用于刮齿加工外齿部的方法以及具有相应的刮齿刀具的设备的制作方法
用于刮齿加工外齿部的方法以及具有相应的刮齿刀具的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构（51、52）的工件（50）的方法和设备。执行下述步骤：使刮齿刀具围绕第一旋转轴线（R1）转动；使工件（50）围绕第二旋转轴线（R2）耦合转动；执行刮齿刀具相对于工件（50）在平行于第二旋转轴线（R2）的方向上的轴向进给运动（VB）。在刮齿加工期间，两个旋转轴线（R1、R2）以轴夹角（Σ）彼此相对偏斜地设置。刮齿刀具是内刮齿环（100），所述内刮齿环形成内部空间（113）；具有多个切削齿（111），其中，在每个切削齿（111）上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端（122）以及前刀面（121），其中，所有切削齿（111）的前刀面（121）相对于第一旋转轴线（R1）旋转对称地设置在内刮齿环（100）的端面或端侧锥面上，并且其中，各切削齿（111）伸入到内部空间（113）中并且沿第一旋转轴线（R1）的方向指向。
【专利说明】用于刮齿加工外齿部的方法以及具有相应的刮齿刀具的设备
【技术领域】
[0001]本发明的主题是一种用于刮齿加工外齿部或其它外置的周期结构的方法以及一种具有相应的刮齿刀具的设备。
【背景技术】
[0002]已有许多用于制造齿轮的方法。切削式软预加工分为滚齿加工(英文为hobbing)、插齿加工(英文为gear shaping)、刨齿加工(英文为generating planing)和刮齿加工(英文为power skiving)。滚齿加工和刮齿加工是所谓的连续方法，这在下面还将详细说明。
[0003]齿轮的切削制造被分为单齿分度方法(亦称为断续分度方法，英文为intermittedindexing process或single indexing process)和连续方法,该连续方法有时也称为连续分度方法(英文为 continuous indexing process 或 face hobbing)。
[0004]在连续方法中例如使用具有相应刀片的刀具来切削工件侧面。工件在一次装夹下被连续地、即在无间断的方法中切削完成。连续方法基于复杂、耦合的运动过程，在其中刀具和待加工工件彼此相对进行连续的分度运动。该分度运动由相应机床的多个轴驱动装置的协调或者说耦合的驱动产生。
[0005]在单齿分度方法中加工一个齿槽，然后进行例如刀具的相对运动和所谓的分度运动(分度旋转)，在其中工件相对于刀具旋转，之后加工下一齿槽。如此逐步制出齿轮。
[0006]开始提到的插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具I的旋转轴线Rl和工件2的旋转轴线R2之间的夹角(也称为轴夹角)为零度，如图1示意所示。当轴夹角为零度时，两个旋转轴线Rl和R2平行延伸。工件2和插齿刀具I连续围绕其旋转轴线R2或Rl旋转。插齿刀具I除了旋转运动外还进行升降运动(该升降运动在图1中通过双向箭头Shx来表示)并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。
[0007]—段时间以前重新采用一种方法，该方法被称为刮齿加工。其溯源约有100年历史。第一个关于该主题的申请号是DE243514的专利申请可追溯到1912年。在最初几年的思考和研究之后不再努力追求继续改良刮齿加工。到目前为止，为了找到适合用于刮齿加工方法的刀具几何形状，需要复杂的过程，该过程部分地来自于经验。
[0008]大约在20世纪80年代中期，重新使用刮齿加工。只有借助当今的仿真方法和现代的CNC机床控制才能将刮齿加工原理转用为高产、可重复和鲁棒的方法。另外还源于当今刀具材料的高耐磨性、现代机床的极高的静力学和运动学刚性以及同步运行的高品质。
[0009]现在在刮齿加工时，如图2A所示，在刮齿刀具10 (又称为刮齿轮)的旋转轴线Rl和工件20的旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角Σ。刮齿刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量(转动分量)和进给分量(平移分量)。可将展成螺旋式齿轮传动(WalzscIiraubgetriebe)作为驱动技术模拟，其中
旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动对应于齿面的滑动。轴夹角σ的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量越大。平移运动分量引起刮齿刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。因此在刮齿加工时，利用螺旋齿轮等效传动的相互啮合的齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在刮齿加工时仅需要平行于工件20的旋转轴线R2缓慢地轴向进给Sax (也称为轴向进刀)并且因此省略所谓的对于插齿加工而言典型的插齿运动。因此在刮齿加工时不出现回程运动。
[0010]刮齿加工时的切削速度直接受到刮齿刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线Rl和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及进而滑动分量应选择为使得在转速给定的情况下为材料加工实现最佳的切削速度。
[0011]已知的刮齿加工方法的运动过程和其它细节可由已经提到的示意性显示的图2A获知。图2A示出在圆柱形工件20上刮齿加工外齿部。工件20和刀具10 (在此为圆柱形刮齿刀具10)沿相反方向旋转，如在图2A中例如借助于角速度ω,Ρ ω2可见。 [0012]还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要已经提及的轴向进给sax。轴向进给引起刀具10相对于工件20沿平行于工件20的旋转轴线R2的方向移动。刀具10的该运动方向在图2A中用Sax标识。当希望在工件20上加工斜齿时(即古O),则在轴向进给Sax上叠加差动进给Sd,如在图2Α中表示的,该差动进给相应于工件20围绕其旋转轴线R2的附加的转动。差动进给Sd和轴向进给Sax在设计点上彼此协调，使得进行刀具10相对于工件20在待产生的齿槽的方向上所产生的进给。附加地能够使用径向进给Srad来例如影响工件20的齿凸度。
[0013]在刮齿加工时切削速度矢量I基本上是刀具10和工件20的旋转轴线R1、R2的两
个以轴夹角Σ相互倾斜的速度矢量^和P,的差。\是刀具10圆周上的速度矢量，P2是工
件20圆周上的速度矢量。因此刮齿加工过程的切削速度V。可通过轴夹角Σ和螺旋齿轮等效传动中的转速来改变。已经提及的相对缓慢的轴向进给Sax在刮齿加工方法中仅对切削速度V。产生很小的影响，该影响可忽略。因此轴向进给Sax未在图2A的矢量^和匕的矢量图中考虑。
[0014]在图2B中示出用锥形刮齿刀具10刮齿加工工件20的外齿部。在图2B中再次示出轴夹角Σ、切削速度矢量、刀具10圆周上的速度矢量3和工件20圆周上的速度矢量
%以及刀具10的螺旋角β !和工件20的螺旋角β 2。螺旋角β 2在此不等于零。刀具10的齿顶在图2Β中用附图标记4来表不。齿工作面在图2Β中用附图标记5来表不。两个旋转轴线Rl和R2不相交，而是彼此偏斜设置。在锥形刮齿刀具10中，设计点AP目前通常选择在两个旋转轴线Rl和R2的公垂线上，这是因为无需使刮齿刀具10倾斜以形成后角。设计点AP在此与所谓的接触点重合。在设计点AP中螺旋齿轮等效传动的各基圆接触。
[0015]在刮齿加工时使用刀具10，该刀具具有至少一个几何形状确定的切削边。所述切削边在图2Α和图2Β中未示出。切削边的以及邻接的前刀面和自由面的形状和布置属于在实践中在具体设计时必须考虑的因素。
[0016]刮齿刀具10在图2Α所示例子中具有直齿正齿轮的形式。基体的外轮廓在图2Α中是圆柱形的。但该外轮廓也可是锥状(亦称锥形)的，如图2Β所示。由于刮齿刀具10的齿在整个切削棱边长度上啮合，所以刀具10的每个齿在切削边上需要足够的后角。
[0017]如以直齿或斜齿的锥形刮齿刀具10为出发点，如图3Α和3Β所示，可以看到，这种刮齿刀具10基于刮齿刀具10的锥形基本形状具有所谓的结构上的后角。也就是说，基于刮齿刀具10的几何形状预设锥形刮齿刀具10的齿顶和齿面上的后角。但锥形刮齿刀具10的切削刃轮廓必须满足特定条件，以便能够进行精磨。在图3A和3B中示出在加工工件20的外齿部的情况下的锥形(外部)刮齿刀具10。所谓的结构上的后角ακ。可在图3B中在锥形刮齿刀具10的切削刃顶部上看到。轴交点AK与刮齿刀具10和工件20的基圆的接触点BP在图3Α中重合并且位于旋转轴线Rl和R2的公垂线GL上(在图3Α和3Β中不可见或者说未示出)。
[0018]至今为止的刮齿加工方法的实验证实，根据刮齿刀具10的设计能够导致刮齿刀具10的显著磨损。因此寻找下述解决方案，所述解决方案能够实现减少刮齿刀具10的磨损，或者说改进刮齿刀具10的寿命。为了减少刮齿刀具10的磨损，例如可以在刀具10上设有尽可能多的切削齿。由此，刮齿加工方法变得更经济，因为在对工件20进行制齿时的制造成本明显受到刀具寿命的影响。为了能够在刀具10上安置尽可能多的切削齿，刮齿刀具10必须尽可能大地构成。所使用的刮齿刀具10的可能的尺寸尤其通过待使用的加工机床来限制。更准确地说，通过机床的工作空间以及通过轴的可能的移动路径或轴的布置来限制。
[0019]下面参考已经说明的图3Α和3Β详细阐述由于工作空间的限制而产生的问题。在这两个附图中示出具有根据DIN867的具有法面模数为8mm、齿数为25以及螺旋角β 2=0度的外齿部的工件20，其中，螺旋角β2没有示出。所述工件20需要借助于刮齿加工以25度的轴夹角Σ通过常用的锥形(外部)刮齿刀具10 (无倾斜度)来加工。工件20的基圆直径在此为200mm。需要使用的加工机床的沿轴间距方向的工作空间AR为600mm。基于该限制空间的预设值，需要使用的锥形(外部)刮齿刀具10能够包括最多44个切削齿，其中刀具的最大可能基圆直径为约388mm。轴间距AA在此为约294mm。
[0020]下面参考图4A和4B详细阐述由于机床各轴的轴间距或者说移动路径的限制所产生的问题。与在图3A和3B中相同的外齿部需要再次以25度的轴夹角Σ通过常用的锥形(外部)刮齿刀具10 (无倾斜度)来加工。工件20的基圆直径在此为200mm。除了工作空间限制，要使用的加工机床的移动路径允许200mm的最大轴间距AA。因此，要使用的具有约194mm的最大可能的刀具基圆直径的(外部)刮齿刀具10能够包括最多22个切削齿。因此，(外部)刮齿刀具10的最大尺寸在这个示例中仅是在图3A和3B所示出的示例中的一半大。轴间距AA在此为约197mm。
