用于滚削加工工件以制造倒棱的方法与流程

本发明涉及一种用于滚削带齿的工件的方法，其中，能绕刀具轴线旋转的、带齿的刀具在接触区内在绕工件轴线旋转的工件上滑动，所述工件主轴定义x方向，接触区的朝向工件轴线的垂线定义z方向，并且x方向、y方向和z方向形成直角坐标系，刀具轴线相对于x方向偏转一个方位角

背景技术：

在滚铣时，利用滚铣刀的齿向工件中切削出齿部，工件和滚铣刀在相互啮合时都是旋转的。接着，通常对于工件的齿端棱边进行倒棱，一方面用于清除工件上的毛刺，另一方面是为了实现边折(Kantenbrüche)。倒棱原则上可以以切削的方式或以成形的方式进行。

在成形方式的倒棱中，倒棱刀具的一个部分挤压到工件的齿端棱边上，从而使工件的材料发生局部塑性变形。此时在工件相应的齿的端侧上形成二次毛刺(二次毛刺通常利用切削刀具除去)并且在相应齿的齿面上形成材料凸起部。这种材料凸起部可以通过精铣或滚光来除去。成形方式的倒棱因此涉及利用专门刀具或机床实施的多个单个步骤，这使得这种方式较为复杂。带有后续成形式倒棱的滚铣加工的一个例子由EP 2 066 473 B1已知。

在工件的齿端棱边上制造倒棱也可以切削式地进行。由EP 1 495 824 B1已知，以类似于盘铣刀的去毛刺刀具沉入工件的两个相邻齿的齿面之间。在去毛刺刀具上沿周向前后依次设置齿，所述齿的齿端面用作切削面，所述切削面基本上平行于径向方向并且平行于刀具轴线定向。这种方式也以术语“斜切(Chamfer Cut)”已知，例如见德国Fette GmbH的公司文献“und Entgraten in einem Arbeitsgang.CHAMFER-CUT”，未标明日期，2014年6月5日下载，或者也见德国肯普滕的Liebherr-Verzahntechnik GmbH的公司文献“LC 180Chamfer Cut”，标明日期为2013年9月。

并且斜切法允许在与滚铣刀相同的主轴上使用去毛刺刀具。但只能制成较为平坦的倒棱角(相对于工件齿部的斜角测量)。此外，沿轴向与工件齿部相邻地需要沿径向在齿根下方在工件上存在自由空间；否则去毛刺刀具通常会形成不希望的干涉轮廓。

为了制造齿部，除了滚铣，还已知滚削法(英语“skiving”)，例如参见德国埃施韦格的Antriebstechnik GmbH的公司文献未标明日期，2014年6月4日下载。在滚削时，齿端棱边基本上垂直于刀具轴线定向的带齿的刀具在工件上滚动，这里，刀具轴线相对于工件轴线偏转确定的角度，多数约为30°(“轴线交角”)。在滚削加工时，刀具相对于工件平行于工件轴线运动(“轴向进给”)。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种方法，利用该方法能以简单的方式在带齿的工件上制成倒棱，所述方法受到较少的几何上的限制。

所述目的通过前面所述类型的方法来实现，其特征在于，刀具轴线还相对于z方向偏转一个极角Θ<90°，并且利用所述刀具在带齿的工件上制造倒棱。

根据本发明，使用一种改进的用于在带齿工件的齿端棱边的边缘上制造倒棱的滚削方法。

为此，使用这样的带齿的刀具，所述刀具具有常见的齿部，所述齿部具有基本上沿刀具轴线(刀具旋转轴线)延伸的齿(必要时有一定的斜角)和基本上垂直于刀具轴线定向的齿端棱边。所述齿端棱边用作切削面。所述刀具为了制造棱边在工件上滚动并在此时相对于工件沿工件轴线(工件旋转轴线)、即沿x方向移动。刀具的削作用因此是从刀具的一个端侧开始的。沿x方向的进给方向确定工件上的倒棱的轴向深度，并且轴向深度因此通常比工件齿部的轴向厚度小很多。

但与常规的滚削不同，所述刀具轴线不仅在相对于工件轴线(x轴)的定位角上在xy平面中倾斜，而且还从xy平面中偏转出来。因此，相对于z轴成一个小于90°的极角Θ。刀具轴线从xy平面中偏转出来的角度这里也称为γ。

