半完成切削的方法以及执行该方法的相应切削刀具的装置的制作方法

专利名称：半完成切削的方法以及执行该方法的相应切削刀具的装置的制作方法
半完成切削的方法以及执行该方法的相应切削刀具的装置技术领域
本发明的目的涉及一种用于半完成切削齿轮或其他周期性结构的方法以及一种具有用于执行半完成切削的方法的相应切削刀具的装置。技术背景
有许多方法用于制造齿轮。在初始软加工中，区分有滚削、齿轮成形、生成布置和动能刮削(skiving)。而滚削和刮削是所谓的连续方法，以下会对它们作详细解释。
在切削齿轮中，间歇分度(indexing)方法或单一分度方法有别于连续方法，有时候连续方法也被称为连续分度方法或面滚削。
在连续方法中，例如具有相应的切削刀的刀具(tool)，其用于切削工件的侧面。工件在夹盘上连续地完成切削，即为不间断的方法。连续方法是基于复杂和联结运动的顺序， 其中刀具和待加工的工件相对彼此执行连续分度移动。相应的机器的多个驱动轴的协调或联结驱动分别导致所述分度移动。
在单一分度方法中，首先加工一个齿隙，然后发生例如刀具相对运动和所谓的分度运动(分度旋转)，在此期间，加工下一个齿隙之前，工件相对于刀具旋转。因此，一步一步地制造齿轮。
由于成形刀具I的旋转轴Rl和工件2的旋转轴R2之间的夹角(也称为轴夹角)为零度(如图1中示意性地示出)，因此在开头提到的齿轮成形方法可以由圆柱形齿轮描述或表示。如果轴夹角是零度，则两个旋转轴Rl和R2平行地延伸。工件2和成形刀具I分别围绕它们的旋转轴线R2或Rl连续旋转。成形刀具I进行冲程运动，亦同时进行旋转运动 (如图1中的双箭头Sh x所表示)，并在冲程运动期间从工件2去除切碎屑。
在之前一段时间，称为刮削的方法再次被重新提出。这基础已有大约100年的历史。关于这一主题可以追溯到1912年的第一个专利申请，其申请号为DE243514。几年最初的深思和研究后，没有对刮削认真地作进一步研究。基于这一点(部分是根据经验)，复杂的加工需要寻找合适用于刮削方法的刀具的几何形状。
刮削大约在80年代中期再次被提出。刮削的原理可以首先应用于使用当前模拟方法的生产性、可重复和稳健的方法中，以及应用于机器的现代CNC控制器中。此外，当前的刀具材料的高耐磨性、极高的静态和动态刚度和现代机器的高素质同步运行是很重要的。
如图2A中所示，在刮削刀具10 (也称为刮削轮)的旋转轴Rl和工件20的旋转轴 R2之间预定义了轴夹角Σ，该轴夹角Σ不等于零度。刮削刀具10和工件20所得的相对运动是螺旋形的运动，该螺旋形的运动可以被分解成转动分量(旋转分量)和前进分量(平移分量)。滚动螺旋形齿轮可以作为驱动技术中类似的部件，转动分量与滚动对应，而前进分量与侧面的滑动对应。轴夹角Σ的绝对值越大，则需要增加越多的平移分量来加工工件 20。这是因为它会在工件20的齿侧面的方向上产生刮削刀具10的刀片的运动分量。在刮削中，等效的螺旋齿轮的啮合齿轮的啮合相对运动的滑动分量用于执行切削运动。在刮削中，只需要与工件20的旋转轴R2平行缓慢地轴向进刀Sax(也称为轴向进刀)，因此，可以省略所谓的成形运动(该成形运动典型用于齿轮成形)。此外，因此在刮削中没有冲程返回运动发生。
刮削刀具10或工件20的速度以及旋转轴Rl和R2之间的轴夹角Σ直接影响在刮削中的切削速度。因此，要对轴夹角Σ和滑动分量进行选择，以使得在给定的速度中达到最佳的切削速度来加工材料。
可以由上述图2A示意性所示推断出运动的顺序和先前已知的刮削方法的细节。 图2A示出了刮削在圆柱形工件20上的齿轮的外齿。工件20和刀具10 (在此为圆柱形刮削刀具10)以相反方向旋转，例如基于如图2A所示的角度速度O1和ω2。
此外，还有另一相对运动。上述的轴向进刀Sax需要为能够利用刀具10加工工件 20的齿轮的整个齿隙宽度。轴向进刀造成刀具10相对于沿着工件20的旋转轴R2平行的方向的涉及工件20的移动。刀具10的这种运动的方向在图2Α中由附图标记Sax表示。如果在工件20上需要螺旋齿轮齿(即，β 2 Φ 0)，则轴向进刀与差动进刀Sd交叠，如在图2Α所示，差动进刀Sd对应于工件20围绕其旋转轴R2的附加旋转。差动进刀Sd和轴向进刀Sax 在设计的点处为彼此配合，从而在产生齿隙的方向上相对于工件20发生刀具10所得到的进刀。此外，可以利用径向进刀Srad来影响例如工件20的轮齿的凸面加工。
在刮削中，由刀具10的旋转轴Rl的速度矢量P,和工件20的旋转轴R2的速度矢量 &两者的差得出切削速度I的矢量，速度矢量巧和速度矢量P:两者以轴夹角Σ向彼此倾斜。是刀具10的外围处的速度矢量，而^是工件20的外围处的速度矢量。可以通过轴夹角Σ 以及等效的螺旋齿轮的速度来改变刮削过程中的切削速度V。。在刮削方法中，相对较缓慢的轴向进刀Sax (如上所述)对切削速度V。只有很小的影响 ，其可以被忽略。因此，在图2Α 中具有向量3、#2和之的向量图没有考虑轴向进刀Sax0
图2Β示出了利用圆锥形刮削刀具10刮削工件20的齿轮的外齿。图2Β再次示出轴夹角Σ、切削速度^的矢量、在刀具10的外围上的速度矢量A、工件20的外围上的速度矢量A、刀具10的螺旋角^^以及工件20的螺旋角β2。在此，螺旋角β2不等于零度。在图 2Β中可以看到刀具10的齿头(由附图标记4表示)。在图2Β中可以看到齿面(由附图标记 5表示)。两个旋转轴Rl和R2没有相交，但设置成彼此倾斜。由于刮削刀具10的倾斜不必提供间隙角，因此，通常选择设计点AP在两个旋转轴Rl和R2的共同垂线上。在这里，设计点AP与所谓的接触点BP重合。等效的螺旋滚动齿轮的节圆在设计点AP上接触。
