CN118829505A - 用于制造底切部和齿轮的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造齿轮的设备和方法，包括第一步骤，在所述第一步骤中，通过滚削制造具有齿(6)的齿部(5)，所述齿带有齿面(8)；第二步骤，在所述第二步骤中，通过切削式工艺在所述齿(6)的齿根(10)与所述根形圆(9)之间制造突出部(11)；第三步骤，在所述第三步骤中，仅在齿部(5)的宽度(B)的一个或多个第一部分区域(l1)中在齿面(8)中形成底切部(12)。为了提高齿部的齿的稳定性，根据规定，突出部(11)仅在齿部(5)的宽度(B)的第二部分区域(l₂)上延伸，所述第二部分区域分别具有与第一部分区域(l₁)的相叠区域。

Description

用于制造底切部和齿轮的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造齿轮的方法，包括第一步骤、第二步骤和第三步骤，在所述第一步骤中，例如通过滚切处理、例如滚削，产生具有齿的齿部，齿带有齿面；在所述第二步骤中，通过切削式的工艺在所述齿的齿根与根形圆之间的区域中形成突出部；在所述第三步骤中，仅在齿部的宽度的一个或多个第一部分区域中在齿面中形成底切部。

此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。

背景技术

文献DE 10 2005 049 528 A1描述了一种用于制造滑动套筒的设备和方法。在此，在第一方法步骤中通过滚削在环形的工件中形成内齿部。在由此形成的齿部的齿面的宽度的部分区域中开设底切。这通过底切刀具实现。

文献DE 100 02 188A1描述了一种底切刀具，该底切刀具具有切刃并且围绕平行于工件旋转轴延伸的旋转轴旋转驱动。

文献DE 10 2008 037 514 A1描述了利用滚削设备制造齿部。

文献WO 2012/152660 A1和EP 2 537 615 A1中也描述了用于滚切边缘的设备和滚削工艺，其中，后者公开了一种滚削工艺，其中可在齿部中局部地开设凹槽。

在滚削中，滚削轮具有齿部，该齿部构成大量切削齿，其中每个切削齿具有两个邻接端面的切削齿。滚削轮在滚削加工中以螺旋轮驱动的方式咬合进工件轮的待形成齿部中。刀具轴和工件轴在滚切加工中相互倾斜。如果滚削轮具有圆柱型状，则刀具轴就必须略微相对于工件轴倾斜偏离，以便形成运动后角。在使用锥台状的滚削轮时则无需如此。在此，两个轴的共垂线可以穿过刀具在工件上的接触点。在滚削过程中，刀具可以沿齿宽延伸方向前进。切屑剥离基本上是在刀具的轴向上进行。

滑动套筒(如汽车变速器中使用的滑动套筒)由带有内齿的齿轮构成，其中，齿面具有底切部。底切部是在齿面的宽度延伸的部分区域上延伸的凹陷。在利用底切刀具制造底切部时，如上述文献DE 100 02 188A1所述，底切刀具的沿摆线轨迹运动的切削齿在径向上并且以方位角运动分量咬合进齿面中。由于底切部的形状和切刃的轨迹，在齿面的靠近齿根的区域中形成不利的切削条件。借助安置在齿面与齿根相邻的区域中的突出部，将该处的材料去除，从而改善该处的切削条件。在现有技术中，突出部在整个齿宽上延伸，从而导致齿弱化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供措施，借助所述措施一方面改进用于开设底切的切削条件，另一方面尽可能避免齿弱化。

所述技术问题通过权利要求书提供的发明解决，其中，从属权利要求不仅是在各个并列的权利要求中要求保护的发明的有利的扩展设计，而是也体现了所述技术问题的独立的解决方案。

