CN103501946A - 用于滚剃加工的方法以及相应的具有滚剃刀具的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（50）的方法和设备，其中，所述滚剃刀具（100）具有变细的碰撞轮廓。在滚剃加工时，使所述滚剃刀具（100）相对于所述工件（50、60、70）耦合地进行相对运动；使所述滚剃刀具（100）围绕第一旋转轴线（R1）转动。使所述工件（50）围绕第二旋转轴线（R2）转动；其中，在滚剃加工期间设定负的倾角（δ）；以及使所述第一旋转轴线（R1）相对于所述第二旋转轴线（R2）异面延伸。

Description

用于滚剃加工的方法以及相应的具有滚剃刀具的设备

技术领域

本发明的技术方案涉及一种用于滚剃加工

齿部或其它周期结构的方法和一种相应的具有滚剃刀具的设备。

背景技术

已有许多用于制造齿轮的方法。切削式软预加工分为滚削（英文为hobbing）、插齿加工（英文为gear shaping）、刨削（英文为generatingplaning）和滚剃加工（英文为power skiving）。滚削和滚剃加工是所谓的连续方法，这在下面还将详细说明。

齿轮的切削制造被分为单齿分度方法（亦称为断续分度方法，英文为intermitted indexing process或single indexing process）和连续方法，该连续方法有时也称为连续分度方法（英文为continuousindexing process或face hobbing）。

在连续方法中例如使用具有相应刀片的刀具来切削工件外周面。工件在一次装夹下被连续地、即在无间断的方法中切削完成。连续方法基于复杂、耦合的运动过程，在其中刀具和待加工工件彼此相对进行连续的分度运动。该分度运动由相应机床的多个轴驱动装置的协调或者说耦合的驱动产生。

在单齿分度方法中加工一个齿隙，然后进行例如刀具的相对运动和所谓的分度运动（分度旋转），在其中工件相对于刀具旋转，之后加工下一齿隙。如此逐步制出齿轮。

开始提到的插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具1的旋转轴线R1和工件2的旋转轴线R2之间的夹角（也称为轴夹角）为零度，如图1示意所示。当轴夹角为零度时，两个旋转轴线R1和R2平行延伸。工件2和插齿刀具1连续围绕其旋转轴线R2或R1旋转。插齿刀具1除了旋转运动外还附加地进行升降运动（该升降运动在图1中通过双向箭头S_hx来表示）并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。

一段时间以前重新采用一种方法，该方法被称为滚剃加工。其溯源约有100年历史。第一个关于该主题的申请号是DE243514的专利申请可追溯到1912年。在最初几年的思考和研究之后不再努力追求继续改良滚剃加工。到目前为止，为了找到适合用于滚剃加工方法的刀具几何形状，需要复杂的过程，该过程部分地来自于经验。

大约在20世纪80年代中期，重新使用滚剃加工。只有借助当今的仿真方法和现代的CNC机床控制才能将滚剃加工原理转用为高产、可重复和鲁棒的方法。另外还源于当今刀具材料的高耐磨性、现代机床的极高的静力学和运动学刚性以及同步运行的高品质。

现在在滚剃加工时，如图2所示，在滚剃刀具10（又称为滚剃轮）的旋转轴线R1和工件20的旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角Σ。滚剃刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量（转动分量）和进给分量（平移分量）。作为驱动技术模拟可观察展成螺旋式齿轮传动

其中旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动对应于齿面的滑动。轴夹角Σ的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量越大。平移运动分量引起滚剃刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。因此在滚剃加工时，利用螺旋齿轮等效传动的相互啮合的齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在滚剃加工时仅需要缓慢的轴向进给（也称为轴向进刀）并且因此省略所谓的插齿运动，该插齿运动对于插齿而言是典型的。因此在滚剃加工时不出现回程运动。

滚剃加工时的切削速度直接受到滚剃刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线R1和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及进而滑动分量应这样选择，即在转速给定的情况下为材料加工实现最佳的切削速度。

已知滚剃加工方法的运动过程和其它细节可由已经提到的示意性显示的图2获知。图2示出在圆柱形工件20上滚剃加工外齿部。工件20和刀具10（在此为圆柱形滚剃刀具10）沿相反方向旋转。

还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要轴向进给S_ax。当希望在工件20上加工斜齿时（即β2≠0），则在轴向进给S_ax上叠加差动进给S_D。径向进给S_rad可作为进刀运动实施。径向进给S_rad也可用来例如影响工件20的齿凸度。