要注意的是，xy平面中的方位角这里是沿这样的旋转方向作为正值测得的，在所述旋转方向上得到在数值上相对于x轴最小的角度。极角Θ是沿这样的旋转方向作为正值测得的，在所述旋转方向上在数值上得到相对于z轴最小的角度。

利用这种双重的偏转，可以有目的地利用刀具齿端面的棱边在工件上制造倒棱或沿工件齿端面的棱边移动，而不会在齿部中产生干涉轮廓。沿轴向与工件的齿部相邻地不需要在齿根下方存在自由空间。

此外，倒棱的几何形状在该方法中可以有多种变化。尽管工件上的材料去除(或者说倒棱形状)主要通过刀具的形状来确定，但也可以通过刀具与工件的差速来参与确定材料去除(或倒棱形状)。此外，在制作倒棱期间也可以附加于沿x方向的进给设置沿z方向的进给，利用沿z方向的进给同样可以设置倒棱的形状。在实践中特别是可以将倒棱角(即倒棱面与工件的齿的纵向方向之间的角度)选择为任意大小，特别是即使当工件的齿部斜角较大时也是这样。

工件和刀具之间的接触区在滚削加工期间实际上是位置固定的并且仅有极小的延展；如果需要，可以将时间上平均的位置处的接触区中心用于定义z方向。

在根据本发明的方法的一个有利的变型方案中，方位角大于或等于10°，尤其是为通过足够大的方位角，可以避免在工件上制造倒棱时发生毂损伤。所述方位角(轴线交角)也在很大程度上参与确定倒棱上的材料去除。方位角在实践中通常选择为20°或更大。要注意的是，方位角这里是沿这样旋转方向测定为正，在该旋转方向上在数值上得到相对于x轴的最小角度；因此，可能的最大的方位角为90°。

同样有利的是这样的变型方案，其中极角Θ小于或等于70°，特别是10°≤Θ≤50°。换而言之，刀具轴线以20°或更大的角度γ从xy平面中偏转出来。通过足够大的角度γ实现了，在制造倒棱时不会在工件的齿部中产生干涉轮廓。要注意的是，这里极角Θ是沿这样的旋转方向作为正值测得的，在该旋转方向上在数值上得到相对于z轴的最小角度；因此，可能的最大的极角Θ为90°。

在一个优选的方法变型中，在制造倒棱时，刀具仅沿x方向相对地朝工件移动。这种处理方式是特别简单的，并且特别是很好地适合于工件上的沿径向方向较短的倒棱。沿x方向的进给确定工件上的倒棱的轴向深度。为了制造倒棱原则上只需要很小的沿x方向的进给长度，多数为3mm或更小，通常甚至为1.5mm或更小。

在一个有利的备选实施形式中，在制造倒棱期间，刀具既沿x方向相对地朝工件移动，也沿z方向相对地远离工件移动。通过这种处理方式，可以在工件上很好地制造出沿径向方向延展的倒棱。特别是也可以在工件的齿根处设置倒棱。

在一个优选的方法变型中，在制造倒棱期间，刀具与工件同步地以光滑的差速比旋转。换而言之，以刀具和工件的旋转速度的这样的比率进行滚削，所述比率恰好等于工件与刀具的齿数比。这种方式是特别简单的，因为刀具相对于工件的轴向进给可以与工件和刀具的旋转无关地进行；这种处理方式特别是可以很好地在工件的齿部没有斜角(平行于轴线的齿部)的情况下使用。

在一个备选的有利的方法方案中，在制造倒角期间，刀具和工件以不光滑的差速比旋转。换而言之，以刀具和工件的旋转速度的这样的比率进行滚削，所述比率不同于工件与刀具的齿数比。通过差动转速可以影响所制造的倒棱的几何形状。在这个变型中，特别是可以很好地在工件的具有斜角的齿部上产生倒棱。

此外，在一个优选的方法变型中，在同一时间，仅在带齿的工件的一个端侧上制造工件的一个倒棱。换而言之，在工件的该端侧(或其齿部上)，在相应的齿或该齿的端侧上仅制造左侧的倒棱或仅制造右侧的倒棱，而不是同时制造左侧和右侧的倒棱。由此可以相互独立地设置倒棱角，特别是通过在制造两个倒棱时不同地选择极角、方位角、差速比、x进给和/或z进给来设置倒棱角。在本发明的范围内，通常单独地并且按任意顺序在时间上先后地制造工件每个端侧上的两个倒棱，即总共4个倒棱。

