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CN115194259A - 用于在内齿化工件的齿面上产生扭转部的方法 - Google Patents

用于在内齿化工件的齿面上产生扭转部的方法 Download PDF

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CN115194259A CN202210338939.3A CN202210338939A CN115194259A CN 115194259 A CN115194259 A CN 115194259A CN 202210338939 A CN202210338939 A CN 202210338939A CN 115194259 A CN115194259 A CN 115194259A
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瓦尔特·霍尔德宾
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Abstract

本发明涉及一种使用外齿化工具(6)在内齿化工件的齿面(F1、F2)上产生变型部，例如扭转部(FV1、FV2)的方法。为了也能够用具有减少数量的可调节轴的机床(1)来实施这种方法，本发明规定，可以通过将内齿化修整工具(15)在机床(1)的工件主轴(2)上布置在为相应的待珩磨工件设置的位置处并且通过将修整工具(15)与待修整工具(6)接合来修整该工具(6)。修整工具(15)的齿(17)的宽度小于待修整工具(6)的宽度，因此修整工具(15)必须沿工件纵向轴线(Z1)移动对应于修整工具(15)的齿的宽度(D)的数倍的距离。然后使用以这种方式修整的工具(1)对工件进行精加工。根据本发明，为修整设置轴交叉角(ΣA)，在修整期间该轴交叉角保持不变。然后在修整期间仅通过修整工具(15)沿工具纵向轴线(Z1)和工具横向轴线(X1)的运动产生相应的齿面变型部(FV1、FV2)。

Description

用于在内齿化工件的齿面上产生扭转部的方法
技术领域
本发明涉及一种在机床上使用外齿化工具在内齿化工件的齿面上产生变型部的方法，该外齿化工具的齿在珩磨加工期间与工件的齿啮合，该机床包括具有用于围绕工件旋转轴线旋转工件的旋转驱动装置的工件主轴、用于沿着平行于工件轴线定向的工件纵向轴线调整工件的调整装置、用于沿着横向于工件纵向轴线定向的工件横向轴线调整工件的调整装置、具有用于围绕工具旋转轴线旋转工具的旋转驱动装置的工具主轴以及用于设置轴交叉角的调节装置，工件和工具的旋转轴线在珩磨加工过程中以该轴交叉角彼此交错定向。
背景技术
众所周知，正齿轮齿部的使用行为不仅会受到其宏观几何形状，还会受到目的性引入的齿面变型或与方法相关的形状偏差的显著影响。这些形状偏差包括所谓的“扭转”，即齿面的扭曲。
通常，扭转是不期望的，但也可以目的性地将其作为齿面变型引入，以补偿在运行期间在负载下发生的齿轮的齿的变形。在此方面已知，通过齿轮的齿的齿面几何形状的这种变型例如可以避免齿啮合撞击并改善齿部的表面承压曲线，从而可以优化功率传输、使用寿命、力传输的均匀性和传动装置的噪声行为。