[0021]为了提高刮齿刀具10的寿命，可以如已经提到的那样提高切削齿的数量。理想情况下不仅提高切削齿的数量，而且刮齿刀具10也装备有可精磨的杆状刀片。然后杆状刀片能够在需要时在切削齿上精磨或者所述杆状刀片能够在紧急情况下甚至被更换。这也有助于经济性的改善。然而在此，杆状刀片的高充填密度仅通过杆状刀片的刀杆的非常紧凑的布置实现，例如在于2011年5月6日提交的名称为“具有杆状刀片的刮齿刀具”的德国实用新型申请DE202011050054.3中说明的。
[0022]替选地，为了避免在杆状刀片的高充填密度的情况下引起刀杆的贯穿，能够借助刮齿刀具10的部分装配来实现。也就是说，不形成整体刮齿轮的所有切削齿，而是例如仅形成每两个或每三个切削齿。由此减少实际的切削齿数量，但这不利于刀具寿命。
【发明内容】
[0023]本发明的目的是，提供一种用于切削加工齿轮齿面或其它外置的周期结构的方法和设备，其特征在于降低每个齿轮或工件的制造成本。
[0024]尤其涉及在限制需要使用的加工机床的工作空间和移动路径的情况下确保尽可能高的切削齿数量进而确保刀具寿命。
[0025]尤其涉及通过改善刀具的寿命而将刀具成本保持为尽可能低的。
[0026]刮齿刀具的切削齿优选应通过可精磨的刀片嵌件(例如呈杆状刀片的形式)构成。
[0027]所述目的根据本发明通过在此被称为内部刮齿加工方法的方法实现。
[0028]内部刮齿加工方法能够结合外置的旋转对称的周期结构(如外齿部等等)使用。
[0029]在内部刮齿加工方法中使用刮齿刀具，所述刮齿刀具在此基于其特定的结构也称为内刮齿环。
[0030]根据本发明，涉及一种用于使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构的工件的方法和设备。执行下述步骤:
[0031]-使刮齿刀具围绕第一旋转轴线转动；
[0032]-使工件围绕第二旋转轴线耦合转动；
[0033]-执行刮齿刀具相对于工件在平行于第二旋转轴线的方向上的轴向进给运动；
[0034]其中，在刮齿加工期间，两个旋转轴线以轴夹角彼此相对偏斜设置。刮齿刀具是内刮齿环，所述内刮齿环形成内部空间、具有多个切削齿，其中，在每个切削齿上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端以及前刀面，其中，所有切削齿的前刀面相对于第一旋转轴线旋转对称地设置在内刮齿环的端侧平面或端侧锥面上，并且其中，所有切削齿的切削刃顶部尖端指向内部空间中、也就是说指向第一旋转轴线的方向。
[0035]本发明的内部刮齿加工的特征是，在工件和内刮齿环之间的相对运动过程(也称为相对运动)这样预设和实现，即，在工件外部连续去除材料，直至完全形成齿或其它外置的周期结构。
[0036]优选的是，在能够退化成端面的端侧锥面上的前刀面旋转对称地相对于内刮齿环的旋转轴线设置。
[0037]根据本发明，在内刮齿环的相对进给运动上叠加径向运动，以便例如根据德国专利申请DE3915976A1的技术教导来影响齿凸度。
[0038]内部刮齿加工能够在不具有齿的工件上优选在软加工时使用。
[0039]内部刮齿加工能够在预制齿的工件上优选在软加工之后使用。
[0040]在内部刮齿加工期间，执行转动的内刮齿环相对于转动的工件在第二旋转轴线的方向上的轴向进给运动，其中，所述轴向进给运动与切削方向同向或反向地延伸。
[0041]根据本发明齿槽能够直接被引入全部的深度上并且在这种情况下不必以多次切削策略产生。
[0042]内部刮齿加工能够在多次切削刮齿加工方法的范围中使用。根据本发明，在轴向运动上能够叠加径向运动，以便实施多次切削策略，或者以便根据国际专利申请W02010/060733A1的技术教导产生引入的或引出的齿槽。
[0043]根据本发明明显改善用作刮齿刀具的内刮齿环的寿命，因为基于内刮齿环的特定结构能够安装多个切削齿。尤其是与目前为止受实际加工机床的已说明的限制的刮齿刀具相比，能够在内刮齿环上安装更多的切削板或杆状刀片。
[0044]内刮齿环的旋转轴线在内部刮齿加工时相对于工件的旋转轴线偏斜设置，也就是说，轴夹角Σ总是不等于零。
[0045]附加地，内刮齿环能够在刮齿加工期间朝向工件的方向倾斜或远离工件倾斜，例如在本 申请人:于2011年5月26日以申请号EP11167703.5在欧洲专利局提交的并行申请中说明的。
[0046]内部刮齿加工是连续的切削加工方法。
[0047]在所有实施形式中优选使用盘形的内刮齿环，其明显区别于其它刮齿刀具。
[0048]根据本发明，内刮齿环具有盘形刀具区域，所述盘形刀具区域具有呈切削齿的形式的切削刃顶部，所述切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。
[0049]根据本发明的盘形内刮齿环能够设计为所谓的整体刀具，也就是说其是基本上一体式构成的刀具。在整体刀具中，切削齿是刀具的集成的组成部分。对于本发明的所有实施形式特别优选的是刀盘-内刮齿环(在此也称为杆状刀片-内刮齿环)，其具有环形的(多数为盘形的)刀盘基体，所述刀盘基体配备有优选呈杆状刀片形式的刀片嵌件，使得切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。还可能的是本发明的设计为切削板-刀具的实施形式，其具有环形的(多数为盘形的)刀盘基体，所述刀盘基体配备有切削板，其切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。
[0050]本发明相比于传统的刮齿加工提供一系列优点，下面概述所述优点:
[0051]-刀具的更长的寿命；
[0052]-更低的刀具单位成本；
[0053]-减少的刀具失效；
[0054]-减少的用于机床的加工区域的空间需求(轴间距和/或工作空间的尺寸)；
[0055]-更好的经济性；
[0056]-由于每个切削齿的基于更高的重合率的更长的啮合而引起的改善的切削形成条件。
[0057]根据本发明的方法既能够结合干式加工也能够结合湿式加工实施。
[0058]根据本发明的方法能够用于软加工和/或硬加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]下面借助于实施例并且参照【专利附图】
【附图说明】本发明的其它细节和优点。在所有的示意图中，为简单起见，将工件和刮齿刀具减少为基圆上的情况(或者说基于滚动圆柱体的工件的情况)。但是所示出的情况也适用于具有一定齿高的整个齿部。
[0060]图1示出在插齿加工时具有圆柱形外轮廓的插齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；
[0061]图2A示出在刮齿加工时具有圆柱形外轮廓的直齿刮齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；
[0062]图2B示出在刮齿加工时具有锥形外轮廓的斜齿刮齿轮与带有外齿部的工件啮合的不意图；[0063]图3A示出锥形(外部)刮齿刀具在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0064]图3B示出根据图3A的锥形(外部)刮齿刀具和工件的示意性轴相交侧向投影(接触面侧向投影);
[0065]图4A示出锥形(外部)刮齿刀具在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0066]图4B示出根据图4A的锥形(外部)刮齿刀具和工件的示意性轴相交侧向投影(接触面侧向投影);
[0067]图5A示出本发明的锥形内刮齿环在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交后侧投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0068]图5B示出根据图5A的锥形内刮齿环和工件的示意性接触面侧向投影；
[0069]图6示出内刮齿环以明显的负的倾角δ =-25度相对于所谓的接触面的示意图；
[0070]图7示出内刮齿环以明显的正的倾角δ =25度相对于所谓的接触面的示意图；
[0071]图8示出圆柱形内刮齿环在刮齿加工工件时的示意图，其中预设30度的有效轴夹角，并且内刮齿环以15度的倾角远离工件倾斜；
[0072]图9示出锥形内刮齿环在刮齿加工工件时的示意图，其中预设30度的有效轴夹角，并且内刮齿环以-20度的倾角朝向工件倾斜；
[0073]图10示出内刮齿环和工件基圆的极度示意的视图，其中在此仅示出内刮齿环的三个杆状刀片；
[0074]图1lA示出锥形内刮齿环的极度示意的视图，所述锥形内刮齿环能够结合本发明使用，其中内刮齿环配有杆状刀片，所述杆状刀片的前刀面位于端侧锥面上(内刮齿环实际上具有比所示出的更大的直径);
[0075]图1lB示出根据图1lA的内刮齿环连同带有外齿部的圆柱形工件的极度示意的视图，其中预设-20度的倾角δ ；
[0076]图12Α示出能够结合本发明使用的锥形内刮齿环的极度示意的视图，其中内刮齿环配有杆状刀片，所述杆状刀片的前刀面位于端侧锥面上(内刮齿环实际上具有比所示出的更大的直径);
[0077]图12Β示出根据图12Α的内刮齿环连同带有外齿部的圆柱形工件的极度示意的视图，其中预设20度的倾角δ ；
[0078]图13示出内刮齿环的一部分在从斜下内部刮齿加工直齿工件时的示意性立体图，其中示出工件的仅几个杆状刀片并且隐去内刮齿环的环形基体；
[0079]图14示出内刮齿环(整体刀具)的一部分在从斜上内部刮齿加工直齿工件时的示意性立体图，其中分别示出内刮齿环和工件的剖面；
[0080]图15Α示出根据本发明的具有内刮齿环的机床在为带有外齿部的工件制齿时的立体图；
[0081]图15Β示出将内刮齿环装夹在图15Α的根据本发明的机床中的刀具主轴上的优选形式的细节。
【具体实施方式】[0082]在本说明书中所使用的术语也被用于相关的出版物和专利中。然而应指出，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的构思和权利要求的保护范围不应被这些特定选择的术语局限于该解释中。本发明可毫无问题地应用到其它术语系统和/或专业领域中。在其它专业领域中应按意义使用这些术语。
[0083]旋转对称的外置的周期结构例如是具有外齿部的齿轮。然而也可以例如是离合器元件或变速器元件等等。内部-刮齿刀具尤其适合用于制造小齿轮轴、蜗杆、外齿轮泵、环形铰链套节(Ringgelenknabe)(环形铰链例如在汽车领域中用于将力从差速器传递到车轮上)、花键轴连接装置、皮带轮等等。所述周期结构在此也被称为周期重复结构。
[0084]接下来主要说明齿轮、轮齿和齿槽。但本发明也可如上所述用于具有其它外置的周期结构的其它构件。所述其它构件在此情况下不涉及齿槽而是例如涉及凹槽或沟纹。
[0085]所有图为了简单起见减少为基圆或滚动面上的情况。因此在附图中示出相应的滚动体。
