CN109070249A - 用于在齿端边缘上产生材料移除的方法以及为此设计的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用旋转驱动的倒角工具(6a、6b)在机加工操作中在工件啮合齿(W)的齿端边缘上产生材料移除的方法，该机加工操作通过倒角工具和同样旋转驱动的工件啮合齿之间的受控轴向机器运动来进行，其中，材料利用几何形状不确定的切割边缘来移除，且移除在倒角工具的定型、特别是可变定型和用于加工操作的机器控制之间的协调动作中进行，该协调动作取决于预定参数来执行，这些预定参数表征所要产生的材料移除。

Description

用于在齿端边缘上产生材料移除的方法以及为此设计的装置

本发明涉及一种用于在机加工操作中利用旋转驱动的倒角工具在工件(啮合)齿的齿端边缘上产生材料移除的方法，该机加工操作通过倒角工具和类似旋转驱动的工件啮合齿之间的受控轴向机器运动引起，且本发明涉及一种适合于执行该方法的装置。

利用倒角工具在齿的齿端边缘上产生材料移除的此类方法是众所周知的。发生所谓的“倒角”，其中，例如滚铣啮合齿的锋利齿端边缘借助互补齿机加工而变形，而出于本领域技术人员可能熟悉的各种原因，例如由于在操作工件时发生伤害的风险，在之后的精加工中精加工工具上出现磨损的风险，或者甚至边缘在表面硬化且由此变脆的情形中出现的风险，该边缘会在变速器上存在升高的边缘负载时破裂。倒角则在软加工中、即在工件硬化之前产生。此外，倒角在啮合齿齿面(齿侧)的如下区域中形成：该区域位于被认为具有承载能力的齿面(齿侧)区域之外。

目前广泛地使用利用滚齿来进行所谓的去毛刺的倒角技术。这里，通过借助滚齿去毛刺轮进行按压，将边缘以塑料方式形成到倒角中。伴随的材料移位导致材料堆积在齿面(齿侧)上以及在端部边缘上产生轴向二次毛刺，而轴向二次毛刺可通过合适的措施来移除。例如在EP 1 279 127 A1中描述了此种系统。

另一种日益普遍的倒角技术是利用合适的切割工具来进行切割倒角，该切割工具例如是在EP 1 495 824 B1中披露的飞铣刀或者“倒角切割器”。现有技术中提出如下两种变型：一种是将切割倒角工具设置在与用于产生齿的滚刀(EP 1 495 824 B1)相同的工具主轴上，以及与滚刀(DE 10 2009 019 433 A1或DE 10 2013 015 240 A1)分开。

本发明通过改进前述类型的方法来解决上述问题，特别是在使得实现所产生倒角的有利加工质量的方式最为容易这一方面改进前述类型的方法。

从针对方法的角度来看，本发明通过进一步开发上述类型的方法来解决此种问题，该方法基本上特征在于，利用几何形状不确定的切割边缘来移除材料，且此种移除在倒角工具的定型(Profilierung)(特别是、可变定型)和用于机加工操作的轴向机器控制之间的协调动作中发生，该协调动作根据预定参数来执行，这些预定参数表征所要产生的材料移除。

因此，在本发明的范围内已认识到的是，可通过根据这些参数执行具有几何形状不限定的切割边缘的倒角工具的定型和针对机加工操作执行的轴向机器控制之间的协调动作来产生具有预定参数的倒角，以匹配这些参数。因此，倒角由于所使用的工具和所执行的机加工操作而不具有随机形状，而是相反，工具的定型和轴向机器控制在其相互协调动作中针对预定倒角参数设置。虽然设计具有几何形状不确定的切割边缘的倒角工具的结果实际上无法完全地满足例如利用“倒角切割器”的倒角时间，但倒角表面仍具有较高的表面质量。在倒角工具的特别较佳执行的可变定型中，也实现较高的灵活性，因为在例如随着另一工件批次而改变表征倒角的参数中，取决于此的重新调整不再导致整体地构造新的倒角工具，而是重新调整能通过对现有的倒角工具进行重新定型来实施。