从DE 10 2012 108 717 A1中已知一种方法，该方法能够使用具有在精加工期间与齿轮的齿啮合的齿部的工具以经济的方式生产这种复杂的齿面变型，其中在工具上形成在工具的宽度上变化的轮廓，方法是在修整操作期间，沿相应待修整的齿的齿面移动修整轮。与待修整的工具啮合的修整轮的齿的宽度远小于待修整工具的宽度，由此修整轮必须沿Z方向移动对应于修整轮的齿的宽度的数倍的距离，以便扫过待修整工具的宽度。在此，修整轮以相对于待修整工具变化的斜度(Steigung)和变化的轴交叉角以相对于工具旋转轴线平行定向的方向(Z方向)在轴向上沿待修整工具的相应齿面引导通过相应的齿隙，以便在工具中引入齿面几何形状的相应变型。然后用以这种方式修整过的工具对齿轮进行精加工。因此，加工到工具中的齿面变型被转移到齿轮的齿面上。
从DE 10 2007 043 402 A1中已知如在上述方法中使用的窄修整轮的基本原理。通过使用这种窄修整轮，待修整工具的构型可以仅通过修整轮的相应运动形成，从而在随后用如此修整过的工具对齿轮进行精加工的过程中在经加工的齿轮上产生轮廓修正。窄修整轮的形状不必在所有参数上都与工件齿部一致，也不必在相应的修整设备中存在复杂的附加控制方案。在DE 10 2007 043 384 A1中提出了一种类似的方法，用于修正齿轮的齿面线。
在WO 2011/157830 A1中说明的用于对用于珩磨工件齿部的珩磨工具进行轮廓加工的方法也基于使用厚度明显小于相应待轮廓加工的齿部的厚度的轮廓化工具。在该方法中，将环形的、未完成轮廓化的珩磨工具夹持在珩磨机的用于在珩磨工件期间保持珩磨工具的保持器中，并且将轮廓化工具张紧在珩磨机的工件主轴中。
发明内容
在上述现有技术的背景下，本发明的目的在于提出一种方法，该方法使得即使使用具有减少的可调节的轴数量的机床也可以在外齿化齿轮的齿面中引入变型部，尤其是扭转部。
本发明通过权利要求1中给出的方法解决了该目的。
本发明的有利设计方案在从属权利要求中给出，并且与总的发明构思一样，在下文中详细解释。
在根据本发明的用于使用外齿化珩磨工具在内齿化工件的齿面上产生变型部、尤其是扭转部的方法中，该外齿化珩磨工具的齿在珩磨加工期间与工件的齿啮合，使用了一种机床，该机床包括具有用于围绕工件旋转轴线旋转工件的旋转驱动装置的工件主轴、用于沿着平行于工件旋转轴线C1定向的工件纵向轴线Z1调整工件的调整装置、用于沿着横向于工件纵向轴线Z1定向的工件横向轴线X1调整工件的调整装置、具有用于围绕工具旋转轴线E1旋转工具的旋转驱动装置的工具主轴以及用于设置轴交叉角ΣA的装置，工件和工具的旋转轴线C1、E1在珩磨加工过程中以该轴交叉角彼此交错定向。
根据本发明的方法包括以下工作步骤：
a)通过将内齿化的修整工具在工件主轴上布置在为相应的待珩磨工件设置的位置处并且通过将修整工具与待修整的工具接合来修整该工具，其中修整工具的与待修整的工具啮合的齿的宽度小于待修整的工具的宽度，使得修整工具必须沿工件纵向轴线移动对应于修整工具的齿的宽度的数倍的距离，以扫过待修整的工具的宽度；
b)使用以这种方式修整的工具对工件进行精加工。
根据本发明，在这种方法中，在执行工作步骤a)之前确定轴交叉角ΣA。
在其确定之后，该先前设置的轴交叉角ΣA在执行工具的修整加工(工作步骤a))期间保持不变。
然后，仅通过修整工具沿工件纵向轴线(Z1)和工件横向轴线(X1)的运动产生要塑造到工具上的齿面变型部，尤其是扭转部。
因此，根据本发明的方法允许在具有最小数量的运动轴的机床上在外齿化工件的齿的齿面上按照预设制造变型部，尤其是扭转部。
因此，需要旋转驱动装置，它们以对应于修整工具和工具的齿数比的转速围绕相应的工具旋转轴线E1和工件旋转轴线(修整器)C1旋转修整工具和与该修整工具嵌合的珩磨工具。
此外，仅还需要用于在平行于工件旋转轴线C1定向的纵向Z1上和在横向于其定向的横向X1上调整工件的调整装置，来将相应的齿面变型部、尤其是扭转部塑造到工具上。
相反，在根据本发明的方法中，在加工工具期间，轴交叉角不发生改变。