[0086]根据本发明的刮齿加工方法(在此也称为内部刮齿加工方法)设计用于使用内刮齿环100刮齿加工具有旋转对称的外置的周期结构的工件50。在此使用的内刮齿环100具有例如在图5B中明显可见的环形基体112。
[0087]内刮齿环100是形成(多数为圆形的)内部空间113的内部刀具。内刮齿环100具有多个切削刃顶部111 (没有在图5A和5B中示出)，在其上安设有用于切削加工工件50的切削边。每个切削刃顶部111具有前刀面(在图11A、11B、12A、12B、13、14中以附图标记121标识)，所述前刀面相对于旋转轴线Rl旋转对称地设置在端侧平面(也称为端面SE)上或者设置在端侧锥面KE上(必要时单独地相对于端面SE或锥面KE以阶梯角倾斜)。在图10中，端面SE通过两个同心圆Kl和K2确定(圆K2可对应于刀具100的基圆Wl )。两个同心圆Kl和K2能够例如代表内刮齿环100的环形基体112的外直径DA和内直径DI。
[0088]前刀面121能够旋转对称地相对于刀具100的旋转轴线Rl设置在可退化为端面的端侧锥面上。
[0089]前刀面121能够构造为在切削刃顶部111上的平坦的面或略微弯曲的面。前刀面121也能够略微拱起。
[0090]通常(也就是说在所有实施形式中)适用的是:在刮齿加工时切削方向或者说切削速度矢量^与刀具100的旋转轴线Rl围成不等于90度的角。两个所围成的角中的锐角优选小于等于60度，特别优选小于等于45度。
[0091 ] 切削边缘点的在切屑去除期间在切削边上获得的有效切削速度矢量在刮齿加工
时根据复杂的运动学尽可能偏离在设计点AP上的切削速度矢量Ie然而该偏离并不大，从
而对于所述有效切削速度矢量而言也能够使用下述结论(这些结论适用于本发明的所有实施形式):
[0092]-有效切削速度矢量与刀具100的旋转轴线Rl围成不等于90度的角。
[0093]-两个所围成的角中的锐角优选小于等于约60度，特别优选小于等于约45度。
[0094]在图5A和5B中以极度示意的形式示出示例性的内刮齿环100，所述内刮齿环具有锥形的内周面。内刮齿环100的内周面(也称为锥面114)的锥度能够在图5A中良好可见。内周面的锥形形状用于获得结构上的后角，如从图3B中可见的。因此，锥形的内刮齿环100具有锥形的内周面。
[0095]图5A和5B的示例有意选择为，使得其涉及与图3A、3B和4A、4B相同的外齿部的刮齿加工。需要再次以25度的轴夹角Σ加工。在此，工件50的基圆直径再次为200mm。沿要使用的加工机床的轴间距方向的工作空间AR为600mm。要使用的加工机床的移动路径允许200mm的最大轴间距AA。
[0096]在这样的示例的情况下，在环厚度RS为50mm的情况下的具有约494mm的最大可能的基圆直径的锥形内刮齿环100能够总计包括56个向内指向的呈切削齿形式的切削刃顶部111。轴间距AA在此仅为约147mm。
[0097]相比于图3A、3B的示例，在使用具有56个向内指向的切削齿111的内刮齿环100时预期刀具寿命提高多于27%。相比于图4A、4B的示例，预期刀具寿命提高约155%。
[0098]根据本发明的内刮齿环100的另一优点是在切削齿111啮合时的更高的覆盖。所产生的更长的啮合路径引起更好的切屑形成条件。
[0099]在本发明的所有实施形式中，两个旋转轴线Rl和R2彼此偏斜。轴夹角Σ总是不
等于零。
[0100]根据本发明的内刮齿环100优选能够在内部-刮齿加工期间朝向工件50的方向倾斜或者远离工件50倾斜。刀具100的相应的倾斜是可选的。所述倾斜通常用于避免碰撞。但是此外所述倾斜提供下述优点:
[0101]-远离工件倾斜能够实现圆柱形的内部-刮齿轮100，该内部-刮齿轮在精磨时能够实现与由圆柱形的(外部)刮齿轮已知的切削轮廓相同的切削轮廓；
[0102]-朝向工件倾斜能够实现可精磨的平坦设置的杆状刀片。
[0103]借助于图6和7限定倾角δ。
[0104]图6示出内刮齿环100相对于所谓的接触面BE的示意图。相对于根据图6的接触面BE朝向工件倾斜(δ〈O)的视图特别清晰可见。刀具的旋转轴线Rl与接触面BE在切削刃半空间中相交(切削刃半空间稍后在本文中定义)。
[0105]图7示出内刮齿环100相对于所谓的接触面BE的示意图。相对于根据图7的接触面BE远离工件倾斜的视图(δ >0)特别清晰可见。刀具的旋转轴线Rl与接触面BE在切屑半空间中相交(切屑半空间稍后在本文中定义)。
[0106]如果倾角δ等于零，那么内刮齿环100的旋转轴线Rl以一定间距平行于接触面BE延伸，也就是说，旋转轴线Rl与接触面BE不在交点SP相交。
[0107]倾角δ优选在-30度和+30度之间的范围中。
[0108]下面说明在刮齿加工时的倾斜的内刮齿环100的多个示例。
[0109]在图8中示出远离工件倾斜的圆柱形内刮齿环100 (也称为圆柱形环)。有效轴夹角Srff为30度，倾角δ为15度，并且运动学产生的后角在切削刃顶部上为约15度以及在齿面上为约7.5度。圆柱形的内刮齿环100具有假想的圆柱形内周面114。在所示视图中，公垂线GL位于工件50上方。更准确地说，公垂线GL位于内刮齿环100的切削刃半空间中。
[0110]圆柱形的和锥形的内刮齿环100都适于作为远离工件倾斜的刮齿刀具100，其中，由于远离工件倾斜而不会发生内刮齿环100与工件50的碰撞。
[0111]在图9中示出朝向工件倾斜的锥形内刮齿环100。有效轴夹角Seff为30度，倾角δ为-20度。锥形的内刮齿环100具有假想的锥形内周面114。仅锥形的内刮齿环100适于作为朝向工件倾斜的刮齿刀具100，因为否则会导致碰撞。在所示出的视图中，公垂线GL位于工件50下方并且因此是不可见的。更准确地说，公垂线GL位于内刮齿环100的切屑半空间中。
[0112]根据本发明，每个切削刃顶部111或者说每个切削齿具有切削刃顶部尖端122，所述切削刃顶部尖端伸入到内部空间113中并且指向第一旋转轴线Rl的方向。根据本发明的内刮齿环100的各因素例如在图10中可见，在那里出于简单起见仅示出多个杆状刀片120中的三个杆状刀片。在所示出的示例中，所有杆状刀片120的纵轴线LA1、LA2、LA3与旋转轴线Rl相交于一个共同的点。然而也可设想到，所有杆状刀片120的纵轴线LA1、LA2、LA3朝第一旋转轴线Rl的方向偏斜，但不接触旋转轴线Rl。同样地，纵轴线LA1、LA2、LA3不必位于一个平面中。
[0113]该结论也适用于整体刀具(例如参见图14)，所述整体刀具借助集成的切削刃顶部111实现。在此，各纵轴线(在图14中仅示出一个纵轴线LA)也朝旋转轴线Rl的方向延伸。所述纵轴线能够与旋转轴线Rl相交或者在旋转轴线Rl旁边延伸。所述纵轴线不必位于一个平面中。
[0114]在所有实施形式中，切削刃顶部111从基体112的材料中伸出至少一段并且伸入到内部空间113中。
[0115]在图1lA中示出锥形内刮齿环100的极度示意的视图，所述锥形内刮齿环能够结合本发明用于刮齿加工。如在图1lA中的示意图中示出的,刮齿刀具100是具有环形基体112的刀具，所述基体配有优选呈杆状刀片120形式的刀片嵌件。内刮齿环100借助于在此未示出的刀具主轴根据运动技术与机床200连接。内刮齿环100装夹在刀具主轴170上的优选形式的细节可从图15B中得出。杆状刀片120的前刀面121在此位于端侧锥面KE上，其旋转轴线与内刮齿环100的旋转轴线Rl重合。工件50 (在此未示出)在刮齿加工期间至少部分地位于内刮齿环100的内部空间113中。实际上，内刮齿环100的内直径DI和外直径DA明显大于在图1lA中示出的内直径和外直径。内刮齿环100连同切削齿111和其它凸出的元件的总的内直径视为最小内直径。
[0116]优选的是，内刮齿环100的最小内直径在本发明的所有实施形式中是待制成的工件50的外直径DWA的至少1.5倍。特别优选的是，内刮齿环100的最小内直径是待制成的工件50的外直径DWA的至少2倍。除了预设适于无碰撞地容纳工件50的内直径DI以外，还应在确定轴夹角Σ和倾角δ (如果其不等于零)时注意不发生工件50与刀具100的碰撞。除了预设内直径DI或最小外直径、轴夹角Σ和倾角δ (如果其不等于零)以外，内周面114也能够具有用于避免碰撞的锥度(例如在图1lA中示出的)。根据图1lA的内刮齿环100特别适用于朝向工件50的方向倾斜(也就是说，δ小于O度)。
[0117]图1lB示出根据图1lA的内刮齿环100连同圆柱形工件50的极度示意的视图，其中，预设-20度的倾角δ。内刮齿环100具有作为内置的碰撞轮廓的内周面114，该内周面选择为，使得其尽管以S =-20度明显朝向圆柱形工件50倾斜，但仍不会导致内刮齿环100与工件50的碰撞。相比图11Α，在图1lB中内刮齿环100和工件50的比例更与现实相符。
[0118]在图12Α中示出锥形内刮齿环100的极度示意的视图，该锥形内刮齿环能够结合本发明用于刮齿加工。如在图12Α中的示意图所示出的,刮齿刀具100是具有环形基体112的刀具，所述基体配有优选呈杆状刀片120形式的刀片嵌件。内刮齿环100借助于在此未示出的刀具主轴根据运动技术与机床200固定。杆状刀片120的前刀面121位于端侧锥面KE上，其旋转轴线与内刮齿环100的旋转轴线Rl重合。工件50 (在此未示出)在刮齿加工期间至少部分地位于内刮齿环100的内部空间113中。实际上，内刮齿环100的内直径DI和外直径DA比在图12A中所示出的内直径和外直径明显更大。
[0119]根据图12A的刀具100再次包括具有锥度的内周面114。根据图12A的内刮齿环100特别适用于远离工件50倾斜(也就是说，δ大于O度)。
[0120]图12Β示出根据图12Α的内刮齿环100连同圆柱形工件50的极度示意的视图，其中预设20度的倾角δ。内刮齿环100具有作为内置的碰撞轮廓的内周面114，所述内周面选择为使得其不会导致内刮齿环100与工件50的碰撞，但是最优地保持杆状刀片，也就是说，尽可能少地从基体112中伸出。要注意的是，相比根据图12Α和12Β的刀具100的情况，根据图1IA和IlB的刀具100的内周面114正好相反地锥形延伸。
[0121]在朝向工件倾斜时，内刮齿环100优选锥形地构成，以便避免碰撞。在远离工件倾斜时，内刮齿环不必构成为锥形的。在这种情况下，所述内刮齿环例如也能够构成为圆柱形的。在图12Α和12Β中，内刮齿环100本身不是由于避免碰撞而是锥形的，而是因为由于远离工件倾斜而存在足够的空间，以便能够因此更好地保持/包围杆状刀片120。
[0122]图13示出内刮齿环100的一部分在内部刮齿加工直齿工件50时的示意性立体图，其中，仅示出内刮齿环100的几个杆状刀片120。在直齿工件50上，齿51或者在各齿51之间的齿槽52几乎已经制成。内刮齿环100的环形基体112被隐去。借助于图13能够很好地看到，杆状刀片120的刀杆(在此以矩形横截面示出)能够毫无问题地且无碰撞地设置在环形基体112中。在图13中，两个圆Kl和Κ2确定端面SE，如结合图10已经提及的。在图13中在切削齿111的各杆状刀片120中的一个杆状刀片上标明前刀面121和纵轴线LA。在所示示例中，切削齿111的前刀面121略微相对于端面SE倾斜。
