专利名称：一种用于产生非直齿轮齿的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在带盘形滚刀的多轴机上产生非直齿轮齿的方法，所述方法可用于诸如具有非直齿轮齿的锥齿轮或平面齿轮的部件。根据书“QcheduszkoK.: Koia zebate, Toml.Konstrukc ja.WNT, Warszawa, 1985” 中的分类，术语非直齿轮齿是指不是沿齿轮的齿节面的制造线(creator lines)放置齿线的齿轮齿。这本书涉及齿轮的设计。
背景技术：
从美国专利第7，364，391号得知，可通过提供多轴自由式齿轮切割机和单个盘形滚刀来制造锥齿轮。相对于工件设置所述单个盘形滚刀的位置，以使所述盘形滚刀切割间隙的第一部分。然后重新设置所述刀具和工件的位置，以切割该间隙的剩余部分。首先，进行第一种转换，即将传统机器的第一刀具的机器轴线设定转换为理论的摇架型基本机的坐标。然后将这些基本设定转换为多轴机的设定，并切割间隙的第一部分。接着进行一系列相似的转换以切割间隙的剩余部分。这种方法也可以用于磨削，因为这种方法可将用两个联锁的刀具进行的加工转换成用单个刀具进行的加工。从关于齿轮技术的书“QchediiszkoK.: Kota zebate, Tom2.Wykonanie I montaz.WNT, Warszawa, 1976”得知,可通过使用成形方法和滚銑方法来制造齿轮齿。在使用成形方法的情况下，可由刀具的外形产生齿轮齿的外形。在使用滚銑方法的情况下，齿轮齿的外形被制成作为刀具外形的连续位置的包络线。这里，除了所述刀具的切削运动之外，还进行滚动运动(滾銑运动)。所述 滾銑运动由工件的旋转运动和横向运动构成。在工业领域中公知的是(来源:Qch duszko K.: Kok z bate, Tom2.Wykonanie I montaz.WNT, Warszawa, 1976),可通过使用滚统方法和盘形刀具加工齿轮齿。有合适的刀具用于生还加工(green machining)(诸如盘形统刀)以及用于精加工(诸如盘形磨轮)。还有机床可使刀具进行相对于工件的适当工作运动，以对工件进行加工。在允许切削正确的齿底形状(bottom land shape)的滚銑方法中，MAAG, NILES和KOLB方法是公知的方法。现有技术的使用盘形刀具来产生齿轮齿的方法不利用纵向运动和滚动运动之间的同步，这导致完成产生齿腹所需的总机器工作行程相对较长。在前面所讨论的美国专利第7，364，391号的情况下，纵向行程为零并且刀具被设置在齿宽的中间，这使齿底反映刀具的形状，因此齿底呈凹曲面，这有损齿轮的强度。现有技术的方法使用盘形刀具来产生带正确的齿底形状的齿轮齿，这种方法的不便之处在于，工作运动的至少一个运动分量是振动的，因此需要在每个被加工的间隙处执行多次工作，以产生完整的齿腹，所以会花费相对较长的时间，降低这些方法的生产率。
发明内容
本发明的目的是使用盘形刀具以利用运动来产生非直齿轮齿，所述运动不具有振动的运动分量，但是可保证产生完整的齿腹，因此可减少所需的加工时间。根据本发明的在多轴机上使用盘形刀具产生非直齿轮齿的方法的主旨在于，盘形刀具沿齿轮齿运动，其中盘形刀具沿间隙的运动与滚动运动同步，以使压力线位于盘形刀具的加工表面上，盘形刀具使用其边缘对齿的齿底表面进行加工，其中当盘形刀具的位置与齿轮齿的位置对应时，开始对齿的齿腹进行加工，以使压力线接近齿腹的边缘，盘形刀具和齿轮齿之间的相互位置不断改变，从而使压力线进一步移离齿腹的边缘，当压力线到达齿腹的相对边缘时，完成对齿腹的加工。此外，设置齿腹和盘形刀具的位置，以使在齿腹力口工的每一阶段，压力线均位于盘形刀具的加工表面上。也可不使用盘形刀具的边缘来对齿底进行加工。在加工齿腹的每一阶段使用一条压力线。在加工齿腹期间选择连续的压力线，会使所选的连续的压力线制造齿腹的表面。与现有技术的方法相比，本发明的方法的加工时间大大地减少。本方法只适用于非直齿轮齿。在上述的方法中，可在一个工作行程中完全地加工间隙的一个齿腹。如果要加工下一个齿腹，则需要第二个工作行程。如果由于某些原因，盘形刀具的直径太小而不能覆盖整条压力线，则需要额外的工作行程以完全地加工间隙的齿腹。然而，由于缺少了振动的运动分量，额外的行程总是较短，所以加工时间与现有技术的方法相比会较短。然后对每个间隙重复上述的程序，因此完成整个齿轮的加工。
