用于强力刮齿的独立压力角校正的制作方法

本发明涉及通过强力刮齿来制造齿轮，且确切地说，涉及一种使用切割机的倾斜度来对齿轮齿的侧面提供独立的压力角校正的方法。

背景技术：

圆柱齿轮的刮削(也称为“滚刀剥离”或“强力刮齿”)是已存在多年的切割工艺，主要用于制造内环形齿轮(例如，参见de243514)。如同珩磨，强力刮齿利用轴倾斜的两个“圆柱齿轮”之间的相对滑动运动。强力刮齿切割机通常看起来类似于具有螺旋角(例如，20°)的成形切割机，所述螺旋角不同于待加工的圆柱形齿轮(例如，us2011/0268523)的螺旋角。其它强力刮齿工具包括布置在切割机头部中的杆状或棒状切割刀片，例如us2012/0282055或us9,956,627中所示。内圆柱齿轮或外圆柱齿轮(正齿轮和斜齿轮)的强力刮齿可在几种市售的计算机控制(cnc)多轴机器中的任何一种上进行，例如us6,712,566或us9,956,627中公开的机器，其公开内容通过引用的方式并入本文。

图1示出了切削切割机相对于内环形齿轮的几何设置。左上图示出了展成齿轮系统的正视图。环形齿轮定向在主坐标系中，其中其旋转轴与y轴共线。切割机中心(rw的起点)以径向距离向量ex定位于x4-z4平面中的y4的中心之外。切割机和环形齿轮的节圆在节圆的最低点处相切地接触。示出工具倾斜角或轴角σ的俯视图绘制在正视图下方。如果是正齿轮，则冲程运动的方向与y轴一致。切割运动所需的相对速度以围绕图1所示的坐标系的x4轴的轴角σ产生。如果是斜齿轮，可选择切割机的倾斜度与螺旋角无关。然而，20°或更大的螺旋角使其可能与轴角σ匹配且使用简化正齿轮式成形器切割机以用于切削操作。并且，在此情况下，冲程运动在y方向上定向，但取决于冲程进给量的递增旋转ω2必须添加到ω1。轴角σ也可与仍需要相同增量ω2的螺旋角不同地限定，但必须根据螺旋角与轴角σ之间的差来计算工具的正面定向角和侧后角。

图1中右侧的侧视图示出第二种可能的工具倾斜度，其称为倾斜角。此工具倾斜角可用以增大刀片与狭槽之间的有效后角，且其还可用以消除具有最小后角的长正齿轮式成形器切割机的后侧之间的干扰。

可能期望在工件的发展和/或用于制造工件的强力刮齿过程期间独立地校正切割机的压力角。在较大压力角变化的情况下，通常对强力刮齿切割机的切割齿的轮廓重新加工。然而，由于必须保持工件的狭槽宽度，通常无法对轮廓重新加工。在大多数情况下，解决方案为制造具有校正轮廓的圆盘切割机。

技术实现要素：

本发明包括一种方法，其中进行三维切割机相对于齿轮工件齿侧面的旋转，以使切割机相对于齿轮工件重新定位，从而实现齿侧面的压力角的减小和/或增大。所述方法可以独立地应用于齿槽的左侧面和右侧面，或旋转可彼此叠加以在齿槽的两个齿侧面上实现压力角校正。

更确切地说，本发明包括一种通过强力刮齿加工齿轮工件的齿的方法，其中所述方法包括：提供具有多个切割刀片的切割工具；旋转切割工具；旋转齿轮工件；以及使切割工具与齿轮工件啮合以加工齿轮工件的齿，所述齿各自具有左齿侧面和右齿侧面。所述方法进一步包括相对于齿轮工件移动切割工具，以使切割工具围绕以下各项中的至少一个进行定位：