[0123]图14示出内刮齿环100的一部分在从斜上方内部刮齿加工直齿工件50时的示意性立体视图，所述内刮齿环在此构造为整体刀具。内刮齿环100和工件50在此以剖面示出。在直齿工件50上，齿51或者在各齿51之间的齿槽52几乎已经制成。切削齿111在此是内刮齿环100的环形基体112的集成的组成部分。在图14中，在切削齿111中的一个切削齿上标明前刀面121和纵轴线LA。在所示出的示例中，切削齿111的前刀面121略微相对于端面SE倾斜。
[0124]借助于图13和图14可见，当所有切削齿111构造在内刮齿环100的内周面上时，在根据本发明的内部刮齿加工中总是多于仅一个切削齿111啮合到工件50的相应齿槽52中并且进行切削。
[0125]内部-刮齿加工方法包括下述步骤:
[0126]-使内刮齿环100围绕第一旋转轴线Rl转动；
[0127]-使工件50围绕第二旋转轴线R2耦合转动；以及
[0128]-执行内刮齿环100相对于工件50在平行于第二旋转轴线R2的方向上的轴向进给运动VB。
[0129]两个旋转轴线Rl、R2在刮齿加工期间以轴夹角Σ相对于彼此偏斜地设置。
[0130]内刮齿环的特征在于，内刮齿环100形成内部空间113并且具有多个切削齿111。在每个切削齿111上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端122和前刀面121。所有切削齿111的前刀面121相对于第一旋转轴线Rl旋转对称地设置在内刮齿环100的端面SE或端侧锥面KE上。切削齿111伸入到内部空间113中并且指向第一旋转轴线Rl的方向。
[0131]根据本发明，通过内刮齿环100相对于工件50的相应的轴向进给VB产生与切削方向相反的进给方向或相同的进给方向。进给运动VB的方向在图13和14中标明。例如在图15A中示出的相应的机床200利用CNC控制装置201产生适宜的运动。
[0132]在所有实施形式中，有效轴夹角Seff优选处于下述范围中:-60° <Σε--〈60°，Seff ^ 0°。特别优选的是，有效轴夹角Σeff的数值在5度和45度之间。
[0133]内刮齿环100围绕第一旋转轴线Rl和工件50围绕第二旋转轴线R2的耦合转动运动以及刮齿刀具100相对于工件50的进给运动VB的CNC控制的叠加引起内刮齿环100的切削齿111的切屑去除的刮齿运动。
[0134]在内部-刮齿加工开始时，内刮齿环100能够径向从外向内刺入到工件50的材料中，或者内刮齿环100能够轴向地、即从工件50的端侧53刺入。在图5A和5B中，上端侧例如以附图标记53来标识，并且下端侧以附图标记54来标记。
[0135]在下面的段落中给出对根据本发明的内部-刮齿加工的进一步详细说明。
[0136]原则上，在内刮齿环100和工件50之间的相对运动在内部-刮齿加工时也相应于螺旋齿轮传动，也称为展成螺旋式齿轮传动。螺旋齿轮传动是一种空间传动。
[0137]因此，内 部-刮齿加工过程的基本设计如同传动设计在所谓的设计点AP (例如参见图2B)上进行。在此，基本设计理解为确定内刮齿环100相对于工件50的空间布置和运动(在运动学上)以及确定内刮齿环100的几何基本尺寸(在此也称为刀具基本几何尺寸)如基圆直径、锥度和螺旋角。
[0138]在设计点AP上尽可能最优地构成几何的和运动学的啮合条件
(Eingriffsverhaltnisse )。啮合条件随着距设计点AP的距离的增加而变化。在本文
中，内部-刮齿加工构成一种非常复杂的方法，其中，啮合条件即使在切削刃运动时也持续地变化。然而能够经由在设计点AP上的啮合条件有针对性地影响变化的啮合条件。
[0139]因此，在设计点AP上的啮合条件的具体设计在设计刮齿加工过程时具有重要的意义。
[0140]关于轴布置的术语:
[0141]为了确定轴布置需要多个术语。这些术语在下表中说明。
[0142]
【权利要求】
1.一种用于通过使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构(51、52)的工件(50)的方法，所述刮齿刀具包括多个切削刃，所述方法具有下述步骤: -使所述刮齿刀具围绕所述第一旋转轴线(Rl)转动； -使所述工件(50)围绕所述第二旋转轴线(R2)耦合转动； -执行所述刮齿刀具相对于所述工件(50)在平行于所述第二旋转轴线(R2)的方向上的轴向进给运动(VB )； 其中，在刮齿加工期间，两个旋转轴线(Rl、R2)以轴夹角(Σ )彼此相对偏斜地设置， 其特征在于，所述刮齿刀具是内刮齿环(100)，该内刮齿环 -形成内部空间(113)， -具有多个切削齿(111)，其中，在每个切削齿(111)上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端(112)以及前刀面(121)， -其中，所有切削齿(111)的前刀面(121)相对于所述第一旋转轴线(Rl)旋转对称地设置在所述内刮齿环(100)的端面(SE)或端侧锥面(KE)上，并且 -其中，各切削齿(111)伸入到所述内部空间(113)中并且指向所述第一旋转轴线的方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各前刀面(121)单独地相对于所述端面(SE)或端侧锥面(KE)倾斜地设置。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)是具有内部轮廓或内周面(114)的环形基体(1 12)，所述内部轮廓或内周面是圆柱形或锥形的。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述前刀面(121)构造为平坦的面或构造为弯曲的面。
5.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述工件(50)具有外直径(DWA)，并且所述内刮齿环(100)具有最小内直径，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DffA)的至少1.5倍。
6.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述工件(50)具有基圆直径(dw2)，并且所述内刮齿环(100)具有基圆直径(dwl)，所述内刮齿环的基圆直径是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少1.5倍。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DWA)的至少2倍。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)的基圆直径(Clwl)是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少2倍。
9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)在刮齿加工期间朝向所述工件(50)倾斜或远离所述工件(50)倾斜。
10.一种用于通过使用刮齿刀具(100)刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构(51、52)的工件(50)的设备(200)，具有: -用于固定所述刮齿刀具的刀具主轴(170)； -用于固定所述工件(50)的工件主轴(180); -数控驱动装置，用于耦合地执行进给运动(VB)并且用于使所述刮齿刀具(100)连同刀具主轴(170)围绕所述第一旋转轴线(Rl)以及使所述工件(50)连同工件主轴(180)围绕所述第二旋转轴线(R2)耦合地转动， -呈内刮齿环(100)的形式的刮齿刀具,该内刮齿环 -形成内部空间(113)， -具有多个切削齿(111)，其中，在每个切削齿(111)上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端(112)以及前刀面(121)， -其中，所有切削齿(111)的前刀面(121)相对于所述第一旋转轴线(Rl)旋转对称地设置在所述内刮齿环(100)的端面(SE)或端侧锥面(KE)上，并且 -其中，所述切削齿(111)伸入到所述内部空间(113)中并且指向所述第一旋转轴线(Rl)的方向， 其中，所述设备(200)具有数字控制装置(201)或能够与数字控制装置(201)连接，该数字控制装置设计用于在刮齿加工期间预设轴夹角(Σ )，以便使两个旋转轴线(Rl、R2)在刮齿加工期间彼此相对偏斜地设置。
11.如权利要求10所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)形成圆形的内部空间(113)。
12.如权利要求10或11所述的设备(200)，其特征在于，所述前刀面(121)单独地相对于所述端面(SE)或端侧锥面(KE)倾斜地设置。
13.如权利要求10、11或12所述的设备(200)，其特征在于，所述工件(50)具有最大外直径(DWA)，并且所述内刮齿环(100)具有最小内直径，所述最小内直径是所述工件(50)的外直径(DWA)的至少1.5倍。`
14.如权利要求10、11或12所述的设备(200)，其特征在于，所述工件(50)具有基圆直径(dw2)，并且所述内刮齿环(100)具有基圆直径(dwl)，所述内刮齿环的基圆直径是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少1.5倍。
15.如权利要求13所述的设备(200)，其特征在于，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DWA)的至少2倍。
16.如权利要求14所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)的基圆直径(dwl)是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少2倍。
17.如权利要求10至16之一所述的设备(200)，其特征在于，所述数字控制装置(201)设计用于在刮齿加工期间使所述内刮齿环(100)朝向所述工件(50)倾斜或远离所述工件(50)倾斜，其中，倾角(δ )优选能够预设在-30度和+30度之间的范围中。
18.如权利要求10至17之一所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)具有最大外直径(DA)，并且所述设备(200)具有工作空间(AR)，该工作空间在所述第一旋转轴线(Rl)与所述第二旋转轴线(R2)的轴间距方向上的最大尺寸比所述内刮齿环(100)的最大外直径大最多50%。
【文档编号】B23F21/04GK103635280SQ201280031814
