CN101076423A

CN101076423A - 以简化时分的分度法加工齿轮的装置及方法

Info

Publication number: CN101076423A
Application number: CNA2004800444327A
Authority: CN
Inventors: J·古泊; R·杜特斯切克; R·基尔施
Original assignee: Klingelnberg GmbH
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2004-09-25
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2024-09-25
Also published as: ATE389490T1; ES2302022T3; US20070292224A1; JP4672729B2; EP1796862A1; US7927048B2; JP2008514435A; DE502004006629D1; WO2006032296A1; EP1796862B1; CN100553843C

Abstract

本发明涉及一种装置(20)，其包括一接纳齿轮(25)的工件转轴(21)、一接纳工具的工具转轴(29)以及以一分度法加工齿轮的多个驱动装置(X，Y，Z，B，C和A1)。依照本发明，先加工齿轮中的一齿隙，然后使工具相对于齿轮移置以使工具从齿隙中移开。因而，该齿轮作一分度旋转而使工具送进齿轮以便再加工另一齿隙。驱动装置中一个(C)可以以这样一种方式控制，即相对位移包括一倾斜运动，其改变工具与齿轮之间相对的角度，而倾斜运动与分度运动协调一致。

Description

以简化时分的分度法加工齿轮的装置及方法

技术领域

本发明涉及以一分度法加工齿轮的装置以及齿轮分度加工的方法。

背景技术

目前有各种各样装置诸如齿轮铣床或齿轮磨床，其特别为齿轮的加工而构成。正如这些机床的名称所示意的那样，第一类机床以铣刀工作，而第二类机床以磨削工具工作。

发明内容

人们基本上把以一分度法操作的机床和连续操作的机床区别开来。在分度法中，先加工一齿隙，然后进行一相对位移的运动以使从工具从齿隙中抽出，而什么称之为一分度运动(分度旋转)，其中在随后加工下一齿隙之前齿轮相对于工具旋转。这样，逐步地制造出齿轮。如图1所示，一以分度法工作的齿轮加工机床10通常设有一种分度装置，该装置在工具13脱离的那一刻，使带有齿16的工件15绕工件轴线12旋转经过一个或多个齿距。为了确保工具13(在本发明中，图1中所示为一磨轮)脱离，进行一相对运动，将工具13平行于工具轴线14(即平行于x-轴)的齿隙中退出。如果齿16的深度为H，则工具13必须移动一距离HA，以确保工具13和其中一齿15在进行分度旋转时不发生碰撞。

在该类型的机床10中，单个的运动顺序在机械上可以彼此协调，并且采用传动装置通过使用蜗轮和其它装置将电机转数传递到待加工工件15和工具13。

在较现代化的机床中，使用计算机数控(CNC)，而不是分度装置，所构成的计算机数控使所有分度移动能够在适当时候进行。现代的CNC机床通常使用称之直接驱动装置。

连续控制方法，有时也指的是连续分度法，其基于工具和待加工工件彼此相对地作一连续分度移动的较复杂的运动顺序。分度移动由许多轴驱动装置的协调驱动产生。

分度法的缺点在于比连续法慢。现今，在大批量的工业制造中，特别重要的是，进行分度移动所需要的时间。在n＝20齿的齿轮的制造中，必须单独加工n＝20的齿隙，以及要求n-1＝19次的分度移动。如果每一分度移动需时1秒，则该分度过程则只需约19秒。

因此，本发明的目的在于提供一种使分度法得以加速的方法。

依照本发明，权利要求1所述的装置以及权利要求11所述的方法可实现该目的。

依照本发明，其目的是这样实现的：采用一装置，该装置配备一接纳齿轮的工件转轴、一接纳工具的工具转轴以及在一分度过程中加工齿轮的多个驱动装置。在该分度过程中，先加工齿轮中的一齿隙，然后使工具相对于齿轮移动以使工具从齿隙中移开，接着齿轮作分度旋转并且使工具送进加工下一齿隙。依照本发明，驱动装置中的一个经一控制装置以这样一种方式启动，即相对运动包括一倾斜运动，通过倾斜运动达到工具与齿轮之间的角度的相对变化，而倾斜运动与分度旋转协调一致。

依照本发明，齿轮的加工目的是这样实现的：使用一特定驱动装置，该装置包括一接纳齿轮的工件转轴、一接纳工具的工具转轴以及使用工具加工齿轮的多个驱动装置。该装置进行以下步骤：

