用于確定滾削刀具的后刀面輪廓的方法、滾削刀具及其使用
【專利說明】用于確定滾削刀具的后刀面輪廓的方法、滾削刀具及其使 用
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定后刀面（FreiflSche )輪廓的方法，特別是用于確定刀 形刀具的后角或者滾削加工工件用的刀具的刀齒；另外涉及一種用于滾削加工的刀具，其 包括多個齒，所述齒分別具有帶切割刃緣的前刀面（SpanflSche )和與之鄰接的后刀面， 這些齒設(shè)置在柱形或者錐形的周面上，其中，該刀具能夠圍繞沿著徑向間隔方向與工件軸 線間隔開的刀具軸線可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動并且能夠在滾壓嚙合時在受驅(qū)動工件的旋轉(zhuǎn)軸線與刀 具旋轉(zhuǎn)軸線之間形成軸交叉角的情況下進刀；以及最后還涉及所述刀具的使用或者說按照 所述方法制作的刀具的使用。
[0002] 由DE 243 514 C公開了文首述及類型的第一切削加工方法。滾削使用一種具有 端面切割刀刃的齒輪作為刀具。與直刺方式（Stolen)的情況不同，以如下方式實現(xiàn)切割 運動：通過傾斜地設(shè)置刀具的軸線和工件的旋轉(zhuǎn)軸線，通過這些部件的反向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生切 割運動。刀具在環(huán)繞工件運行期間穿過它從工件中切割出的各齒。
[0003] 原則上，在滾削時，在唯一一道（僅一次執(zhí)行進給運動）工序中便可以制作一個工 件。然而在材料去除較大的情況下多道工序是適宜的，在這些工序中，進行削剃的刀具先后 實施了兩次不同切割深度的進給運動，正如例如在DE 10 2008 037 514 Al中所說明的那 樣。
[0004] 為了提高制作的工件的質(zhì)量，在WO 2012/098 002 Al中提出：進給運動的和切割 運動的平行于工件軸線的部件是彼此反向的。然而該反向切割運動應該僅僅用來使已經(jīng)在 至少兩道工序中預制的齒平滑。
[0005] WO 2012/060 733 Al涉及一種滾削設(shè)備，其中設(shè)置有一個用于刀具主軸和工件夾 具的定位驅(qū)動的電子控制裝置，該控制裝置在對粗略預制齒的或未制齒的坯件在軸向進給 中進行制齒時在進給結(jié)束時疊加一個從工件中的徑向退出運動和/或在進給開始時疊加 一個進入工件中的徑向進入運動。
[0006] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的這種削剃輪作為刀具是否具備柱形或者錐形的輪廓并不重 要，原則上在切削加工過程中產(chǎn)生同樣的滾壓運動，也就是說，刀具帶有和不帶前刀面偏移 地工作。然而，基于刀具的軌道運動，在每個嚙合的時間點會相對工件產(chǎn)生不同的后角和 前角。在最不利的情況中，在切割嚙合期間可能產(chǎn)生-50°或者更多的前角，由于這樣的前 角，加工作用力劇烈升高，這樣，最終在不可避免地出現(xiàn)振動時會導致并非微不足道的制造 誤差。若觀察在工件的坐標系統(tǒng)中的軌道運動，每個切割點都是在一個三維的擺線上運動。 在忽略軸交叉角或者說在假設(shè)角度值為0°的情況下，在對工件進行外側(cè)加工時軌道曲線 為外擺線以及在內(nèi)側(cè)加工時為內(nèi)擺線。刀具與工件之間的傳動比由刀具直至經(jīng)過360°后 到達同一個點為止的滾動數(shù)量所決定。
[0007] 為了防止刀具的一個或多個有缺陷的齒而導致加工完畢的工件中的相應缺陷，這 樣地選擇刀具的齒數(shù)，即工件的齒數(shù)不是整數(shù)倍。也就是說在整數(shù)倍的情況中將出現(xiàn)刀具 在循環(huán)中始終以同一齒加工同一齒間的情況，因而刀具的某一"切割齒"在幾何上的缺陷形 狀/結(jié)構(gòu)便導致相應的工件缺陷。因此優(yōu)選應選擇無公約數(shù)或具有質(zhì)數(shù)的傳動比，也就是 說，例如工件的100個齒對刀具的29個齒。