用于刮削的刮削刀具10包括至少一个几何定义的侧面切削刀刃(edge)。图2A和图2B中未示出侧面切削刀刃。侧面切削刀刃的形状和布置方面必须予以考虑实践中的具体设计。
此外，刀具自身在刮削中是很重要的。刮削刀具10具有带直齿的正齿轮(如图2A 中所示的例子)。在图2A中，主体的外轮廓是圆柱形的。然而，如图2B中示出，它也可以是锥形的(也称为圆锥形)。由于刮削刀具10的轮齿在侧面切削刀刃的整个长度上啮合，所以刮削刀具10的每一个轮齿在侧面切削刀刃上需要有足够的间隙角。
众所周知，刮削可以遵循所谓半完成的方案。该方案称为半完成的方法，其中齿隙的右侧面和左侧面两者在第一步骤中被加工，但只有右侧面或左侧面的几何形状被完全加工。然后，在第二步骤中，在更改机器设定后，两个侧面中的一个侧面被再加工以获得所需的齿隙宽度和齿的几何形状。其中一个应用半完成的方法的原因是可以更自由地设计侧 面。即可以作所谓的侧面修改，而且比在完成方法中作所谓的侧面修改更容易。此外，齿隙 宽度也可以在半完成刮削中修正，而通过简单地枢转工作轮可改变齿隙的宽度。
半完成的方法最初用于在轮齿的单一分度方法中磨削锥齿轮，该锥齿轮在克林根 铣齿⑩(Zykio-PalloidOi >方法中被预铣削。
关于先前的刮削方法的几项研究已表明了刮削刀具10会有显著的磨损，该磨损 取决于刮削刀具10的设计。该声明也适用于以半完成的方法刮削的应用。因此，需要分别 寻求可减少刮削刀具10磨损或改进刮削刀具10的使用寿命的解决方案。在工件20的齿 轮切削期间，由于生产成本基本上受刀具的使用寿命所影响，所以通过减少磨损可使刮削 方法变得更具成本效益。发明内容
本发明的目的是提供一种方法和一个装置，它们用于加工齿轮或其他周期性结构 的齿侧面，其区别在于降低生产每个齿轮或工件的成本。
本发明特别涉及确保刀具的使用寿命尽可能最长。
该目的可由根据本发明的一种方法来实现，该方法在这里被称为交替半完成刮削 的方法。即该目的可由根据本发明的一种方法在半完成刮削的方法的原则的基础上来实 现。以交替方式实施以便尽可能达到最平均的负荷以及从而刮削刀具10的侧面切削刀刃 的磨损和/或可选择地包括头部切削刀具的磨损。
本发明的方法的特征在于制造例如轮齿的过程中，使用相同的刀具但两个侧面使 用不同的设定来刮削，以连续地应用交替半完成刮削的方法。这是半完成刮削的方法的特 质，例如刀具的整个左侧面切削刀刃使用两次，而右侧面切削刀刃只使用一次。因此，根据 本发明，以这样的方式使用相同的刀具来制造轮齿使先前进行更强的和/或更长的加工 时间的侧面切削刀刃(在之前所述的实施例中为左侧面切削刀刃)在后续的步骤中较不强 烈地被使用或较少被使用。这使得其他的侧面切削刀刃在制造第二齿轮齿期间较强烈地被 使用或较多被使用。
本发明主要是为初步切削齿轮(即在加工现有的齿轮中)而开发的。
根据本发明，除了侧面切削刀刃的磨损外，头部切削刀刃上的磨损也可以相等或 平均地分布。
因此，本发明涉及交替半完成刮削的方法，即涉及一种方法，该方法的各方面中的 半完成刮削应用于连续刮削的方法中，通过交替使用侧面切削刀刃以使刀具上的切削齿的 负荷尽可能平均地分布。
交替半完成刮削的方法可以与旋转对称的周期性结构(如轮齿或类似的结构等) 的生产结合使用。
在交替半完成刮削的方法中使用称为刮削刀具的刀具。
本发明涉及一种方法以及一种装置，它们均用于刮削至少两个工件，该工件具有 旋转对称的周期性结构，但该方法/装置只采用一个刮削刀具。该方法/装置中执行以下 步骤
-提供所述第一工件，
■靠近(approach)所述刮削刀具的第一相对位置，所述第一相对位置涉及(in relation to)所述第一工件，
■执行所述第一工件的第一刮削加工操作(也称为第一加工阶段)，在所述第一刮削加工操作期间，完全加工所述第一工件的周期性结构的整个右侧面或整个左侧面，并且预加工其他相对应的侧面，
■靠近所述刮削刀具的第二相对位置，所述第二相对位置涉及所述第一工件，
■执行所述第一工件的第二刮削加工操作(也称为第二加工阶段)，在所述第二刮削加工操作期间，完全加工所述第一工件的周期性结构的侧面，所述侧面之前在所述第一刮削加工操作期间仅被预加工，
-提供所述第二工件，
■靠近所述刮削刀具的第三相对位置，所述第三相对位置涉及所述第二工件的，
■执行所述第二工件的第三刮削加工操作(也称为第三加工阶段)，在所述第三刮削加工中，
-如果在第一工件上执行所述第一刮削加工操作期间已完全加工所述周期性结构的整个左侧面，则完全加工所述第二工件的周期性结构的整个右侧面，并且预加工整个左侧面，或者，
-如果在执行所述第一 刮削加工中在第一工件上已完全加工所述周期性结构的整个右侧面，则完全加工所述第二工件的周期性结构的整个左侧面，并且预加工整个右侧面，
■靠近所述刮削刀具的第四相对位置，所述第四相对位置涉及所述第二工件的，
■执行所述第二工件的第四刮削加工操作(也称为第四加工阶段)，在所述第四刮削加工操作期间，完全加工所述第二工件的周期性结构的侧面，所述侧面之前在所述第三刮削加工中被预加工。
