CN1669709A - 用于锥齿轮齿边倒角和/或清理毛刺的锥齿轮切齿机 - Google Patents

Abstract

一种锥齿轮切齿机(20)，尤其是，其被设计成在锥齿轮(31)的齿上进行倒角和/或清理毛刺。该切齿机(20)具有一同轴地收置锥齿轮(31)的工件心轴(30)。设置有一拖板(18)，它收置一具有多个杆刀的板形刀具头(7)。切齿机(20)具有多根数字可控制的轴线，它们通过一编程控制器(29)被致动，其中一根轴线形成工件心轴(30)的工件心轴轴线(32)，另外的轴线用作板形刀具头(7)的工具心轴轴线(17)。数字可控制的轴线被这样实施和定位：通过调整至少一根轴线，工件心轴(30)连同锥齿轮(31)可相对于刀具头(7)倾斜，当工件心轴(30)围绕工件心轴轴线(32)转动以及刀具头(7)围绕工具心轴轴线(17)同时转动时，杆刀可一个接着一个插入相邻齿的齿中间空间内，并相对于边缘执行一倒角或清理毛刺的运动。

Description

用于锥齿轮齿边倒角和/或清理毛刺的锥齿轮切齿机

技术领域

本发明涉及一种切齿机和锥齿轮齿边的清理毛刺和/或倒角。

背景技术

当制造螺旋齿的锥齿轮时，使用一刀具头从齿体的小直径到大直径起支配地位地机加工出齿隙。在此情形中，通过机加工在外齿端处出现的毛刺主要位于凹陷的齿腹上，因为该齿腹通常相对于锥齿轮的后齿面形成一锐角。如果仅在该点处去除毛刺，则一非常锋利外形的边缘仍将存在。因为有很大的伤害危险，还因为当锥齿轮淬硬时产生有害的变形，所以，这些边缘通常通过倒角来破除。如果该角度不是这样尖锐，例如由于锥齿轮具有一小的螺旋角，则去除边缘的毛刺就够了。

过去为传统的机械锥齿轮切齿机所开发的各种装置现在已众所周知用于锥齿轮的倒角和/或清理毛刺。即使在不连续的划分方法的锥齿轮磨齿的过程中，齿端也在各齿隙后清理毛刺。或者在连续的方法中，倒角和/或清理毛刺在单独工作循环的切齿之后执行。

也常使用单独常备的去除毛刺的装置。在这些装置中，可以接受附加的工件夹持的缺点，以便比切齿机具有更多的空间靠近工件，因为然后去除毛刺的工具可更灵活和容易地设定到特定的工件尺寸。此外，如果诸锥齿轮不是也必须在切齿机上清理毛刺，则多个锥齿轮可同时地在切齿机上进行切齿。

该类型的清理毛刺的装置描述在DE 197 44 486 A1中，其中，两个不同的磨削刀具用于清理毛刺，它们各具有其自己的转动驱动器。刀具定位在一共享的支承上，并使用一单一的径向馈送运动在一停顿处对锥齿轮操作。在此情形中，缺点在于磨削刀具必须彼此对齐，各个磨削刀具对于其切割刃需要有一特殊的外形，它必须定制以适应待去除毛刺的特定的锥齿轮。

另一用于锥齿轮的单独的倒角装置来源于DE 298 01 318 U1，它使用一转动驱动的端部磨削刀具进行操作。在此情形中，刀具心轴沿3个轴线可移动，具体来说，相对于工件载体的水平、垂直移动和一围绕其轴线可控制的枢转，设置一控制器来偶联四个轴向运动，端部磨削的刀具通过它们沿一编程的路径被导向。除了与分离的清理毛刺装置相关的诸多缺点之外，在此装置中，不管大的机械工程如何复杂，细长轴的小齿轮的外齿端不能被倒角。

在直接用于切齿机上的已知的去除毛刺的装置中采用一多通路飞轮磨削刀具，它的转动轴线设定为使飞轮刀具的切削刃沿待倒角的锥齿轮齿的外形边缘移动。该装置不是以分度方法进行操作，而是以恒定的工件转动进行操作，这样，下列各个飞轮刀具相继地接合下一个锥齿轮间隙。然而，致命的缺点在于使用一飞轮磨削刀具并不是所有锥齿轮可在其切齿机上清理毛刺。还有一缺点在于必须使用特殊的飞轮磨削刀具。此外，必须在机器内对飞轮磨削刀具提供空间。