以下将结合附图对本发明的一个实施例进行描述，其中:图1所示为根据本发明对齿腹进行加工的最初阶段的示意图，其中采用了盘形滚刀；图2所示为根据本发明对齿腹齿腹进行加工的中间阶段的示意图；图3所示为根据本发明对齿腹进行加工的完成阶段的示意图；图4所示为根据本发明相对于齿轮的齿设置盘形滚刀的详细示意图；图5A所示为根据本发明的盘形滚刀的顶视图；图5B所示为图5A的盘形滚刀的侧视图；图6所示为各种公知的齿轮切削方法与本发明的齿轮切削方法相比较的示意图；以及图7所示为Klingelnberg锥齿轮切削机的透视图，其可与本发明结合使用。
具体实施例方式本发明的主旨已在附图中示出，图1示出了齿腹的加工的最初阶段，图2示出了齿腹的加工的中间阶段，图3示出了齿腹的加工的完成阶段。
图1、图2和图3全都示出了从齿轮切取(cut-out)的一个齿轮齿2。所述齿轮是具有非直齿2的锥齿轮。不是沿齿轮的齿节面的制造线设置这些非直齿2的齿线。盘形滚刀I (这里由两个同心的圆圈表示)沿齿轮齿2移动，盘形滚刀I沿齿的间隙的运动(沿纵向方向的运动L，请参见图6)与滚动运动(图6中的运动R和Q)同步，以使压力线3位于盘形滚刀I的加工表面4上。使用盘形滚刀I的边缘5来加工齿2的齿底表面6，其中当盘形滚刀I的位置与齿轮齿2的位置对应时，开始对齿2的齿腹进行加工，以使压力线3接近齿腹2的边缘7 (参见图1)，盘形滚刀I和齿轮齿2的相互位置不断改变，从而使压力线3进一步移离齿腹2的边缘7，当压力线3到达齿腹2的相对边缘8时，完成对齿腹2的加工(参见图3)。此外，将齿腹2和盘形滚刀I的位置设置成使在对齿腹2进行加工的每一阶段，压力线3均位于盘形刀具I的加工表面4上。也可不使用盘形刀具I的边缘5来加工齿底表面6。在加工齿腹2的每一阶段使用一条压力线3。在加工齿腹2期间选择连续的压力线3使所选的连续的压力线3制造齿腹2的表面。图4示出了根据本发明相对于冠状齿轮10的齿设置盘形滚刀I的详细示意图。图中的盘形滚刀I由它的边缘5表示。盘形滚刀I具有刀具轴线Al。冠状齿轮10由相应的虚拟平面齿轮11表不。虚拟平面齿轮11是极薄的(平面齿轮11的实际厚度为零)。如果已知节锥角，则包括冠状齿轮10和小齿轮12的锥齿轮对可由相应的虚拟平面齿轮11精确地限定。构成锥齿轮对的冠状齿轮10和小齿轮12具有相同数目的平面齿轮齿。A2是小齿轮轴线，A3是冠状齿轮轴线。如图4所示，冠状齿轮10和小齿轮12的轴线A2和A3相交。结合图1-图3对本发明的齿轮齿产生方法进行描述。采用齿轮切削机向盘形滚刀I提供相对于以冠状齿轮轴线A3为中心的工件的所需运动。在工件上加工齿腹2的每一阶段使用一条压力线3。所述压力线是盘形滚刀I的加工表面4和待制造的齿腹之间的接触线。如上所述，在加工齿腹2期间选择连续的压力线3使所选的连续的压力线3制造齿腹2的表面。图5A示出了根据本发明的盘形滚刀I的优选实施例的顶视图。图5B示出了图5A的圆形滚刀I的相应的侧视图。盘形滚刀I安装在齿轮切削机的刀具主轴(未示出)上。所述齿轮切削机使刀具轴线Al相对于上述的工件进行三维运动。盘形滚刀I围绕所述刀具轴线Al转动，同时盘形滚刀I的加工表面4沿待制造的齿腹移动。如图5A和图5B所示，盘形滚刀I可包括沿其边缘5设置的切削元件或刀片13。这里加工表面4被定义为在盘形滚刀I的外边缘5和圆圈9 (参见图5A)之间的环状区域。圆圈9的半径Rl小于外边缘5的半径R2。切削元件或刀片13分别具有刃口 14。图5A中的盘形滚刀I被设计成沿顺时针方向旋转。每一切削元件或刀片13均具有至少一个刃口 14。切削元件或刀片13可具有多于一个刃口 14。可以上述的相同的方式使用磨轮或磨盘来代替带切削元件或刀片13的盘形滚刀