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年5月15日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】O·福格尔 申请人:克林格伦贝格股份公司
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构（51、52）的工件（50）的方法和设备。执行下述步骤：使刮齿刀具围绕第一旋转轴线（R1）转动；使工件（50）围绕第二旋转轴线（R2）耦合转动；执行刮齿刀具相对于工件（50）在平行于第二旋转轴线（R2）的方向上的轴向进给运动（VB）。在刮齿加工期间，两个旋转轴线（R1、R2）以轴夹角（Σ）彼此相对偏斜地设置。刮齿刀具是内刮齿环（100），所述内刮齿环形成内部空间（113）；具有多个切削齿（111），其中，在每个切削齿（111）上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端（122）以及前刀面（121），其中，所有切削齿（111）的前刀面（121）相对于第一旋转轴线（R1）旋转对称地设置在内刮齿环（100）的端面或端侧锥面上，并且其中，各切削齿（111）伸入到内部空间（113）中并且沿第一旋转轴线（R1）的方向指向。
【专利说明】用于刮齿加工外齿部的方法以及具有相应的刮齿刀具的设备
【技术领域】
[0001]本发明的主题是一种用于刮齿加工外齿部或其它外置的周期结构的方法以及一种具有相应的刮齿刀具的设备。
【背景技术】
[0002]已有许多用于制造齿轮的方法。切削式软预加工分为滚齿加工(英文为hobbing)、插齿加工(英文为gear shaping)、刨齿加工(英文为generating planing)和刮齿加工(英文为power skiving)。滚齿加工和刮齿加工是所谓的连续方法，这在下面还将详细说明。
[0003]齿轮的切削制造被分为单齿分度方法(亦称为断续分度方法，英文为intermittedindexing process或single indexing process)和连续方法,该连续方法有时也称为连续分度方法(英文为 continuous indexing process 或 face hobbing)。
[0004]在连续方法中例如使用具有相应刀片的刀具来切削工件侧面。工件在一次装夹下被连续地、即在无间断的方法中切削完成。连续方法基于复杂、耦合的运动过程，在其中刀具和待加工工件彼此相对进行连续的分度运动。该分度运动由相应机床的多个轴驱动装置的协调或者说耦合的驱动产生。
[0005]在单齿分度方法中加工一个齿槽，然后进行例如刀具的相对运动和所谓的分度运动(分度旋转)，在其中工件相对于刀具旋转，之后加工下一齿槽。如此逐步制出齿轮。
[0006]开始提到的插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具I的旋转轴线Rl和工件2的旋转轴线R2之间的夹角(也称为轴夹角)为零度，如图1示意所示。当轴夹角为零度时，两个旋转轴线Rl和R2平行延伸。工件2和插齿刀具I连续围绕其旋转轴线R2或Rl旋转。插齿刀具I除了旋转运动外还进行升降运动(该升降运动在图1中通过双向箭头Shx来表示)并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。
[0007]—段时间以前重新采用一种方法，该方法被称为刮齿加工。其溯源约有100年历史。第一个关于该主题的申请号是DE243514的专利申请可追溯到1912年。在最初几年的思考和研究之后不再努力追求继续改良刮齿加工。到目前为止，为了找到适合用于刮齿加工方法的刀具几何形状，需要复杂的过程，该过程部分地来自于经验。
[0008]大约在20世纪80年代中期，重新使用刮齿加工。只有借助当今的仿真方法和现代的CNC机床控制才能将刮齿加工原理转用为高产、可重复和鲁棒的方法。另外还源于当今刀具材料的高耐磨性、现代机床的极高的静力学和运动学刚性以及同步运行的高品质。
[0009]现在在刮齿加工时，如图2A所示，在刮齿刀具10 (又称为刮齿轮)的旋转轴线Rl和工件20的旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角Σ。刮齿刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量(转动分量)和进给分量(平移分量)。可将展成螺旋式齿轮传动(WalzscIiraubgetriebe)作为驱动技术模拟，其中
旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动对应于齿面的滑动。轴夹角σ的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量越大。平移运动分量引起刮齿刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。因此在刮齿加工时，利用螺旋齿轮等效传动的相互啮合的齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在刮齿加工时仅需要平行于工件20的旋转轴线R2缓慢地轴向进给Sax (也称为轴向进刀)并且因此省略所谓的对于插齿加工而言典型的插齿运动。因此在刮齿加工时不出现回程运动。
[0010]刮齿加工时的切削速度直接受到刮齿刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线Rl和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及进而滑动分量应选择为使得在转速给定的情况下为材料加工实现最佳的切削速度。
[0011]已知的刮齿加工方法的运动过程和其它细节可由已经提到的示意性显示的图2A获知。图2A示出在圆柱形工件20上刮齿加工外齿部。工件20和刀具10 (在此为圆柱形刮齿刀具10)沿相反方向旋转，如在图2A中例如借助于角速度ω,Ρ ω2可见。 [0012]还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要已经提及的轴向进给sax。轴向进给引起刀具10相对于工件20沿平行于工件20的旋转轴线R2的方向移动。刀具10的该运动方向在图2A中用Sax标识。当希望在工件20上加工斜齿时(即古O),则在轴向进给Sax上叠加差动进给Sd,如在图2Α中表示的,该差动进给相应于工件20围绕其旋转轴线R2的附加的转动。差动进给Sd和轴向进给Sax在设计点上彼此协调，使得进行刀具10相对于工件20在待产生的齿槽的方向上所产生的进给。附加地能够使用径向进给Srad来例如影响工件20的齿凸度。
[0013]在刮齿加工时切削速度矢量I基本上是刀具10和工件20的旋转轴线R1、R2的两
个以轴夹角Σ相互倾斜的速度矢量^和P,的差。\是刀具10圆周上的速度矢量，P2是工
件20圆周上的速度矢量。因此刮齿加工过程的切削速度V。可通过轴夹角Σ和螺旋齿轮等效传动中的转速来改变。已经提及的相对缓慢的轴向进给Sax在刮齿加工方法中仅对切削速度V。产生很小的影响，该影响可忽略。因此轴向进给Sax未在图2A的矢量^和匕的矢量图中考虑。
[0014]在图2B中示出用锥形刮齿刀具10刮齿加工工件20的外齿部。在图2B中再次示出轴夹角Σ、切削速度矢量、刀具10圆周上的速度矢量3和工件20圆周上的速度矢量
%以及刀具10的螺旋角β !和工件20的螺旋角β 2。螺旋角β 2在此不等于零。刀具10的齿顶在图2Β中用附图标记4来表不。齿工作面在图2Β中用附图标记5来表不。两个旋转轴线Rl和R2不相交，而是彼此偏斜设置。在锥形刮齿刀具10中，设计点AP目前通常选择在两个旋转轴线Rl和R2的公垂线上，这是因为无需使刮齿刀具10倾斜以形成后角。设计点AP在此与所谓的接触点重合。在设计点AP中螺旋齿轮等效传动的各基圆接触。
[0015]在刮齿加工时使用刀具10，该刀具具有至少一个几何形状确定的切削边。所述切削边在图2Α和图2Β中未示出。切削边的以及邻接的前刀面和自由面的形状和布置属于在实践中在具体设计时必须考虑的因素。
[0016]刮齿刀具10在图2Α所示例子中具有直齿正齿轮的形式。基体的外轮廓在图2Α中是圆柱形的。但该外轮廓也可是锥状(亦称锥形)的，如图2Β所示。由于刮齿刀具10的齿在整个切削棱边长度上啮合，所以刀具10的每个齿在切削边上需要足够的后角。
[0017]如以直齿或斜齿的锥形刮齿刀具10为出发点，如图3Α和3Β所示，可以看到，这种刮齿刀具10基于刮齿刀具10的锥形基本形状具有所谓的结构上的后角。也就是说，基于刮齿刀具10的几何形状预设锥形刮齿刀具10的齿顶和齿面上的后角。但锥形刮齿刀具10的切削刃轮廓必须满足特定条件，以便能够进行精磨。在图3A和3B中示出在加工工件20的外齿部的情况下的锥形(外部)刮齿刀具10。所谓的结构上的后角ακ。可在图3B中在锥形刮齿刀具10的切削刃顶部上看到。轴交点AK与刮齿刀具10和工件20的基圆的接触点BP在图3Α中重合并且位于旋转轴线Rl和R2的公垂线GL上(在图3Α和3Β中不可见或者说未示出)。
[0018]至今为止的刮齿加工方法的实验证实，根据刮齿刀具10的设计能够导致刮齿刀具10的显著磨损。因此寻找下述解决方案，所述解决方案能够实现减少刮齿刀具10的磨损，或者说改进刮齿刀具10的寿命。为了减少刮齿刀具10的磨损，例如可以在刀具10上设有尽可能多的切削齿。由此，刮齿加工方法变得更经济，因为在对工件20进行制齿时的制造成本明显受到刀具寿命的影响。为了能够在刀具10上安置尽可能多的切削齿，刮齿刀具10必须尽可能大地构成。所使用的刮齿刀具10的可能的尺寸尤其通过待使用的加工机床来限制。更准确地说，通过机床的工作空间以及通过轴的可能的移动路径或轴的布置来限制。
[0019]下面参考已经说明的图3Α和3Β详细阐述由于工作空间的限制而产生的问题。在这两个附图中示出具有根据DIN867的具有法面模数为8mm、齿数为25以及螺旋角β 2=0度的外齿部的工件20，其中，螺旋角β2没有示出。所述工件20需要借助于刮齿加工以25度的轴夹角Σ通过常用的锥形(外部)刮齿刀具10 (无倾斜度)来加工。工件20的基圆直径在此为200mm。需要使用的加工机床的沿轴间距方向的工作空间AR为600mm。基于该限制空间的预设值，需要使用的锥形(外部)刮齿刀具10能够包括最多44个切削齿，其中刀具的最大可能基圆直径为约388mm。轴间距AA在此为约294mm。
[0020]下面参考图4A和4B详细阐述由于机床各轴的轴间距或者说移动路径的限制所产生的问题。与在图3A和3B中相同的外齿部需要再次以25度的轴夹角Σ通过常用的锥形(外部)刮齿刀具10 (无倾斜度)来加工。工件20的基圆直径在此为200mm。除了工作空间限制，要使用的加工机床的移动路径允许200mm的最大轴间距AA。因此，要使用的具有约194mm的最大可能的刀具基圆直径的(外部)刮齿刀具10能够包括最多22个切削齿。因此，(外部)刮齿刀具10的最大尺寸在这个示例中仅是在图3A和3B所示出的示例中的一半大。轴间距AA在此为约197mm。
