專利名稱：制造面齒輪的連續(xù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及面齒輪的制造，并且具體地涉及ー種制造面齒輪的方法和工具。
背景技術(shù)：
面齒輪為具有等于面齒輪及其配對(duì)件之間的軸間角的齒面角(以及根錐角)的齒圏。該配對(duì)件為常規(guī)圓柱正小齒輪或螺旋小齒輪。標(biāo)準(zhǔn)面齒輪具有相應(yīng)于也為90°的軸間角的90°齒面角(該90°齒輪也被稱為“冠狀”齒輪)。迄今為止，制造面齒輪的方法都復(fù)雜，具有專用于應(yīng)用在通常為改進(jìn)圓柱齒輪制造機(jī)的機(jī)床上的單ー設(shè)計(jì)的專用工具。該用于軟制造面齒輪的方法包括·滾齒，在圓柱滾齒機(jī)上使用工作專用的專用滾刀，為了允許在滾刀的最低圓周部分切削(垂直滾齒機(jī)工作臺(tái)軸線)而改進(jìn)了該圓柱滾齒機(jī)。 ·插齒，使用代表配對(duì)圓柱小齒輪的插齒刀，以及具有通過(guò)面齒輪組的根錐角(通常90° )旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)的插齒機(jī)(相對(duì)于常規(guī)圓柱齒輪插齒機(jī))?！とf(wàn)能銑削法，使用5軸加工中心上的端銑刀?！墓腆w磨削，使用硬齒面精加工部分中下文所述的磨削法。面齒輪硬齒面精加工的現(xiàn)有已知方法包括 連續(xù)磨削，使用具有螺紋基準(zhǔn)齒廓的螺紋磨輪，其與大直徑輪上的面齒輪組的小齒輪齒廓相同，而具有通常為I. 5-2. 5螺紋旋轉(zhuǎn)的小寬度(參見(jiàn)W098/02268、US 6，390，894和US 6，951，501，其公開(kāi)內(nèi)容被包含在此以供參考)。·通過(guò)和面齒輪組的小齒輪齒廓相同的輪廓進(jìn)行單分度展成磨削。 刮削，使用插齒刀或?qū)Ｓ脻L刀?！す蜗?，使用5軸加工中心上的端銑刀?！ょ衲?，使用在齒表面具有磨料層的修正小齒輪。目前，面齒輪軟加工法取決于專項(xiàng)培訓(xùn)和專用工具，該專用工具昂貴并且關(guān)于它們用于其他工作或用于最優(yōu)化的用途不靈活。面齒輪的加工時(shí)間通常明顯比類似的圓柱或錐齒圈的切削時(shí)間更長(zhǎng)。兩種更普通的面齒輪硬齒面精加工法或者使用非常復(fù)雜的難以磨光或者需要磨光時(shí)間長(zhǎng)的工具幾何形狀(螺紋輪磨削)，或者復(fù)雜并且耗時(shí)，產(chǎn)生結(jié)合面寬度方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)(單分度展成磨削)。使用由碳化物材料制成的專用滾刀或插齒刀刮削提供合理的切削時(shí)間，但是需要不僅昂貴而且不易獲得或根本不能獲得的工具。面齒輪衝磨需要例如熱處理、磨齒并且涂有CBN的小齒輪,該小齒輪昂貴、不靈活，并且依賴用于良好排屑的相當(dāng)大的小齒輪偏置距(等于面齒輪和配對(duì)圓柱小齒輪之間所需的偏置距)，這限制了對(duì)具有該高偏置距的面齒輪組的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及ー種工具，代表能夠在等于齒輪組(例如，面齒輪組)的配對(duì)小齒輪構(gòu)件的壓カ角下被定向至エ件(例如，面齒輪)的平面，并且能夠?qū)⑵淅@虛擬小齒輪軸線旋轉(zhuǎn)，以在エ件上產(chǎn)生齒面。發(fā)明工具為面切削刀具，該刀具執(zhí)行連續(xù)分度運(yùn)動(dòng)，其與切削刀具和エ件(例如，面齒輪)的旋轉(zhuǎn)同向，因此描述運(yùn)動(dòng)的內(nèi)擺線路徑，以及在將沿エ件面寬度產(chǎn)生直線的一次エ件齒輪旋轉(zhuǎn)期間的兩個(gè)切削刀具旋轉(zhuǎn)的分度率。