1图6示出了各种公知的齿轮切削方法与本发明的齿轮切削方法相比较的示意图。应当注意的是，主切削表面4位于盘形滚刀I的后部。因此，在图6中未示出主切削表面4。图6包括表以及示出盘形滚刀I和齿轮的两个齿的示意图。图6中所采用的参考编号与前面的图中的参考编号相同。在其它图中的定义和描述也适用于图6中所示的情形。箭头R和Q共同表示在盘形滚刀I与待制造的齿轮10之间的联合滚动运动(joint roll motion)。该联合滚动运动由齿轮切削机器执行。箭头L表示盘形滚刀I相对于齿轮10的纵向运动。纵向运动L与小齿轮轴线A2平行，即所述运动与冠状齿轮轴线A3垂直(参见图4)。图6中的表示出了被称为MAAG方法的二种不同的滚銑方法。对在较小的齿轮(具有较小直径的齿轮)的情况下应用的MAAG方法和在较大的齿轮(具有较大直径的齿轮)的情况下应用的MAAG方法进行了区分。执行锯齿形运动作为工作行程(见表的右手边的栏)。在较小的齿轮的情况下，执行从右至左的第一锯齿形运动Z1，相反在较大的齿轮的情况下，执行向上和向下的锯齿形运动Z2。与用于产生较大的齿轮的滚动运动R和Q相比，产生较小的齿轮期间的滚动运动R和Q相当快。在较小的齿轮的情况下，纵向运动L较慢，相反在较大的齿轮的情况下，纵向运动L较快。表中还不出了 Coniflex 滚銑方法。用于Coniflex 滚銑方法的滚动运动R和Q都较慢。L=0，这意味着在纵向方向上没有执行进刀运动。所得的工作行程Z3是线性运动。本发明的方法由图6的表中的最后一行表示。用于本发明的方法的滚动运动R和Q都较慢。纵向运动L也较慢。所得的工作行程Z4是由数控调节(CNC-coordinated)且率禹合的Q和L运动产生的线性或稍微弯曲运动。如上所述，盘形滚刀I沿齿轮齿2运动，盘形滚刀I沿齿隙的运动(在纵向方向的运动L)与滚动运动(运动R和Q)同步，以使压力线3(参见图1-图3)位于盘形滚刀I的加工表面4上。盘形滚刀I和齿轮齿2之间的相互(相对)位置不断改变，从而使压力线3进一步移离齿腹2的边缘7 (参见图1)，当压力线3到达齿腹2的相对边缘8时(参见图3)，完成对齿腹2的加工。如图5A和图5B所示的盘形刀具I (优选为盘形滚刀I)可与本发明的所有实施例
结合使用。图7示出了 Klingelnberg锥齿轮切削机100的透视图(例如属于Klingelnberg C系列机器的齿轮切削机100)，其可与本发明结合使用。齿轮切削机100是具有6条轴线的数控机床。所述机100的数控装置可使这6条轴线中的至少5条轴线在执行本发明的方法时进行所需的协调且耦合的同步运动。根据本发明，数控机100可用于切削具有非直齿的锥齿轮10、12。数控机100可具有以下配置/布置。设置和引导加工元件110，以使所述加工元件能够执行与直的轴线X(1.轴线)平行的线性运动。加工元件Iio被引导和安装在机床104上。第一滑动元件103通过引导件105被安装和引导，以使第一滑动元件103可执行与Z轴线(2.轴线)平行的向上和向下的线性运动。引导件105被设置在加工元件110的斜面上。主轴传动机构101用于使第一滑动元件103向上和向下移动。具有刀具主轴的第二滑动元件108被安装在机床106上。安装和引导第二滑动元件108，以使其可执行与直的Y轴线(3.轴线)平行的线性滑动运动。Y轴线垂直于X轴线。沿引导件107引导第二滑动元件108。还设有由第二滑动元件108承载的绕轴旋转元件109。绕轴旋转元件109具有垂直的旋转轴线C (4.轴线)Z轴线与垂直的旋转轴线C成
一定角度。第一滑动元件103承载刀具主轴111。所述刀具主轴致使刀具(例如盘形刀具I)围绕刀具轴线Al (5.轴线)转动。工件15 (此处为小齿轮)被安装在由第二滑动元件108和绕轴旋转元件109所承载的工件主轴102上。使工件主轴102与工件15能够执行与Y轴线平行的滑动运动和围绕C轴线的绕轴旋转运动。安装在工件主轴102上的工件15可围绕轴线A2 (6.轴线)执行旋转运动。请注意，为简洁起见，在图7中盘形刀具I以简单的圆盘表不。参考号码/符号列表:I盘形刀具或盘形滚刀2齿轮齿3压力线4盘形刀具(I)的加工表面5盘形刀具(I)的边缘6齿底(2)7第一边缘8相对边缘9圆圈10 齿轮11 虚拟平面齿轮12 小齿轮