a)齿轮工件齿的左齿侧面与右齿侧面之间的轮廓对称线，

b)齿轮工件齿的左齿侧面和右齿侧面中的至少一个的轮廓切线，

c)垂直于齿轮工件齿的左齿侧面与右齿侧面之间的轮廓对称线的轴线，以及

d)齿轮工件齿的左齿侧面和右齿侧面中的至少一个的轮廓法线，

借此使切割工具相对于齿轮工件重新定位，从而实现齿轮工件齿的左齿侧面和右齿侧面中的至少一个的压力角的减小和/或增大。

附图说明

图1示出在工件和切割机之间的强力刮齿布置的正视图、侧视图和俯视图。

图2(a)示出具有切割刀片的简化齿轮狭槽的三维视图，所述切割刀片旋转角度γ以实现压力角的减小。

图2(b)示出图2(a)的正视图,其中压力角减小由旋转角度γ引起。

图2(c)为图2(a)的俯视图，其示出校正旋转γ与压力角减小δα之间的几何关系。

图3(a)示出带有切割刀片的简化齿轮槽的三维视图，所述切割刀片围绕与左侧面相切的轮廓旋转角度γ，以实现减小右侧面上的压力角的单侧面校正。

图3(b)示出简化齿轮槽，所述齿轮槽展示围绕每一切线具有角度γ校正旋转的左侧面轮廓切线和右侧面轮廓切线两者。

图4(a)示出具有切割刀片的简化齿轮槽的三维视图，所述切割刀片围绕垂直于轮廓对称线的线旋转角度

图4(b)为图4(a)的正视图，其示出由于旋转角度而引起压力角的增大。

图4(c)为图4(a)的侧视图，其示出由于旋转而引起轮廓深度h到h*的减小。

图5(a)示出带有切割刀片的简化齿轮槽的三维视图，所述切割刀片围绕与左侧面相切的轮廓法线旋转角度以实现增大右侧面上的压力角的单侧面校正。

图5(b)为图5(a)的正视图，其示出右侧面上的压力角的增大。

图5(c)示出简化齿轮狭槽，所述简化齿轮狭槽展示具有围绕每一法线的角度校正旋转的左侧面法线和右侧面法线两者。

具体实施方式

本说明书中使用的术语“发明”、“所述发明”和“本发明”旨在广泛地指代本说明书的所有主题以及以下任何专利权利要求。含有这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制以下任何专利权利要求的含义或范围。此外，本说明书不寻求描述或限制由任何权利要求所涵盖的主题于本申请的任何特定部分、段落、陈述或附图中。应该通过参考整个说明书、所有附图和所附的任何权利要求理解主题。本发明能使用其它构造，并且能以各种方式实践或实施。并且，应理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的而不应视为限制性的。

本文中“包含”、“具有”和“包括”及其变体的使用意指涵盖其后所列出的项目及其等效物以及额外项目。使用字母来标识方法或过程的元素仅用于标识，并不意味着表示元素应该以特定顺序执行。

尽管下文可以在描述附图时参考例如上部、下部、向上、向下、向后、底部、顶部、前部、后部等的方向，但为了方便起见而相对于附图(如正常所观察)作出这些参考。这些方向并不旨在被视为字面意思或以任何形式限制本发明。另外，如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在本文中用于描述目的，且不旨在指示或暗示重要性或显著性。

现在将参考附图讨论本发明的细节，所述附图仅以实例的方式说明本发明。

本发明方法包括围绕以下各项中的至少一个定位(即，旋转)三维切割机：轮廓对称线、侧面轮廓切线、侧面轮廓法线和/或垂直于相对于齿轮工件的左齿侧面和/或右齿侧面的轮廓对称线的轴线，以相对于齿轮工件重新定位切割机，从而将通过切割工艺实现齿轮工件的齿侧面的压力角的减小和/或增大。所述工艺适用于从齿轮工件坯料制造(例如，软切割或粗切割)齿以及适用于预先(粗)切割和硬化齿轮齿的精加工工艺(例如，硬切割或硬齿面精加工)。因此，齿轮工件应理解为包含齿轮坯料(初始形成的齿)以及预先切割的齿轮(精加工的齿)。