在一个有利的方法变型中，在同一时间，在带齿的工件上在沿轴向相对置的端侧上分别制造一个倒棱。通过并行地制造两个倒棱可以加快整个工件的制造。但对于这个方法方案，需要两个彼此独立的、带齿的刀具，以便通过根据本发明的滚削方法同时在工件(或其齿部)的两个端侧上制造两个倒棱。

在一个特别优选的方法方案中，使用这样的刀具，所述刀具在垂直于刀具轴线的横截面中具有不对称的齿面。由此可以在制造倒棱时避免在工件上出现干涉轮廓，其方式特别是，避免与带有主切削刃的齿面相对置的齿面与工件接触。

这个方法方案的一个改进方案中设定，所使用的刀具具有用于与工件接触的主切削刃和相对置的不与工件接触的非主切削刃，所述主切削刃具有相对于径向方向测量的切屑刃角ε1，所述非主切削刃具有相对于径向方向测量的切屑刃角ε2，并且|ε1|≥|ε2|+10°、优选|ε1|≥|ε2|+20°。在这个改进方案中，非主切削刃(或者说，与带有主切削刃的齿面相对置的齿面)与主切削刃相比回缩，就是说更为靠近地朝径向方向翻转，以便避免非主切削刃与工件发生不希望的接触，例如在工件的齿部中或在齿根处发生接触。

优选的还有这样的方法方案，其中，使用这样的刀具，所述刀具在轴向上沿刀具轴线离开接触区延伸8mm或更少，优选延伸4mm或更少。通过轴向较短的结构形状，可以避免形成干涉轮廓，特别是避免沿轴向与工件齿部相邻地在齿根下方形成干涉轮廓。由于刀具的切削作用主要发生在基本上垂直于刀具轴线的齿端棱边处，对于倒棱的制造，刀具的轴向延伸并不重要；但刀具的轴向厚度尺寸应这样来设计，使得确保在切削倒棱时有足够的机械稳定性。

同样优选的是这样的方法方案，其中，使用这样的刀具，所述刀具在一个轴向部段中沿刀具轴线远离接触区地渐缩，优选锥形地渐缩。由此也可以防止在工件上产生干涉轮廓，特别是防止沿轴向与工件齿部相邻地在齿根下方形成干涉轮廓。

用于执行根据本发明的方法的装置

在本发明的范围内还包括用于对带齿工件进行滚削加工的装置，所述装置适于执行上面所述的根据本发明的方法，所述装置具有：工件主轴，用于使带齿的工件绕工件轴线旋转，所述工件轴线沿x方向延伸；刀具主轴，用于使带齿的刀具绕刀具轴线旋转；以及，刀具主轴支座，所述刀具主轴保持在所述刀具主轴支座上，并且所述刀具主轴支座通过马达式的移动装置分别能沿x方向、y方向和z方向直线移动，所述x方向、y方向和z方向构成直角坐标系，刀具轴线相对于x方向偏转一个方位角并且刀具轴线还相对于z方向偏转一个极角(Polarwinkel)Θ<90°。利用根据本发明的装置可以在带齿的工件上用切削的方式制造倒棱，特别是按上面所述根据本发明的方法制造倒棱，其中可以在很大的范围内选择倒棱角，并且可以避免在工件上出现干涉轮廓。要注意的是，定位角通常为10°或更大，并且多数为20°或更大，极角Θ多数为70°或更小。

在根据本发明的装置的一个优选的实施形式中，刀具主轴支座通过马达式的旋转装置能绕旋转轴线(DA)旋转，其中，旋转轴线(DA)特别是沿z方向延伸。利用马达式的旋转装置，刀具主轴或设置在这里的刀具能为了加工工件的两个侧面(或其齿部的两个端侧)改变位置；两个工件侧面此时可以以快速的顺序加工。通常，仅在两个旋转了180°的旋转位置之间进行切换，以便加工工件的正面和背面。