13 切削元件或刀片14 刀刃15 工件100 数控机101 主轴传动机构102 工件主轴103 第一滑动元件104 机床105 弓丨导件106 机床107 引导件108第二滑动元件109绕轴旋转元件110加工元件111刀具主轴Al刀具轴线，5.轴线A2小齿轮轴线，6.轴线A3冠状齿轮轴线C垂直旋转轴线,4.轴线Rl圆圈9的半径R2边缘5的半径X1.轴线Y3.轴线
Z2.轴线Zl第一锯齿形运动Z2第二锯齿形运动Z3线性运动TA线 性或稍微弯曲运动
权利要求
1.一种齿轮齿的产生方法，所述方法使用盘形刀具(I)在多轴机(100)上执行，其特征在于，所述盘形刀具(I)沿齿轮齿(2)运动，所述盘形刀具(I)沿与所述齿轮齿(2)相邻的间隙的运动(L)与由所述多轴机执行的滚动运动(R，Q)同步，以使压力线(3)位于所述盘形刀具(I)的加工表面(4)上，其中当所述盘形刀具(I)的位置与所述齿轮齿(2)的位置对应时，开始对所述齿轮齿(2)的齿腹进行加工，以使所述压力线(3)接近所述齿腹(2)的第一边缘(7)，所述盘形刀具(I)和所述齿轮齿(2)之间的相互位置不断改变，从而使所述压力线(3 )进一步移离所述齿腹(2 )的所述第一边缘(7 )，并且当所述压力线(3 )到达所述齿轮面(2 )的相对边缘(8 )时，完成对所述齿腹(2 )的加工；其中，设置所述齿腹(2 )和所述盘形刀具(I)的位置，以使在对所述齿腹(2)进行加工的每一阶段，所述压力线(3)均位于所述盘形刀具(I)的所述加工表面(4)上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不使用所述盘形刀具(I)的边缘(5)来加工齿底(6)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述盘形刀具(I)的边缘(5)对所述齿轮齿(2)的齿底(6)进行加工。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述齿腹(2)进行加工的每一阶段使用一条压力线(3)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加工所述齿腹(2)期间选择连续的压力线(3)使所选的连续的压力线(3)制造所述齿腹(2)的表面。
6.如前述的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，盘形滚刀(I)被用作盘形刀具，所述盘形滚刀(I)包括沿所述盘形滚刀(I)的边缘(5)设置的多个切削元件或刀片(13)
7.如前述的权利要求中任一项所述的方法在制造具有非直齿(2)的锥齿轮中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种齿轮齿的产生方法，所述方法使用盘形刀具(1)在多轴机(100)上执行。盘形刀具(1)沿齿轮齿(2)运动，盘形刀具(1)沿与齿轮齿(2)相邻的间隙的运动与由多轴机执行的滚动运动同步，以使压力线(3)位于盘形刀具(1)的加工表面(4)上，使用盘形刀具(1)的边缘(5)对齿轮齿(2)的齿底(6)进行加工，其中当盘形刀具(1)的位置与齿轮齿(2)的位置对应时，开始对齿轮齿(2)的齿腹进行加工，以使压力线(3)接近齿腹(2)的第一边缘(7)，盘形刀具(1)和齿轮齿(2)之间的相互位置不断改变，从而使压力线(3)进一步移离齿腹(2)的第一边缘(7)，并且当压力线(3)到达齿轮面(2)的相对边缘(8)时，完成对齿腹(2)的加工；其中，设置齿腹(2)和盘形刀具(1)的位置，以使在对齿腹(2)进行加工的每一阶段，压力线(3)均位于盘形刀具(1)的加工表面(4)上。
文档编号B23F9/08GK103180077SQ201180036614
公开日2013年6月26日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年5月28日
发明者I·扎雷伯斯基 申请人:科林基恩伯格股份公司