首先并且主要规定，削弱齿根的材料厚度的突出部仅在齿面宽度的部分区域上延伸，也即仅在底切部也延伸的宽度区域上延伸。底切部的宽度区域与突出部的宽度区域相叠。尤其规定，齿部的宽度的第一部分区域具有底切部。该部分区域可以是齿面的宽度的10％、20％或30％。突出部同样仅在齿部的宽度的部分区域上延伸。第二部分区域可以具有与第一部分区域相同的宽度延伸量，底切部存在于所述第一部分区域中。然而当两个部分区域相叠以形成相叠区域时，这就足够了。优选地，齿部通过滚削形成。齿部可以利用已知的尤其滚切加工的开齿工艺制成。在此可以考虑的工艺例如包括插齿、拉削、铣削，特别是滚铣，并且尤其对内齿部来说优选滚削。突出部能够以类似的工艺和尤其滚削、滚铣或滚动插齿工艺制造。然而也可以考虑利用立铣刀加工齿面。对于底切部可以使用如DE 103 29413A1或DE 10 2014 108438A1中所述的工艺。在所述工艺中，可以使用具有至少一个切削部的底切刀具。在一种优选的实施例中，不仅齿部通过滚削制造，而且突出部也通过滚削工艺制造。滚削刀具则仅在第二部分区域中咬合进已经利用第一方法步骤加工过的齿面中。根据所述方法的改进方案，两个滚削刀具的切削齿的切刃的轮廓是相互不同的。用于形成齿部的切削刀具的切刃可以具有对与齿部的齿的齿顶相邻的齿面区域进行加工的区段。该切削齿的根部区段较之第二滚削刀具的切削齿的相应区段具有更大的厚度，利用所述第二滚削刀具制造突出部。由此，第二滚削刀具的切削齿的根部区段较之第一滚削刀具的根部区段更细。其在渐开线的区域中后移，从而不会在该处进行加工。在制造突出部时，由此不会在工件的齿的齿顶附近区域中进行切屑剥离。在对齿部的齿与齿根相邻的区域进行加工的区段的区域中，切刃的轮廓方面则恰好是相反的。切削齿的制造突出部的区段、也即该处的顶部区段设计得较之第一刀具的用于制造齿部的相应区段更厚。还可以规定，制造突出部的切削齿较之在第一步骤中制造齿部的切削齿具有更大的高度。在这种设计方式中，突出部则可以不仅在齿面的与齿根相邻的区域上延伸，还可以在齿根上延伸。在第三方法步骤中，基本上根据DE 100 02 188A1所述方法制造底切。在两个第一方法步骤中涉及滚削步骤，其中旋转驱动的工件的轴和旋转驱动的刀具的轴相互倾斜，这两个轴在制造底切部时则相互平行延伸。在此，进给可以沿参照工件的径向方向进行。如果齿面分别具有两个底切部，这两个底切部可以同时制造。为此，底切刀具的旋转驱动的刀头可以具有多个切削部，所述切削部沿轴向方向先后依次地布置。底切刀具可以是齿轮状的刀具。然而底切刀具也可以具有仅一个或多个单独切削部。底切刀具可以设计为，为每个底切部仅设置一个切削部。

根据本发明的设备主要涉及带有多个轴的CNC机器。该设备可以具有旋转驱动的工件轴、旋转驱动的第一刀具轴(第一刀具轴承载滚切刀具以制造齿部)、旋转驱动的第二轴(第二轴承载滚切刀具以制造突出部)和第三旋转轴(第三旋转轴承载能围绕旋转轴线旋转驱动的底切刀具)。三个刀具轴可以在控制装置的控制下朝工件进给或者定位在工件上。利用控制装置可以使刀具轴旋转，该旋转与同样利用控制装置促使的工件的旋转同步化。刀具轴此外还可以相对于工件借助控制装置推移。控制装置被编程，从而在设备运行中根据上述方法特征制造齿轮。

附图说明

以下参照附图阐述本发明的实施例。在附图中：

图1以剖切第一视角示出根据文献DE 10 2005 049 528 A1的滚削设备，利用该滚削设备不仅能够在第一方法步骤中开设齿部，而且能够在第二方法步骤中在齿部中开设突起部，