此外，有利的是这样的实施形式，其中，所述刀具主轴和用于使另一个带齿刀具绕另一个刀具轴线旋转的另一个刀具主轴保持在刀具主轴支座上。利用刀具主轴上的所述刀具和所述另一个刀具主轴上的另一个刀具，可以在相同的工件侧面制造工件的齿的左侧倒棱和右侧倒棱。这两个倒棱由此可非常快速地先后制成。

在这个实施形式的改进方案中设定，所述另一个刀具轴线相对于x方向偏转另一个与所述刀具轴线的方位角大小相等方向相反的方位角并且所述另一个刀具轴线相对于z方向偏转一个与所述刀具轴线相等的极角Θ。通过所述刀具轴线和所述另一个刀具轴线的这种定向，可以在相同的条件下制造左侧倒棱和右侧倒棱。

优选的还有这样的实施形式，该实施形式设定，所述装置具有旋转保持件，工件主轴和至少一个另外的工件主轴设置在所述旋转保持件上，在所述装置上还设置至少一个具有滚铣头的工位，用于对一个所述工件主轴上的工件进行滚铣加工，在所述装置上还设置一个带有刀具主轴支座的工位，用于对另一个工件主轴上的工件进行倒棱加工。通过所述旋转支座可以使工件快速地在工位之间切换，并且此外还可以在两个工位上对工件进行并行加工，由此实现了高的机器负荷。

在一个优选的实施形式中，x方向和z方向位于一个水平的平面内。在这种情况下，刀具在侧面作用到工件上，从而切屑可以容易地落下并且不会妨碍进一步的工件加工。

本发明的其他优点由说明书和附图中得出。同样，前面提及的和还将继续说明的特征根据本发明分别能单独地或以多个任意组合的方式得以应用。所示和所述的实施形式不应理解为穷尽的列举，而是为了说明本发明具有示例性的性质。

附图说明

附图中示出了本发明，并且根据实施例来详细说明本发明。其中：

图1示出在根据本发明的方法中工件和刀具走向的示意图；

图2a示出在根据本发明的方法中刀具的方位角倾斜的示意图；

图2b示出在根据本发明的方法中刀具的极角倾斜的示意图；

图3示出根据本发明的方法中工件和刀具的滚动的示意图；

图4示出根据本发明的用于滚削加工以执行根据本发明的方法的装置的一个实施形式的示意性立体图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于通过带齿的刀具在带齿的工件1上、这里是齿轮上制造倒棱的方法。

带齿的工件1保持在这里没有示出的工件主轴上，所述工件主轴使工件1绕工件轴线WSA旋转(也见箭头所示)。工件轴线WSA同时定义x方向。工件1具有齿部4，所述齿部中，各个齿5基本上平行于工件轴线WSA延伸，这里相对于工件轴线WSA成约为15°的小斜角。齿5的齿端棱边6在工件1的正面8以及在工件1的背面7上都基本上垂直于工件轴线WSA。

这里，在工件1背向观察者的背面7上的齿5的齿端面的棱边上应设置倒棱。为此目的，工件1在刀具2上滚动。刀具2直接在工件轴线WSA的上方在接触区KZ的范围内接触工件1，所述接触区在所示的方案中位于在工件1的背面7。从接触区KZ到工件轴线WSA或x轴的铅垂线定义z方向；正的z方向这里定义为从x轴朝向接触区KZ。要注意的是，接触区在图1中夸大地示出；实际上，工件1与刀具2发生接触的空间范围非常小。

刀具2具有齿部9，齿10基本上平行于刀具轴线WZA，刀具2绕所述刀具轴线旋转地设置在未示出刀具主轴中，所述旋转也见箭头方向14。齿10的齿端面11、12基本上垂直于刀具轴线WZA定向。

刀具轴线WZA根据本发明以特殊的方式相对于工件轴线WSA或x方向定向；这个定向可以最好地在具有x、y和z轴的直角坐标系中描述，并参考球坐标中常见的角(坐标)名称来描述。

刀具轴线WZA一方面相对于x方向在xy平面中偏转一个大于0°的方位角在所示方案中，方位角约为30°。为了能更好地看到该方位角附加地示出刀具轴线WZA在x'y'平面上的投影13；坐标x'、y'、z'给出一个相对于xyz坐标系平行移动的坐标系，在这个坐标系中，能够容易地直接看出刀具轴线WZA的偏转角。