这里必须注意，在第三和第四加工阶段不一定必须紧随第一和第二加工阶段之后。例如，它也有可以是对多个工件进行第一和第二加工阶段，而随后对其他工件进行第三和第四加工阶段。然而，总体来说，要确保通过在半完成加工期间作交替，达到刮削刀具的右侧面切削刀刃和左侧面切削刀刃上的负荷大致上相等地分布。
这里必须注意，工件的旋转对称的周期性结构并不一定必须具有对称的齿、或对称的齿隙、沟槽或通道。为了简单起见，在这里示出了具有对称的齿的工件，并在下面对其作描述。但是，本发明也可以应用于非对称的结构。
这里必须注意，至少第一和第二相对位置与第三和第四相对位置不同。在所有的实施例中，第一相对位置优选地对应于第四相对位置，而第二相对位置优选地对应于第三相对位置。
头部切削刀刃在刀具上具有一个宽度，该宽度小于在第一工件和第二工件上的待制成的(齿)间隙的齿基上的齿隙宽度。
此外，根据本发明，对与工件上的齿隙的宽度相关的头部切削刀刃的宽度作相应的选择，以使得头部切削刀刃的磨损也可以被平均地分布。因此，头部切削刀刃特别优选为具有小于或等于齿基上的齿隙的宽度的三分之二的宽度。
在所有实施例中，本发明的刮削的特征在于工件和刀具之间的相对运动的顺序 (称为相对运动)是预定义的，并执行此预定义的相对运动，以使在工件上的材料被连续地去除，直至齿或其他周期性结构形成。
根据本发明，径向运动可以与刮削刀具的相对进刀运动交叠，以影响齿的凸面加工(例如根据德国专利申请DE3915976A11中的技术教导)。
根据本发明的方法优选为用于“无轮齿”的工件上，即在硬化加工前的软加工的范围内(称为初步齿轮切削)。
在某些情况下，根据本发明的方法也可用于硬加工。
在刮削期间，旋转刀具执行涉及在第二旋转轴线的方向上旋转工件的轴向进刀运动，该轴向进刀运动在与切削方向相同或相反的方向上延伸。
根据本发明，在刮削中，刀具的旋转轴相对于工件的旋转轴总是布置成倾斜的，即轴夹角Σ总是不等于零度。
另外，根据本发明，在刮削期间，刀具可以朝向工件或远离工件的方向倾斜， 如例如于2011年5月26日向欧洲专利局提交的与本申请同步的专利申请(申请号:EP11167703. 5)中所述。
根据本发明的刮削是连续地去除碎屑的方法。
根据本发明的刀具可以被设计用于所有实施例中，作为所谓的完整刀具，即这些是基本上实施成单件的刀具。在完整刀具中，切削齿为刀具的整体组件。
根据本发明的所有实施例，切削头部刀具(这里称为棒形切削刀具)优选为具有圆盘状、环状或平板状的切削头部主体，切削头部主体配备在切削刀插件上，切削刀插件优选地以棒形切削刀的形式实现。本发明的实施例也可以被设计成切削板刀具，其具有圆盘状或平板状的切削头部主体，切削头部主体配备有切削板。
根据本发明，棒形切削刀具的轴可实施成比其他刮削刀具的轴更窄。因此，可以达到更高的填充密度。相比其他半完成的方法，在圆盘状、环状或平板状的切削头部主体上可以容纳更多棒形切削刀具。
本发明的方法不仅适用于外部刀具，还可以适用于内部刀具。
本发明提供了一系列涉及传统的半完成刮削的优点，这些优点总结如下所列出
-刀具的使用寿命更长；
-工件成本降低；
-刀具失效降低；
-成本效益更佳。
根据本发明的方法可以在结合干燥加工以及潮湿加工两者中执行。


本发明的进一步的细节和优点由以下的示例性实施例且在参照附图的基础上描述。为了简单起见，工件和切削刀具在所有的示例性附图中被删减成在分度圆(或在分度圆筒上的工件)的情况下。但图中所示的关系也适用于所有具有齿高的轮齿。
图1示出了成形齿轮的示意图，该成形齿轮具有圆柱形的外轮廓，该圆柱形的外轮廓在齿轮成形过程中与外部带齿的工件接合；
图2A示出了直齿刮削轮的示意图，该直齿刮削轮具有圆柱形的外轮廓，该圆柱形的外轮廓在刮削过程中与外部带齿的工件接合；
图2B示出了螺旋齿刮削轮的示意图，该螺旋齿刮削轮具有锥形的外轮廓，该锥形的外轮廓在刮削过程中与外部带齿的工件接合；
图3A示出了在第一工件的左侧面作完全齿轮切削以及同时在第一工件的右侧面作初始齿轮切削期间的第一加工阶段的示意性截面图，在该第一加工阶段中刮削刀具的切削齿的右侧面和左侧面切削刀刃以及头部切削刀刃被使用；
图3B示出了在第一工件的右侧面作完全齿轮切削期间的第二加工阶段的示意性截面图，在该第二加工阶段中只有刮削刀具的切削齿的右侧面切削刀刃和头部切削刀刃被使用；
图3C示出了在第二工件的右侧面作完全齿轮切削以及同时在第二工件的左侧面作初始齿轮切削期间的第三加工阶段的示意性截面图，在该第三加工阶段中刮削刀具的切削齿的右侧面和左侧面切削刀刃以及头部切削刀刃再次被使用；
图3D示出了在第二工件的左侧面作完全齿轮切削期间的第四加工阶段的示意性截面图，在该第四加工阶段中只有刮削刀具的切削齿的左侧面切削刀刃和头部切削刀刃被使用；
图4A示出了在第一工件的左侧面作完全齿轮切削以及同时在第一工件的右侧面作初始齿轮切削期间的第一加工的示意性截面图，在该第一加工阶段中刮削刀具的切削齿的右侧面和左侧面切削刀刃以及整个头部切削刀刃被使用；
图4B示出了在第一工件的右侧面作完全齿轮切削期间的第二加工的示意性截面图，在该第二加工阶段中只有刮削刀具的切削齿的右侧面切削刀刃和头部切削刀刃的右部分被使用；
图4C示出了在第二工件的右侧面作完全齿轮切削以及同时在第二工件的左侧面作初始齿轮切削的第三加工的示意性截面图，在该第三加工阶段中刮削刀具的切削齿的右侧面和左侧面切削刀刃以及整个头部切削刀刃再次被使用；