在滚剃加工时切削速度矢量

基本上是刀具10和工件20的旋转轴线R1、R2的两个以轴夹角Σ相互倾斜的速度矢量

和

的差。是刀具10圆周上的速度矢量，

是工件20圆周上的速度矢量。因此滚剃加工过程的切削速度v_c可通过轴夹角Σ和螺旋齿轮等效传动中的转速来改变。轴向进给S_ax仅对切削速度v_c产生很小的影响，该影响可忽略并且因此未在图2的矢量

和

的矢量图中示出。

在图3中示出用锥形滚剃刀具10滚剃加工工件20的外齿部。在图3中再次示出轴夹角Σ、切削速度矢量

刀具10圆周上的速度矢量和工件20圆周上的速度矢量

以及刀具10的螺旋角β1和工件20的螺旋角β₂。与图2不同，螺旋角β₂在此不等于零。刀具10的齿顶在图3中用附图标记4来表示。齿工作面在图3中用附图标记5来表示。两个旋转轴线R1和R2不相交，而是彼此异面设置。在锥形滚剃刀具10中，设计点AP目前通常选择在两个旋转轴线R1和R2的公垂线上，这是因为无需使滚剃刀具10倾斜以形成后角。设计点AP在此与所谓的接触点重合。在设计点AP中螺旋齿轮等效传动的各基圆接触。

为了——例如在使用现代切削材料如硬金属进行干式加工时——尽可能提高滚剃加工的生产率，滚剃刀具和工件之间的相对运动的滑动分量必须产生足够高的切削速度。切削速度v_c在滚剃加工情况下直接受到螺旋齿轮等效传动的旋转速度、有效的工件或刀具半径以及旋转轴线R1和R2的轴夹角Σ的影响。可能的旋转速度在此通过所使用的加工机床（滚剃加工机）的所允许的转速来限制。工件尺寸不变地预先确定。可能的刀具尺寸通过所使用的加工机床（滚剃加工机）的工作空间并且在加工内齿部时亦通过该齿部的内部空间本身来限制。因此通常只能通过相应大的轴夹角Σ来产生足够高的切削速度。

然而在实践中，轴夹角Σ不能任意预设，这是因为除了纯矢量分析叠加的不同运动外还存在一系列其它不得不考虑的因素。在下面的段落中说明这些必须被考虑的额外因素。

在滚剃加工时使用刀具10，该刀具具有至少一个几何形状确定的切削刃。所述切削刃在图2和图3中未示出。切削刃的形状和布置属于在实践中在具体设计时必须考虑的因素。

另外，刀具本身在滚剃加工时影响重大。滚剃刀具10在图2所示例子中具有直齿圆柱齿轮的形式。基体的外轮廓在图2中是圆柱形的。但该外轮廓也可是锥状（亦称锥形）的，如图3所示。由于滚剃刀具10的齿在整个切削边长度上啮合，所以刀具10的每个齿在切削边上需要足够的后角。

如以直齿或斜齿的锥形滚剃刀具10为出发点，如图4A和4B所示，可以看到，这种滚剃刀具10基于滚剃刀具10的锥形基本形状具有所谓的结构上的后角。也就是说，基于滚剃刀具10的几何形状预设锥形滚剃刀具10齿顶和齿面上的后角。但锥形滚剃刀具10的切削刃轮廓必须满足特定条件，以便能够进行精磨。在图4A和4B中示出在加工工件20的外齿部的情况下的锥形滚剃刀具10。所谓的结构上的后角α_Ko可在图4B中在锥形滚剃刀具10的切削刃顶部上看到。轴交点AK与滚剃刀具10和工件20的基圆的接触点BP在图4A中重合并且位于旋转轴线R1和R2的公垂线GL上（在图4A和4B中不可见或者说未示出）。

在图5中示出直齿或斜齿锥形滚剃刀具10和圆柱形工件20的另一视图，在此这样选择图5的视图，使得两个旋转轴线R1和R2平行延伸，但两个轴线R1和R2相对彼此异面。在图5中可见两个轴线R1和R2的公垂线GL。如图5所示，接触点BP位于公垂线GL上。

在图6A和6B中示出圆柱形滚剃刀具10和带有外齿部的圆柱形工件20的情况。滚剃刀具10不仅相对于工件20的旋转轴线R2异面设置（如在图6A中借助相应的轴夹角Σ可见），而且这样相对于工件20定位，即滚剃刀具以小的角度α_Ki远离工件倾斜（如图6B清晰可见）。由于滚剃刀具10的远离倾斜，可产生有效后角，该后角在图6B中是针对顶刃的角α_Ki。在刀具的侧刃上也因该远离倾斜而产生有效后角。但该后角小于顶刃上的后角。通常，该后角仅为顶刃上的后角的一半大。