刀具轴线WZA另一方面相对于z方向偏转一个极角Θ，所述极角Θ略小于90°。换而言之，刀具轴线WZA以角度γ从x'y'平面朝z'轴偏转出来，其中γ＝90°-Θ。在所示的方案中，极角Θ约为50°，而角度γ相应地约为40°。

在制造倒棱期间，工件1和刀具2按箭头方向3、14旋转，同时刀具2相对于工件1至少沿x方向朝工件1运动；如果希望，还可以为了调整倒棱形状叠加一个相对的z运动。旋转速度(角速度)的比例这里通常等于齿数比的倒数，就是说，每单位时间旋转的齿的个数对于工件1和刀具2是相同。在所示方案中，工件1在圆周上具有29个齿5，相反，刀具2在其圆周上具有44个齿10。相应地，工件1的旋转速度选择为刀具2的旋转速度的44/29倍(“具有光滑差速比的同步旋转”)。备选地，也可以设置这样的差速比，即对于工件1和刀具2，每单位时间转过的齿的数目略微不同(“具有不光滑差速比的同步旋转”)；例如工件1的旋转速度可以为刀具2的旋转速度的44.1/29倍，以便影响倒棱的形状。

在所示实施形式中，刀具2的轴向厚度AD较小，特别是相对于工件齿部4的深度较小。此外，刀具2远离上侧15地渐缩，这里在其整个轴向厚度DA上以基本上为锥形的形式渐缩，就是说，齿10的外半径在靠近上侧15(在所述上侧上构成刀具2的切削面，为此也可以参见图3)大于靠近下侧处的半径。通过这两个措施，能够可靠地将刀具2与工件1的接触限制在齿10的上部齿端面11的棱边的区域上；特别是齿10的在远离上端面11的齿面和下齿端面12不会在工件1上形成干涉轮廓。

在图2a和2b中在此分阶段地说明刀具轴线WZA相对于工件轴线WSA的偏转。

由工件1的工件轴线WSA(沿x方向定向)和刀具2的刀具轴线WZA的首先平行的定向出发，首先使刀具2朝y轴偏转一个方位角见图2a，这终止与用Bzz.2表示的定向上。这种偏转对应于传统的滚削。

对于这个位置，根据本发明，附加地进行以角度γ朝z方向(或z'轴)的另一个偏转，这结束于刀具2的定向2”，见图2b。由此建立了极角Θ＝90°-γ

可以理解的是，在实践中，可以按任意顺序或者也可以相对于彼此同时地设置角度和Θ；同样也可以在加工机床上确定地预先规定角度和Θ。对于根据本发明的方法，重要的是在制造倒棱时刀具2相对于工件1的最终定向(这里用Bzz.2"表示)。

图3详细说明了，刀具2如何在工件1的齿5上制作倒棱。在所示的透视图中，近似地沿刀具轴线WZA向刀具2和工件1观察。

刀具2的齿10在其朝向工件1的齿端面11上分别具有在图3中左侧的主切削刃32。这个主切削刃32或相关的齿面这里相对于刀具2的一个径向方向33具有约为45°的切削刃角ε1。非主切削刃34或与主切削刃32相对置的相关齿面具有约为35°的切削刃角ε2。就是说，齿10具有不对称的齿面。

在图3的方案中,刀具2的齿10在工件1和刀具2滚动时从侧面沉入工件1的齿5的空隙中，见箭头方向3、14。这里主切削刃32首先贴靠在一个齿5右侧齿面35的朝向刀具2的棱边的下部上，然后沿齿面35的该棱边向上滚削；齿10的齿端面31由此用作切削面。由此制成倒棱30。就是说，这里通过(沿轴向)从外向内的切削运动形成倒棱30。切屑在这个过程中从齿5的空隙中被排出。非主切削刃34相反不与工件1接触。