图2(a)示出在梯形的两侧上具有切割边缘的简化梯形刀片轮廓。在工具齿与工作齿轮齿槽之间(形成于邻近工件齿之间)的是具有直边的梯形轮廓的虚拟展成齿条轮廓。简化刀片位于梯形通道中，所述梯形通道表示也被称为展成齿条的参考轮廓。图2(a)中的三维视图示出刀片轮廓围绕在左齿侧面与右齿侧面之间的轮廓对称线旋转，所述轮廓对称线示出为竖直轴线。旋转角度在左下方的正视图图2(b)中标记为γ。在右下方的图2(c)中示出刀片和梯形通道的俯视图。图2(b)和2(c)这两个底部的视图都包含足够的图形信息以用于推导出例如正齿轮和斜齿轮的工件的齿面(内部或外部)实现期望压力角减小δα所需的围绕竖直轴线的旋转角度γ。

等式(1)示出校正δα与旋转γ之间的关系：

在图3(a)和3(b)中示出减小工件的压力角的优选实施例。图3(a)中的刀片轮廓和梯形通道的三维视图示出刀片轮廓围绕与左侧面相切的轮廓旋转。由于梯形通道与刀片轮廓之间的切线相同，旋转γ将不影响左侧面的压力角，但对于给定旋转角度γ，与图2(a)中所示的原理相比，右侧面上的压力角减小约两倍。围绕轮廓切线旋转可使左侧面轮廓和右侧面轮廓上的渐伸线略微变形。变形是由以下事实引起的：刀片轮廓并不等于直线参考轮廓，而是也是从类似于工作齿轮轮廓的参考轮廓产生的渐伸线。然而，任何此类变形都可以忽略不计。由于压力角校正对右侧面的影响，仅需要极小的校正旋转角度，这使得对左侧面和右侧面的任何副作用(例如，辅助狭槽宽度变化)在大多数情况下实际上可以忽略不计。但是，如果需要狭槽宽度校正，则可以通过少量更深的切割来重新建立原始的狭槽宽度。

如可从图3(b)中的右侧面轮廓切线了解到，如果右侧面处的刀片切割边缘轮廓围绕与右侧面相切的轮廓旋转，则还可应用类似校正以校正左侧面。围绕轮廓切线旋转将使右侧面的轮廓参考高度上方和下方的渐伸线略微变形，但右侧面的压力角将保持恒定。变形是由以下事实引起的：刀片轮廓并不等于直线参考轮廓，而是也是从类似于工作齿轮轮廓的参考轮廓产生的渐伸线。由于本发明的压力角校正(减小)对齿轮齿的左侧面的影响，仅需要极小的校正旋转角度，这使得对左侧面和右侧面的任何副作用(例如，辅助狭槽宽度变化)可以忽略不计。但是，如上所述，如果需要狭槽宽度校正，则可以通过少量更深的切割来重新建立原始的狭槽宽度。

值得注意的是，图2(a)到(c)以及图3(a)和3(b)中呈现的校正原理仅适用于压力角减小。即使旋转角度γ相反，压力角减小仍然会发生。查看关于反向旋转的图2(a)到(c)的校正方法将清楚，围绕轮廓切线的反向旋转还将减小右侧面和/或左侧面的压力角。

本发明进一步包含利用如图3(b)中所示的关于左侧面轮廓切线和右侧面轮廓切线两者的相同或不同量的校正来实现工件的右齿侧面和左齿侧面两者上的压力角减小(相同或不同)。关于左侧面轮廓切线和右侧面轮廓切线两者的组合校正有效地产生关于位于左侧面轮廓切线与右侧面轮廓切线之间的线限定的校正。

