圆柱齿轮的刮削的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及圆柱齿轮的切削并且具体涉及通过刮削来切削这种齿轮。
【背景技术】
[0002]圆柱齿轮的刮削(也称为“滚刀剥离”)是已经存在许多年的切削工艺，主要用于制造内环形齿轮(例如参见DE243514)。像珩磨一样，刮削利用在其轴线倾斜的两个“圆柱齿轮”之间的相对滑动运动。刮削刀具通常看起来像具有例如20°的螺旋角的插齿刀具，所述螺旋角不同于要加工的圆柱齿轮的螺旋角(例如US2011/0268523)。其它刮削工具包括根据例如在US2012/0282055中示出的双曲面而布置在刀具头上的杆或棍状切削刀片。
[0003]由于刮削中的连续切肩去除，该过程比插齿快数倍并且比铰孔更灵活，但是它对机器和工具提出了挑战。虽然切削刃与齿轮齿槽之间的滚动运动随着机器主轴RPM而发生，但是相对的轴向切削运动一般仅约为刀具的周向速度的三分之一。导致“螺旋剥离”的滚动和切削的切削分量由工艺指定刮削来表示。
[0004]由于机械机器的齿轮系中的相对低的动态刚性以及未涂敷的刀具的快速磨损，圆柱齿轮的刮削直到最近才实现对插齿或滚削的突破。具有直接传动系和刚硬的电齿轮箱的最新机床呈现了用于刮削过程的最佳基础。复杂的工具几何形状和最新的涂层技术已经促进给予圆柱齿轮的软刮削新突破。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种刮削工具，所述刮削工具包括刀具头，所述刀具头具有绕刀具头的周界优选为等距地间隔开布置的多个刀具刀片安装和定位槽(刀片槽)，其中刀片槽并且因此切削刀片优选垂直于刀具头的旋转轴线进行定向。替代地，刀片槽可以从垂直定向倾斜小于50度，优选小于20度，由此从此锥形形状的刀具。额外地，刀片槽可以定位为从刀具头轴线径向地延伸，由此刀具刀片的纵向轴线将会与刀具头轴线相交，或刀片槽可以从刀具头轴线径向地偏移。刀片槽可以具有任何横截面形状，诸如正方形、矩形或具有包括一对均小于90度的成角度的安装表面的大致V形安置表面的那些类型。相比于已知的切削刀片配置，本发明的切削刀片使其切削面位于切削刀片的设置为与切削刀片的安置表面或V形安置表面相对的表面中。
【附图说明】
[0006]图1图示了刮削的基本几何形状和运动。
[0007]图2示出了工件和工具的节圆柱。
[0008]图3图示了切削速度的计算。
[0009]图4描绘了用于工具基准齿廓的计算的程序。
[0010]图5图示了机器设定的计算。
[0011]图6示出了涂敷过的实心高速钢刮削刀具。
[0012]图7图示了切削速度计算。
[0013]图8(a) -8(d)示出了具有碳化物切削刀片的棍型刀片刮削刀具。
[0014]图9是用于确定刀具直径和切削刀片数量的表。
[0015]图10图示了刮削刀具上的虚拟工具齿。
[0016]图11是插齿、滚削和刮削的生产率的比较。
【具体实施方式】
[0017]该说明书中使用的术语“发明”、“该发明”以及“本发明”用于泛指该说明书和以下任何权利要求中的所有主题。包含这些术语的表述不应理解为限制本文描述的主题或限制以下任何权利要求的含义或范围。此外，该说明书并不寻求在本申请任何特定部分、段落、表述或附图中描述或限制由权利要求书覆盖的主题。该主题应参照整个说明书、所有附图和以下权利要求书来理解。本发明可具有其它构造并可以其它方式实践或实施。而且，应理解本文所采用的措辞和术语是为说明的目的而不应认为是限制。
[0018]现将参照仅示例地示出表示本发明的附图对本发明的细节进行讨论。图中，类似的结构或部件用类似的附图标记来表示。为了更好地理解本发明并且便于观察，从附图中省去门和任何内部或外部防护件。