因此，不需要能够连续调节轴交叉角的调节装置，这在开始解释的现有技术中仍然被认为是必要的。
取而代之，对于根据本发明的方法来说，适合于修整加工的轴交叉角在修整加工之前设置一次就足够了。为此，可以设置由现有技术已知的并且可以廉价实施的调节装置。
根据本发明的方法同样适用于产生具有直齿部或斜齿部的工件的齿面变型部，尤其是扭转部。在具有直齿部的内齿化工件和相应的外齿化工具中，在根据本发明进行的修整加工过程中进行的沿工件横向轴线X1的调整限于塑造扭转部所必须的路径。在具有直齿部的内齿化工件和相应的外齿化工具中，除了在根据本发明进行的用于塑造扭转部的修整加工过程中进行的沿工件的横向轴线X1的调整之外，还附加有为此目的以已知方式执行的、修整工具围绕工件旋转轴线C1的附加旋转调整，这对于沿着待修整工具的斜度(Steigung)引导窄的修整工具是必须的。
因此在根据本发明的方法中，在修整期间(工作步骤a))，由于修整器在工件横向轴线X1方向上的附加运动，在珩磨工具上出现偏差，这种偏差反映为在珩磨工具宽度上延伸的形状偏差的形式。
这些目的性产生的偏差在后续进行的工件加工过程中传递到内齿化工件的齿上，并且可以在工件的齿的齿面上确定为分别所追求的齿面变型部。
在此，根据本发明的方法尤其适用于在齿面上产生扭转部。通过相应地设定沿工件纵向轴线Z1和工件横向轴线X1的轴线运动，可以以简单的方式精确地设置扭转部的大小及其几何特征。
当这里提到根据本发明所使用的修整工具应尽可能窄时，这意味着其宽度被最佳地减小，使得其分配给待修整工具的齿面的齿面以切削刃的方式设计或至少要窄到在修整工具的齿面和待加工工具的齿面之间分别只有最小的重叠区域。因此，本发明的有利设计方案规定，与待修整的珩磨工具啮合的修整工具的齿的宽度对应于待修整的工具宽度的至多五分之一，优选至多八分之一。因此，根据本发明，工具在一个工件端面上进入由相应待变型的齿面限定的齿隙中，然后沿相应齿面在Z方向上移动，直到其再次从对应于另一工件端面的端部从该齿隙中离开。
具体而言，宽度最大6mm、尤其最大4mm、最大2.5mm或最大1.2mm的修整工具适用于根据本发明的目的，其中考虑到修整工具的稳定性，至少0.5mm的宽度可以是特别实用的。
如内齿化齿轮工件的平行于工件旋转轴线测量的齿的宽度，根据本发明使用的轮状修整工具的宽度也平行于修整工具的旋转轴线测量。
如DE 10 2017 104 625 A1中所述的具有内齿的环形修整工具特别适用于实施根据本发明的方法。
附图说明
下面参考示出实施例的附图更详细地解释本发明。图中分别示意性地示出：
图1示出了用于对内齿化齿轮进行内齿部珩磨的机床的正视图；
图2示出了内齿化齿轮的齿的齿面的透视图；
图3a示出了用于修整或铣齿外齿化珩磨工具的工具的正视图；
图3b示出了根据图3a的工具沿图3a中绘制的剖面线A-A的剖面图；
图4示出了在根据本发明的方法的过程中，修整工具在修整期间进行的运动。
空间分配和宽度比在图中都没有按比例正确表示。
具体实施方式
传统设计的机床1包括工件主轴2和工具主轴3。
工件主轴2配备有用于相应待加工的内齿化工件的容纳部4，并且与用于围绕工件旋转轴线C1旋转工件的旋转驱动装置、用于沿着平行于工件旋转轴线C1定向的工件纵向轴线Z1调整工件主轴2的调整装置和用于沿着横向于工件纵向轴线Z1定向的工件横向轴线X1进行调整的调整装置耦合。
工具主轴3配备有用于外齿化工具6的容纳部5并且与用于围绕工具旋转轴线E1旋转工具6的旋转驱动装置耦合。
