專利名稱：制造面齒輪的連續(xù)方法
技術領域：
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：
面齒輪為具有等于面齒輪及其配對件之間的軸間角的齒面角(以及根錐角)的齒圏。該配對件為常規(guī)圓柱正小齒輪或螺旋小齒輪。標準面齒輪具有相應于也為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雜，具有專用于應用在通常為改進圓柱齒輪制造機的機床上的單ー設計的專用工具。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(垂直滾齒機工作臺軸線)而改進了該圓柱滾齒機。 ·插齒，使用代表配對圓柱小齒輪的插齒刀，以及具有通過面齒輪組的根錐角(通常90° )旋轉的工作臺的插齒機(相對于常規(guī)圓柱齒輪插齒機)?！とf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螺紋旋轉的小寬度(參見W098/02268、US 6，390，894和US 6，951，501，其公開內容被包含在此以供參考)?！ねㄟ^和面齒輪組的小齒輪齒廓相同的輪廓進行單分度展成磨削。 刮削，使用插齒刀或專用滾刀?！す蜗鳎褂?軸加工中心上的端銑刀。·珩磨，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培訓和專用工具，該專用工具昂貴并且關于它們用于其他工作或用于最優(yōu)化的用途不靈活。面齒輪的加工時間通常明顯比類似的圓柱或錐齒圈的切削時間更長。兩種更普通的面齒輪硬齒面精加工法或者使用非常復雜的難以磨光或者需要磨光時間長的工具幾何形狀(螺紋輪磨削)，或者復雜并且耗時，產(chǎn)生結合面寬度方向上的進給運動的滾動(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大的小齒輪偏置距(等于面齒輪和配對圓柱小齒輪之間所需的偏置距)，這限制了對具有該高偏置距的面齒輪組的應用
發(fā)明內容
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)的配對小齒輪構件的壓カ角下被定向至エ件(例如，面齒輪)的平面，并且能夠將其繞虛擬小齒輪軸線旋轉，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)分度運動，其與切削刀具和エ件(例如，面齒輪)的旋轉同向，因此描述運動的內擺線路徑，以及在將沿エ件面寬度產(chǎn)生直線的一次エ件齒輪旋轉期間的兩個切削刀具旋轉的分度率。


圖I示出面齒輪及其配對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。 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制圖2A的滾齒工具的外形。圖5示出具有復制面齒輪配對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示出內擺線運動的原理。在開始切削位置，觀察刀片點在エ件的內部開始切削。在工具以ΔφΤοοΙ旋轉的同時，エ件以Atpwork = 0.5 Δφ了ool旋轉。示出工具和エ件之間的相對路徑，該路徑為直線，從點“開始切削”到“結束切削”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)行快速分度運動(為了使用內擺線原理建立直齒面線)的同時，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。工具輪廓虛線示出傾斜的工具，這是為了避免在向后運動期間刀片在槽內切斷或反向運動。圖10示出展成漸開線與展成平面。刀片的切削刃能夠按與原始小齒輪齒面的漸開線相同的形狀形成，該原始小齒輪齒面應和將制造的面齒輪齒面配對。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。
具體實施例方式在詳細解釋本發(fā)明的任何特征和至少ー種構造之前，應理解，本發(fā)明在其應用方面不限于以下說明中提出或附圖中所示的構造細節(jié)以及組件布置。本發(fā)明能夠為其他構造，并且能夠被以各種方式實施或執(zhí)行。同樣地，應理解，本文中使用的措辭和術語是為了說明的目的，而不應將其視為限制。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。使用識別方法或エ藝的要素的文字僅為了識別，不意味著表示應以特殊順序執(zhí)行該要素。雖然下文在描述附圖時參考方向，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附圖(正常觀察)做這些參考。不應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。面齒輪在某些應用中的利用高度依賴于高效和經(jīng)濟制造エ藝的可用性。迄今為止，還不能獲得用于面齒輪的經(jīng)濟軟加工或硬齒面精加工エ藝。圖I示出面齒輪及其配對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個齒組成的部分中)。圖2B也示出具有改進滾刀架的圓柱滾齒機，該圓柱滾齒機允許在滾齒刀的底部部分上切削面齒輪的齒。通常使用單個開始滾齒刀，對于滾齒刀的每ー轉，該滾齒刀都將要求一節(jié)エ件旋轉。從面齒輪的外部向內部進給該滾齒刀。在工具進給期間，根據(jù)工具導程角，必須考慮エ件旋轉的補償量。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小齒輪(也等于虛擬小齒輪)的多個切削齒。處于垂直于插齒刀軸線的平面中的切削輪廓精確復制虛擬小齒輪的齒面輪廓。在插齒刀嚙合面齒輪旋轉的同時，需要用于排屑作用的軸向切削刀具方向上的行程運動。圖4示出被修整過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制圖I的滾齒工具的外形。在螺紋磨削輪旋轉的同時，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。在單螺紋磨削輪的情況下，對于每一次輪旋轉，エ件都必須旋轉ー節(jié)。在橫向移動過程中，在エ件旋轉上疊加導程補償值。圖5示出圓周磨盤磨削輪。磨削外形復制配對小齒輪齒外形的面齒輪。該外形在磨削輪姆ー側上都形成面齒輪外形的一點(一個滾動位置和ー個齒面寬度位置)。如果磨削輪在虛擬小齒輪的方向行進，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(同時磨削輪行進)。如果該行程運動無窮快，并且如果繞虛擬小齒輪軸的旋轉無窮慢，那就將產(chǎn)生ー對數(shù)學上完美的面齒輪齒面。圖5中的磨削輪位置代表展成滾動進程中的中心滾動位置。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)。該視圖也針對磨削輪的外國，圖5中示出其不處于中心滾動位置而是處于起始和結束滾動位置。如上所述，所確定的面齒輪的現(xiàn)有技術軟和硬加工方法取決于專項培訓、復雜和專用工具，該專用工具昂貴并且關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/或修整時間長并且復雜。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)分度運動的情況下，如果切削刀具旋轉為エ件旋轉值的兩倍，具有在其面上定向的切削刀片和以對切削刀具盤的旋轉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系中的平面。エ件和工具的旋轉方向必須相同。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エ件(面齒輪)定向切削刀具。、