如以直齿或斜齿圆柱形滚剃刀具10为出发点，如图6A和6B所示，可以看出，这种滚剃刀具10由结构决定在齿顶以及齿面上都不具有所谓的结构上的后角。如这种圆柱形滚剃刀具10以传统方式被装夹，则没有后角。通过使滚剃刀具10远离倾斜可产生运动学后角，如上所述。在实践中滚剃刀具10的远离倾斜通过滚剃刀具10在机床中的偏心装夹来实现，以便使前刀面偏移离开轴交点AK。滚剃刀具10和工件20的基圆的接触点BP因滚剃刀具10的远离倾斜而不再位于旋转轴线R1和R2的公垂线上。该相应的偏移（英文为offset）又称为前刀面偏移e并且在图6A中可见。滚剃刀具10的远离倾斜越大，则有效后角就越大。滚剃加工所需的后角在3度和5度之间的范围中。为了预设所述后角，圆柱形滚剃刀具10需要并且在实践中通常远离倾斜最大达10度。

在图7A和7B中示出直齿或斜齿圆柱形滚剃刀具10和圆柱形工件20的另一设置方式，其中，在图7A中的视图选择为，使得两个旋转轴线R1和R2平行地延伸，但这两个轴线R1和R2相对于彼此异面。在图7A中可见两个轴线R1和R2的公垂线GL。在图7A和7B中接触点BP位于公垂线GL上方。在图7B中示出所谓的接触视图（也称为接触面侧向投影），其中可见接触点BP。在图7A的图示中，接触点BP藏于工件20后方。

除了从预设所期望的后角中获得的运动学的因素和条件以外，工件20的特性也起到不可忽略的作用。总是存在如下工件，即在该工件中的直径比齿根圆直径大的区域连接到齿部或周期结构上，并且因此该工件在制造齿部或另一周期结构时仅允许小量超程。

在图8A和8B中示出工件20的一个示例，该工件具有第一圆柱形区段21和第二圆柱形区段22，其中，应通过使用锥形滚剃刀具10借助于滚剃加工在第一圆柱形区段21上制成外齿部。工件20例如能够是具有直径不同的区域的轴。为了获得足够的切削速度v_c，需要至少10度的有效轴夹角∑_eff。在图8A和图8B中都可见，在至少10度的有效的轴夹角∑_eff的情况下的锥形滚剃刀具10与在通常装夹情况下的工件20的第二圆柱形区段22发生碰撞。在图8B中示意性通过椭圆KB标出碰撞区域。在圆柱形滚剃刀具10中（例如在图7A中示出的）也发生碰撞，其中，在那里的情况还由于附加的倾斜而变得更差。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于切削加工齿轮齿面或其它周期结构的方法和设备，其尤其适合于加工仅允许小量超程的工件。

此外，所述方法和设备应是鲁棒的并且适于使用在批量生产中，例如在汽车工业中。

根据本发明，所述目的通过一种在此称为改良滚剃加工方法的方法得以实现。该改良滚剃加工方法是连续的切削加工方法，其适于制造旋转对称的周期结构。如名称滚剃加工所表明的，该方法是一种滚切的方法。准确地说，该方法是一种连续滚切的制齿方法。在此为了说明和设计展成传动链（Erzeugungsgetriebe）将滚剃加工与螺旋齿轮传动的运动学进行比较。

所述方法设计用于通过使用由刀具主轴保持的滚剃刀具滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件。所述滚剃刀具具有变细的碰撞轮廓。在该滚剃加工方法中：