圖I示出面齒輪及其配對(duì)圓柱正小齒輪的ニ維、橫截面圖。圖2A和2B分別示出球形滾齒工具以及圓柱滾齒機(jī)。 圖3示出面齒輪，其中圖I中的小齒輪被插齒刀代替。圖4示出被修整過(guò)的螺紋磨削輪的三維視圖，以便螺紋磨削輪在軸平面橫截面復(fù)制圖2A的滾齒工具的外形。圖5示出具有復(fù)制面齒輪配對(duì)小齒輪齒形的磨削外形的圓周磨盤磨削輪。圖6示出面齒輪和磨削輪的ニ維橫截面圖(面齒輪軸線位于橫截面平面中，橫截面平面垂直于虛擬小齒輪軸線)。圖6也包括磨削輪外圍的分解圖。圖7示出內(nèi)擺線運(yùn)動(dòng)的原理。在開(kāi)始切削位置，觀察刀片點(diǎn)在エ件的內(nèi)部開(kāi)始切削。在工具以ΔφΤοοΙ旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，エ件以Atpwork = 0.5 Δφ了ool旋轉(zhuǎn)。示出工具和エ件之間的相對(duì)路徑，該路徑為直線，從點(diǎn)“開(kāi)始切削”到“結(jié)束切削”并且最終為“外部超程”。圖8示出ニ維橫截面?zhèn)纫晥D或エ件、工具和虛擬展成小齒輪之間的布置。圖9示出ニ維橫截面頂視圖或エ件、工具和虛擬展成小齒輪之間的布置。虛擬小齒輪的軸線為展成齒輪軸線。在刀具和エ件執(zhí)行快速分度運(yùn)動(dòng)(為了使用內(nèi)擺線原理建立直齒面線)的同時(shí)，工具必須繞第二軸線、即等于虛擬小齒輪的軸線的展成齒輪軸線旋轉(zhuǎn)。工具輪廓虛線示出傾斜的工具，這是為了避免在向后運(yùn)動(dòng)期間刀片在槽內(nèi)切斷或反向運(yùn)動(dòng)。圖10示出展成漸開(kāi)線與展成平面。刀片的切削刃能夠按與原始小齒輪齒面的漸開(kāi)線相同的形狀形成，該原始小齒輪齒面應(yīng)和將制造的面齒輪齒面配對(duì)。圖11示出六軸自由形式車床中切削刀具盤和面齒輪之間的布置。圖12示出相對(duì)于具有90°節(jié)面角的虛擬輔助面齒輪定位的具有小于90°節(jié)面角的エ件齒輪。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何特征和至少ー種構(gòu)造之前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用方面不限于以下說(shuō)明中提出或附圖中所示的構(gòu)造細(xì)節(jié)以及組件布置。本發(fā)明能夠?yàn)槠渌麡?gòu)造，并且能夠被以各種方式實(shí)施或執(zhí)行。同樣地，應(yīng)理解，本文中使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的，而不應(yīng)將其視為限制。使用“包括…”、“具有…”和“包含…”及其變體意味著包含其后列舉的物件及其等效物，以及另外的物件。使用識(shí)別方法或エ藝的要素的文字僅為了識(shí)別，不意味著表示應(yīng)以特殊順序執(zhí)行該要素。雖然下文在描述附圖時(shí)參考方向，諸如上部、下部、向上、向下、向后、底部、頂部、前、后等等，但是僅為了方便而相對(duì)附圖(正常觀察)做這些參考。不應(yīng)按字面意思確定這些方向，或者以任何方向或形式限制本發(fā)明。面齒輪在某些應(yīng)用中的利用高度依賴于高效和經(jīng)濟(jì)制造エ藝的可用性。迄今為止，還不能獲得用于面齒輪的經(jīng)濟(jì)軟加工或硬齒面精加工エ藝。圖I示出面齒輪及其配對(duì)圓柱正小齒輪的ニ維、橫截面圖。在該例子中，面齒輪軸線和小齒輪軸線之間的軸間角為90°。軸間角大于90°將使面齒輪成為內(nèi)齒圈。在0°軸間角的特殊情況下，面齒輪副變?yōu)閳A柱齒圈。圖2A示出球形滾齒工具。滾齒刀的切削刀片(切削齒)代表正小齒輪的齒，并且圍在圓柱小齒輪主體周圍(在由3個(gè)齒組成的部分中)。圖2B也示出具有改進(jìn)滾刀架的圓柱滾齒機(jī)，該圓柱滾齒機(jī)允許在滾齒刀的底部部分上切削面齒輪的齒。通常使用單個(gè)開(kāi)始滾齒刀，對(duì)于滾齒刀的每ー轉(zhuǎn)，該滾齒刀都將要求一節(jié)エ件旋轉(zhuǎn)。