-使用工具作加工动作加工齿轮中的一齿隙；

-使工具与加工件之间进行一相对运动以使工具从齿隙中移开；

-作一分度旋转以将齿轮转移到一不同的角度位置上；

-使用工具作重复加工动作加工齿轮中的下一齿隙。

依照本发明，在这种情况下，相对运动包括一倾斜运动，其改变工具与齿轮之间的相对角度。

从属的权利要求中作出可推导出另一些有利的实施例。

附图说明

以下，将结合附图对本发明的实施例作更详细叙述：

图1是部分常规装置的示意图；

图2A是本发明的部分装置在第一位置上的示意图；

图2B是本发明的部分装置在第二位置上的示意图；

图3是本发明的装置的立体图；

图4是本发明的装置的方框图；以及

图5是本发明的另一部分装置的示意图。

具体实施方式

本发明说明书所使用的概念同样也在相关出版物和专利中使用。然而，应当注意，这些概念的应用仅仅是为了增进理解。具体术语的选定并不是用来限制发明构思的描述和权利要求的保护范围。本发明可容易地转移到其它概念上的系统和/或专业领域。在其它的专业领域中，这些概念将得到类似地应用。

在图2A和2B中所示为本发明的一第一装置20。以下，将结合这些附图对本发明的原理进行叙述，其中这些附图经仔细设计，为的是容易与图1所示的常规方法做比较。所示的装置20用作所谓的切入式磨削法。装置20包括一接纳齿轮25的工件转轴21。还设有一接纳工具23的工具转轴(图中未能示出)。工具转轴限定绕轴线24(A1-轴)绕工具23所说的轴线旋转。又设有多个以分度法加工齿轮的驱动装置。这些驱动装置在图2A和2B中未示。

依照本发明，在一切入运动之后加工齿轮25中的一齿隙。如图2B所示为这种状态，称为加工状态。然后，在工具23与工件25之间发生一相对运动以使工具23从齿隙中移开。依照本发明，相对运动是一倾斜运动，或是一由一平移运动和一倾斜运动构成的组合运动。由于相对运动，可实现工具23与齿轮25之间角度的一相对改变。在图2A中，沿y-轴平行延伸的工具平面28和工具转轴的旋转轴线22之间的角a2大于图2B中的角a1。角度的改变用Δ表示，则a2＝a1+Δ。角度的相对变化相对于一枢轴点27(绕C-轴线旋转)。由于角度的这种变化，在加工工具平面28和工件轴21的转动轴线22之间的一齿隙期间而设定的角a1的度数会增加。如图2A所示，由于角度Δ的变化，结果是工具23相对于工件25的齿26作有效的直线位移HA_eff。在图2A中，角度变化之前齿26的位置由一虚线表示，并以26’表示在该位置的齿。

依照现有技术，当工具13从一齿隙中移开时，之前的机床中没有一台会出现角度变化。从轴排列的角度来看，常规的机床不会作这一运动。在图1所示的常规机床10的情况下，工具13必须进行一平移的抽出运动相应于齿高H加上一安全值，以从齿中完全抽出。在常规机床10的情况下，只有以这种方式才有可能确保齿16的齿面和工具13在随后绕轴线12的分度旋转期间不发生碰撞。

依照本发明，在齿轮25绕轴线22作分度旋转之前会突然出1角度变化Δ，并且再次送进工具13。重要的是使相应的倾斜运动与分度旋转协调一致。在机床20包括一机械传动装置的情况下，可以使用机械式联轴器进行这种运动的协调。在机床20配备一CNC控制的情况下，则以“电子”耦合，也就是由单个运动顺序的适当的相互配合来耦合。

以延时但部分同时与倾斜运动进行分度旋转是非常重要的。至少部分同时进行两种运动可节省许多时间。

如果机床20具有一CNC控制，则以“电子”耦合，也就是由单个运动顺序的适当的相互配合来耦合。可以由控制器本身(例如，图4中的控制器40)或由一特定的软件模块(例如，图4中的软件模块42)进行电子耦合。

依照本发明，要求较高的加速度以便能够在分度旋转开始之前只花费很少时间尽快进行倾斜运动。因此，特别优选具有CNC控制器和直接驱动装置的机床20，因为直接驱动装置可以将从CNC控制器的一控制指令中突然地转变成要求的倾斜运动。

依照本发明的一控制装置可以以这样的方式编程，即目前使用中的齿轮25和工具23在进行分度旋转时不发生碰撞。当对控制器编程时应考虑到有关齿轮25和工具23尺寸的数据。

在一较佳的实施例中，CNC控制器包括一软件模块(例如，图4中的软件模块42)，其与一待加工的齿轮25和工具23的装置20一起，进行一所谓的碰撞计算以防止齿轮26和工具23之间的碰撞。为进行碰撞计算，软件模块最好接管在与加工齿轮25一起的装置20中已限定的数据。以该数据为基础，考虑到运动顺序是否有碰撞的风险，然后建立三维结构。