-使滚剃刀具连续地围绕第一旋转轴线转动，

-使工件连续地且与滚剃刀具同步地围绕第二旋转轴线转动，

-使转动的滚剃刀具相对于转动的工件进行相对运动，其中

-在滚剃加工期间设定滚剃刀具的负的倾角，并且

-第一旋转轴线相对于第二旋转轴线异面延伸。

通过滚剃刀具和工件之间的耦合运动获得在滚剃刀具和工件之间的相对运动，该相对运动与螺旋齿轮传动的相对运动相对应或者接近于螺旋齿轮传动。

滚剃刀具在加工阶段期间朝向工件的方向倾斜，也就是说，沿与在至今常见的远离倾斜中的方向相反的方向倾斜，以提供运动学的后角。

优选的是，滚剃刀具在所有实施形式中朝向工件上的齿部或者周期结构倾斜。

倾角δ优选在-2度和-45度之间的角度范围中并且优选在-5度和-30度之间的角度范围中。

获得这样的有效轴夹角，其数值小于由两个旋转轴线围成的较小的角。

优选地，当工件是仅允许小量超程的工件（例如具有环绕凸缘的构件）时使用本发明。

本发明的改良滚剃加工方法的特征是，在工件和刀具之间的相对运动过程（称为相对运动）这样预设和实施，即不会发生碰撞。

该相应的改良滚剃加工方法是连续的切削加工方法。如名称滚剃加工所表明的，该方法是一种滚切的方法。准确地说，该方法是一种连续滚切的制齿方法。

在所有实施形式中优选使用滚剃轮状的滚剃刀具，其明显区别于端面刀盘刀具。

根据本发明，滚剃刀具具有滚剃轮状的刀具区域，所述刀具区域具有向外凸出的呈切削齿形式的切削刃。

根据本发明，滚剃刀具具有滚剃轮状的刀具区域，所述刀具区域具有插齿刀的形式，优选具有盘形插齿刀或碗形插齿刀的形式（例如根据DIN3972或DIN5480）。

根据本发明的滚剃轮状的滚剃刀具设计为所谓的整体刀具，也就是说，其是基本上一体构成的刀具，或者所述滚剃刀具设计为刀盘刀具（在此称为杆状刀片-切削轮），其具有刀盘基体，所述刀盘基体配有优选呈杆状刀片形式的刀片嵌件。

根据本发明，滚剃刀具优选在所有实施形式中具有所谓的结构上的后角。也就是，基于滚剃刀具的几何形状在考虑运动学的情况下预设所述后角。

本发明优选应用在这样的构件中，即，所述构件具有所谓的贴靠干扰轮廓（例如碰撞外周面）并且因此在大多数情况下不能够借助于传统的滚剃加工方法制成。

本发明基于如下事实，即，所述倾角δ设定为负的。也就是说，滚剃刀具相对于传统的滚剃加工方法沿相反的方向倾斜。

能够借助已说明的和要求保护的改良滚剃加工方法和设备制造最不同的齿部和其它周期重复结构。

为工件的圆柱形齿部预设前刀面偏移e，该前刀面偏移在内齿部的情况下是负的并且在外齿部的情况下是正的。

在改良地滚剃加工时，在工件上的材料被连续地去除，直至齿或其他周期结构完全形成。在滚剃加工时特殊的方法步骤是以多个步骤或多个加工阶段进行加工。在此，例如齿隙首先在特定的深度上被切割，并且随后直至整个深度被加工。

根据本发明的方法既能够实施为干式加工也能够实施为湿式加工。

滚剃加工能够不仅用于加工外齿部。该改良滚剃加工也能够有利地用于制造内齿部。

该改良滚剃加工既能够使用在热处理工件之前的预制齿中，也能够使用在热处理之后的精制齿中。也就是说，该滚剃加工适于软处理和硬（精）处理。

附图说明

下面借助于实施例并且参照附图说明本发明的其它细节和优点。在所有的示意图中（即也包括图8A和8B中的碰撞视图），为简单起见，将工件和滚剃刀具减少为基圆上的情况（或者说基于滚动圆柱体的工件的情况）。但是所示出的情况也适用于具有一定齿高的整个齿部。

图1示出在插齿加工时具有圆柱形外轮廓的插齿轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图2示出在滚剃加工时具有圆柱形外轮廓的直齿滚剃轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图3示出在滚剃加工时具有锥形外轮廓的斜齿滚剃轮与带有外齿部的工件啮合的示意图；

图4A示出锥形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影（接触面投影），其中以传统方式预设轴夹角；

图4B示出根据图4A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交侧向投影（接触面侧向投影）；

图5示出另一锥形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意图，其中滚剃刀具以传统方式不相对于工件倾斜；

图6A示出圆柱形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交投影，其中滚剃刀具以传统方式以小的角度远离工件倾斜并且形成前刀面偏移；

图6B示出根据图6A的圆柱形滚剃刀具和工件的示意性接触面侧向投影；

图7A示出另一圆柱形滚剃刀具在滚剃加工带有外齿部的工件时的示意性轴相交侧向投影，其中，滚剃刀具以常规方式以小的角度远离工件倾斜；

图7B示出根据图7A的圆柱形滚剃刀具和工件的示意性接触面侧向投影；

图8A示出另一锥形滚剃刀具在滚剃加工具有小量超程的带有外齿部的工件时的示意性轴相交侧向投影（接触面侧向投影），其中，以常规方式预设轴夹角并且导致在滚剃刀具和工件之间的碰撞；