在倒角工具的定型和轴向机器控制之间的协调动作中，要考虑到，例如利用螺旋工具，除了工具的提升高度和工具轴线绕轴向间隔方向的枢转角度以外，工具轮廓角度的一部分有助于根据所谓的“滚齿偏移角度”(相对于工件的前平面的工件中心相对于工件轴线轴向地偏移)形成倒角角度，其中，此种“有助于”取决于工具的切向移位。还考虑到，操作点远离机器中心切向地移位也会影响倒角角度。

在尤为较佳的实施例中，机器操作是刮削加工操作，且倒角工具特别是在形状上是螺旋形的。因此，例如，具有特别是刚玉(金刚砂)的研磨蜗杆可用作磨料。螺钉长度较佳地由四圈或更少、特别是由三圈或更少来确定。

提供另一实施例，其中，协调动作包括改变倒角工具的轮廓的修整。例如上文已描述地是，修整可在改变工件批次时使用。修整可通过轮廓修整来实现，此种轮廓修整特别是对于大工件批次会是实用的。这可在倒角工具于合适数量的加工工件之后已磨损后执行重新定型。在另一较佳实施例中，使用形状修整(Formabrichten)。这进一步增大该方法的灵活性，因为当修整装置适当地设置在倒角单元上时，即便是改变预定倒角参数也不再需要改变工具。

在另一较佳的实施例中，轴向机器控制的控制参数至少部分地以与修整在时间上至少部分重叠的方式重新计算。因此，能进一步缩短倒角过程中的加工时间。

可设想的是，在同时的机加工操作中在齿隙的右齿侧和左齿侧上产生倒角(双齿侧方法)。然而，较佳地是也可使用单齿侧方法。特别是，为此，倒角工具是第一倒角工具，且利用该第一倒角工具产生的材料移除是材料在齿隙的一个齿侧上的第一材料移除，且特别是由不同参数表征的第二移除则利用第二倒角工具在齿隙的另一齿侧上产生，该第二倒角工具特别是不同于第一倒角工具。这进一步增大该方法的灵活性，因为倒角能在由过程确定的更少限制下更大程度地改变(以加工时间为代价)。这对于带有螺旋状齿的工件是尤为有利的。

在此背景下可规定两个倒角工具中的每个倒角工具接纳其自身的旋转驱动件。然而，提供尤为较佳的实施例，其中，两个倒角工具由同一驱动件驱动。这简化了执行该方法的倒角装置的设置。

表征倒角的参数包含针对第一和/或第二移除的预定形状。因此，倒角可在平面图中设计成逗号形状，其中，齿根并不接纳倒角(如果在一个齿的两个齿侧上进行相同的选择，则ZKO)，或者倒角引入直至齿根(在双齿侧这样观察时则ZKM)。然而，还可考虑将倒角在平面图中设计成至少平行且至多大致逗号的形状，其中，这里倒角较佳地延伸到齿根(ZPM)中。第二或第三前述替代方案则是较佳的。表征倒角的其它参数可以是倒角角度(或者倒角角度，即在例如啮合齿的上端截平面的点处与基圆平面中倒角的切线和通过该点与啮合齿轴线的平行线之间的角度)、以及材料移除量、还有倒角宽度，该倒角角度可选地针对螺旋状啮合齿的锋利边缘和钝边缘具有不同的倒角角度。最后一个(倒角宽度)可根据齿高度确定，或者也在各个点处，例如在齿尖和齿根处。还规定，针对一个或多个倒角参数，精确的数字规格并非是预定的，而是边界条件，例如参数能在其中移动的可容许公差域。因此，根据本发明的方法可精确地产生期望且极为确切地限定的形状的倒角。

从装置的视角来看，通过一种用于在工件啮合齿的齿端边缘上产生材料移除的装置来解决上述问题，该装置包括旋转驱动的工件主轴、旋转驱动的倒角工具以及控制装置，该旋转驱动工件主轴用于安装载有工件啮合齿的工件，该旋转驱动的倒角工具在工件啮合齿的机加工操作中进行材料移除，且受控轴向机器运动通过该控制装置来进行机加工操作，该装置的特征基本上在于，倒角工具利用几何形状不确定的切割边缘来移除材料，且具有定型、特别是可变定型，且控制装置在与倒角工具的定型协调的动作中操作针对材料移除执行的轴向机器运动，而该协调动作根据表征所要产生的材料移除的预定参数来执行。