[0021]为了提高刮齿刀具10的寿命，可以如已经提到的那样提高切削齿的数量。理想情况下不仅提高切削齿的数量，而且刮齿刀具10也装备有可精磨的杆状刀片。然后杆状刀片能够在需要时在切削齿上精磨或者所述杆状刀片能够在紧急情况下甚至被更换。这也有助于经济性的改善。然而在此，杆状刀片的高充填密度仅通过杆状刀片的刀杆的非常紧凑的布置实现，例如在于2011年5月6日提交的名称为“具有杆状刀片的刮齿刀具”的德国实用新型申请DE202011050054.3中说明的。
[0022]替选地，为了避免在杆状刀片的高充填密度的情况下引起刀杆的贯穿，能够借助刮齿刀具10的部分装配来实现。也就是说，不形成整体刮齿轮的所有切削齿，而是例如仅形成每两个或每三个切削齿。由此减少实际的切削齿数量，但这不利于刀具寿命。
【发明内容】
[0023]本发明的目的是，提供一种用于切削加工齿轮齿面或其它外置的周期结构的方法和设备，其特征在于降低每个齿轮或工件的制造成本。
[0024]尤其涉及在限制需要使用的加工机床的工作空间和移动路径的情况下确保尽可能高的切削齿数量进而确保刀具寿命。
[0025]尤其涉及通过改善刀具的寿命而将刀具成本保持为尽可能低的。
[0026]刮齿刀具的切削齿优选应通过可精磨的刀片嵌件(例如呈杆状刀片的形式)构成。
[0027]所述目的根据本发明通过在此被称为内部刮齿加工方法的方法实现。
[0028]内部刮齿加工方法能够结合外置的旋转对称的周期结构(如外齿部等等)使用。
[0029]在内部刮齿加工方法中使用刮齿刀具，所述刮齿刀具在此基于其特定的结构也称为内刮齿环。
[0030]根据本发明，涉及一种用于使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构的工件的方法和设备。执行下述步骤:
[0031]-使刮齿刀具围绕第一旋转轴线转动；
[0032]-使工件围绕第二旋转轴线耦合转动；
[0033]-执行刮齿刀具相对于工件在平行于第二旋转轴线的方向上的轴向进给运动；
[0034]其中，在刮齿加工期间，两个旋转轴线以轴夹角彼此相对偏斜设置。刮齿刀具是内刮齿环，所述内刮齿环形成内部空间、具有多个切削齿，其中，在每个切削齿上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端以及前刀面，其中，所有切削齿的前刀面相对于第一旋转轴线旋转对称地设置在内刮齿环的端侧平面或端侧锥面上，并且其中，所有切削齿的切削刃顶部尖端指向内部空间中、也就是说指向第一旋转轴线的方向。
[0035]本发明的内部刮齿加工的特征是，在工件和内刮齿环之间的相对运动过程(也称为相对运动)这样预设和实现，即，在工件外部连续去除材料，直至完全形成齿或其它外置的周期结构。
[0036]优选的是，在能够退化成端面的端侧锥面上的前刀面旋转对称地相对于内刮齿环的旋转轴线设置。
[0037]根据本发明，在内刮齿环的相对进给运动上叠加径向运动，以便例如根据德国专利申请DE3915976A1的技术教导来影响齿凸度。
[0038]内部刮齿加工能够在不具有齿的工件上优选在软加工时使用。
[0039]内部刮齿加工能够在预制齿的工件上优选在软加工之后使用。
[0040]在内部刮齿加工期间，执行转动的内刮齿环相对于转动的工件在第二旋转轴线的方向上的轴向进给运动，其中，所述轴向进给运动与切削方向同向或反向地延伸。
[0041]根据本发明齿槽能够直接被引入全部的深度上并且在这种情况下不必以多次切削策略产生。
[0042]内部刮齿加工能够在多次切削刮齿加工方法的范围中使用。根据本发明，在轴向运动上能够叠加径向运动，以便实施多次切削策略，或者以便根据国际专利申请W02010/060733A1的技术教导产生引入的或引出的齿槽。
[0043]根据本发明明显改善用作刮齿刀具的内刮齿环的寿命，因为基于内刮齿环的特定结构能够安装多个切削齿。尤其是与目前为止受实际加工机床的已说明的限制的刮齿刀具相比，能够在内刮齿环上安装更多的切削板或杆状刀片。
[0044]内刮齿环的旋转轴线在内部刮齿加工时相对于工件的旋转轴线偏斜设置，也就是说，轴夹角Σ总是不等于零。
[0045]附加地，内刮齿环能够在刮齿加工期间朝向工件的方向倾斜或远离工件倾斜，例如在本 申请人:于2011年5月26日以申请号EP11167703.5在欧洲专利局提交的并行申请中说明的。
[0046]内部刮齿加工是连续的切削加工方法。
[0047]在所有实施形式中优选使用盘形的内刮齿环，其明显区别于其它刮齿刀具。
[0048]根据本发明，内刮齿环具有盘形刀具区域，所述盘形刀具区域具有呈切削齿的形式的切削刃顶部，所述切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。
[0049]根据本发明的盘形内刮齿环能够设计为所谓的整体刀具，也就是说其是基本上一体式构成的刀具。在整体刀具中，切削齿是刀具的集成的组成部分。对于本发明的所有实施形式特别优选的是刀盘-内刮齿环(在此也称为杆状刀片-内刮齿环)，其具有环形的(多数为盘形的)刀盘基体，所述刀盘基体配备有优选呈杆状刀片形式的刀片嵌件，使得切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。还可能的是本发明的设计为切削板-刀具的实施形式，其具有环形的(多数为盘形的)刀盘基体，所述刀盘基体配备有切削板，其切削齿直地或倾斜地沿内刮齿环的旋转轴线的方向伸入到内部空间中。
[0050]本发明相比于传统的刮齿加工提供一系列优点，下面概述所述优点:
[0051]-刀具的更长的寿命；
[0052]-更低的刀具单位成本；
[0053]-减少的刀具失效；
[0054]-减少的用于机床的加工区域的空间需求(轴间距和/或工作空间的尺寸)；
[0055]-更好的经济性；
[0056]-由于每个切削齿的基于更高的重合率的更长的啮合而引起的改善的切削形成条件。
[0057]根据本发明的方法既能够结合干式加工也能够结合湿式加工实施。
[0058]根据本发明的方法能够用于软加工和/或硬加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]下面借助于实施例并且参照【专利附图】
【附图说明】本发明的其它细节和优点。在所有的示意图中，为简单起见，将工件和刮齿刀具减少为基圆上的情况(或者说基于滚动圆柱体的工件的情况)。但是所示出的情况也适用于具有一定齿高的整个齿部。
[0060]图1示出在插齿加工时具有圆柱形外轮廓的插齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；
[0061]图2A示出在刮齿加工时具有圆柱形外轮廓的直齿刮齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；
[0062]图2B示出在刮齿加工时具有锥形外轮廓的斜齿刮齿轮与带有外齿部的工件啮合的不意图；[0063]图3A示出锥形(外部)刮齿刀具在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0064]图3B示出根据图3A的锥形(外部)刮齿刀具和工件的示意性轴相交侧向投影(接触面侧向投影);
[0065]图4A示出锥形(外部)刮齿刀具在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0066]图4B示出根据图4A的锥形(外部)刮齿刀具和工件的示意性轴相交侧向投影(接触面侧向投影);
[0067]图5A示出本发明的锥形内刮齿环在刮齿加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交后侧投影(接触面投影)，其中预设25度的轴夹角；
[0068]图5B示出根据图5A的锥形内刮齿环和工件的示意性接触面侧向投影；
[0069]图6示出内刮齿环以明显的负的倾角δ =-25度相对于所谓的接触面的示意图；
[0070]图7示出内刮齿环以明显的正的倾角δ =25度相对于所谓的接触面的示意图；
[0071]图8示出圆柱形内刮齿环在刮齿加工工件时的示意图，其中预设30度的有效轴夹角，并且内刮齿环以15度的倾角远离工件倾斜；
[0072]图9示出锥形内刮齿环在刮齿加工工件时的示意图，其中预设30度的有效轴夹角，并且内刮齿环以-20度的倾角朝向工件倾斜；
[0073]图10示出内刮齿环和工件基圆的极度示意的视图，其中在此仅示出内刮齿环的三个杆状刀片；
[0074]图1lA示出锥形内刮齿环的极度示意的视图，所述锥形内刮齿环能够结合本发明使用，其中内刮齿环配有杆状刀片，所述杆状刀片的前刀面位于端侧锥面上(内刮齿环实际上具有比所示出的更大的直径);
[0075]图1lB示出根据图1lA的内刮齿环连同带有外齿部的圆柱形工件的极度示意的视图，其中预设-20度的倾角δ ；
[0076]图12Α示出能够结合本发明使用的锥形内刮齿环的极度示意的视图，其中内刮齿环配有杆状刀片，所述杆状刀片的前刀面位于端侧锥面上(内刮齿环实际上具有比所示出的更大的直径);
[0077]图12Β示出根据图12Α的内刮齿环连同带有外齿部的圆柱形工件的极度示意的视图，其中预设20度的倾角δ ；
[0078]图13示出内刮齿环的一部分在从斜下内部刮齿加工直齿工件时的示意性立体图，其中示出工件的仅几个杆状刀片并且隐去内刮齿环的环形基体；
[0079]图14示出内刮齿环(整体刀具)的一部分在从斜上内部刮齿加工直齿工件时的示意性立体图，其中分别示出内刮齿环和工件的剖面；
[0080]图15Α示出根据本发明的具有内刮齿环的机床在为带有外齿部的工件制齿时的立体图；
[0081]图15Β示出将内刮齿环装夹在图15Α的根据本发明的机床中的刀具主轴上的优选形式的细节。
【具体实施方式】[0082]在本说明书中所使用的术语也被用于相关的出版物和专利中。然而应指出，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的构思和权利要求的保护范围不应被这些特定选择的术语局限于该解释中。本发明可毫无问题地应用到其它术语系统和/或专业领域中。在其它专业领域中应按意义使用这些术语。
[0083]旋转对称的外置的周期结构例如是具有外齿部的齿轮。然而也可以例如是离合器元件或变速器元件等等。内部-刮齿刀具尤其适合用于制造小齿轮轴、蜗杆、外齿轮泵、环形铰链套节(Ringgelenknabe)(环形铰链例如在汽车领域中用于将力从差速器传递到车轮上)、花键轴连接装置、皮带轮等等。所述周期结构在此也被称为周期重复结构。
[0084]接下来主要说明齿轮、轮齿和齿槽。但本发明也可如上所述用于具有其它外置的周期结构的其它构件。所述其它构件在此情况下不涉及齿槽而是例如涉及凹槽或沟纹。
[0085]所有图为了简单起见减少为基圆或滚动面上的情况。因此在附图中示出相应的滚动体。