[0008] 在軸交叉角為正的情況下，由平坦的擺線變成為空間的滾動曲線，所述滾動曲線 可以用于對刀具的前刀面運動軌道進行分析。滾削運動學體現(xiàn)為錯綜復雜的運動，其中，刀 具的每個齒刃逐漸地進入工件的齒間并且使該徑向運動滾動地繼續(xù)到齒根為止，然后齒刃 在齒間的相對置的壁上重新移出。在進入和移出運動期間，刀具齒刃軸向地沿著工件齒寬 運動。前角始終在變化并且甚至可能出現(xiàn)直到-50°的高的負值。在如此高的負前角的情 況下，刀具由于增大的切割力而承受極限負載，這樣可能導致嚴重的刀具磨損。刀具雖然可 以重磨或者更換新的刀具，但這樣的作業(yè)會導致制造當中的停工時間，這些停工時間使得 加工過程的效率最小化。對于錐形的刀具，又加之：由于錐體之故重磨可能性的次數(shù)受到限 制。
[0009] 以這些認識為出發(fā)點，本發(fā)明的目的是，提供一種用于確定滾削刀具的后刀面輪 廓的方法、一種滾削刀具及其使用，該使用允許實現(xiàn)保護工具的、生產(chǎn)率較高的切割操作。
[0010] 此目的通過如權(quán)利要求1所述的方法、如權(quán)利要求4所述的刀具和該刀具的如權(quán) 利要求5所述的使用得以實現(xiàn)。
[0011] 本發(fā)明是基于下列方案措施：
[0012] 在圖1中示例性地示出了刀齒的前刀面20的空間運動。在所選擇的實例中，該刀 具總共具有19個齒，而工件具有64個齒，由此得到傳動比64/19。嚙合區(qū)域10具有特殊意 義，在這些嚙合區(qū)域內(nèi)刀具切削著插入工件中，也就是說插入工件齒間中。圖2示出了圖1 的空間運動曲線的、平行于工件軸線的頂視圖，其中，嚙合區(qū)域10分別呈現(xiàn)銳角狀。正如從 示出嚙合區(qū)域中齒的前刀面的軌道運動之不同視圖的圖3、4、5和6的放大視圖中可以看出 的那樣，軌道彎曲度在刀齒進出工件齒間期間始終變化。在嚙合區(qū)域內(nèi)接近徑向定向的前 刀面在往齒間中踏入11時在前角為正的情況下切割工件，該前角直到從齒間中退出12為 止變化為強烈的負前角。另外，在圖6中記載了一個軌道運動示范13,該軌道運動示范作為 彎曲箭頭代表著運動軌道和切割方向。正如特別是從圖7內(nèi)的投影在一個平面內(nèi)的視圖中 可獲知的那樣，在穿過齒間時配屬于限定前刀面的有效切割刃緣的各點的速度向量發(fā)生變 化，該速度向量由可度量的量值和運動方向組成。另外，在圖6中記載了一個軌道運動示范 13,該軌道運動示范作為彎曲箭頭代表著運動軌道和切割方向。所述速度向量的方向成分 對于本發(fā)明具有特別的意義。正如在圖7和8中示出的那樣，如果在嚙合的每個時間點處 描繪前刀面的每個切割刃緣點的方向反轉(zhuǎn)的（orientierungsinvertiert)速度向量，那么 便獲得了速度向量群21，這些速度向量構(gòu)成一個封閉的包絡面22,在該包絡面內(nèi)部不存在 速度向量。該包絡面連同所期望的、優(yōu)選在2°至10°之間的后角決定了刀齒的后刀面輪 廓。在圖8中與前刀面20保持約5mm間距地畫出一個面23,該面-扣除由選擇后角所決定 的邊緣區(qū)域24-相當于刀具的切割齒的基底。換言之，如果將包絡面22選作后刀面的話， 后角則為0°，這應該相應地修正為正的后角。
[0013] 上述刀具根據(jù)所選擇的后角能夠全深度或者說最大進刀地徑向進入。在進入運動 之后，可以沿著與切割運動相反的方向?qū)嵤┻M給。通過這種方式，將刀具在嚙合區(qū)內(nèi)的踏入 用來進行切削加工。在該區(qū)域中有效前角是正的。
[0014] 在圖9中通過運動示范13a和13b示出了工件間隙內(nèi)的兩個刀具嚙合。若如在本 發(fā)明中提出的那樣反向于切割運動實施進給，那么13a代表著與工件間