從面齒輪的外部向內(nèi)部進(jìn)給該滾齒刀。在工具進(jìn)給期間，根據(jù)工具導(dǎo)程角，必須考慮エ件旋轉(zhuǎn)的補(bǔ)償量。圖3示出面齒輪，其中圖I中的小齒輪被插齒刀代替。插齒刀有等于面齒輪的配對(duì)小齒輪(也等于虛擬小齒輪)的多個(gè)切削齒。處于垂直于插齒刀軸線的平面中的切削輪廓精確復(fù)制虛擬小齒輪的齒面輪廓。在插齒刀嚙合面齒輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，需要用于排屑作用的軸向切削刀具方向上的行程運(yùn)動(dòng)。圖4示出被修整過(guò)的螺紋磨削輪的三維視圖，以便螺紋磨削輪在軸平面橫截面復(fù)制圖I的滾齒工具的外形。在螺紋磨削輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，磨削螺紋外形的彎曲定向在由磨削輪軸線和行程方向限定的平面的位置靠近旋轉(zhuǎn)虛擬小齒輪外形。為了模擬虛擬小齒輪的全部寬度，磨削輪必須在沿面齒輪齒面寬度的虛擬小齒輪軸線方向橫向移動(dòng)。在單螺紋磨削輪的情況下，對(duì)于每一次輪旋轉(zhuǎn)，エ件都必須旋轉(zhuǎn)ー節(jié)。在橫向移動(dòng)過(guò)程中，在エ件旋轉(zhuǎn)上疊加導(dǎo)程補(bǔ)償值。圖5示出圓周磨盤磨削輪。磨削外形復(fù)制配對(duì)小齒輪齒外形的面齒輪。該外形在磨削輪姆ー側(cè)上都形成面齒輪外形的一點(diǎn)(一個(gè)滾動(dòng)位置和ー個(gè)齒面寬度位置)。如果磨削輪在虛擬小齒輪的方向行進(jìn)，就在虛擬小齒輪和面齒輪之間形成一條接觸線(在展成外形的每ー側(cè)上)。為了形成完整的面齒輪齒外形，磨削輪必須繞虛擬小齒輪軸線旋轉(zhuǎn)(同時(shí)磨削輪行進(jìn))。如果該行程運(yùn)動(dòng)無(wú)窮快，并且如果繞虛擬小齒輪軸的旋轉(zhuǎn)無(wú)窮慢，那就將產(chǎn)生ー對(duì)數(shù)學(xué)上完美的面齒輪齒面。圖5中的磨削輪位置代表展成滾動(dòng)進(jìn)程中的中心滾動(dòng)位置。圖6示出面齒輪的ニ維橫截面圖(面齒輪軸線位于橫截面平面中，橫截面平面垂直于虛擬小齒輪軸線)。該視圖也針對(duì)磨削輪的外國(guó)，圖5中示出其不處于中心滾動(dòng)位置而是處于起始和結(jié)束滾動(dòng)位置。如上所述，所確定的面齒輪的現(xiàn)有技術(shù)軟和硬加工方法取決于專項(xiàng)培訓(xùn)、復(fù)雜和專用工具，該專用工具昂貴并且關(guān)于它們用于其他工作或用于最優(yōu)化的用途不靈活。另外，處理和/或修整時(shí)間長(zhǎng)并且復(fù)雜。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)分度運(yùn)動(dòng)的情況下，如果切削刀具旋轉(zhuǎn)為エ件旋轉(zhuǎn)值的兩倍，具有在其面上定向的切削刀片和以對(duì)切削刀具盤的旋轉(zhuǎn)軸某一角度定向的刀片的切削刃的工具盤代表エ件齒輪坐標(biāo)系中的平面。エ件和工具的旋轉(zhuǎn)方向必須相同。為了避免在第二、多余干涉區(qū)域中的切斷，能夠以某一角度相對(duì)エ件(面齒輪)定向切削刀具。、
所述內(nèi)擺線運(yùn)動(dòng)將形成具有為工具切削刃相同鏡像的齒形的平面展成齒輪。已發(fā)現(xiàn)，繞其軸線旋轉(zhuǎn)的切削刀具能夠另外繞虛擬小齒輪軸旋轉(zhuǎn)，這將引起在加工件上產(chǎn)生ー個(gè)或兩個(gè)面齒輪齒面。圖7示出切削盤。切削盤在其面上具有切削刃，其與切削盤軸線方向的角度等于配對(duì)小齒輪壓力角(投射到垂直于相對(duì)切削速度方向的平面)。該工具可具有交替的內(nèi)部和外部刀片。內(nèi)部和外部刀片的切削刃形成在中心滾動(dòng)位置極好地代表虛擬小齒輪的節(jié)線的展成齒輪的ー個(gè)齒。