图8B示出根据图8A的锥形滚剃刀具和工件的示意图，以便更清楚地图解示出碰撞；

图9A示出锥形滚剃刀具在改良地滚剃加工带有外齿部的圆柱形工件时的示意图，其中，滚剃刀具朝向工件倾斜；

图9B示出根据图9A的锥形滚剃刀具和工件的另一示意图；

图9C示出根据图9A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交投影；

图9D示出根据图9A的锥形滚剃刀具和工件的示意性轴相交侧向投影；

图9E示出根据图9A的锥形滚剃刀具和工件的示意性接触面侧向投影；

图10A示出锥形滚剃刀具在改良地滚剃加工具有小量超程的带有外齿部的圆柱形工件时的接触面侧向投影，其中，滚剃刀具朝向工件倾斜；

图10B示出根据图10A的锥形滚剃刀具和工件的另一示意图；

图10C示出根据图10A的锥形滚剃刀具和工件的另一示意图；

图11示出锥形滚剃刀具相对于所谓的接触面的示意图；

图12A示出锥形变细的滚剃刀具的简化示意图，该滚剃刀具在本发明的范围内可用于－20度的倾角δ；

图12B示出根据图12A的滚剃刀具连同带有外齿部的圆柱形工件的简化示意图，其中，预设－20度的倾角δ；

图13示出呈插齿刀－整体刀具形式的滚剃刀具的简化示意图；

图14示出根据本发明的具有滚剃刀具的机床在对带有内齿部的工件制齿时的简化示意图。

具体实施方式

在本说明书中所使用的术语也被用于相关的出版物和专利中。然而应指出，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的构思和权利要求的保护范围不应被这些特定选择的术语局限于该解释中。本发明可毫无问题地应用到其它术语系统和/或专业领域中。在其它专业领域中应按意义使用这些术语。

旋转对称的周期结构例如是具有内齿部和/或外齿部的齿轮。然而也可以是制动盘、离合器元件或变速器元件和类似物。滚剃刀具尤其适合用于制造小齿轮轴、蜗杆、内齿轮、齿轮泵、环形铰链套节（Ringgelenknabe）（环形铰链例如在汽车领域中用于将力从差速器传递到车轮上）、花键轴连接装置、滑动套筒、皮带轮和类似物。所述周期结构在此也被称为周期重复结构。

接下来主要说明齿轮、轮齿和齿隙。但本发明也可如上所述用于具有其它周期结构的其它构件。所述其它构件在此情况下不涉及齿隙而是例如涉及凹槽或沟纹。

根据本发明，涉及一种所谓的改良滚剃加工方法，其中，滚剃刀具100朝向工件50或60倾斜。下面首先说明设计该带有倾斜的滚剃加工过程的必要基础。

原则上，在滚剃加工时滚剃刀具100和工件50、60、70之间的相对运动对应于螺旋齿轮传动、又称为展成螺旋式齿轮传动。所述螺旋齿轮传动为空间传动。

因此滚剃加工过程的基础设计如同设计传动机构时那样在所谓的设计点AP上进行。所述基础设计在此理解为滚剃刀具100关于工件50、60、70的空间布置和运动的确定（即运动学方面）以及滚剃刀具100的几何形状的基本参数（如直径和螺旋角）的确定（即刀具基础几何形状方面）。

尽可能最佳地设计在设计点AP上的几何形状和运动学的啮合条件。啮合条件随着距设计点AP距离的增加而变化。在此滚剃加工是一种极为复杂的方法，其中，啮合条件也随着切削刃的运动而连续变化。但可通过设计点AP上的啮合条件有针对性地影响变化的啮合条件。

因此设计点AP上的啮合条件的正确设计在滚剃加工过程的设计中意义重大。

关于轴布置的术语：

为了确定轴布置需要多个术语。这些术语在下表中说明。

关于滚剃刀具和工件之间的接触的术语：

为了描述滚剃刀具和工件之间的接触需要多个术语。这些术语在下表中说明。

其它投影：

还有其它用于说明本发明的投影。这些投影在下表中说明。

前刀面偏移：

下述等式[1]为非平面齿部建立描述旋转轴线R1和R2的空间布置的角度之间的关系并且因此对于各个参数的换算非常重要：

cos(Σ)=cos(Σ_eff)·cos(δ)     [1]

在该通用情况下，轴夹角Σ被分解为有效轴夹角Σ_eff和倾角δ，其中，有效轴夹角Σ_eff是用于产生在旋转的滚剃刀具100和旋转的工件50、60、70之间的相对切削运动的、确定的参数。对于平面齿部也定义有效轴夹角Σ_eff和倾角δ，但等式[1]不适用。

根据本发明，倾角δ总是小于0度，也就是说，刀具参考平面以及进而滚剃刀具100相对于接触面BE（该接触面由两个速度矢量形成）的倾斜度是负的。因此，在本发明中探讨的是滚剃刀具100朝向工件50、60、70的倾斜。

设计点AP或接触点BP由于负的倾角而不位于公垂线GL上，例如在图9B中可见的。公垂线GL在外齿部的情况下位于切削刃半空间中，在内齿部的情况下位于切屑半空间中。接触面BE垂直于工件参考平面，但是不垂直于刀具参考平面。工件50、60、70的旋转轴线R2平行于接触面BE。然而，滚剃刀具100的旋转轴线R1在切削刃半空间中与接触面BE相交。在工件50、60、70具有圆柱形齿部的情况下，接触半径矢量