[0086]根据本发明的刮齿加工方法(在此也称为内部刮齿加工方法)设计用于使用内刮齿环100刮齿加工具有旋转对称的外置的周期结构的工件50。在此使用的内刮齿环100具有例如在图5B中明显可见的环形基体112。
[0087]内刮齿环100是形成(多数为圆形的)内部空间113的内部刀具。内刮齿环100具有多个切削刃顶部111 (没有在图5A和5B中示出)，在其上安设有用于切削加工工件50的切削边。每个切削刃顶部111具有前刀面(在图11A、11B、12A、12B、13、14中以附图标记121标识)，所述前刀面相对于旋转轴线Rl旋转对称地设置在端侧平面(也称为端面SE)上或者设置在端侧锥面KE上(必要时单独地相对于端面SE或锥面KE以阶梯角倾斜)。在图10中，端面SE通过两个同心圆Kl和K2确定(圆K2可对应于刀具100的基圆Wl )。两个同心圆Kl和K2能够例如代表内刮齿环100的环形基体112的外直径DA和内直径DI。
[0088]前刀面121能够旋转对称地相对于刀具100的旋转轴线Rl设置在可退化为端面的端侧锥面上。
[0089]前刀面121能够构造为在切削刃顶部111上的平坦的面或略微弯曲的面。前刀面121也能够略微拱起。
[0090]通常(也就是说在所有实施形式中)适用的是:在刮齿加工时切削方向或者说切削速度矢量^与刀具100的旋转轴线Rl围成不等于90度的角。两个所围成的角中的锐角优选小于等于60度，特别优选小于等于45度。
[0091 ] 切削边缘点的在切屑去除期间在切削边上获得的有效切削速度矢量在刮齿加工
时根据复杂的运动学尽可能偏离在设计点AP上的切削速度矢量Ie然而该偏离并不大，从
而对于所述有效切削速度矢量而言也能够使用下述结论(这些结论适用于本发明的所有实施形式):
[0092]-有效切削速度矢量与刀具100的旋转轴线Rl围成不等于90度的角。
[0093]-两个所围成的角中的锐角优选小于等于约60度，特别优选小于等于约45度。
[0094]在图5A和5B中以极度示意的形式示出示例性的内刮齿环100，所述内刮齿环具有锥形的内周面。内刮齿环100的内周面(也称为锥面114)的锥度能够在图5A中良好可见。内周面的锥形形状用于获得结构上的后角，如从图3B中可见的。因此，锥形的内刮齿环100具有锥形的内周面。
[0095]图5A和5B的示例有意选择为，使得其涉及与图3A、3B和4A、4B相同的外齿部的刮齿加工。需要再次以25度的轴夹角Σ加工。在此，工件50的基圆直径再次为200mm。沿要使用的加工机床的轴间距方向的工作空间AR为600mm。要使用的加工机床的移动路径允许200mm的最大轴间距AA。
[0096]在这样的示例的情况下，在环厚度RS为50mm的情况下的具有约494mm的最大可能的基圆直径的锥形内刮齿环100能够总计包括56个向内指向的呈切削齿形式的切削刃顶部111。轴间距AA在此仅为约147mm。
[0097]相比于图3A、3B的示例，在使用具有56个向内指向的切削齿111的内刮齿环100时预期刀具寿命提高多于27%。相比于图4A、4B的示例，预期刀具寿命提高约155%。
[0098]根据本发明的内刮齿环100的另一优点是在切削齿111啮合时的更高的覆盖。所产生的更长的啮合路径引起更好的切屑形成条件。
[0099]在本发明的所有实施形式中，两个旋转轴线Rl和R2彼此偏斜。轴夹角Σ总是不
等于零。
[0100]根据本发明的内刮齿环100优选能够在内部-刮齿加工期间朝向工件50的方向倾斜或者远离工件50倾斜。刀具100的相应的倾斜是可选的。所述倾斜通常用于避免碰撞。但是此外所述倾斜提供下述优点:
[0101]-远离工件倾斜能够实现圆柱形的内部-刮齿轮100，该内部-刮齿轮在精磨时能够实现与由圆柱形的(外部)刮齿轮已知的切削轮廓相同的切削轮廓；
[0102]-朝向工件倾斜能够实现可精磨的平坦设置的杆状刀片。
[0103]借助于图6和7限定倾角δ。
[0104]图6示出内刮齿环100相对于所谓的接触面BE的示意图。相对于根据图6的接触面BE朝向工件倾斜(δ〈O)的视图特别清晰可见。刀具的旋转轴线Rl与接触面BE在切削刃半空间中相交(切削刃半空间稍后在本文中定义)。
[0105]图7示出内刮齿环100相对于所谓的接触面BE的示意图。相对于根据图7的接触面BE远离工件倾斜的视图(δ >0)特别清晰可见。刀具的旋转轴线Rl与接触面BE在切屑半空间中相交(切屑半空间稍后在本文中定义)。
[0106]如果倾角δ等于零，那么内刮齿环100的旋转轴线Rl以一定间距平行于接触面BE延伸，也就是说，旋转轴线Rl与接触面BE不在交点SP相交。
[0107]倾角δ优选在-30度和+30度之间的范围中。
[0108]下面说明在刮齿加工时的倾斜的内刮齿环100的多个示例。
[0109]在图8中示出远离工件倾斜的圆柱形内刮齿环100 (也称为圆柱形环)。有效轴夹角Srff为30度，倾角δ为15度，并且运动学产生的后角在切削刃顶部上为约15度以及在齿面上为约7.5度。圆柱形的内刮齿环100具有假想的圆柱形内周面114。在所示视图中，公垂线GL位于工件50上方。更准确地说，公垂线GL位于内刮齿环100的切削刃半空间中。
[0110]圆柱形的和锥形的内刮齿环100都适于作为远离工件倾斜的刮齿刀具100，其中，由于远离工件倾斜而不会发生内刮齿环100与工件50的碰撞。
[0111]在图9中示出朝向工件倾斜的锥形内刮齿环100。有效轴夹角Seff为30度，倾角δ为-20度。锥形的内刮齿环100具有假想的锥形内周面114。仅锥形的内刮齿环100适于作为朝向工件倾斜的刮齿刀具100，因为否则会导致碰撞。在所示出的视图中，公垂线GL位于工件50下方并且因此是不可见的。更准确地说，公垂线GL位于内刮齿环100的切屑半空间中。
[0112]根据本发明，每个切削刃顶部111或者说每个切削齿具有切削刃顶部尖端122，所述切削刃顶部尖端伸入到内部空间113中并且指向第一旋转轴线Rl的方向。根据本发明的内刮齿环100的各因素例如在图10中可见，在那里出于简单起见仅示出多个杆状刀片120中的三个杆状刀片。在所示出的示例中，所有杆状刀片120的纵轴线LA1、LA2、LA3与旋转轴线Rl相交于一个共同的点。然而也可设想到，所有杆状刀片120的纵轴线LA1、LA2、LA3朝第一旋转轴线Rl的方向偏斜，但不接触旋转轴线Rl。同样地，纵轴线LA1、LA2、LA3不必位于一个平面中。
[0113]该结论也适用于整体刀具(例如参见图14)，所述整体刀具借助集成的切削刃顶部111实现。在此，各纵轴线(在图14中仅示出一个纵轴线LA)也朝旋转轴线Rl的方向延伸。所述纵轴线能够与旋转轴线Rl相交或者在旋转轴线Rl旁边延伸。所述纵轴线不必位于一个平面中。
[0114]在所有实施形式中，切削刃顶部111从基体112的材料中伸出至少一段并且伸入到内部空间113中。
[0115]在图1lA中示出锥形内刮齿环100的极度示意的视图，所述锥形内刮齿环能够结合本发明用于刮齿加工。如在图1lA中的示意图中示出的,刮齿刀具100是具有环形基体112的刀具，所述基体配有优选呈杆状刀片120形式的刀片嵌件。内刮齿环100借助于在此未示出的刀具主轴根据运动技术与机床200连接。内刮齿环100装夹在刀具主轴170上的优选形式的细节可从图15B中得出。杆状刀片120的前刀面121在此位于端侧锥面KE上，其旋转轴线与内刮齿环100的旋转轴线Rl重合。工件50 (在此未示出)在刮齿加工期间至少部分地位于内刮齿环100的内部空间113中。实际上，内刮齿环100的内直径DI和外直径DA明显大于在图1lA中示出的内直径和外直径。内刮齿环100连同切削齿111和其它凸出的元件的总的内直径视为最小内直径。
[0116]优选的是，内刮齿环100的最小内直径在本发明的所有实施形式中是待制成的工件50的外直径DWA的至少1.5倍。特别优选的是，内刮齿环100的最小内直径是待制成的工件50的外直径DWA的至少2倍。除了预设适于无碰撞地容纳工件50的内直径DI以外，还应在确定轴夹角Σ和倾角δ (如果其不等于零)时注意不发生工件50与刀具100的碰撞。除了预设内直径DI或最小外直径、轴夹角Σ和倾角δ (如果其不等于零)以外，内周面114也能够具有用于避免碰撞的锥度(例如在图1lA中示出的)。根据图1lA的内刮齿环100特别适用于朝向工件50的方向倾斜(也就是说，δ小于O度)。
[0117]图1lB示出根据图1lA的内刮齿环100连同圆柱形工件50的极度示意的视图，其中，预设-20度的倾角δ。内刮齿环100具有作为内置的碰撞轮廓的内周面114，该内周面选择为，使得其尽管以S =-20度明显朝向圆柱形工件50倾斜，但仍不会导致内刮齿环100与工件50的碰撞。相比图11Α，在图1lB中内刮齿环100和工件50的比例更与现实相符。
[0118]在图12Α中示出锥形内刮齿环100的极度示意的视图，该锥形内刮齿环能够结合本发明用于刮齿加工。如在图12Α中的示意图所示出的,刮齿刀具100是具有环形基体112的刀具，所述基体配有优选呈杆状刀片120形式的刀片嵌件。内刮齿环100借助于在此未示出的刀具主轴根据运动技术与机床200固定。杆状刀片120的前刀面121位于端侧锥面KE上，其旋转轴线与内刮齿环100的旋转轴线Rl重合。工件50 (在此未示出)在刮齿加工期间至少部分地位于内刮齿环100的内部空间113中。实际上，内刮齿环100的内直径DI和外直径DA比在图12A中所示出的内直径和外直径明显更大。
[0119]根据图12A的刀具100再次包括具有锥度的内周面114。根据图12A的内刮齿环100特别适用于远离工件50倾斜(也就是说，δ大于O度)。
[0120]图12Β示出根据图12Α的内刮齿环100连同圆柱形工件50的极度示意的视图，其中预设20度的倾角δ。内刮齿环100具有作为内置的碰撞轮廓的内周面114，所述内周面选择为使得其不会导致内刮齿环100与工件50的碰撞，但是最优地保持杆状刀片，也就是说，尽可能少地从基体112中伸出。要注意的是，相比根据图12Α和12Β的刀具100的情况，根据图1IA和IlB的刀具100的内周面114正好相反地锥形延伸。
[0121]在朝向工件倾斜时，内刮齿环100优选锥形地构成，以便避免碰撞。在远离工件倾斜时，内刮齿环不必构成为锥形的。在这种情况下，所述内刮齿环例如也能够构成为圆柱形的。在图12Α和12Β中，内刮齿环100本身不是由于避免碰撞而是锥形的，而是因为由于远离工件倾斜而存在足够的空间，以便能够因此更好地保持/包围杆状刀片120。
[0122]图13示出内刮齿环100的一部分在内部刮齿加工直齿工件50时的示意性立体图，其中，仅示出内刮齿环100的几个杆状刀片120。在直齿工件50上，齿51或者在各齿51之间的齿槽52几乎已经制成。内刮齿环100的环形基体112被隐去。借助于图13能够很好地看到，杆状刀片120的刀杆(在此以矩形横截面示出)能够毫无问题地且无碰撞地设置在环形基体112中。在图13中，两个圆Kl和Κ2确定端面SE，如结合图10已经提及的。在图13中在切削齿111的各杆状刀片120中的一个杆状刀片上标明前刀面121和纵轴线LA。在所示示例中，切削齿111的前刀面121略微相对于端面SE倾斜。