如果碰撞计算显示一碰撞可能会发生，则要修改运动顺序。例如，可以以较陡坡度完成依照本发明进行的倾斜运动。或者可以稍迟才开始分度旋转。

可以以这样的方式为本发明的一CNC控制器编程，即齿轮的分度旋转和相对于工具23的齿轮25的运动(倾斜运动或是结合的平移运动和倾斜运动)以一协调的方式进行。这就是说，在时间上运动顺序彼此配合。因此，例如，一旦开始倾斜运动，分度旋转则在延迟Δt时间才开始。

图3所示为本发明的一较佳的实施例。图中所示为一种新型的、具有一接纳齿轮的工件转轴22和一接纳工具的工具转轴29的装置20。装置20包括多个在一分度过程中加工齿轮的驱动装置。驱动装置隐蔽在装置20的内层后面。装置20还包括一带有切屑收集区31的机床30。本发明设有一设置在架台33上、以X-Y平面延伸的刀架32，其可以沿与Y-轴线平行的水平延伸导轨34平移。刀架32装有工具转轴29并可在X和Z方向上平移。

图3中所示的这种安排与常规的机床不同。应强调的一基本不同点是，工具转轴21可绕C-轴线旋转。不同于常规的机床，工件可相对于工具作倾斜运动，以使有足够空间的工件和工具相互分开。如图2A和2B共同所述，绕B-轴线的工具只要这种空间分离一达到，就逐渐加快旋转。在图3所示的实施例中，至少C-轴线由一CNC控制器控制的直接驱动装置来驱动。该直接驱动装置使加工件即刻旋转。

依照本发明，在所示装置20上加工与工件转轴21固定的一齿轮中的齿隙。然后，在工具和加工件之间作一相对运动以使工具从齿隙中移出。为此，其中一驱动装置由CNC控制器以这样的方式启动，即相对运动包括一绕C-轴线的倾斜运动，其改变工具和齿轮之间的相对角度。然后，齿轮一绕B-轴线作分度旋转，再送进工具加工下一齿隙。由CNC控制器使所述的倾斜运动与分度旋转协调一致以防止碰撞。

图4所示为本发明装置20的相应的方框图。装置20具有六个图4中所示作为操纵部件的驱动装置X，Y，Z，B，C和A1。每一驱动装置由CNC控制器40启动。在所示实施例中，CNC控制器40与驱动装置之间的连接以双向箭头表示，以能够指出驱动装置可向控制器40提供反馈。例如，旋转驱动装置B，C，A1可提供关于转矩的反馈，或者角度编码器用来向控制装置40发送角度位置。又如，驱动装置X，Y，Z可经位移或位置发送器向控制装置发回信息。在所示实施例中，控制装置40与一软件模块41连接。例如，该软件模块41可进入一数据存储器。有关待加工件构成(形状、材料等)的储存信息可从该数据存储器中提取。关于所用工具的信息也可存储在数据存储器中。在这种情况下，控制装置40和软件模块41之间的一双向箭头表示控制装置40能够将信息发回到软件模块41。

依照本发明，所提供的一软件模块42可以与一待加工的齿轮25和工具23的装置20一起，进行一所谓的碰撞计算以防止一齿轮26和工具23之间的碰撞。为进行碰撞计算，如箭头44所指，软件模块42最好接管来自软件模块41的已限定的数据。以该数据为基础，考虑到运动顺序是否有碰撞的风险，然后，软件模块42建立三维结构。如果存在碰撞的风险，控制装置40的软件模块42则可限定启动驱动器C(倾斜运动)和驱动器B(分度旋转)的其它参数。

应该注意到，图4所示仅仅是表示一特定的实施例的方框图。仍然有其它方法使本发明的原理结合在一CNC控制器中，或以软件模块扩展控制装置。

操纵部件41和42可与应用软件的范围有关，该软件通常安装及运转在一经网络连接与控制装置40连接的(外部)计算器上。控制装置40通常在一装置20中实施。

本发明提供一种使用一装置加工齿轮的方法，该装置包括一接纳齿轮的工件转轴21、一接纳工具的工具转轴29以及使用工具加工齿轮的多个驱动装置。该方法包括以下步骤：

-使用工具作加工动作加工齿轮中的一齿隙；

-作一分度旋转以将齿轮转移到一不同的角度位置上；

-使用工具作重复的加工动作加工齿轮中的下一齿隙。

在图5中所示的本发明的装置的一较佳的实施例中，旋转轴线C位于加工件25的节圆锥的节圆锥的顶点K1上，或者在接近该点K1。这使相对于点K1的大多数的倾斜运动能够朝向X-轴的方向，籍此使工具23从加工件25的齿隙中移出。如果旋转轴线C位于点K2上，如图5所示，工具23则将相对于点K2作一倾斜运动。一旦相对于点K2作倾斜运动，朝向X-方向的倾斜运动的构件则比前述的情况的小，其中旋转轴线C位于或接近点K1。如图5所示，适当地选择旋转轴线C的位置为相同的倾斜角度在X-方向提供大的倾斜运动，而在Y-方向提供小的倾斜运动。