所述內擺線運動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)，繞其軸線旋轉的切削刀具能夠另外繞虛擬小齒輪軸旋轉，這將引起在加工件上產(chǎn)生ー個或兩個面齒輪齒面。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小齒輪壓力角(投射到垂直于相對切削速度方向的平面)。該工具可具有交替的內部和外部刀片。內部和外部刀片的切削刃形成在中心滾動位置極好地代表虛擬小齒輪的節(jié)線的展成齒輪的ー個齒。必須將工具盤繞虛擬小齒輪軸以一定角度旋轉到每個新滾動位 置，該角度通過面齒輪齒的數(shù)目除以虛擬小齒輪齒的數(shù)目，乘以増量エ件齒輪旋轉角度，加上另外少量旋轉計算，這放置該盤，以便其在該特殊滾動位置具有含漸開線的公用線。圖9示出面齒輪和工具盤的ニ維視圖。在中心滾動位置表示工具盤。僅通過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動期間切斷或工具接觸所需的エ具傾斜布置。在圖9中也示出反向運動進入點。本領域技術人員應明白，為了在繞例如圖7所示的軸線旋轉工具時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雙曲面齒輪計算空間中的工具傾斜角度。通過發(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。為了獲得導致正確比率的刀具頭數(shù)目，應將面齒輪的齒數(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，為了能夠將該新數(shù)目除以ニ并且獲得刀具頭的整數(shù)數(shù)目，可加或減ー個齒。例如，在41個面齒輪齒的情況下，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)結果。因此，可能的刀具頭數(shù)目為21，或者對于刀具的每ー轉為ー個數(shù)目。湊整的優(yōu)點是這樣的事實，即刀具頭和面齒輪齒不具有公分母(追逐齒原理)。湊整的缺點是這樣的事實，即內擺線將偏離精確直線。該偏離產(chǎn)生近似圓形長度冠形，其在ー個齒面為正，而在另ー齒面為負。如果發(fā)現(xiàn)該負冠形不能接受，就能夠利用兩齒面上的正長度冠形效應在面齒輪上的相反位置切削兩個相反齒面，然而這將需要雙旋轉周期。能夠將刀片磨齒為等于面齒輪組的配對小齒輪構件的壓カ角的角度。優(yōu)選，將刀片關于工具和エ件之間的相對運動方向而定向在工具盤的面上(例如，基于中心面寬度，因為速度方向沿該面持續(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，在其第二次穿過面寬度期間)。能夠應用幾分之一度至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圓柱小齒輪在其最終應用(例如，齒輪箱)中的相同關系，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，諸如美國專利No. 4，981，402或6，712，566中所述，其公開內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的同時，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。即
權利要求
1.一種制造具有預定齒數(shù)的面齒輪的連續(xù)分度方法，所述面齒輪具有多個齒槽，每個齒槽都包括相対的第一和第二齒面表面，所述方法包括 提供具有旋轉軸線的面齒輪エ件； 提供具有旋轉軸線的切削工具，并且包括盤主體，所述盤主體具有ー個或多個切削刃，所述切削刃限定位于所述盤的面上的一個或更多切削刃頭； 以所述エ件每旋轉一次，所述切削工具就旋轉兩次的比率旋轉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； 通過將所述工具和所述エ件相對彼此移動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軸線旋轉所述切削工具，所述切削工具描述ー種展成滾動，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的所述虛擬小齒輪齒的滾動運動。
2.根據(jù)權利要求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軸線沿相同方向旋轉。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述切削工具相對于所述エ件傾斜。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述切削刃包括內部和外部切削刃。
6.根據(jù)權利要求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)權利要求I所述的方法，其中所述切削刃為漸開線形狀。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述展成滾動為非恒量展成滾動關系。
10.根據(jù)權利要求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)權利要求I所述的方法，其中所述面齒輪包括內面齒輪。
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)的配對小齒輪構件的壓力度下被定向至面齒輪工件的平面，并且能夠將其繞虛擬小齒輪軸線旋轉，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)分度運動，其與切削刀具和工件(例如，面齒輪)的旋轉同向，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期間進行的內擺線路徑運動和兩種刀具旋轉的分度率。
文檔編號B23F15/06GK102725089SQ201180007443
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者H·J·斯塔特菲爾德 申請人:格里森工場