图4D示出了在第二工件的左侧面作完全齿轮切削的第四加工的示意性截面图， 在该第四加工阶段中只有刮削刀具的切削齿的左侧面切削刀刃和头部切削刀刃的左部分被使用；
图5A示出了工件的一部分的俯视图(top view)，以示意性的形式示出了在第一加工阶段中切削齿经过齿隙时该切削齿的位置；
图5B示出了如图5A所示的工件的一部分的俯视图，以示意性的形式示出了在第二加工阶段中切削齿经过齿隙时该切削齿的位置；
图6示出了刮削过程中的工件的一部分，从该图可理解到在第二加工阶段中具有刮削刀具(图中未示出)的切削齿的切削杆如何在齿隙中被引导；
图7示出了锥形的刮削刀具的示意图，该锥形的刮削刀具可在倾斜角δ为-20。 时与本发明和外部带齿的圆柱形工件一起使用；
图8示出了以切削齿轮完整刀具的形式的刮削刀具的示意图9Α示出了以切削齿轮完整刀具的形式的另一个刮削刀具的示意图，该刮削刀具适于在一个有效正倾斜角S时使用；
图9Β示出了如图9Α的刮削刀具以及外部带齿的圆柱形工件的示意图，该刮削刀具预定有+20°的倾斜角δ ；
图1OA示出了以切削齿轮完整刀具的形式的另一个刮削刀具的示意图，该刮削刀具适于在一个有效负倾斜角δ时使用；
图1OB示出了如图1OA的刮削刀具以及外部带齿的圆柱形工件的示意图，该刮削刀具预定有-20°的倾斜角δ ；
图11示出了当从下方沿对角线地内刮削带直齿的工件时所谓内刮削环的一部分的立体示意图，只示出了该内刮削环的一些切削杆，而该内刮削环的环形主体被刮掉；
图12示出了在齿轮切削内部带齿的工件时根据本发明具有刮削刀具的机器的立体图。
具体实施方式
用于本说明书内容中的术语也被相关的出版物和专利文献使用。然而，应当注意的是，使用这些字词仅仅是为了能更好地理解本发明。本发明的构思以及专利权利要求书的保护范围不会被术语的具体选择而限制了它们的解释。本发明可以根据系统和/或技术领域很容易地转换成其它术语。所述术语可以相应地应用到其他技术领域。
旋转对称的周期性结构的一个例子是具有内或外轮齿的齿轮(例如正齿轮)。然而，这些结构也可以是例如制动盘、离合器组件或传输组件或类似的结构等等。特别是， 这涉及生产小齿轮轴、蜗齿轮、齿轮泵、环形接头壳体(使用环形接头，例如，在机动车部分使用环形接头以从差动传输力至车轮)、花键轴连接、滑动套筒、皮带滑轮、或类似的结构等等。在此，周期性结构也被称为周期性重复的结构。
齿轮、轮齿和齿隙主要在后面讨论。然而，如上所述，本发明也可以由其他具有周期性结构的组件替代。在这种情况下，这些其他的组件不涉及齿隙，但涉及例如沟槽或通 道。
第一和第二工件50. 1,50. 2在下文讨论。尚未加工和完成加工的第二工件50. 2 通常与第一工件50.1没有不同的，但通常完成第一步骤(这被称为第一加工阶段)后的第一工件50.1与完成第三步骤(这被称为第三加工阶段)后的第二工件50. 2有所不同。
根据本发明的方法的基本方面在下文描述，并参照图3Α至3D和图4Α至4D中所/Jn ο
在图3Α至3D的基础上描述第一种方法，其主要涉及刮削刀具100的整个右侧面切削刀刃113与刮削刀具100的整个左侧面切削刀刃112平均地负荷。在此没有充分地利用刮削刀具100的头部切削刀刃114。图3Α和图3Β涉及利用刮削刀具100刮削第一工件 50.1，该第一工件50.1具有旋转对称的周期性结构，而图3C和3D涉及利用相同的刮削刀具100刮削第二工件50. 2，该第二工件50. 2具有旋转对称的周期性结构。这些附图非常简略，并且只示出了刮削刀具100的一个齿隙和一个切削齿111。以下所述并绘画在附图上的线作为一种辅助手段以使在图3Α和3Β中刮削刀具100和第一工件50.1的相对位置以及在图3C和3D中刮削刀具100和第二工件50. 2的相对位置可以被辨认出。ML表示切削齿111的中心线。而假想的齿隙中心线由LM表示。一条粗点线示意性地示出了部分的切削齿111，示出了在这一刻该部分分别去除在工件50.1或50. 2上的材料。
为了简单起见，附图中示出的是对称结构，即使在附图中示出的是对称结构，但在本发明的所有实施例中，轮齿或其他周期性结构也可以是不对称的。
该方法包括下列步骤
-提供了第一工件50.1。此步骤可以包括例如引进第一工件50.1至刮削机200， 并把第一工件50.1夹在工件主轴180上。
■现在靠近刮削刀具100的第一相对位置RPl，该第一相对位置RPl涉及第一工件 50.1。该第一相对位置RPl表示在图3A中(在此，中心线ML位于假想的齿隙中心线LM的左面)。
■第一工件50.1的第一刮削加工操作(称为第一加工阶段)在第一相对位置RPl 开始。在第一加工阶段中完全加工第一工件50.1的周期性结构的整个右侧面54或整个左侧面53，并预加工其他相对应的侧面53、54。图3A示出了一个例子，其中左侧面在第一加工阶段中完全加工，如附图标记53f (f代表完全加工)所表示。相反，右侧面只被预加工， 如附图标记54v (V代表预加工)所表示。在第一加工阶段，所有侧面切削刀刃112、113和 114的整个均被使用。
■现在靠近刮削刀具100的第二相对位置RP2，该第二相对位置RP2涉及第一工件 50.1。该第二相对位置RP2表示在图3B中(在此，中心线ML位于假想的齿隙中心线LM的右面)。