图2以旋转90度的视角示出根据图1的刀具/工件布置，

图3示出如文献DE 100 02 188A1所述用于制造底切部的设备，利用该设备在第三方法步骤中在齿部的位置处开设底切部，在所述位置处通过第二方法步骤制造了突出部，

图4以旋转90度的视角示出图3中所示刀具/工件布置，

图5示出穿过齿部的部分剖视图，其中，利用附图标记11在齿根10的区域中标注使齿的厚度局部减小的突出部，

图6示出以图5的观察方向VI看向齿6的齿面8的视图，

图7示出根据图5、然而在制造突出部11之后且制造底切部12之前的视图，

图8示出沿图7观察方向VIII的视图，

图9示出沿图7观察方向IX的视图，和

图10示出第一滚削刀具的切削齿的切刃16的曲线，利用第一滚削刀具制造齿部，并且示出第二滚削刀具的切削齿的切刃19的曲线，利用第二滚削刀具制造突出部。

具体实施方式

CNC机床具有多个电机驱动的轴并且其中尤其应内部开齿的工件1被固持在工件主轴的卡盘中，借助CNC机床，利用第一滚削刀具3在滚削工艺中在工件1中开设齿部5，所述第一滚削刀具被第一刀具轴旋转驱动。在未示出的实施例中，外部开齿的工件轮也可以设置齿部。

该刀具3的刀具轴4相对于工件1的工件轴2以轴交角Σ摆动。在使用圆柱形的刀具3时，如在该实施例中的情况下，刀具轴4可以相对于工件轴2还额外具有倾斜角η。

通过工件1和刀具3的同步旋转以及同时的轴向进给运动，在工件1中制造内齿部，该内齿部具有在工件1的轴向宽度上延伸的宽度B。

在该第一方法步骤之后，利用第二滚削刀具3’同样通过滚削工艺在已经通过第一方法步骤制成的齿部5的齿面8中开设至少一个突出部11，第二滚削刀具被同一个或第二刀具轴承载。图1和图2示出第一方法步骤和第二方法步骤。第二方法步骤与第一方法步骤的区别一方面在于所使用的滚削刀具。然而主要区别仅是第二滚削刀具在齿部5的齿面8中的局部咬合。

在第二刀具3’定位后，其中切刃在齿部5的宽度延伸量内与齿部5贴合，随后首先进行径向进给，与此同时，第二切削刀具3’的切刃进入齿面5中，以便通过在与齿根10相邻的区域中从齿面5去除材料而制造突出部11。轴交角可以已经足够大，以便在无需进一步进给的情况下制造突出部11。然而刀具也可能沿轴向方向、也即在齿部的宽度方向上以较小距离进给。突出部11则仅在齿面8的整个宽度B的部分区域上延伸，并且在从齿根10至根形圆9的高度上凸起。在第二方法步骤期间，根形圆9与齿顶7之间的齿面不被加工。

由此制造的突出部11因此在齿面8的部分区域上延伸，该部分区域与齿轮1的两个端侧保持间距。突出部11可以延伸至齿根。然而突出部也可以延伸至工件1的核心区域。

在第二方法步骤之后，利用第三刀具如图3和图4所示地在齿面8中开设底切部12，第三刀具是底切刀具。底切部12基本上在此开设在齿面8中，该处在之前的方法步骤中已经形成了突出部11。然而在齿6的宽度延伸量上测得的、突出部11的长度l₁也可以不同于底切部12的同样在齿6的宽度延伸量上测得的长度l₂。在图示的实施例中，突出部11的长度1₁例如小于底切部的长度l₂。在未示出的实施例中，比例也可以相反。然而两个长度l₁和l₂也可以是相等的。

有利的可以在于，底切部12的位于齿根10与根形圆9之间的区段完全处于突出部11的区域中。由此尤其可以规定，尽管底切部12的整个宽度延伸量l₂大于突出部11的宽度延伸量l₁，然而宽度延伸量l₁大于或至少等于底切部12在根形圆9与齿根10之间的区域中的宽度延伸量l₂，其中，根形圆9的位置可以通过突出部11的边缘与齿根10的径向间距定义。