和

围成倾角δ，例如在图9B中可见的。不失一般性地能够表达为，倾角δ由滚剃刀具100的接触半径矢量和接触面法线

围成。

在所有实施形式中，有效轴夹角∑_eff优选位于下述范围中：-60°<∑_eff<60°。

根据本发明，前刀面偏移e在圆柱形内齿部的情况下是负的并且在圆柱形外齿部的情况下是正的。根据本发明，后角必须在结构上设置在滚剃刀具100上。在这种情况下，必须附加地补偿因刀具切削刃朝向圆柱形构件（即，朝向工件50、60、70）的倾斜而造成的后角损失。

在图9E中的接触面侧向投影示出在运动学-结构方面实现的顶部后角α_kiko，其为在运动学上产生的负的后角α_ki和在结构上的刀具后角α_ko之和。

根据本发明，涉及一种所谓的用于滚剃加工工件50、60、70的改良滚剃加工方法，其中，应通过使用滚剃刀具100来在工件50、60、70上制造旋转对称的周期结构，例如外齿部或内齿部。如在图9A至9E以及根据在图10A至10C中的另一示例（所述图9A至10C是示出滚动体的示意图）所示出的改良滚剃加工方法的特征尤其在于，滚剃刀具100具有向后变细的碰撞轮廓，从而避免在滚剃加工时与工件50、60、70的碰撞。因此，滚剃刀具100优选具有锥形的或者说锥状的或双曲线形的碰撞轮廓。在滚剃加工加工期间，同时并且协调地进行下述步骤：

-使滚剃刀具100相对于工件50、60、70耦合地进行相对运动；

-使滚剃刀具100围绕第一旋转轴线R1转动并且使工件50、60、70围绕第二旋转轴线R2转动；其中

-在加工阶段期间设定负的倾角δ；以及

-使第一旋转轴线R1相对于第二旋转轴线R2异面延伸，或者使两个旋转轴线R1、R2相对于彼此异面。

在图9A中示出具有向后变细的（在此为锥形的）碰撞轮廓的滚剃刀具100在改良地滚剃加工带有外齿部的圆柱形工件50时的示意图。滚剃刀具100朝向工件50倾斜，也就是说，倾角δ小于0度。图9A示出圆柱形工件50的俯视图。工件50的端面51位于绘图平面中。在所有实施形式中，滚剃刀具100优选包括滚剃轮状的刀具区域101，切削齿位于该刀具区域上。滚剃刀具10由刀具主轴170保持，该刀具主轴在附图中示意地示出。

根据本发明，在所有实施形式中，滚剃轮状的刀具区域101具有向外突出的呈切削齿形式的切削刃，例如在图12A、12B和3中可见的。各切削齿的切削面基本上关于变细的滚剃轮状的刀具区域101制出。

根据本发明，在所有实施形式中，滚剃轮状的刀具区域101具有插齿刀的形式，优选具有碗形插齿刀的形式。

但是，在所有实施形式中，在滚剃轮状的刀具区域101和自身的刀具主轴170之间能够安置适配器元件。

图9B示出根据图9A的情况的另一视图。在图9B中可见滚剃刀具100和工件50的基圆W1、W2的接触点BP和公垂线GL。接触点BP位于滚剃刀具100的具有半径矢量

的基圆W1和工件50的具有半径矢量

的基圆W2的接触点上。

图9C示出根据图9A的情况的轴相交投影。在图9C中可见轴夹角∑。公垂线GL垂直于图9C的绘图平面并且因此减少为轴交点AK。

图9D示出根据图9A的情况的轴相交侧向投影。在图9D中，两个轴线R1、R2的投影在绘图平面中平行。公垂线GL也位于绘图平面中。

图9E示出根据图9A的情况的接触面侧向投影。图9E的视图是清楚地示出基圆W1、W2的接触点BP和刀具朝向工件的倾斜的视图。

在图9A至9E中示出的实施例中，倾角δ=-20度。

在所有实施形式中，倾角δ优选在-2度和-45度之间的范围中。特别优选的是在-5度和-30度之间的角度范围中。

在图9A至9E中，通过锥形基体实现滚剃刀具100的变细的碰撞轮廓。但是，滚剃刀具100的基体也能够具有另一种变细的形状以避免碰撞。滚剃刀具100的锥形基体的锥角在此为例如30度。该锥角也可为其它值，只要在考虑倾角δ和其它预设值的情况下在滚剃刀具100的切削刃的区域中确保正的有效顶部后角即可。