■第一工件50.1的第二刮削加工操作(称为第二加工阶段)在第二相对位置RP2 开始。在第二加工阶段中完全加工第一工件50.1的周期性结构的侧面53、54，该侧面53、 54之前在第一加工阶段中仅被预加工。在示出的一个例子中，右侧面在第二加工阶段中完全被加工，由附图标记54f(f代表完全加工)所表示。在第二加工阶段中，整个右侧面切削刀刃113和整个头部切削刀刃114均被使用。而左侧面切削刀刃112在此不被使用。
-在加工第一工件50.1之后或已进一步加工第一工件之后(根据相同的方法)提供第二工件50. 2。此步骤可以包括例如引进第二工件50. 2至刮削机200，并把第二工件 50. 2夹在工件主轴180上。刮削机200也可以配备有两个工件主轴180，以致允许加工第一工件50.1转至加工第二工件50. 2而无需再次夹上。
■现在靠近刮削刀具100的第三相对位置RP3，该第三相对位置RP3涉及第二工件 50. 2。在此，如在第二相对位置RP2 —样，中心线ML位于假想的齿隙中心线LM的右面。
■第二工件50. 2的第三刮削加工操作(称为第三加工阶段)在第三相对位置RP3 (这可以与第二相对位置RP2对应)开始。在第三加工阶段中，
-如果在第一工件50.1上执行第一刮削加工操作期间已完全加工周期性结构的整个左侧面53 (如在图3A的情况下)，则完全加工第二工件50. 2的周期性结构的整个右侧面54，并且预加工整个左侧面53 (如图3C所示)，或者，
-如果在第一工件50.1上执行第一刮削加工操作期间已完全加工周期性结构的整个右侧面54，则完全加工第二工件50. 2的周期性结构的整个左侧面53以及预加工整个右侧面54。
如图3A至3D中所示的例子，在第一加工阶段中，在第一工件50.1上周期性结构的整个左侧面被完全加工，如图3A中所示的附图标记53f (f代表完全加工)所表示。因此，在第三加工阶段中(如图3C所示)，第二工件50. 2的周期性结构的整个右侧面被完全加工，如图3C中所示的附图标记54f (f代表完全加工)。而左侧面只被预加工，如图3C中所示的附图标记53v(v代表预加工)。在第三加工阶段中，所有侧面切削刀刃112、113和114的整个均再次被使用。
■现在靠近刮削刀具100的第四相对位置RP4，该第四相对位置RP4涉及第二工件 50. 2。在比较图3A和3D的基础上，第四相对位置RP4很明显的与前述的例子所示的第一加工位置RPl相同。在此，如在第一相对位置RPl —样，中心线ML位于假想的齿隙中心线 LM的左面。
■第二工件50. 2的第四刮削加工操作(称为第四加工阶段)在第四相对位置RP4 开始。在第四加工阶段中完全加工第二工件50. 2的周期性结构的侧面53、54，该侧面53、 54之前在第三加工阶段中仅被预加工。在示出的一个例子中，左侧面完全被加工，如在图 3D中所示的附图标记53f(f代表完全加工)。在第四加工阶段中，整个左侧面切削刀刃112 和整个的头部切削刀刃114均被使用。而右侧面切削刀刃113在此不被使用。
总体而言，根据图3A至3D制造第一工件50.1和第二工件50. 2的过程中，由一个切削刀切削，而每一个齿隙52则使用左侧面切削刀刃112三次，使用右侧面切削刀刃113 三次，以及使用头部切削刀刃114四次。因此，侧面切削刀刃112、113平均地负荷。
此外，在切削齿111上具有右侧面切削刀刃113、左侧面切削刀刃112和头部切削刀刃114，这可以从图3A至3D看出。在所示的例子中，头部切削刀刃114具有大致上与待制成的齿隙52的齿基55的基宽的一半相对应的宽度(在图中的侧面上)。此尺寸达到在加工第一工件50.1期间(特别是在第一加工(图3A)和第二加工(图3B)期间)使用头部切削刀刃114两次的效果。在第二工件50. 2上也相应地使用头部切削刀刃114两次。相反，如果头部切削刀刃114的宽度被制成为大于待制成的齿隙52的基宽的一半，则如下文所述 (在图4A至4D基础上)只有头部切削刀刃114的一部分被多次使用。
在图4A至4D的基础上描述第二种方法，这方法不只涉及刮削刀具100的整个右侧面切削刀刃113与刮削刀具100的整个左侧面切削刀刃112平均地负荷。在此，刮削刀具100的头部切削刀刃114的使用受到优化。图4A和图4B还涉及利用刮削刀具100刮削第一工件50.1，该第一工件50.1具有旋转对称的周期性结构。而图4C和4D涉及利用相同的刮削刀具100刮削第二工件50. 2，该第二工件50. 2具有旋转对称的周期性结构。
由于图4A至4D基本上对应于图3A至3D中，因此参考对图3A至3D的描述。以下只对实质上的区别进行讨论。在图4B和4D的基础上可以看出，头部切削刀刃114具有对应于在齿基55处大约2/3的齿隙宽度的宽度。
在第一加工(如图4A所示)中，所有的切削刀刃112、113和整个头部切削刀刃114 均被使用，这可以基于一条粗点线而辨识到。在图4A中，左侧面53f已被完全加工而右侧面54v已被预加工。此外，在头部切削刀刃114的整个宽度上的齿基均被加工。
在图4B中，右侧面54f是在第二加工阶段中被完全加工。此外，在齿基55中齿隙的宽度的右面大约三分之一被完全加工。在第二加工阶段中只有右侧面切削刀刃113和最多头部切削刀刃114的右半部分被使用，其在此也可从图4B中所示的一条粗点线看出。