此外，设置了用于设置轴交叉角ΣA的装置7，工件旋转轴线C1和工具旋转轴线E1在使用中以该轴交叉角彼此交错定向，使得其在绘图平面中的投影中彼此交叉，如图4所示。为此目的，装置7以已知方式设计，使得其能够使工具主轴3相对于枢转轴线B1枢转和固定，该枢转轴线横向于工具旋转轴线E1定向。
为了能够相对于由工件纵向轴线Z1和工件横向轴线X1围成的平面调整工具主轴3，还可以额外设置垂直于所述平面定向的调整轴线Y1，但这不是实施根据本发明的方法所必需的。
图2示出了在内齿化工件的齿的齿面F1、F2上待产生的扭转部。由实线围出的区域在此表示目的性产生的扭转部FV1、FV2，即这样的区域区段，其中根据本发明加工的齿面表面的齿面表面F1、F2偏离具有不含有扭转或者其它目的性带来的齿面变型的标准形状时的齿面表面F1、F2的构型。齿面表面F1、F2的这些标准形状在图2中用虚线表示。
图3a和图3b所示的环形修整单元11的结构在上述DE 10 2017 104 625 A1中有详细说明，其内容通过引用结合到本申请中。因此，修整单元11包括由合适的钢材形成的支撑环12，其围绕中心纵向轴线L环绕并且界定支撑环开口13。中心纵向轴线L在此与支撑环开口13同心地定向。
在对应于支撑环开口13的边缘区域中，从支撑环12的一个端面14开始，形成环绕的凸肩。该环绕的凸肩形成修整工具15的支撑元件，该修整工具形成为环形元件，因此在实践中也称为“修整轮”，其由多个环段组成，该修整工具位于支撑元件上并同时紧靠支撑环12面向支撑元件的内周面。
修整工具15在其对应于支撑环开口13的内圆周上具有内齿部16，其由围绕修整工具15的中心以等角间隔分布的齿17形成。内齿部16的齿17自由地从支撑元件的面向支撑环开口13的边缘伸出，并且在其齿面上以及可能也在其齿顶上分别具有切削刃18，其利用该切削刃在修整加工时在待修整的珩磨工具6上去除材料。
修整工具15的平行于纵向轴线L测量的宽度D，例如3.2mm，明显小于待加工的珩磨工具6的外齿部的齿的宽度。修整工具15在此例如由合成钻石组成，其作为切削材料层施加到优选由硬质金属材料构成的载体层上。修整工具15以本身已知的方式制造，例如在EP 2036 675 B1和WO 2011/157830 A1中说明的。
为了修整珩磨工具6，具有修整工具15的修整单元11被放置在工件主轴2的容纳部中，在正常的珩磨操作中相应待加工的工件位于该容纳部中。
工具旋转轴线E1和工件旋转轴线C1在此以轴交叉角ΣA定向，该轴交叉角不变地对应于旋转轴线E1和C1在正常珩磨加工期间彼此定向的轴交叉角。然而，如果需要，也可以设置偏离为珩磨加工设定的轴交叉角的轴交叉角ΣA。如果为修整加工设定的轴交叉角ΣA的相应偏差设置有助于产生齿面F1、F2的形状的特殊变型，则可能是这种情况。这里的决定性因素是，一旦设置了轴交叉角ΣA，其在修整加工期间保持不变。
在修整加工开始时，围绕工件旋转轴线C1旋转的修整单元11以修整工具15与待修整的、围绕工具旋转轴线E1旋转的珩磨工具6的一个端面相邻地定位。然后，修整单元11以修整工具15沿着工件纵向轴线Z1朝向珩磨工具6移动，直到修整工具15的齿17啮合到在此具有斜齿的珩磨工具6的齿隙中，并且修整工具15和珩磨工具6开始彼此嵌合。同时，修整工具15沿工件横向轴线X1的方向移动。
沿工件横向轴线X1的运动在此以这样一种方式变化，即，根据要塑造的扭转部FV1、FV2，修整工具15的分别与珩磨工具6的齿中的其中一个啮合的齿17的切削刃18从相应加工的齿面F1、F2去除或多或少的材料。