参照齿高h₁、h₂，底切部12可以较之突出部11在更大的高度延伸量上延伸。在该实施例中，底切部12并不延伸至齿根10的区域中。然而也可以规定，底切部12延伸至齿根10的区域中或超出齿根10的区域延伸至工件1的核心区域。

图10示例性示出第一滚削刀具3的切刃16与第二滚削刀具3’的切刃19的轮廓的相叠。在切刃16、19的区域18、21中，第一滚削刀具3加工与齿顶7相邻的齿面8，轮廓在该区域中不同，从而使第一滚削刀具3的对与齿顶7相邻的齿面8进行加工的区段18较之第二滚削刀具3’的相应区段21更厚。因此，并不通过制造突出部11的切削齿对齿面8进行加工。

切刃16、19的区域17、20在齿根10的区域中以切削咬合压在工件1上，区域17、20不同，使制造突出部11的顶部区段20较之在第一方法步骤中制造根形圆9与齿根10之间的齿面8的齿面区域的顶部区段17更厚。

齿面8可以沿渐开线延伸。突出部11同样可以沿渐开线延伸，然而其在构成弯折的情况下在根形圆上过渡至齿面8在齿顶7与根形圆9之间的区域中。然而突出部11也可以基本上在也开设有底切部12的齿宽的部分区域中延伸。

前述实施方式用于阐述本申请总体涵盖的多项发明，这些发明至少通过以下特征组合也分别独立地对现有技术进行扩展设计，其中，两个、更多个或者所有这些特征组合也可以相结合，即：

一种方法，其特征在于，突出部11仅在齿部5的宽度B的第二部分区域l₂上延伸，所述第二部分区域分别具有与第一部分区域l₁的相叠区域。

一种方法，其特征在于，所述齿部通过滚切工艺、滚削、滚铣或通过插齿或拉削制造，和/或突出部11通过滚削、插齿、滚铣或利用立铣刀制造。

一种方法，其特征在于，齿面8利用第一刀具、尤其第一滚削刀具3制造，该第一刀具的切刃16沿第一轮廓延伸，并且底切部利用第二刀具、尤其滚削刀具制造，该刀具的切刃19沿不同于第一轮廓的第二轮廓延伸。

一种方法，其特征在于，第一刀具3的切刃16的区段18对齿面8的与齿顶7相邻的区域进行加工，该区段18较之第二刀具3’的切刃19的相应区段21更厚，并且第二刀具3’的切刃19的用于加工突出部11的区段20较之第一刀具3的相应区段17更厚。

一种方法，其特征在于，构成第一刀具3的切刃16的切削齿的高度h₁小于构成第二刀具3’的切刃19的切削齿的高度h₂。

一种方法，其特征在于，底切部12通过使用切刃刀具利用切削式的工艺制造。

一种设备，其特征在于，所述控制装置22设计为，在设备运行中根据权利要求1至6中任一项所述的方法制造齿轮1。

一种设备，其特征在于，第二刀具3’是滚削刀具，其中，第一刀具3的切刃16的与齿顶7相邻的区段18对齿面8的区域进行加工，该区段18较之第二刀具3’的切刃19的相应区段21更厚，并且第二刀具3’的切刃19的用于加工突出部11的区段20较之第一刀具3的相应区段17更厚。

一种设备，其特征在于，第三刀具13是围绕平行于工具轴2旋转驱动的切刃刀具。

所有的公开的技术特征(本身或者以不同方式的组合)都对本发明是重要的。因此，本申请的公开内容也包含相关/所附的优先权文件(在先申请副本)公开的全部内容，为此，优先权文件的特征也一并纳入本申请的权利要求中。从属权利要求以其特征即使在不具有被引用的权利要求的技术特征时也能表征现有技术的独有的创造性的改进方案，尤其用于基于该技术特征进行分案申请。每项权利要求中给出的发明还可以具有在前述说明中尤其配设有附图标记和/或在附图标记列表中给出的一个或多个特征。本发明还涉及多种设计方式，其中，在上述说明中提到的某些特征并未实施，尤其在其被认为对于相应的使用目的无关紧要或者能够被其它技术作用相同的手段替换时。