在第三加工阶段中，所有的切削刀刃112、113和整个头部切削刀刃114均再次被使用，其在此可以从图4C所示的一条粗点线看出。在图4C中，右侧面54f被完全加工，而左侧面53f被预加工。此外，在头部切削刀刃114的整个宽度上的齿基均被加工。
在图4D中，左侧面53f在第四加工阶段中被完全加工。 此外，在齿基55中齿隙的宽度的左面大约三分之一被完全加工。在第四加工阶段中只有左侧面切削刀刃112和最多头部切削刀刃114的左半部分被使用，其在此也可由图4D所示的一条粗点线看出。
总体而言，根据图4A至4D制造第一工件50.1和第二工件50. 2的过程中，通过切削刀切削，对于每一个齿隙52，使用左侧面切削刀刃112三次，使用右侧面切削刀刃113三次，以及使用头部切削刀刃114三次。因此，左侧面切削刀刃112和右侧面切削刀刃113平均地负荷。因此，左侧面切削刀刃112、右侧面切削刀刃113以及头部切削刀刃114平均地负荷。
切削齿111可以作为实施成完整刀具、棒形切削机刀具或剪板机刀具的刮削刀具 100的一部分。
图5A和5B示出了大致上对应于图3A和3B中的情况。
图5A示出了第一工件50.1的一部分的俯视图，而此图以示意性的形式示出了切削齿111经过齿隙52时的位置。从图5A和5B可以看到进刀方向VR、切削方向SR、切削齿 111的位置以及切削表面121的示意性形状。进刀方向VR在齿隙方向延伸，并且进刀方向 VR由第一工件50.1的轴向进刀和差动进刀所组成，该轴向进刀和差动进刀在这里为一对力偶。在此，切削方向SR与进刀方向VR形成一个锐角。图5A示出了例如第一加工阶段时的示意性瞬时图。在图5A中，侧面切削刀刃112、113以及头部切削刀刃114由虚线表示， 而这些切削齿111的组件被第一工件50.1的材料所掩盖。如图所示的那一刻，侧面切削刀刃112，113的两者和头部切削刀刃114均被使用。
图5B出了例如第二加工时的示意性瞬时图。左侧面切削刀刃112是可见的。而右侧面切削刀刃 113只有一小部分是可见的。如图5B所示，头部切削刀刃114被第一工件 50.1的材料所掩盖。为了更好地说明，辅助线LM和ML也在图5A和5B示出，它们的重要性在说明图3A至3D时已作解释。
图6示出了根据本发明在刮削时第二工件50. 2的截面，从这图可以看到具有切削齿111刀杆120如何在齿隙52内被引导。图6示出的刮削刀具100 (称为棒形切削机刀具)包括用于容纳多条切削杆120的主体。然而，在这里只示出了刮削刀具100的一条切削杆 120。
在所有实施例中，每个切削齿111具有切削表面121，所有切削表面121优选为相对于刮削刀具100的旋转轴Rl旋转对称地配置在冠状面或冠状圆锥形表面上(可选择为独立地以相对于端面或圆锥形表面的一个阶梯角倾斜地配置)。
也就是说，切削表面121优选为相对于刮削刀具100的旋转轴Rl旋转对称地配置在冠状圆锥形表面上，该切削表面121可以渐渐向端面缩减。
在切削头部(切削齿111)上的切削表面121可以实施为平坦的面或稍微弯曲的面。切削表面121还可以相对于切削面参考平面稍微拱起。
根据本发明，两个旋转轴Rl和R2总是向彼此偏斜。因此，轴夹角Σ在这里总是不等于零度。
在刮削中，刮削刀具100优选为朝向工件50. 1、50. 2或远离工件50. 1、50· 2的方向倾斜。可选择把刮削刀具100相应地倾斜。这相应的倾斜通常是为了避免碰撞。相应的倾斜角被称为δ。例如于2011年5月26日向欧洲专利局提交的与本申请同步的专利申请 (申请号ΕΡ11167703. 5)已描述了关于倾斜的细节。
倾斜角δ优选为在-30°到+30°的角度范围内。
图7以示意性地示出了锥形刮削刀具100。根据本发明，当倾斜角δ为-20°时可使用该锥形刮削刀具100。如图7示意性地示出，刮削刀具100为所谓的切削头部刀具， 其具有切削头部主体110 (在这里是以平截锥体的形式(圆锥形))，该切削头部主体110配备有切削刀插件(insert)，该切削刀插件优选为棒形切削刀杆120的形式。刮削刀具100 通过刀具主轴170相对移动地与机器200连接(在此示意性地示出)。刮削刀具100具有碰撞(collision)轮廓(其意思为包括棒形切削刀杆120的切削头部主体110的三维外围形式)，即使倾斜角S为-20°的倾斜，然而可以为该碰撞轮廓作选择以使得刮削刀具100与工件50.1或50. 2的碰撞不会在刮削过程中发生。
然而，如图8所示，刮削刀具100也可以为另一形式。图8示出了以切削齿轮形式的刮削刀具100。这为完整的刀具，其中切削齿111为刮削刀具100的一部分。在此，刮削刀具100具有24个切削齿111，而在图8中提供了附图标记给其中一个切削齿111。在这里刮削刀具100的主体为以平截锥体形式的盘或板。单个切削齿111以放大的形式在刮削刀具100旁示出，并定义有侧面切削刀刃112、113、头部切削刀刃114和切削表面121。
图9A示出了另一个也可以在本发明中使用的刮削刀具100。在此，切削齿111的切削表面121布置于锥形表面(可选择为倾斜的)上。图9B示出了根据图9A的刮削刀具 100与圆柱形工件50.1或50. 2接合。在此，刮削刀具100远离工件50. 1、50. 2地以一个显著的倾斜角δ倾斜。这里的倾斜角δ大约是20°。