[0123]图14示出内刮齿环100的一部分在从斜上方内部刮齿加工直齿工件50时的示意性立体视图，所述内刮齿环在此构造为整体刀具。内刮齿环100和工件50在此以剖面示出。在直齿工件50上，齿51或者在各齿51之间的齿槽52几乎已经制成。切削齿111在此是内刮齿环100的环形基体112的集成的组成部分。在图14中，在切削齿111中的一个切削齿上标明前刀面121和纵轴线LA。在所示出的示例中，切削齿111的前刀面121略微相对于端面SE倾斜。
[0124]借助于图13和图14可见，当所有切削齿111构造在内刮齿环100的内周面上时，在根据本发明的内部刮齿加工中总是多于仅一个切削齿111啮合到工件50的相应齿槽52中并且进行切削。
[0125]内部-刮齿加工方法包括下述步骤:
[0126]-使内刮齿环100围绕第一旋转轴线Rl转动；
[0127]-使工件50围绕第二旋转轴线R2耦合转动；以及
[0128]-执行内刮齿环100相对于工件50在平行于第二旋转轴线R2的方向上的轴向进给运动VB。
[0129]两个旋转轴线Rl、R2在刮齿加工期间以轴夹角Σ相对于彼此偏斜地设置。
[0130]内刮齿环的特征在于，内刮齿环100形成内部空间113并且具有多个切削齿111。在每个切削齿111上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端122和前刀面121。所有切削齿111的前刀面121相对于第一旋转轴线Rl旋转对称地设置在内刮齿环100的端面SE或端侧锥面KE上。切削齿111伸入到内部空间113中并且指向第一旋转轴线Rl的方向。
[0131]根据本发明，通过内刮齿环100相对于工件50的相应的轴向进给VB产生与切削方向相反的进给方向或相同的进给方向。进给运动VB的方向在图13和14中标明。例如在图15A中示出的相应的机床200利用CNC控制装置201产生适宜的运动。
[0132]在所有实施形式中，有效轴夹角Seff优选处于下述范围中:-60° <Σε--〈60°，Seff ^ 0°。特别优选的是，有效轴夹角Σeff的数值在5度和45度之间。
[0133]内刮齿环100围绕第一旋转轴线Rl和工件50围绕第二旋转轴线R2的耦合转动运动以及刮齿刀具100相对于工件50的进给运动VB的CNC控制的叠加引起内刮齿环100的切削齿111的切屑去除的刮齿运动。
[0134]在内部-刮齿加工开始时，内刮齿环100能够径向从外向内刺入到工件50的材料中，或者内刮齿环100能够轴向地、即从工件50的端侧53刺入。在图5A和5B中，上端侧例如以附图标记53来标识，并且下端侧以附图标记54来标记。
[0135]在下面的段落中给出对根据本发明的内部-刮齿加工的进一步详细说明。
[0136]原则上，在内刮齿环100和工件50之间的相对运动在内部-刮齿加工时也相应于螺旋齿轮传动，也称为展成螺旋式齿轮传动。螺旋齿轮传动是一种空间传动。
[0137]因此，内 部-刮齿加工过程的基本设计如同传动设计在所谓的设计点AP (例如参见图2B)上进行。在此，基本设计理解为确定内刮齿环100相对于工件50的空间布置和运动(在运动学上)以及确定内刮齿环100的几何基本尺寸(在此也称为刀具基本几何尺寸)如基圆直径、锥度和螺旋角。
[0138]在设计点AP上尽可能最优地构成几何的和运动学的啮合条件
(Eingriffsverhaltnisse )。啮合条件随着距设计点AP的距离的增加而变化。在本文
中，内部-刮齿加工构成一种非常复杂的方法，其中，啮合条件即使在切削刃运动时也持续地变化。然而能够经由在设计点AP上的啮合条件有针对性地影响变化的啮合条件。
[0139]因此，在设计点AP上的啮合条件的具体设计在设计刮齿加工过程时具有重要的意义。
[0140]关于轴布置的术语:
[0141]为了确定轴布置需要多个术语。这些术语在下表中说明。
[0142]
【权利要求】
1.一种用于通过使用刮齿刀具刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构(51、52)的工件(50)的方法，所述刮齿刀具包括多个切削刃，所述方法具有下述步骤: -使所述刮齿刀具围绕所述第一旋转轴线(Rl)转动； -使所述工件(50)围绕所述第二旋转轴线(R2)耦合转动； -执行所述刮齿刀具相对于所述工件(50)在平行于所述第二旋转轴线(R2)的方向上的轴向进给运动(VB )； 其中，在刮齿加工期间，两个旋转轴线(Rl、R2)以轴夹角(Σ )彼此相对偏斜地设置， 其特征在于，所述刮齿刀具是内刮齿环(100)，该内刮齿环 -形成内部空间(113)， -具有多个切削齿(111)，其中，在每个切削齿(111)上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端(112)以及前刀面(121)， -其中，所有切削齿(111)的前刀面(121)相对于所述第一旋转轴线(Rl)旋转对称地设置在所述内刮齿环(100)的端面(SE)或端侧锥面(KE)上，并且 -其中，各切削齿(111)伸入到所述内部空间(113)中并且指向所述第一旋转轴线的方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各前刀面(121)单独地相对于所述端面(SE)或端侧锥面(KE)倾斜地设置。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)是具有内部轮廓或内周面(114)的环形基体(1 12)，所述内部轮廓或内周面是圆柱形或锥形的。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述前刀面(121)构造为平坦的面或构造为弯曲的面。
5.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述工件(50)具有外直径(DWA)，并且所述内刮齿环(100)具有最小内直径，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DffA)的至少1.5倍。
6.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述工件(50)具有基圆直径(dw2)，并且所述内刮齿环(100)具有基圆直径(dwl)，所述内刮齿环的基圆直径是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少1.5倍。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DWA)的至少2倍。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)的基圆直径(Clwl)是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少2倍。
9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述内刮齿环(100)在刮齿加工期间朝向所述工件(50)倾斜或远离所述工件(50)倾斜。
10.一种用于通过使用刮齿刀具(100)刮齿加工具有外置的旋转对称的周期结构(51、52)的工件(50)的设备(200)，具有: -用于固定所述刮齿刀具的刀具主轴(170)； -用于固定所述工件(50)的工件主轴(180); -数控驱动装置，用于耦合地执行进给运动(VB)并且用于使所述刮齿刀具(100)连同刀具主轴(170)围绕所述第一旋转轴线(Rl)以及使所述工件(50)连同工件主轴(180)围绕所述第二旋转轴线(R2)耦合地转动， -呈内刮齿环(100)的形式的刮齿刀具,该内刮齿环 -形成内部空间(113)， -具有多个切削齿(111)，其中，在每个切削齿(111)上安设至少一个切削边、切削刃顶部尖端(112)以及前刀面(121)， -其中，所有切削齿(111)的前刀面(121)相对于所述第一旋转轴线(Rl)旋转对称地设置在所述内刮齿环(100)的端面(SE)或端侧锥面(KE)上，并且 -其中，所述切削齿(111)伸入到所述内部空间(113)中并且指向所述第一旋转轴线(Rl)的方向， 其中，所述设备(200)具有数字控制装置(201)或能够与数字控制装置(201)连接，该数字控制装置设计用于在刮齿加工期间预设轴夹角(Σ )，以便使两个旋转轴线(Rl、R2)在刮齿加工期间彼此相对偏斜地设置。
11.如权利要求10所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)形成圆形的内部空间(113)。
12.如权利要求10或11所述的设备(200)，其特征在于，所述前刀面(121)单独地相对于所述端面(SE)或端侧锥面(KE)倾斜地设置。
13.如权利要求10、11或12所述的设备(200)，其特征在于，所述工件(50)具有最大外直径(DWA)，并且所述内刮齿环(100)具有最小内直径，所述最小内直径是所述工件(50)的外直径(DWA)的至少1.5倍。`
14.如权利要求10、11或12所述的设备(200)，其特征在于，所述工件(50)具有基圆直径(dw2)，并且所述内刮齿环(100)具有基圆直径(dwl)，所述内刮齿环的基圆直径是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少1.5倍。
15.如权利要求13所述的设备(200)，其特征在于，所述最小内直径是所述工件(50)的最大外直径(DWA)的至少2倍。
16.如权利要求14所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)的基圆直径(dwl)是所述工件(50)的基圆直径(dw2)的至少2倍。
17.如权利要求10至16之一所述的设备(200)，其特征在于，所述数字控制装置(201)设计用于在刮齿加工期间使所述内刮齿环(100)朝向所述工件(50)倾斜或远离所述工件(50)倾斜，其中，倾角(δ )优选能够预设在-30度和+30度之间的范围中。
18.如权利要求10至17之一所述的设备(200)，其特征在于，所述内刮齿环(100)具有最大外直径(DA)，并且所述设备(200)具有工作空间(AR)，该工作空间在所述第一旋转轴线(Rl)与所述第二旋转轴线(R2)的轴间距方向上的最大尺寸比所述内刮齿环(100)的最大外直径大最多50%。
【文档编号】B23F21/04GK103635280SQ201280031814
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年5月15日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】O·福格尔 申请人:克林格伦贝格股份公司
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