一种齿轮毛坯去毛刺的方法与流程

本发明涉及一种齿轮毛坯去毛刺的方法，特别涉及一种对由具有明显不对称形状的去毛刺刀具形成的齿边(倒角切割)处的倒角大小、倒角形状以及倒角对称性进行修正的方法。

背景技术：

倒角切割铣刀是一种成形刀具，具有明显不对称廓形且在连续的成形铣削过程中在齿型工件的齿边处形成倒角。铣刀的特征进一步在于具有大量的齿。与滚刀相比，倒角切割铣刀是连续作业，而不是滚动作业。

这意味着倒角切割铣刀的每一个齿，进入新的间隙，沿着齿接的端面形成倒角。然而，这在一些廓形切割中并不能实现，比如在齿轮滚削中，而是通过整体切割形成倒角的整个廓形(齿面和齿根)的工具的特殊廓形来实现。

因此，倒角切割铣刀与工件密切关联。当相同的滚刀的例如螺旋角、廓形偏移或者齿数目不同时，由相同的滚刀(或相同参考廓形)制造的齿接也需要单独的倒角切割铣刀。

给圆柱形直齿轮倒角的工具套装通常包括两个完全一样的倒角切割工具，各自对应齿接的上端面和下端面。但是，当齿接只有一面需要去毛刺时，或者当铣刀可以旋转180°时，也可以只用一个铣刀。对于上表面和下表面都需要倒角的锥形齿接，必须有两个不同的倒角切割工具。

所述两个倒角切割铣刀被反向夹持在心轴上，以使齿接的上端面和下端面在工具旋转反方向上形成倒角。因此，在两个加工步骤之间，需改变工具主轴的旋转方向。

用倒角切割铣刀给齿轮倒角的通常方法在EP1 495 825 A中有描述。其中描述了一种从齿轮毛坯加工齿轮的方法，所述方法是用安装在旋转驱动的工具轴上的滚刀加工夹持在加工工具上的旋转驱动的齿轮毛坯，并利用旋转驱动的去毛刺工具为后续生产出的原始齿轮进行去毛刺，从而齿槽的前边形成倒角。去毛刺工具和原始齿轮的旋转速度具有恒定比率，其中夹持在加工工具上的不动的原始齿轮在连续通道上由去毛刺工具实现去毛刺，去毛刺工具类似于带切齿的侧铣刀,被不可旋转地安装在滚刀的轴上；其中齿槽的前边通过齿轮滚削法一个接着一个地加工，以及其中所述轴从齿轮滚削位置移动至去毛刺位置。然而，这里仅大体上描述了利用特殊倒角切割工具来形成倒角的方法。

由于倒角切割铣刀是一种设置型工具，所以在工件与倒角切割铣刀之间必须进行位置定位。所述工具必须通过一个特定的参考齿精确地位于齿轮间隙的中心。所述参考齿必须位于与加工头的主支座保持精确距离的位置上，并且在一个特定旋转位置上接触到齿接的一个端面。

这种在工具设置中以及在倒角切割铣刀的倒角过程中的特殊性导致了这样一个事实，即用来描述铣刀的大部分参数仅仅是在数学上计算出来的，而不能在铣刀上测量出来。因此精确的设置数据都是由工具制造商在特殊数据设置页上提供。在这种工具的情况，理论正确的设置数据可以输进机器控制器以生产出设计好的齿倒角。但是，当这些倒角不能对应需求的数值时，这些数据页上的设置数值必须参考对生产出的倒角进行测量后的数值来进行修改。

由于该工具是一种具有明显不对称性廓形的成形刀具，通过参考一些实际操作中的实验，已经可以确定通过哪些改变的设置数据可以生产正确的齿倒角了。由于倒角过程包含了许多的轴，正确的设置有时是很难被证明的。

当倒角和去毛刺螺旋齿接时，会特别困难，因为设置数据的修正会在锐齿边和钝齿边之间产生不同的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方法，所述方法可以通过参考所测量或输入的数据来确定影响倒角大小、倒角形状和倒角对称性的修正值，并且之后可以相应地修正齿轮切割机的设置数据。利用这些修改的设置数据，那么在随后的倒角和去毛刺作业中，将形成正确的倒角形状以及适合的倒角大小和倒角对称性。