图9Α和9Β示出了以带直齿的锥齿轮形式的刮削刀具100，该锥齿轮的齿代表了切削齿111。切削表面121位于具有较小直径的端侧面上。更精确地，切削表面121布置在副锥体上(例如锥形表面(可选择为相对于锥形表面倾斜))。图示的刮削刀具100的螺旋角。当螺旋角P1不等于0°时，相应的刮削刀具100具有带螺旋齿的锥齿轮的基本形状。
图1OA示出了另一个也可以在本发明中使用的刮削刀具100，切削齿111的切削表面121布置于锥形表面(可选择为倾斜的)上。图1OB示出了根据图1OA的刮削刀具100 与圆柱形工件50.1或50. 2接合。在此，刮削刀具100远离工件50. 1,50. 2地以一个显著的倾斜角S倾斜。这里的倾斜角S大约是-18°。
图1OA和IOB示出了以带直齿的锥齿轮形式的刮削刀具100，该锥齿轮的齿代表了切削齿111。切削表面121位于具有较大直径的端侧面上。更精确地，切削表面121布置在副锥体上(即锥形表面(可选择为相对于锥形表面倾斜))。图示的刮削刀具100的螺旋角。当螺旋角P1不等于0°时，相应的刮削刀具100具有带螺旋齿的锥齿轮的基本形状。
图11示出了当内刮削带直齿的工件50.1或50. 2时内刮削环100的一部分的示意性立体图，只有内刮削环100的几个切削刀杆120被示出。齿51或齿51之间的齿隙52 已经几乎分别地完成在带直齿的工件50. 1、50. 2上。内刮削环100的环状主体被去除。可以从图11看出如何把切削刀杆120的狭窄的轴杆(如图这里的矩形横截面)安排在环状主体上而没有任何问题或碰撞。 在图11中，其中之一个切削刀杆120上定义有切削齿111和切削表面121。如例子所示，切削齿111的切削表面121相对于端部平面稍微倾斜。
例如于2011年7月14日向欧洲专利局提交的与本申请并行的专利申请(申请号EP11173901.7)已描述了关于相应的内刮削方法的细节。
根据本发明机器200被设计为交替半完成刮削，该机器具有CNC控制器201，该机器分别允许轴Rl和R2的联结或轴线运动的协调。CNC控制器201可以是机器200的一部分，或者可以是外置的并被设计成与机器200通信连接202。相应的机器200包括一个所谓的“电子齿轮组”或“电子的或编程的轴联结”，以执行相对于工件50.1或50. 2的刮削刀具100的进刀运动VB (在本例子示出的工件50.1或50. 2是内部带齿的工件)。实施刮削刀具100和工件50. 1,50. 2的联结运动，以使在各种加工阶段中产生刮削刀具100和工件 50.1、50. 2之间的相应的相对运动，该相对运动对应于螺旋齿轮传动机构的相对运动。电子齿轮组或电子的/编程的轴联结分别确保机器200中的至少两个轴的速度同步。在这种情况下，至少刀具主轴170的旋转轴Rl是与工件主轴180的旋转轴R2联结的。此外，在所有实施例中，刀具主轴170的旋转轴Rl优选为在方向R2上与轴向进刀运动VB联结。运动 204 (垂直)和运动208 (水平方向)的重叠导致这轴向进刀运动VB。此外，如双箭头206所示，工件主轴180可以通过(旋转的)滑架205相对于枢轴SA平行地线性移位。另外，如双箭头207所示，(旋转的)滑架205连同刀具主轴180和工件50. 1,50. 2可以一起围绕枢轴 SA旋转。由围绕枢轴SA的旋转可以设定轴线夹角Σ。由线性位移运动206可以设定旋转轴Rl和R2之间的轴间距。
优选使用以垂直布置如图12中所示的机器200。在这样的垂直布置中，刮削刀具 100连同刀具主轴170 —起位于工件50. 1,50. 2连同工件主轴180之上，或反之亦然。由于重力的影响，在刮削过程中所产生的碎屑向下掉落，因而可以通过例如碎屑床(图中未示出)去除碎屑。
此外，根据本发明设计成用作刮削的机器200确保正确的复杂几何和运动学的设定以及上述轴的轴运动。在所有的实施例中，机器200优选为具有六个轴。以以下的轴运动为优选的
-刮削刀具100围绕第一旋转轴Rl转动；
-工件50.1、50. 2围绕第二旋转轴R2联结旋转；
-围绕枢轴SA的旋转运动；
-与204平行的线性垂直运动；
-与206平行的线性水平运动；
-与208平行的线性水平运动。
以上所描述的刮削方法可以应用于干燥或潮湿形式的所有实施例中，而应用刮削于干燥的形式为优选的。
以上所描述的刮削方法的使用范围很大，而且延伸至应用于变化很大并旋转对称的周期性结构的生产过程中。
附图标记列表
权利要求
1.一种使用刮削刀具(100)刮削第一工件(50.1)和第二工件(50. 2)的方法，所述工件具有旋转对称的周期性结构，所述方法具有以下步骤 -提供所述第一工件(50.1), -靠近所述刮削刀具(100)的第一相对位置(RP1)，所述第一相对位置(RPl)涉及所述第一工件(50.1), -执行所述第一工件(50.1)的第一刮削加工操作，在所述第一刮削加工操作期间，完全加工所述第一工件(50.1)的周期性结构的整个右侧面(54)或整个左侧面(53)，并且预加工其他相对应的侧面(53，54)， -靠近所述刮削刀具(100)的第二相对位置(RP2)，所述第二相对位置(RP2)涉及所述第一工件(50.1), -执行所述第一工件(50.1)的第二刮削加工操作，在所述第二刮削加工操作期间，完全加工所述第一工件(50.1)的周期性结构的侧面(53，54)，所述侧面(53，54)之前在所述第一刮削加工操作期间仅被预加工， -提供所述第二工件(50. 2)， -靠近所述刮削刀具(100)的第三相对位置(RP3)，所述第三相对位置(RP3)涉及所述第二工件(50. 