通过刀具2的至少具有沿工件轴线WSA朝向工件1的运动分量的移动，加大了倒棱30(即加深和加宽)。

在所示方案中，倒棱角δ近似为30°，倒棱角是指倒棱30的面与齿面35相邻的面之间的角度(齿面这里以约25°的斜角β延伸)。

要注意的是，通过使旋转方向反转，可以将主切削刃32的滚削设置成从上向下沿齿5的齿面35的棱边进行。

图4示出根据本发明的用于给带齿的工件1倒棱的装置10(加工机床)，特别是用于按根据本发明的方法加工工件。

所述装置40具有用于对工件1进行滚铣加工的工位41，所述工位带有滚铣刀42，所述滚铣刀带有常规的旋转和运动轴线。此外，所述装置40还具有用于给工件1倒棱的工位43，这个工位在下面详细说明；工位43多数还用于工件更换，因为与滚铣工件1相比，给工件1倒棱通常需要的时间较少。

在所示实施形式中，设有旋转保持件44，所述旋转保持件能沿箭头方向45旋转并且由此将两个工件主轴46、47定位在工位41、43上并且特别是(在工位间)进行互换。旋转保持件44这里能绕水平的轴线转动，并且工件1绕其转动的工件主轴轴线这里同样水平布置。通常工件1在工位43处夹紧在工件主轴46、47上，通过旋转保持件44的旋转将工件带至用于滚铣的工位41，通过旋转保持件44的旋转将工件带回用于倒棱的工位43并重新放松夹紧；这个过程在两个工件主轴46、47上并行地进行并且相互错开半个相位地进行。

下面详细说明用于倒棱的工位43。

这里，带有带齿刀具2的刀具主轴49以及具有另一个带齿刀具51的另一个刀具主轴50设置在刀具主轴支座48上。刀具主轴支座可以通过马达式的移动装置(十字刀架系统)52沿相互垂直的方向x、y、z直线移动，并且还能利用马达式的旋转装置53绕平行于z方向的旋转轴线DA旋转。所述x方向这里是水平的并且平行于工件主轴46的工件主轴轴线定向，y方向竖直延伸，而z方向也水平延伸。

在所示移动位置中，恰好在以刀具主轴49上的刀具2在工件主轴46上的工件1上在所述工件的下侧制造第一倒棱；刀具2为此从左侧，就是说从z方向出发与工件1接触。为了在下侧上制造第二倒棱，刀具主轴支座48利用马达式的移动装置(十字刀架系统)52转移定位，使得在所述另一个刀具主轴50上的所述另一个刀具51从左侧接触工件1.

要注意的是，刀具主轴49的刀具轴线WZA相对于x方向向下偏转了定位角(参见相关平行移动的x'轴和刀具轴线WZA的投影13)，而另一个刀具主轴50的另一个刀具轴线WWZA相对于x方向向上偏转了反向相等的定位角(参见相关平行移动的x'轴和另一个刀具轴线WWZA的投影13a)。此外，还要注意的是，刀具主轴49的刀具轴线WZA相对于z方向偏转了一个极角Θ(参见相关平行移动的z'轴)，而另一个刀具主轴50的另一个刀具轴线WWZA相对于z方向偏转了相等的极角Θ(也参见相关平行移动的z'轴)。

为了在工件主轴46中的工件1的上侧8上制造两个倒棱，刀具主轴支座48利用马达式的旋转装置53绕旋转轴线DA摆动了180°。此时，可以在工件1的上侧8用刀具2设置第一倒棱而用于所述另一个刀具51设置第二倒棱(未详细示出)。

要指出的是，原则上可以以任意顺序在工件1上设置总共四个倒棱。但通常在时间上有利的是，分别直接相继地制造工件1一个侧面(上侧或下侧)的两个倒棱。

总而言之，本发明涉及一种用于在带齿的工件(1)上制造倒棱(30)的方法，其中，具有用作切削面的齿端棱边(11、31)的带齿的刀具(2)在工件(1)上滚动，所述齿端棱边近似垂直于刀具轴线(WZA)。这里，在切削面(1、31)的侧面棱边上构成的主切削刃(32)在工件(1)的齿端面(6)的棱边上滑动。刀具轴线(WZA)不仅以方位角相对于工件轴线(WSA)偏转，如在传统滚削中那样，而且附加地以小于90°的极角相对于工件(1)与刀具(2)的接触区(KZ)的垂线朝工件轴线(WSA)偏转。特别是当在工件上沿轴向在齿部一侧没有或仅有很少自由空间时和/或希望有大倒棱角时，在本发明的范围内这样加工倒棱可以在所有类型的带齿工件、例如齿轮、带有齿区域的轴或传动装置上使用。