必須將工具盤繞虛擬小齒輪軸以一定角度旋轉(zhuǎn)到每個(gè)新滾動(dòng)位 置，該角度通過(guò)面齒輪齒的數(shù)目除以虛擬小齒輪齒的數(shù)目，乘以増量エ件齒輪旋轉(zhuǎn)角度，加上另外少量旋轉(zhuǎn)計(jì)算，這放置該盤，以便其在該特殊滾動(dòng)位置具有含漸開(kāi)線的公用線。圖9示出面齒輪和工具盤的ニ維視圖。在中心滾動(dòng)位置表示工具盤。僅通過(guò)其輪廓線表示所述虛擬圓柱小齒輪。虛擬小齒輪的中心處于垂直于附圖平面的展成齒輪軸線的位置。虛線工具輪廓線示出為了避免在切削刀片的反向運(yùn)動(dòng)期間切斷或工具接觸所需的エ具傾斜布置。在圖9中也示出反向運(yùn)動(dòng)進(jìn)入點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，為了在繞例如圖7所示的軸線旋轉(zhuǎn)工具時(shí)最小化齒面形狀變形和齒根線變化，類似于斜齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪計(jì)算空間中的工具傾斜角度。通過(guò)發(fā)明エ藝，優(yōu)選齒輪齒的齒數(shù)為刀具頭數(shù)目的兩倍。也可能在刀具中使用半數(shù)刀片(或者四分之一，或八分之一等等)。然而，最小刀具頭數(shù)目是這樣的，其引起低生產(chǎn)率但是引起非常通用的刀具。為了獲得導(dǎo)致正確比率的刀具頭數(shù)目，應(yīng)將面齒輪的齒數(shù)除以ニ。這繼而意味著齒輪齒數(shù)優(yōu)選為偶數(shù)。在奇數(shù)齒輪齒的情況下，為了能夠?qū)⒃撔聰?shù)目除以ニ并且獲得刀具頭的整數(shù)數(shù)目，可加或減ー個(gè)齒。例如，在41個(gè)面齒輪齒的情況下，這意味著42/2=21。刀具頭數(shù)目為21，不能將其除以2得到整數(shù)結(jié)果。因此，可能的刀具頭數(shù)目為21，或者對(duì)于刀具的每ー轉(zhuǎn)為ー個(gè)數(shù)目。湊整的優(yōu)點(diǎn)是這樣的事實(shí)，即刀具頭和面齒輪齒不具有公分母(追逐齒原理)。湊整的缺點(diǎn)是這樣的事實(shí)，即內(nèi)擺線將偏離精確直線。該偏離產(chǎn)生近似圓形長(zhǎng)度冠形，其在ー個(gè)齒面為正，而在另ー齒面為負(fù)。如果發(fā)現(xiàn)該負(fù)冠形不能接受，就能夠利用兩齒面上的正長(zhǎng)度冠形效應(yīng)在面齒輪上的相反位置切削兩個(gè)相反齒面，然而這將需要雙旋轉(zhuǎn)周期。能夠?qū)⒌镀X為等于面齒輪組的配對(duì)小齒輪構(gòu)件的壓カ角的角度。優(yōu)選，將刀片關(guān)于工具和エ件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向而定向在工具盤的面上(例如，基于中心面寬度，因?yàn)樗俣确较蜓卦撁娉掷m(xù)變化)。然而，這將要求在面齒輪具有90°齒面角的情況下，工具軸線與エ件軸線共線。共線軸線布置可引起已切削的齒槽切斷(例如，在其第二次穿過(guò)面寬度期間)。能夠應(yīng)用幾分之一度至10°之間的小切削刀具傾斜角度(以相等刀片角度修正)，從而避免任何切斷。切削刀片傾斜的副作用為齒面表面錯(cuò)配，這或者能接受，或者能用作期望的齒面修正的要素。為了表現(xiàn)展成圓柱小齒輪(展成小齒輪)，其中展成小齒輪和エ件齒輪類似面齒輪及其配對(duì)圓柱小齒輪在其最終應(yīng)用(例如，齒輪箱)中的相同關(guān)系，虛擬小齒輪軸線能夠位于虛擬或理論錐齒輪展成基本車床中，諸如美國(guó)專利No. 4，981，402或6，712，566中所述，其公開(kāi)內(nèi)容被包含在此以供參考。在切削刀具繞虛擬小齒輪軸線旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，エ件必須根據(jù)小齒輪和面齒輪之間的比率(即滾比(Ra))繞其軸線旋轉(zhuǎn)。即