2)， -执行所述第二工件(50. 2)的第三刮削加工操作，在所述第三刮削加工操作期间， -如果在所述第一工件(50.1)上执行所述第一刮削加工操作期间已完全加工所述周期性结构的整个左侧面(53)，则完全加工所述第二工件(50. 2)的周期性结构的整个右侧面(54)，并且预加工整个左侧面(53)，或者， -如果在所述第一工件(50.1)上执行所述第一刮削加工操作期间已预加工所述周期性结构的整个右侧面(54)，则完全加工所述第二工件(50. 2)的周期性结构的整个左侧面(53)，并且预加工整个右侧面(54)， -靠近所述刮削刀具(100)的第四相对位置(RP4)，所述第四相对位置(RP4)涉及所述第二工件(50. 2)， -执行所述第二工件(50. 2)的第四刮削加工操作，在所述第四刮削加工操作期间，完全加工所述第二工件(50. 2)的周期性结构的侧面(53，54)，所述侧面(53，54)之前在所述第三刮削加工操作期间仅被预加工。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第一工件(50.1)的所述第一刮削加工操作和所述第二刮削加工操作包括以下步骤 -所述刮削刀具(100)围绕第一旋转轴(Rl)旋转， -所述第一工件(50.1)围绕第二旋转轴(R2)联结旋转， -沿着与所述第二旋转轴(R2)平行的方向执行所述刮削刀具(100)的轴向进刀移动(VB),该进刀移动(VB)涉及所述第一工件(50.1)。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述第二工件(50.2)的所述第三刮削加工操作和所述第四刮削加工操作包括以下步骤 -所述刮削刀具(100)围绕第一旋转轴(Rl)旋转， -所述第二工件(50. 2)围绕第二旋转轴(R2)联结旋转，以及 -沿着与所述第二旋转轴(R2)平行的方向执行所述刮削刀具(100)的轴向进刀移动(VB)，该进刀移动(VB)涉及所述第二工件(50. 2)。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于，所述刮削刀具(100)包括多个切削齿(111)，每个切削齿(111)包括第一侧面切削刀刃(113)、第二侧面切削刀刃(112)以及头部切削刀刃(114)，所述第一侧面切削刀刃(113)用于切削所述右侧面(54)，所述第二侧面切削刀刃(112)用于切削所述左侧面(53)，所述头部切削刀刃(114)位于所述第一侧面切削刀刃(113)和所述第二侧面切削刀刃(112)之间的过渡区域。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，执行所述第一工件(50.1)和所述第二工件(50. 2)的刮削加工操作，以使得使用所述第一侧面切削刀刃(113)所执行的切削次数与使用所述第二侧面切削刀刃(112)所执行的切削次数大致相等。
6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，所述头部切削刀刃(114)具有的宽度比在所述第一工件(50.1)和所述第二工件(50. 2)上待制成的在所述齿隙(52)的齿基(55)的齿隙宽度小，并且优选地所述头部切削刀刃(114)具有小于或等于在所述齿基(55)处的齿隙宽度的2/3的宽度。
7.根据权利要求1-6中任一项权利要求的方法，其特征在于，所述相对位置(RP1，RP2，RP3，RP4)中的至少两个因所述第一工件(50.1)或所述第二工件的旋转角度而不同。
8.根据权利要求1-6中任一项权利要求的方法，其特征在于，所述第二相对位置(RP2)对应于所述第三相对位置(RP3)，而所述第一相对位置(RPl)对应于第四相对位置(RP4)。
9.根据权利要求1-8中任一项权利要求的方法，其特征在于，所述刮削加工操作在软的即未硬化的工件(50. 1,50. 2)上执行。
10.一种具有CNC控制器(201)的机器(200)，该机器(200)被编程来执行根据前述权利要求1-9中任一项权利要求的方法。
11.根据权利要求10所述的机器(200)，其特征在于，所述机器(200)包括软件模块，所述软件模块被编程从而能够在刮削中预先定义交替半完成刮削的方法，以确保刮削刀具(100)的切削刀刃(112，113，114)的切削负荷能够为最平均的。
全文摘要
本发明的方法的特征在于在制造轮齿的过程中，使用不同的设置来刮削两个齿侧面，但在交替半完成刮削的方法的应用中连续地使用相同的刀具(100)。这是半完成刮削的方法的性质，例如，使用两次所述刀具(100)的整个左侧面切削刀刃，而右侧面切削刀刃只使用一次。根据本发明，相同的刀具(100)被用于制造轮齿，使先前在第一工件(50.1)加工中受到较大负荷的侧面切削刀刃在后续步骤中现在被较少使用。这使得在第二工件(50.2)的制造过程中更强烈或更频繁地使用其他侧面切削刀刃。
文档编号B23F5/16GK102990165SQ20121034244
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月14日 优先权日2011年9月15日
发明者H·马克斯, O·沃格尔 申请人:科林基恩伯格股份公司