根据本发明装置的优点从根据本发明方法的上文描述中显而易见。

关于该机器轴线，规定该装置具有至少两个、较佳地至少三个、特别是至少四个机器轴线，来用于确定倒角工具和工件啮合齿之间的相对位置，该倒角工具和工件啮合齿可彼此独立地控制，且该倒角工具和工件啮合齿包括至少一个径向轴线和包括轴向轴线，该至少一个径向轴线改变工件啮合齿的旋转轴线和倒角工具的旋转轴线之间的轴向距离，而该轴向轴线具有平行于工件啮合齿的旋转轴线的至少一个方向分量。这允许在机加工操作的可调节性上具有高灵活度。尤为较佳地是，将这些定位轴线中的一个(较佳地是，多个)设置在工件侧上。这允许工具能不仅朝向工件运动，而且还能运动到工具能定型或重新定型的位置。

特别是，可规定将轴向机器控制设计成碰到至少两个、两个以上或所有的以下机加工位置：用于单齿侧加工的第一工具在工件啮合齿的一个端面上的加工操作，另一倒角工具对工件啮合齿的该端面上的另一齿边缘的加工操作，(第一)倒角工具在工件的另一端面上的一个齿侧上的加工操作，以及第二倒角工具在工件啮合齿的另一端面上的另一齿侧上的加工操作。

从本发明来看，该方面也被认为在完全独立于倒角的生产类型方面是有利的。因此，本发明还披露了一种用于通过切割移除材料在带齿工件的两个端面的左齿侧和右齿侧上产生倒角的方法(独立地受到保护)，其中，所有四个倒角通过单齿侧过程按时间顺序形成，且同一端面的齿端边缘上的倒角就这些倒角的倒角参数而言是不同的，并且利用不同的倒角工具形成，其中，具有几何形状不确定的切割边缘的倒角工具是较佳的。

在此情况下，已证明当第一倒角工具和第二倒角工具具有能绕一轴线枢转的一个共同旋转轴线时是有利的，上述轴线的截面位于两个倒角工具之间，其中，共同的旋转轴线例如所观察到的是投影到这样的平面上，该平面包含该共同的旋转轴线并且正交于该共同旋转轴线的枢转轴线行进。此种设计在本发明的范围内也是有利的，且不考虑所使用的倒角工具的类型。

该装置在其另一较佳实施例中装配有修整装置，该修整装置用于修整倒角工具(或多个倒角工具)，并且较佳地设置成使得修整装置的修整机和倒角工具之间的修整操作能经由装置的轴向机器运动来实现，而无需改变倒角工具的夹持。

在关于此的又一较佳实施例中，在工件侧上可遇到两个另外的加工位置，即修整位置和另一修整位置，在该修整位置中，修整第一倒角工具，而在另一修整位置中，修整第二倒角工具。

例如已指示的是，较佳地设置的第二倒角工具较佳地设有旋转轴线，该旋转轴线设置成与第一倒角工具的轴线平行、特别是同轴，且特别是，针对两个倒角工具可设置一个共同的驱动件。

如果须进一步缩短加工时间，另一可设想的变型会是这样一种变型：该装置允许使得工件啮合齿的其中一个倒角工具的机加工操作和具有修整机的另一修整工具的修整操作在时间上重叠。在此种设计中，修整装置可具有其自身的定位运动轴线。

倒角装置可集成到设计成产生工件啮合齿的切齿机器中，或者集成到其中已包含此种切齿机器的复合件中。倒角工具还可安装在切齿机器上。另一实施例可规定，倒角装置构造成完全独立的倒角机器。

