导轨上滑动。
8.根据权利要求7所述的齿轮成形机，其特征在于，所述第一导轨支承件包括至少一个第一支承座，而所述第二导轨支承件包括至少一个第二支承座，所述至少一个第一支承座和所述至少一个第二支承座每个均能够沿着所述成形轴线分别沿所述第一导轨和所述第二导轨滑动。
9.根据权利要求7所述的齿轮成形机，其特征在于，所述线性引导件还包括鞍部支承座，所述鞍部支承座安装至所述鞍部，所述鞍部支承座接纳安装在所述挺杆上的内导轨。
10.一种齿轮成形机，包括支撑结构；齿轮成形头，所述齿轮成形头由所述支撑结构承载，所述齿轮成形头具有挺杆，所述挺杆能够相对于所述支撑结构滑动，所述挺杆承载主轴和旋转驱动器，所述旋转驱动器能够操作地连接至所述主轴以向所述主轴施加扭矩；并且其中所述主轴和所述旋转驱动器与所述挺杆一起并且相对于所述支撑结构往复运动。
11.根据权利要求10所述的齿轮成形机，其特征在于，所述旋转驱动器和主轴在所述主轴和旋转驱动器与所述挺杆一起往复运动时维持固定的轴向距离。
12.根据权利要求11所述的齿轮成形机，其特征在于，所述旋转驱动器直接驱动所述主轴，使得在所述主轴与所述旋转驱动器之间不存在中间连杆。
13.根据权利要求12所述的齿轮成形机，其特征在于，所述主轴具有多个增加的角位置，所述旋转驱动器能够操作成使所述主轴分度至所述多个增加的角位置中的每一个增加的角位置。
14.根据权利要求13所述的齿轮成形机，还包括在所述齿轮成形头与所述支撑结构之间的进给机构，所述进给机构能够操作成使所述齿轮成形头沿着径向进给轴线朝着安装至所述支撑结构的工作台和远离所述工作台线性地往复运动。
15.根据权利要求14所述的齿轮成形机，还包括至少一个线性马达，所述至少一个线性马达由所述齿轮成形头承载并且能够操作成使所述挺杆相对于所述支撑结构线性地往复运动。
16.根据权利要求15所述的齿轮成形机，其特征在于，所述至少一个线性马达使所述挺杆以沿着行程轴线朝着所述工作台的切削行程和远离所述工作台的返回行程线性地往复运动，并且其中所述进给机构能够操作成在所述切削行程与所述返回行程之间沿着所述径向进给轴线远离所述工作台地偏置所述齿轮成形头。
17.一种用于利用齿轮成形机将坯料成形成齿轮的方法，所述方法包括利用能够操作地连接至所述齿轮成形机的主轴的刀具在切削行程期间切削所述坯料的一部分，其中所述主轴在所述切削行程期间从第一位置行进至第二位置，所述切削行程沿着行程轴线发生；在返回行程期间使所述主轴返回至所述第一位置，所述返回行程沿着所述行程轴线发生;并且在所述返回行程完成之后，使所述主轴从第一角位置转位至第二角位置。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述返回行程完成之后使工作台从第一角位置转位至第二角位置的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，使所述主轴转位和使所述工作台转位的步骤同时发生。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使所述主轴转位和使所述工作台转位的步骤是时控步进的，使得使所述主轴转位和使所述工作台转位的步骤是不连续的。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括在所述切削行程之后并且在开始所述返回行程之前使所述主轴沿径向远离所述工作台平移，使得所述刀具在所述返回行程期间不会与所述坯料干涉。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，使所述主轴转位和使所述支撑台转位的步骤仅仅在所述返回行程的末端发生。
全文摘要
提供一种用于齿轮成形等的切削机。切削机包括齿轮成形头。齿轮成形头具有挺杆，所述挺杆由安装在齿轮成形头的鞍部与挺杆之间的线性引导件引导并且沿着该线性引导件往复运动。至少一个线性马达使挺杆相对于鞍部沿着行程轴线往复运动。挺杆还承载与挺杆一致地往复运动的旋转驱动器和主轴。旋转驱动器在齿轮成形期间直接驱动主轴以便使主轴分度过增加的角位置。
文档编号B23F21/28GK102933341SQ201180022306
公开日2013年2月13日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年4月21日
发明者L·L·科赫, H·格拉斯, W·邓斯摩 申请人:伯恩与科赫有限公司