该目的的解决方案是权利要求1所述的技术特征的组合。

本发明的第一方面，提供倒角几何形状的半自动化修正。当倒角的宽度变化时，工具在垂直方向(Z1方向)上的当前位置由机器操作员进行某一修正量的修正(见图4a)。然而，在螺旋齿接中，这种纯粹的Z1修正在左齿边与右齿边之间没有一个统一的影响。因此，必须再对工件的旋转位置(C1方向)进行修正，其量值和方向取决于齿接的螺旋角和齿方向，此外还取决于是在齿接的顶部还是底部形成倒角。

根据本发明的第一解决方案，机器操作员指出Z1方向上的修正，然后机器的NC控制器利用工具和齿接数据计算出C1方向上的必要的额外修正量。

当欲改变左齿边与右齿边之间的倒角大小时，必须进行关于齿间隙的工具边位置的切线修正。取决于单元的配置，有两种可能性。

当装置具有V1轴时，倒角切割工具将沿着它的中轴线移动。那么控制器必须再进行Z1轴和C1轴修正。Z1轴方向上的修正受工具的旋转角影响，C1轴的修正受齿接的前接触角影响。

另一方面，当单元具有一个Y1轴时，这种情况下，整个单元将沿切线移向工件。然后必须仅通过C1轴再进行修正，修正的大小又由齿接的前接触角来确定。为此，通过从齿接数据和所需倒角的尺寸得到的三角函数来进行计算。

本发明的另一方面是根据外部测量的倒角的结果或根据机器中进行的倒角测量值的倒角几何形状的全自动修正。修正机理与上面所述的修正完全一样，除了在此情况下控制器必须再决定通过哪个轴的移动，倒角可以被最佳地修正。优选地，这里倒角宽度是输入或者测量的，而且修正基于测量结果进行。当然控制器可能还可以输入或测量倒角深度和/或倒角角度，并由此确定轴移动的修正因子。

通过上文所用的三角函数，控制器可能还可以由倒角宽度来计算倒角深度和/或倒角角度。这使得机器操作员可能可以通过机器控制器从容易测量的值(倒角宽度)得到值，然后可将这些值与绘图规范进行比较，这又可以用于指明倒角的修正。举例来说，当绘图中仅指明了倒角深度，由此可容易地确定更易测量的倒角宽度并输出作为对照值。

在一个扩展应用中，这一输出功能还能被用来确定用于柔性加工齿接的倒角大小。倒角通常在柔性加工期间已经产形成，但在硬加工后必须以某一大小呈现。根据现有技术，倒角大小通常标示在完成部分的绘图上，因此柔性加工时不可用。机器操作员现在面临的任务是在已知的齿面余量下确定工件处的倒角大小并检查其遵守性。

本发明的更多特征、细节和优点可以从所附优选实施例表述中知晓。

附图说明

图1显示实施本发明方法的示例装置；

图2a显示利用用于齿接上边71的铣削工具对上齿边进行加工时的情形；

图2b显示给下齿边做倒角和去毛刺时的情形；

图3显示工具夹具组件；

图4a利用X92轴修正倒角大小；

图4b利用Y92轴修正倒角对称性；

图4c利用C92轴修正倒角对称性；

图4d利用A92轴修正上倒角形状；

图5a显示标有用于描述倒角的参数的齿面的边

图5b显示对锐角倒角和钝角倒角来说，倒角宽度、倒角大小和倒角角度之间的关系；

图5c显示加工容差Δ_S分别对倒角大小bF和tF的影响。

具体实施方式

图1显示实施本发明方法的示例装置10。将待加工工件50夹持在工件夹具30与上夹钟状物35之间。工件通过驱动器40绕C1轴驱动。工具轴B1以旋转传动的方式相对于C1轴旋转，并以此驱动工具心轴70。这一工具心轴容纳在加工头25中，其可以围绕A1轴转动，以便根据齿接的螺旋角度和工具的节角来调节工具的位置。工具的送进运动是沿着X1轴和Z1轴进行，以此在齿接的上方或下方的铣削位置可以够到。通过Y1轴工具可以沿切线移向工件。利用这些轴，根据本方法需要的修正运动可以部分实施，因为一个修正值总量的运动是由一个一般定位运动叠加而成。