根据本发明的概念可同时用于带有内齿和带有外齿的工件。针对带有内齿的工件，可提出将该装置放置在该工件内。

上文已描述了较佳提供的修整装置的集成；另一可设想的替代会是使得可修整倒角工具的修整在倒角装置的外部进行。

可提供工具自动更换装置，以联接于倒角装置。倒角过程自身可在具有或不具有冷却润滑剂的情形下执行，其中，还可考虑用空气倒角。

轴向机器控制还允许研磨倒角，其中，倒角工具(特别是，倒角螺钉)的旋转方向从端面出来进入到齿侧中，或反之亦然。

本发明还披露一种组件(受到保护)，该组件包括主轴，该主轴限定旋转轴线并且设置成接纳切齿机器的加工头部，并且承载倒角工具，该倒角工具具有几何形状不确定的切割边缘，该几何形状不确定的切割边缘设计成在工件啮合齿的齿端边缘上产生倒角，并且特别是在形状上设计成是螺旋形的，其中，该主轴进一步包括一个或多个切齿工具，用于对啮合齿的工件进行切齿加工，特别是切齿工具是用于产生工件啮合齿的滚刀。

本发明的其它特征、细节以及优点从参照附图的以下描述中显而易见，附图中：

图1以立体图示出倒角装置；

图2示意地示出在工件啮合齿的右齿侧(图2A)和左齿侧(2B)上的加工操作；

图3示出在修整辊子和倒角螺钉之间的修整操作的视图；以及

图4示出修整机、倒角螺钉以及工件啮合齿的操作区域的分配的分解剖视图。

图1示出倒角机器100的立体图。机器100在其机床1的一侧上承载工件主轴8，工件W夹持在该工件主轴上，且该工件在该实施例中带有螺旋齿。径向滑动件2设置在机床1的相对的工件侧上，该径向滑动件在该实施例中是板状的，并且可经由该径向滑动件的运动轴线X来设定工件轴线(由W₂轴向地指代)和工具轴线之间的轴向距离，其中，工件的旋转轴线指代为机器的旋转轴线C，且工具的旋转轴线指代为机器的旋转轴线B1。径向滑动件2具有设置在其上的横向滑动件3，该横向滑动件在本实施例中具有塔状的设计且具有运动轴线Y，该运动轴线横向于(在该实施例中，正交于)径向轴线X行进。滑动件2和3由此形成交叉滑动组件。

提升滑动件4设置在横向滑动件3的面向工件W的一侧上，该提升滑动件的运动轴线Z具有沿工件轴线W₂的方向的分量，且在该实施例中平行于该工件轴线行进。提升滑动件4进而具有设置在其上的工具头部5，该工具头部装配有驱动件，该驱动件在该实施例中设计成直接驱动件，即具有另一旋转自由度A。在该实施例中，旋转轴线A设置成平行于径向进给轴线X。

工具头部5设计成使得倒角工具6a、6b关于沿着径向轴线X观察到的延伸部设置在左侧和右侧上，该倒角工具利用几何形状不确定的切割边缘移除材料并且在这里由直接驱动件旋转地驱动。倒角工具6a、6b制造成可修整的研磨蜗杆的形式。

例如在图2中最佳示出的是，两个修整蜗杆6a和6b各自设置成用于单齿侧研磨。因此，倒角螺钉6a在螺旋齿的右齿侧(钝边缘)的齿端边缘上产生期望的倒角形状(参见图2a)，而另一倒角螺钉6b设置成在工件的左齿侧(锋利边缘)的齿端边缘上产生倒角(参见图2b)。

在钝边缘上进行工作的情形下(图2a)，在该实施例中，具有超过20°斜度的枢转角度A_A(在图2A中＝90°-A)经由轴向机器控制来设定。加工也偏心地执行；这里，加工部位相对于行进通过工件轴线W₂的平行线、沿切向方向Y朝向径向轴线X偏移至少一个齿隙宽度。

理想的是，在待加工齿侧上的相对齿侧的阴影投射用于观察工具操作点的最大偏心距以及待加工齿侧离开机器中心的最大旋转，以在齿侧上产生最大倒角角度，从而使得待加工齿侧上的相对齿侧没有投射任何阴影，其中，为了产生投射阴影的光的方向平行于机器的径向轴线延伸。

然而，在锋利边缘(图2B)的研磨倒角中，设定小于12°的枢转角度A_B(图2B中＝90°-A)，较佳地小于8°，特别是小于4°。特别是，工具的旋转轴线(在垂直的工件轴线W1的情形下)可几乎水平地延伸。关于此种加工还提出，倒角螺钉6b几乎对中地工作，且切线在该实施例偏移小于一个齿隙宽度。