本发明还可以与包括机械驱动装置的装置20一起使用，虽然可节省较小时间，但仅一机械驱动装置允许较低的加速度。本发明在一包括机械驱动装置的装置应用的缺点在于，如果轴加速过快，则会产生磨损。

如上所述，本发明不仅可以用于切入式磨削研磨法，而且可用于铣削或搪磨。

本发明特别适合于以油浸法加工锥齿轮系统或正齿轮联轴器。

Claims

1.一种装置(20)，所述的装置包括一接纳齿轮(25)的工件转轴(21)、一接纳工具(23)的工具转轴(29)以及以一分度法加工齿轮(25)的多个驱动装置(X，Y，Z，B，C和A1)，其中先加工齿轮(25)中的一齿隙，然后使工具(23)与齿轮(25)之间作一相对运动以使工具(23)从齿隙中移开，齿轮(25)作一分度旋转而使工具(23)送进以加工下一齿隙，其特征在于，所述的驱动装置中的一个(C)可经一控制装置(40)以这样一种方式启动，即相对运动包括一倾斜运动，通过倾斜运动达到工具(23)与齿轮(25)之间的角度的相对变化，而倾斜运动与分度旋转协调一致。

2.如权利要求1所述的装置(20)，其特征在于，所述的驱动装置(C)中的至少一个是一跳跃性进行倾斜运动的直接驱动装置。

3.如权利要求1或2中所述的装置(20)，其特征在于，所述的一或多个驱动装置(X，Y)可经一控制装置(40)启动，以致于除倾斜运动之外，可通过工具(23)与齿轮(25)之间的距离的相对变化作相对平移运动。

4.如权利要求1，2或3中任何一项所述的装置(20)，其特征在于，所述的控制装置(40)构成为延时但部分同时地以相对运动进行分度旋转。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的装置(20)，其特征在于，使所述的控制装置(40)以这样一种方式编程，即在进行分度旋转时，使正在使用中的齿轮(25)和工具(23)不发生碰撞。

6.如权利要求5所述的装置(20)，其特征在于，所述的控制装置(40)包括一软件模块(42)或可与软件模块(42)连接，所述软件模块(42)可与一待加工的齿轮(25)和工具(23)的装置(20)一起，进行一碰撞计算以防止碰撞。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的装置(20)，其特征在于，所述的控制装置(40)这样编程，以使齿轮(25)的分度旋转与齿轮(25)和工具(23)之间的相对运动协调。

8.如权利要求1至7中任何一项所述的装置(20)，其特征在于，所述的控制装置(40)这样编程，以致于在加工齿轮(25)的情况下，进行一加工动作，其中多个驱动装置(X，Y，Z，B，C和A1)中的至少两个驱动装置进行协调运动。

9.如权利要求1至8中任何一项所述的装置(20)，其特征在于，所述的装置最好是一具有六个驱动装置的齿轮铣床或齿轮磨床。

10.如权利要求9所述的装置(20)，其特征在于，所述的机床的旋转轴线(C)位于待加工的齿轮(25)的一节圆锥顶范围内点(K1)上，以相对于该旋转轴线(C)进行倾斜运动。

11.一种以一装置(20)加工一齿轮(25)的方法，其中所述的装置(20)包括一接纳齿轮(25)的工件转轴(21)、一接纳工具(23)的工具转轴(29)以及使用工具(23)加工齿轮(25)的多个驱动装置(X，Y，Z，B，C和A1)，所述的方法包括以下步骤：-

-使用工具作加工动作加工齿轮中的一齿隙；

-作一分度旋转以将齿轮转移到一不同的角度位置上；

-使用工具作重复的加工动作加工齿轮中的下一齿隙。。

其特征在于，所述的相对运动是一倾斜运动，所述倾斜运动通过工具(23)与齿轮(25)之间实现一角度的相对变化。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，除倾斜运动之外，还进行一小的相对平移运动，该运动使工具(23)与齿轮(25)之间的相对距离改变。

13.如权利要求11或12中任何一项所述的方法，其特征在于，以延时但部分同时地以相对运动进行分度旋转。

14.如权利要求11至13中任何一项所述的方法，其特征在于，所述的装置或一计算器执行一软件模块(42)，以便能够与一待加工的齿轮(25)和工具(23)的装置(20)一起，进行一碰撞计算以在进行分度旋转时防止工具(23)和齿轮(25)发生碰撞。

15.如权利要求11至14中任何一项所述的方法，其特征在于，相对于一位于待加工的齿轮(25)的一节圆锥顶范围内点(K1)上提供的旋转轴线(C)进行倾斜运动。