權(quán)利要求
1.一種制造具有預(yù)定齒數(shù)的面齒輪的連續(xù)分度方法，所述面齒輪具有多個(gè)齒槽，每個(gè)齒槽都包括相対的第一和第二齒面表面，所述方法包括 提供具有旋轉(zhuǎn)軸線的面齒輪エ件； 提供具有旋轉(zhuǎn)軸線的切削工具，并且包括盤主體，所述盤主體具有ー個(gè)或多個(gè)切削刃，所述切削刃限定位于所述盤的面上的一個(gè)或更多切削刃頭； 以所述エ件每旋轉(zhuǎn)一次，所述切削工具就旋轉(zhuǎn)兩次的比率旋轉(zhuǎn)所述切削工具和所述エ件; 使所述切削工具和所述エ件嚙合； 通過(guò)將所述工具和所述エ件相對(duì)彼此移動(dòng)而在所述エ件上展成所述齒表面；· 其中所述展成包括另外繞與所述面齒輪エ件嚙合的虛擬小齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)所述切削工具，所述切削工具描述ー種展成滾動(dòng)，其中所述切削刃在所述展成期間模仿與所述面齒輪エ件嚙合旋轉(zhuǎn)的所述虛擬小齒輪齒的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述エ件包括偶數(shù)齒數(shù)，所述偶數(shù)齒數(shù)為所述切削工具頭的數(shù)目的兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述エ件和所述切削工具繞其各自旋轉(zhuǎn)軸線沿相同方向旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切削工具相對(duì)于所述エ件傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切削刃包括內(nèi)部和外部切削刃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一和第二齒表面在所述エ件的面寬度的方向是直的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述エ件的齒表面以壓カ角定向，并且將工具的切削刃以等于所述エ件的壓カ角的壓カ角定向。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切削刃為漸開(kāi)線形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述展成滾動(dòng)為非恒量展成滾動(dòng)關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述面齒輪包括90度的節(jié)面角。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述面齒輪包括小于90度的節(jié)面角。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述面齒輪包括內(nèi)面齒輪。
全文摘要
一種利用工具制造面齒輪的連續(xù)方法，代表能夠在等于齒輪組(例如，面齒輪組)的配對(duì)小齒輪構(gòu)件的壓力度下被定向至面齒輪工件的平面，并且能夠?qū)⑵淅@虛擬小齒輪軸線旋轉(zhuǎn)，以在所述工件上產(chǎn)生齒面。所述工具為面切削刀具，所述刀具執(zhí)行連續(xù)分度運(yùn)動(dòng)，其與切削刀具和工件(例如，面齒輪)的旋轉(zhuǎn)同向，因此描述一種將沿面齒輪的面寬度產(chǎn)生直線的一次工件齒輪旋轉(zhuǎn)期間進(jìn)行的內(nèi)擺線路徑運(yùn)動(dòng)和兩種刀具旋轉(zhuǎn)的分度率。
文檔編號(hào)B23F15/06GK102725089SQ201180007443
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者H·J·斯塔特菲爾德 申請(qǐng)人:格里森工場(chǎng)