因此，根据本发明提供了一种方法，该方法允许在机床1上通过外齿化工具6在内齿化工件的齿面F1、F2上产生变型部，例如扭转部FV1、FV2，该机床具有减少数量的可调节的轴。为此，本发明规定，可以通过将内齿化修整工具15在机床1的工件主轴2上布置在为相应的待珩磨工件设置的位置处并且通过将修整工具15与待修整的工具6接合来修整该工具6。修整工具15的齿17的宽度在此小于待修整的工具6的宽度，因此修整工具15必须沿工件纵向轴线Z1移动对应于修整工具15的齿的宽度D的数倍的距离。然后使用以这种方式修整的工具1对工件6进行精加工。根据本发明，为修整设置轴交叉角ΣA，在修整期间该轴交叉角保持不变。然后在修整期间仅通过修整工具15沿工具纵向轴线Z1和工具横向轴线X1的运动在工件6上产生相应的齿面变型部FV1、FV2。
附图标记说明
1 机床
2 工件主轴
3 工具主轴
4 用于待加工的内齿化工件的容纳部
5 用于外齿化珩磨工具6的容纳部
6 珩磨工具
7 用于设置轴交叉角ΣA的装置
11 环形修整单元(参见DE 10 2017 104 625 A1)
12 支撑环
13 支撑环开口
14 支撑环12的端面
15 修整工具
16 修整工具15的内齿部
17 修整工具15的齿
18 齿17的切削刃
B1 工具主轴3的枢转轴线
C1 工件旋转轴线
D 修整工具15的宽度
E1 工具旋转轴线
F1、F2 内齿化工件的齿的齿面
FV1、FV2 扭转部
L 修整单元11的中心纵向轴线
X1 工件横向轴线
Y1 工具主轴3的调整轴线
Z1 工件纵向轴线
ΣA 轴交叉角

Claims (4)

1.在机床(1)上使用外齿化的工具(6)在内齿化的工件的齿面(F1、F2)上产生变型部，例如扭转部(FV1、FV2)的方法，其中所述外齿化的工具的齿在珩磨加工期间与工件的齿啮合，所述机床包括具有用于围绕工件旋转轴线(C1)旋转工件的旋转驱动装置的工件主轴(2)、用于沿着平行于工件旋转轴线(C1)定向的工件纵向轴线(Z1)调整工件的调整装置、用于沿着横向于工件纵向轴线(Z1)定向的工件横向轴线(X1)调整工件的调整装置、具有用于围绕工具旋转轴线(E1)旋转工具(6)的旋转驱动装置的工具主轴(3)以及用于设置轴交叉角(ΣA)的装置(7)，其中工件和工具(6)的旋转轴线(C1、E1)在珩磨加工过程中以所述轴交叉角彼此交错定向，所述方法包括以下工作步骤：
a)通过将内齿化的修整工具(15)在工件主轴(2)上布置在为相应的待珩磨的工件设置的位置处并且通过将所述修整工具(15)与待修整的工具(6)接合来修整所述工具(6)，其中修整工具(15)的与待修整的工具(6)啮合的齿(17)的宽度(D)小于所述待修整的工具(6)的宽度，使得所述修整工具(15)必须沿工件纵向轴线(Z1)移动对应于修整工具(15)的齿的宽度的数倍的距离，以扫过待修整的工具(6)的宽度；
b)使用以这种方式修整的工具(6)对工件进行精加工，
其特征在于，在执行工作步骤a)之前确定轴交叉角(ΣA)，先前设置的轴交叉角(ΣA)在执行工作步骤a)期间保持不变，并且，仅通过修整工具(15)沿工件纵向轴线(Z1)和工件横向轴线(X1)的运动产生齿面(F1、F2)的变型部(FV1、FV2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修整工具(15)的宽度最大为6mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述修整工具(15)的宽度(D)最大为2.5mm。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述修整工具(15)的宽度(D)至少为0.5mm。
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