在另一个实施例中，工具还可以沿着工具轴(V1方向)移动，而不是整个单元沿切线向工件(Y1方向)的移动。

图2显示给齿边做倒角和去毛刺时的铣削情形。图2a显示利用用于齿接上边71的铣削工具对上齿边进行加工时的情形。所述工具必须精确定位于设置测量值M1和M2,以使在齿边形成想要的边形和大小。图2b显示给下齿边做倒角和去毛刺时的情形。测量值M3显示刀具中心到端面的距离。角描述了倒角刀具71的旋转位置，在此位置参考齿(灰色阴影)的切割边在水平方向上与齿接端面相碰。测量值M4是工具轴与工件轴之间精确的中心距的参考值。这些数据可以在铣刀的设置数据页上找到并且遵守工具的数学设计数据。遵守这些设置用数据将会产生一个与设计相符的倒角。由于工具定位期间的制造容差性和不精确性、工具重磨期间的再磨量等，这些数据必须通过修正数据来修改，以最终获得一个正确的倒角。

如图3所示的工具夹具组件75由一个用于容纳工具71、72用的工具转动轴74和用于夹持倒角切割工具的数个铣刀杆环73，其用于夹住倒角切割工具。这里也必须尽可能地遵守距离测量值M5、M6，它们表示与主轴承与铣刀之间的距离。同样地，测量值M5、M6的数据必须摘自刀具生产商的设置数据页。

图4a到4d显示单个轴运动对齿轮的影响，或者齿边处修正引起的结果的图示说明。

图4a显示在工件沿X1轴和Z1轴的方向上工具送进的影响。X1轴上的正修正值使得工具轴与工件轴之间的中心距离更大，因此倒角大小减小。当情况相反时，倒角变大。在Z1轴的情况下，正修正值产生一个较窄的倒角，负值使得铣刀离工件更近，从而使倒角增大。

在Y1轴方向上，工具相对于工件沿切线的位移在左边与右边齿面之间产生不一样大的倒角。当左齿面上的倒角太大时，必须在Y1轴的“加方向”上进行修改。远离右齿面的修正通过“减修正”来完成。效果显示于图4b中。如图4c中可见，所述效果还可以通过再绕C1轴旋转来达到。

当倒角宽度从齿冠变化到齿根时，这必须通过再绕A1轴旋转来起作用。对齿面的这一效果的结果和必须进行修正的方向很清楚地通过图4d进行了图示说明。

借助于这些图，必须进行修正的方向可以相当容易图示说明。然而，这仅仅限定了方向，但是没有限定量。特别地，在螺旋齿接的情况下，必须同时修正数个轴，由于齿接的几何形状，右齿面与左齿面之间的修正结果不同。

在本发明的方法适用的情况下，在所述方法中，机器操作员仅必须输入两个齿面的倒角形状的测量值，机器控制器亦可由此随后同时为数个轴确定必要的修正，并在下一个工件加工时，考虑相同的因素。

图5a到5c各自显示标有用于描述倒角的各种参数的齿面的边。

图5a到5c中用到的参数：

α_t 齿接的前接触角

α_n 齿接的法线接触角

β 齿接的螺旋角

η 倒角切割的旋转角

bF 倒角宽度

tF 倒角深度

ρF 倒角角度(定值)

ρ_R,L 倒角角度(定值)

Δ_S 齿面余量

C 倒角深度与倒角宽度的比率

C_ZR,L 倒角宽度与轴偏移量的比率

Z_R,L 倒角轴偏移量

K 边角因子

F_s 想要的倒角

F_i 实际倒角

下标v 预齿化

下标f 完全齿化

下标R 右齿面

下标L 左齿面

图5b显示对锐角倒角和钝角倒角来说，倒角宽度、倒角大小和倒角角度之间的关系。可以清楚地看到，当倒角宽度和倒角深度具有相同值时，产生了不同的倒角角度，这是因为齿接的螺旋角度也必须被考虑。

图5c显示加工容差Δ_S分别对倒角大小bF和tF的影响。