在所有实施形式中，变细的碰撞轮廓应理解为滚剃刀具连同切削齿的包络体EH的变细轮廓。在图12A中通过虚线标明滚剃刀具100的包络体EH的碰撞轮廓。借助于虚线可见碰撞轮廓向后变细。

在图10A中示出另一适宜的锥形滚剃刀具100在改良地滚剃加工另一带有外齿部的圆柱形工件60时的示意性接触面侧向投影。滚剃刀具100朝向工件60倾斜。在图10A中可见，工件60具有第一圆柱形区段61和第二圆柱形区段62，其中，两个区段61、62与工件60的旋转轴线R2同心。在此涉及与在图8A和8B中相同的工件。

因为要在第一圆柱形区段61上制造周期结构并且由于邻接的区段62而只允许小量超程，因此滚剃刀具100朝向工件60倾斜。倾角δ在此为-10度。

图10B和10C示出根据图10A的另外的视图。

图11示出锥形滚剃刀具100相关于所谓的接触面BE的示意图。特别直观的是根据图11的相对于接触面BE的倾斜的视图。借助于图11能够良好地图解说明倾角δ的位置。

在所有实施形式中，滚剃刀具100优选具有带有向后变细的碰撞轮廓的基本形状或外周形状。为了这个目的，外周形状或基本形状例如由圆柱形部分和截锥形（锥形）部分组合而成。至少滚剃刀具100的滚剃轮状的区域101优选具有变细的碰撞轮廓，如在图9A至10C、11、12A、12B和13中所示出的。

在图12A中示出锥形变细的滚剃刀具100的简单示意图，其能够在本发明中在-20度的倾角δ的情况下使用。如在图12A中的示意图示出的，滚剃刀具100是刀盘刀具，该刀盘刀具具有刀盘基体110（在此具有截锥形的（锥形的）部分160），该刀盘基体配有优选呈杆状刀片120形式的刀片嵌件。滚剃刀具100借助于在此简单示意性示出的刀具主轴170在运动技术方面与机床200固定。

图12B示出根据图12A的滚剃刀具100连同圆柱形工件50的简单示意图，其中预设-20度的倾角δ。滚剃刀具100具有碰撞轮廓，该碰撞轮廓选择为，使得尽管以δ=-20度倾斜但仍不会导致滚剃刀具100与工件50的小量碰撞。

但是，滚剃刀具100能具有另一形状，例如在图13中所示出的。在图13中示出滚剃刀具100，其具有插齿刀的形式。该滚剃刀具在此是整体刀具，其中切削齿111是滚剃刀具100的部件。滚剃刀具100在此具有24个切削齿111，在图13中其中之一设有附图标记。滚剃刀具100的基体具有截锥盘或截锥形碟的形式。

设计用于根据本发明的滚剃加工的机床200具有CNC控制装置201，所述CNC控制装置能够实现轴线R1和R2的耦合或者说轴运动的协调。CNC控制装置201能够是机床200的一部分，或者其能够在外部实现并且设计为用于与机床200以通信技术的方式连接202。相应的机床200包括所谓的“电子传动链”或者说“电子的或控制技术方面的轴耦合”以便实现滚剃刀具100相对于被滚剃加工的带有内齿的工件70的相对运动。滚剃刀具100和工件70的耦合运动实现为，使得在加工阶段期间实现在滚剃刀具100和工件70之间的相对运动，该相对运动与螺旋齿轮传动的相对运动对应。电子传动链或电子的或控制技术方面的轴耦合确保机床200的至少两个轴的转速同步。在这种情况下，至少刀具主轴170的旋转轴线R1与工件主轴180的旋转轴线R2耦合。此外，在所有实施形式中，工件主轴170的旋转轴线R2优选与沿R1方向的轴向进给203耦合。轴向进给203的运动在图14中通过双箭头204示出。附加地，工件主轴180可借助于滑座205平行于旋转轴线R2线性移动，如通过双箭头206示出的。滑座205还能够连同工件主轴180和工件170围绕枢转轴线SA转动，如通过双箭头207示出的。

优选使用基于垂直布置的机床200，如图23所示。在这种垂直布置中滚剃刀具100连同刀具主轴170设置在工件50、60、70连同工件主轴180上方或者反过来。在滚剃加工时产生的切屑基于重力作用落下并且例如可通过未示出的切屑板移除。

另外设计用于根据本发明改良地滚剃加工的机床200确保正确的复杂的几何形状和运动学的机床设置以及所述轴线的轴运动。优选该机床在所有实施方式中具有六个轴线。已经说明了五个轴线。可设置这样的轴线作为第六个轴线，即其允许工件50、60、70相对于滚剃刀具100的线性相对运动。该线性相对运动在图23中通过双向箭头208示出。