为了增大压力角，可采用围绕垂直于轮廓对称线的轴线的刀片轮廓旋转。旋转刀片轮廓的此原理示出于图4(a)中的三维视图中。图4(b)示出图4(a)的梯形通道的正视图，且图4(c)示出图4(a)的梯形通道的侧视图。图4(b)和4(c)包含用于推导出实现期望压力角增大δα所需的围绕水平轴线的旋转角度的足够的图形信息。等式(2)和(3)与图4(a)到(c)相联系且求解旋转角度与校正δα之间的关系：

b＝h·tanα

图5(a)、5(b)和5(c)中示出用于压力角增大的另一优选实施例。图5(a)中的刀片轮廓和梯形通道的三维视图示出刀片轮廓围绕垂直于齿的左侧面的轮廓旋转。由于梯形通道与刀片轮廓之间的法线相同，旋转将不影响左侧面的压力角，但对于给定旋转角度γ，与图4(a)中所示的原理相比，右侧面上的压力角增大约两倍。围绕轮廓法线旋转将会导致左侧面轮廓和右侧面轮廓上的渐伸线略微变形，但所述略微变形可以忽略不计。变形是由以下事实引起的：刀片轮廓并不等于直线参考轮廓，而是也是从类似于工作齿轮轮廓的参考轮廓产生的渐伸线。

由于本发明的压力角校正(增大)仅对齿轮齿的两个侧面中一个的影响，仅需要极小的校正旋转角度，这使得对右侧面的任何副作用(例如，齿深变化)可以忽略不计。

如可从图5(c)中的右侧面法线了解到，如果右侧面处的刀片切割边缘轮廓围绕右侧面的轮廓法线旋转，则还可应用类似校正以校正左侧面。由于本发明的压力角校正(增大)仅对齿轮齿的两个侧面中一个的影响，仅需要极小的校正旋转角度，这使得对左侧面的任何副作用(例如，齿深变化)可以忽略不计。

图5(a)和5(b)中示出的本发明校正独立地提供右侧面或左侧面的压力角的增大。然而，此校正无法通过简单地反转轮廓法线旋转来减小压力角。观察关于反向旋转的图4的校正方法将清楚，反转轮廓法线旋转还将增大右侧面和/或左侧面的压力角。

本发明进一步包含利用如图5(c)中所示的关于左侧面法线和右侧面法线两者的相同或不同量的校正来实现工件的右齿侧面和左齿侧面两者上的压力角增大(相同或不同)。关于左侧面法线和右侧面法线两者的组合校正有效地引起关于位于工件齿槽的三维空间内的线限定的校正。

本发明进一步涵盖上文相对于例如图3(a)、3(b)、5(a)、5(b)和5(c)所论述的两个本发明校正的组合，从而允许在齿轮的两个类型的侧面上实现独立的压力角校正。例如，两个本发明校正的组合可通过叠加两个校正同时引起齿轮的左侧面上的压力角增大，以及同一齿轮的右侧面上的压力角减小。侧面切线和侧面法线的组合校正有效地引起关于位于工件齿槽的三维空间内的线限定的校正。

本发明人已发现校正效果的放大率与工具轴线倾斜度与螺旋角之间的差异之间的相关性。在零度螺旋角(正齿轮)和工具轴线倾斜角相对于工作齿轮轴线为20°的情况下，校正效应放大约100倍。在20°螺旋角(斜齿轮)和工具轴线倾斜度相对于工作齿轮轴线也为20°的情况下，校正效果没有得到放大。在此情况下，切割机在工作齿轮的法向平面中旋转。

优选地，切割机旋转平面与工作齿轮的法向平面相同。在切割机具有偏离工作齿轮法向平面的旋转平面的那些情况下，根据依照等式(5)中的关系的差角的正弦而放大校正。根据工件与切割机之间的节径比对内部工件进行的进一步调整由等式(6)表示。

其中：

δαeff…有效压力角变化

δα…理论上计算出的压力角变化

σ…切割机与工作轴线之间的倾斜度

vz…螺线方向标志。右侧螺线→vz＝+1，左侧螺线→vz＝-1

vzps…在中心上方切割→vzps＝+1，在中心下方切割→vzps＝-1

fred…基于正工作齿轮和σ＝20°凭经验发现的减小系数

fint…对于内部工件，基于切割机的节径到

工作节径的调整系数＝60％

z…工件齿数

zcut…切割机的理论齿数

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于其细节。本发明旨在包含对于主题所属领域的技术人员来说将显而易见的修改，而不偏离所附权利要求书的精神和范围。