附图标记清单

1 齿轮

2 工件轴

3 第一滚削刀具

3’ 第二滚削刀具

4 刀具轴

5 齿部

6 齿

7 齿顶

8 齿面

9 根形圆

10 齿根

11 突出部

12 底切部

13 切刃刀具

14 刀具轴线

15 切削部

16 滚齿刀具的切刃

17 切刃区段

18 切刃区段

19 突出部刀具的切刃

20 切刃区段

21 切刃区段

22 控制装置

Σ 轴夹角

η 倾斜角

B 宽度

h₁ 高度

h₂ 高度

l₁ 部分区域的长度

l₂ 部分区域的长度

Claims (10)

1.一种用于制造齿轮(1)的方法，包括第一步骤，在所述第一步骤中，制造具有齿(6)的齿部(5)，所述齿带有齿面(8)；第二步骤，在所述第二步骤中，通过切削式工艺在所述齿(6)的齿根(10)与根形圆(9)之间的区域中制造突出部(11)；第三步骤，在所述第三步骤中，仅在齿部(5)的宽度(B)的一个或多个第一部分区域(l₁)中在齿面(8)中形成底切部(12)，其特征在于，突出部(11)仅在齿部(5)的宽度(B)的第二部分区域(l₂)上延伸，所述第二部分区域分别具有与第一部分区域(l₁)的相叠区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述齿部通过滚切工艺、滚削、滚铣或通过插齿或拉削制造，和/或突出部(11)通过滚削、插齿、滚铣或利用立铣刀制造。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，齿面(8)利用第一刀具、尤其滚削刀具(3)制造，该第一刀具的切刃(16)沿第一轮廓延伸，并且底切部利用第二刀具、尤其滚削刀具制造，该第二刀具的切刃(19)沿不同于第一轮廓的第二轮廓延伸。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一刀具(3)的切刃(16)与齿顶(7)相邻的区段(18)对齿面(8)的区域进行加工，该区段(18)较之第二刀具(3’)的切刃(19)的相应区段(21)更厚，并且第二刀具(3’)的切刃(19)的加工突出部(11)的区段(20)较之第一刀具(3)的相应区段(17)更厚。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，构成第一刀具(3)的切刃(16)的切削齿的高度(h₁)小于构成第二刀具(3’)的切刃(19)的切削齿的高度(h₂)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，底切部(12)通过使用切刃刀具利用切削式的工艺制造。

7.一种用于制造齿轮(1)的设备，包括旋转驱动的第一刀具(3)，所述第一刀具是对工件滚切加工的刀具、尤其滚削刀具，其能够围绕刀具转轴旋转驱动，并且构造为，利用该第一刀具能够通过滚切运动、尤其滚削制造具有齿(6)的齿部(5)，所述齿带有齿面(8)；包括第二刀具(3’)，所述第二刀具构造为，利用该第二刀具能够在所述齿的齿根(10)与根形圆(9)之间的区域中通过切削工艺制造突出部(11)；包括第三刀具(13)，所述第三刀具构造为，利用该第三刀具能够在齿面(8)中制造底切部(12)；并且包括控制装置(22)，其用于控制刀具(3、3’、13)，其特征在于，控制装置(22)设置为在运行所述设备时根据权利要求1至6中任一项所述的方法制造齿轮(1)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，第二刀具(3’)是滚削刀具，其中，第一刀具(3)的切刃(16)的与齿顶(7)相邻的区段(18)对齿面(8)的区域进行加工，该区段(18)较之第二刀具(3’)的切刃(19)的相应区段(21)更厚，并且第二刀具(3’)的切刃(19)的加工突出部(11)的区段(20)较之第一刀具(3)的相应区段(17)更厚。

9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，第三刀具(13)是围绕平行于工具轴(2)旋转驱动的切刃刀具。

10.一种方法或设备，其特征在于，具有前述权利要求中任一项的一个或多个区别特征。