[0019]在此使用“包括”、“具有”和“包含”及其变型意味着包含了下文所列的物件及其等效物以及附加的物件。使用字母来识别方法或过程的元素仅仅为了识别，并不意味着指示各元素应以特定次序来进行。
[0020]尽管下文在描述附图时可参照诸如上、下、向上、向下、向后、底部、顶部、前、后等的方向，但出于方便可相对于附图(如通常所示)来进行参照。这些方向并不意在按文字上来取或以任何定向或形式来限制本发明。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重要性或意义，除非另有说明。
[0021]在图1中示出了刮削刀具相对于内环齿轮(内齿圈)的几何设置。在左上图中示出了展成齿轮系统的正视图。环形齿轮(齿圈)在主坐标系统中以其旋转轴线与Y轴共线来定向。刀具中心(Rw的原点)在X4-Z4平面中定位在Y 4的中心之外一径向距离矢量Ex。刀具与环形齿轮的节圆在节圆的最低点处正切地接触。在正视图之下绘制了示出工具倾斜角或轴交角Σ的顶视图。在正齿轮的情况下，与Y轴成一直线引导行程运动。切削运动时所需的相对速度利用在图1中的示出的绕坐标系统的X4-轴的轴交角Σ来产生。在螺旋齿轮的情况下，刀具倾斜可以独立于螺旋角来进行选择。然而，20°或更大的螺旋角提供了使其与轴交角Σ相匹配并将简化的正齿轮类型插齿刀具用于刮削操作的可能性。而且在这种情况下，行程运动沿Y方向进行定向，但是取决于行程进给的增量旋转ω2必须增添给ω?。轴交角Σ也可以不同于仍将会需要相同增量ω2的螺旋角来进行定义，但是工具的正面定向和侧后角必须根据螺旋角与轴交角Σ之间的差来计算。图1中右侧的侧视图示出了第二可能的称为倾角的工具倾斜度。该工具倾角可以用来增加刀片与槽之间的有效后让角，并它还可以用来消除长正齿轮类型插齿刀的后侧与最小后让角之间的干涉。在限制内，将倾角用于压力角修正是可能的。
[0022]图2中的三维侧视图示出了工件与工具之间具有轴交角Σ的内螺旋齿轮。图2示出了工件的基本角速度ωI和用于其计算的公式。图2还包括增量角速度ω2和根据螺旋角和轴向进给运动计算其的公式(行程运动)。切削速度计算为工件与工具在切削区域中的周向速度矢量之间的差矢量。图3以速度矢量示出了工具与工件之间的配置的顶视图。
[0023]工具的基准齿廓根据应用在图4中示出的程序的工件的基准齿廓来确定。具有其压力角α?和α 2及其刀顶距Wp的工件的基准齿廓绘制为梯形通道，利用轴交角Σ的平面切削出所述梯形通道(图4，右上侧)。由在平面与通道之间的相交线定义的齿廓表示工具的基准齿廓。使用该工具基准齿廓，以便在工具切削正面中产生渐开线(图4，左下侧)。
[0024]在图5中在锥齿轮切削机器的示例、例如在US6，712，566中公开的机器上示出了机器设定的计算。公式符号的解释为:
X-Y-Z...机器轴线方向(Y垂直于绘图平面)
Σ...刀具与工件之间的轴交角 CRT...刀具参考高度 B...刀具旋角
Pz...如果B = 0°则为沿Z-方向到主轴前面的枢转距离 Px...如果B = 0°则为沿X-方向到主轴中心线的枢转距离 Z0Z2...沿Z-方向的分量
[0025]取决于工件和刀具中的螺旋方向，切削在工作齿轮中心线之下或之上发生，以便保持B-轴交角在90°之下。在没有修正的情况下，刀具轴线与工件轴线之间的交点位于刀具参考平面中。
[0026]通常，如上面提到的，利用典型的齿轮插齿刀具来执行刮削。在图6中示出了用于刮削的各种不同工具。第一刀具(左)是在切削齿中没有螺旋角的情况下略渐缩的轴类型。该刀具可以用于具有螺旋角的齿轮。刀具与工件之间的轴交角将会设定为工件的螺旋角。这也意味着，工件的螺旋角应当在10°之上，以便产生足够的切削速度。由于切削齿的平直特性，具有较小直径和较大表面宽度的工件可能引起槽与切削刀片的远端之间的干涉。在图6的中心的刮削刀具是可多次再磨锐的薄片型刀具(优选具有