例如在图1中能进一步观察到的是，在图3中示意地示出的修整装置12设置在工件主轴8和工具侧部之间。修整装置12在该实施例中具有修整辊子13，该修整辊子能绕旋转轴线B2旋转，该旋转轴线例如设置成平行于运动轴线Z。工件侧的运动轴线X、Y、Z和A可用于驱使倒角螺钉进入利用修整辊子13的修整操作。

虽然并未在附图中示出，但在该实施例中也设有两个修整辊子13a、13b，其中一个修整辊子设置成用于修整针对钝边缘设置的倒角螺钉6a，而其中一个修整辊子设置成用于针对锋利边缘设置的倒角螺钉6b。相应的匹配区域在图4中示出，其中，在齿上截面的各种情形中，例如在截面中观察到的是，锋利边缘上倒角的形状在左下方示出，而钝边缘上倒角的形状在右下方示出，而图4的上部分在通过倒角螺钉的截面中示出相应修整辊子的产生定型的轮廓。

然而，替代于或附加于修整轮廓的修整辊子，该修整装置还可设计成用于形状修整。当将不可修整的研磨蜗杆用作倒角工具时，修整单元12也可省略或者仍然提供，以使得机器仍能提供可修整和不可修整的研磨工具的两种方案，以进行倒角。

利用倒角机器100的倒角操作则借助示例按照以下来进行：

首先，确定须设有倒角的工件上的切齿数据，包括表征倒角的各参数。这些倒角特征的示例是倒角的形状(例如，ZKM)、倒角角度以及倒角宽度，其中，例如在正交于齿端表面处测得的、由倒角形成的新倾斜边缘距齿端表面的距离可用作倒角宽度。倒角延伸至根部区域，且例如是逗号形状的。还可设想的替代倒角例如是这样的倒角，该倒角沿齿隙的根部区域的方向渐缩，但在根部区域之前消失。

考虑到上述影响，伴随着工具设计的过程设计、即在该情形中确定用于倒角螺钉6a、6b的轮廓现根据此种切齿和倒角数据在与针对用于倒角螺钉6a、6b的相应加工操作的过程提供的轴向机器控制协调的动作中进行。

假定仅仅提供具有一个倒角的各个工件，倒角螺钉的轮廓可为此例如通过形状修整在机器之外单独地产生。然而，如果需加工较大的工件批次，则倒角螺钉会需要在多次(例如50至100次)倒角过程之后重新定型。在此种情形中，上述修整辊子较佳地根据所作出的工具设计来制造。

在该过程本身中，工具轴线由机器控制根据所作出的过程设计来传递，由此使得倒角螺钉6a、6b依次地进行工件的单齿侧加工操作。

该工作则较佳地遵循以下工作顺序：首先，利用倒角螺钉6a在工件W的面向图1中观察者的上侧上的钝边缘上制造倒角。然后，不使用倒角螺钉6a，且替代地，使得倒角螺钉6b与工件的上侧处的锋利边缘接合。

在上侧上已产生倒角之后，相应地在工件的背离图1中观察者的下侧上产生倒角。为此，工具头部5相对于上侧上的加工旋转180°，以使得进而倒角螺钉6a、6b和螺旋齿的钝边缘/锋利边缘之间操作条件的正确关系得以恢复。

还可改变此种设计。因此，作为一个示例，首先，倒角螺钉6a会先在上侧且然后在下侧上工作，并且可然后使用倒角螺钉6b。

加工操作自身是刮削加工操作，其中，倒角螺钉6a、6b和工件W相对于彼此以同步的方式旋转。这较佳地通过CNC轴向机器控制来实现，该CNC轴向机器控制同时控制工件和工具的旋转轴线C、B1。

在多次加工之后，工具头部5枢转到修整位置中。

如果现在已加工了一定工件批次且需对第二工件批次进行倒角，该第二工件批次所具有的倒角参数不同于第一批次的倒角参数，这会导致另一工具设计，则同样可通过更换针对根据新倒角参数定型而设计的修整辊子13来开始。采用新的修整辊子13’，倒角螺钉6a、6b现能在开始加工之前重新定型，以使得尽管存在批次变化，仍无需在工具头部5上进行工具改变。