在所有实施方式中，改良滚剃加工方法可干式或湿式地被使用，其中优选干式滚剃加工。

在所有实施形式中，工件50、60、70可具有预制齿（例如粗制齿的工件）或无齿。在无齿工件中滚剃刀具100在整料中进行加工。

在所有实施方式中，可优选通过精切方法（Schlichtverfahren）精加工工件50、60、70。

在此所描述的和要求保护的改良滚剃加工具有很高的生产率和柔性。

该改良滚剃加工的应用范围很广并且可用于制造旋转对称的周期结构。

在此所描述的改良滚剃加工实现高的材料切除率。同时可在齿面和其它加工表面上实现有利的表面结构。

在改良滚剃加工中可在工件50、60、70上连续切除材料，直到完全构造出齿或者说齿隙或其它周期结构。

改良滚剃加工是高效方法，其在加工时间方面具有巨大潜力。除了较少的周期时间外刀具成本也相对低。所有这些方面都对改良滚剃加工的特殊经济性作出贡献。

Claims (16)

1.一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（50、60、70）的方法，其中，所述滚剃刀具（100）具有变细的碰撞轮廓，其特征在于，

-使所述滚剃刀具（100）相对于所述工件（50、60、70）耦合地进行相对运动；使所述滚剃刀具（100）围绕第一旋转轴线（R1）转动并且使所述工件（50、60、70）围绕第二旋转轴线（R2）转动；其中

-在滚剃加工期间设定负的倾角（δ）；以及

-使所述第一旋转轴线（R1）相对于所述第二旋转轴线（R2）异面延伸。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滚剃刀具（100）和所述工件（50、60、70）的耦合运动这样进行，即在滚剃加工期间实现在所述滚剃刀具（100）和所述工件（50、60、70）之间的相对运动，该相对运动与螺旋齿轮传动的相对运动相对应。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述滚剃刀具（100）在滚剃加工期间朝向所述工件（50、60、70）的方向倾斜，其中，所述倾角（δ）优选在-2度和-45度之间的角度范围中。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，获得在下述范围中的有效轴夹角（∑_eff），即：-60°≤∑_eff≤60°。

5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述滚剃刀具（100）具有多个切削齿（111），其中每个切削齿（111）都设有结构上的后角。

6.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，在运动学-结构方面的顶部后角（α_kiko）是在运动学上产生的负的后角（α_ki）和在结构上的刀具后角（α_ko）之和。

7.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述旋转对称的周期结构是所述工件（50、60、70）的内齿部或外齿部。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述工件（50、60、70）是圆柱形工件，并且预设前刀面偏移（e），该前刀面偏移在内齿部的情况下是负的并且在外齿部的情况下是正的。

9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述工件（50、60、70）是仅允许小量超程的工件（60）。

10.一种用于通过使用滚剃刀具（100）滚剃加工具有旋转对称的周期结构的工件（50、60、70）的设备，具有：

-用于固定滚剃刀具（100）的刀具主轴（170）；

-具有变细的碰撞轮廓的滚剃刀具（100）；

-用于固定工件（50、60、70）的工件主轴（180）;

-用于耦合地实施相对运动并且用于使滚剃刀具（100）连同刀具主轴（170）围绕第一旋转轴线（R1）以及使工件（50；60；70）连同工件主轴（180）围绕第二旋转轴线（R2）耦合地旋转的数控驱动装置，

其中，所述设备（200）具有数字控制装置（201）或能够与数字控制装置（201）连接，该数字控制装置设计用于在滚剃加工期间预设负的倾角（δ）并且使第一旋转轴线（R1）相对于第二旋转轴线（R2）异面地定位。

11.如权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）具有滚剃轮状的刀具区域（101），所述刀具区域具有向外突出的呈切削齿（111）形式的切削刃。

12.如权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）具有滚剃轮状的刀具区域（101），所述刀具区域具有插齿刀的形式，优选具有盘形插齿刀或碗形插齿刀的形式。

13.如权利要求10所述的设备（200），其特征在于，所述数字控制装置（201）设计用于使滚剃刀具（100）在滚剃加工期间沿朝向工件（50；60；70）的方向倾斜，其中，倾角（δ）优选在－2度和－45度之间的角度范围中。

14.如权利要求10至13之一所述的设备（200），其特征在于，所述设备（200）是六轴机床。

15.如权利要求10至13之一所述的设备（200），其特征在于，所述滚剃刀具（100）是整体刀具或杆状刀片－滚剃轮。

16.如权利要求10至13之一所述的设备（200），其特征在于，所述数字控制装置（201）设计用于实施根据权利要求1至9之一所述的方法。

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