然而，如果倒角参数的差异足够小以至能够在无需改变修整蜗杆轮廓的情形下继续，则协调动作通过改变轴向机器控制来执行，且修整蜗杆经历附加的运动，以反映相对于之前轴向机器运动的协调动作。

本发明并不局限于在上述示例中描述的特定实施例。而是，上文描述和上述权利要求的各个特征对于在本发明的各实施例中实施本发明会是必要的。

Claims (14)

1.一种用于利用旋转驱动的倒角工具(6a、6b)在机加工操作中在工件啮合齿(W)的齿端边缘上产生材料移除的方法，所述机加工操作通过所述倒角工具和同样旋转驱动的工件啮合齿之间的受控轴向机器运动来进行，

其特征在于，所述材料利用几何形状不确定的切割边缘来移除，且所述移除在所述倒角工具的定型、特别是可变定型和用于所述机加工操作的轴向机器控制之间的协调动作中进行，所述协调动作取决于预定参数来执行，所述预定参数表征所要产生的材料移除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机加工操作是刮削加工操作，且所述倒角工具特别是在形状上是螺旋形的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述协调动作包括改变所述倒角工具的轮廓的修整。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轴向机器控制的控制参数以在时间上与所述修整至少部分地重叠的方式至少部分地重新计算。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述倒角工具是第一倒角工具(6a)，且利用所述第一倒角工具产生的移除是在齿隙的齿侧上的第一移除，且特别是由不同参数表征的第二移除利用第二倒角工具(6b)在所述齿隙的另一齿侧上产生，所述第二倒角工具特别是不同于所述第一倒角工具。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二移除以时间顺序产生。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，两种倒角工具由同一驱动件驱动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述第一和/或第二移除的表征参数包含预定形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述表征参数包含针对所述第一和/或第二移除的一个或多个边界条件。

10.一种用于在工件啮合齿(W)的齿端边缘上产生材料移除的装置(100)，

所述装置包括旋转驱动的工件主轴、旋转驱动的倒角工具(6a、6b)以及控制装置，所述旋转驱动的工件主轴用于安装承载所述工件啮合齿的工件，所述旋转驱动的倒角工具在所述工件啮合齿的机加工操作中进行材料移除，且所述受控轴向机器运动由所述控制装置进行所述加工操作，

其特征在于，所述倒角工具利用几何形状不确定的切割边缘来移除材料，并且具有定型、特别是可变定型，且所述控制装置在与所述倒角工具的定型协调的动作中操作针对所述材料移除执行的所述轴向机器运动，所述协调动作根据预定参数执行，所述预定参数表征所要产生的材料移除。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少两个、较佳地是至少三个、特别是至少四个机器轴线(X、Y、Z、A)，用以设定所述倒角工具和所述工件啮合齿之间的相对位置，所述倒角工具和所述工件啮合齿能彼此独立地控制，并且包括至少一个径向轴线(X)和轴向轴线(Z)，所述至少一个径向轴线改变所述工件啮合齿的旋转轴线和所述倒角工具的旋转轴线之间的轴向距离，而所述径向轴向具有与所述工件啮合齿的旋转轴线平行的至少一个方向分量。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置包括修整装置(Z)，所述修整装置用于修整所述倒角工具，并且较佳地设置成使得所述修整装置的修整机(13)和所述倒角工具之间的修整操作能经由所述装置的轴向机器运动来实现，而无需改变所述倒角工具的夹持。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，设有第二倒角工具(6b)，所述第二倒角工具较佳地具有旋转轴线(B1)，所述旋转轴线设置成与所述第一倒角工具的轴线平行、特别是同轴，且特别是，针对所述倒角工具两者提供一个共同的驱动件。

14.根据权利要求12和13所述的装置，其特征在于，允许所述倒角工具中的一个对于所述工件啮合齿的机加工操作和所述另一倒角工具利用所述修整机的修整操作之间在时间上具有重叠。