可使用一切齿机，其中，一称之为刨刀的工具附连到一气动操作的活塞上，该切齿机描述在德国公布的申请11 85 039 A中。该已知装置的主要缺点在于：刨刀工具可用方向设定的刀来加工各个齿，但本质上则是线性的。然而，待去毛刺的外缘是空间弧度很大的曲线，其由两个面相交造成，具体来说，一个是具有毗邻根部圆形的已经成弧形的齿腹面，另一个是锥齿轮齿的后面。后者通常是一斜面，它可在齿端处再次附加地后缩和/或倒圆。这意味着使用已知装置对外缘不能正确地倒角。最多可设定一平均方向，该装置必须刨去相当量的材料，以便清理全齿高的毛刺。在此情形中，二次毛刺可容易形成，这恰好是不理想的。此外，由于对锥形小齿轮施加载荷的锋利工具在根部倒圆过程中难免形成锋利槽。另一缺点在于其复杂性，由于其复杂性必须将一线性成形装置手工地设定到特定的工件尺寸。

类似的缺点还涉及到根据日本出版物JP 10-180542 A的沿一个轴操作的清理毛刺的装置，该装置也可用于切齿机中。在此情形中，成形工具包括一角度杠杆，其安装成在其顶点处可转动。它的短腿实施为形成一直的切割刃，而一气动操作的活塞又接合到较长的腿上。如根据DE 11 85 039 A的装置那样，用于角度杠杆的保持器和活塞必须精确地对齐，以使引导在一圆弧上的切割刃沿静止的锥齿轮的外缘依一平均方向移动。该装置也不适用于清理锥齿轮的毛刺，尤其是锥形小齿轮。此外，它的缺点在于必须要有特殊的成形工具。

发明内容

因此，本发明根据其目的以这样的方式设计一种锥齿轮切齿机，其使用不很复杂的装置，可对各种变化类型的锥齿轮实施倒角和/或清理毛刺，本发明还提供一相应的方法。

本发明的另一目的在于设计这样一种锥齿轮切齿机，要使因清理毛刺造成的工件在切齿机内较长的停留时间可变得相对较短。

根据本发明实现该目的在于提供一锥齿轮切齿机，尤其是，其设计成在锥齿轮的齿上进行倒角和/或清理毛刺。该切齿机具有一同轴地收置锥齿轮的工件心轴。设置一拖板，它收置一具有多个杆刀的板形刀具头。切齿机具有总共五根可数字控制的轴线(numerically controrable axes)，它们通过一编程的控制器被致动，其中一轴线形成工件心轴的工件心轴轴线。另外的轴线用作板形刀具头的工具心轴轴线。数字控制的轴线这样实施和定位：通过调整至少一轴线，工件心轴连同锥齿轮可相对于刀具头倾斜，当工件心轴围绕工件心轴轴线转动以及刀具头围绕工具心轴轴线同时转动时，杆刀可一个接着一个插入齿内，位于相邻齿的中间空间内，并相对于边缘执行一倒角或清理毛刺的运动。

根据本发明，通过一如权利要求1所述的切齿机和一如权利要求7所述的方法来实现上述目的。权利要求2至6的目的在于形成根据本发明的切齿机的有优点的实施例，权利要求8至11的目的在于形成根据本发明的方法的有优点的实施例。

本发明的主要优点在于：通过使用一编程控制器在数字上可进行控制的六个轴线(NC轴线)，使用杆刀的切割刃，几乎可实现锥齿轮的任何任意形状的外形边缘。因此，不管弧形外缘如何，总可形成一倒角和/或实施清理毛刺。由于杆刀相对于锥齿轮具有合适的陡峭的斜度，为了清理全齿高上的毛刺，不须刨掉大量的材料，因此可避免二次的毛刺(secondary burr)。

本发明的优点还在于，根据本发明，倒角或清理毛刺在一连续的过程中执行，该过程的机加工时间比不连续过程的显著地短。

直至今天，与纯粹机械地或气动地操作的清理毛刺的方案相比，使用用于清理毛刺装置的切削运动的诸单独的NC轴线被认为不是成本有效的。根据本发明的装置的一个特殊的优点在于：不须提供附加的NC轴线，但相反使用已经存在的数字可控制的轴线来清理毛刺。本发明的另一优点在于：不必使用必须特别安装和操纵的特殊的清理毛刺的工具。此外，根据本发明，可省却导致操作失误的费时的重组工作。因此，在切齿机上对于清理毛刺不会造成显著的时间损失。此外，根据实施例，对于在清理毛刺或倒角时产生的碎屑不需要特殊的收集或吸收装置。

用于许多工业上和制造上操作的切齿机可根据本发明有利地进行修改。

附图说明

下面将参照附图来描述本发明的典型的实施例。在诸附图中：

图1是根据本发明的切齿机的立体图；

图2是在切齿过程中切齿机的机加工区域的示意的俯视图和侧视图；

图3是在去除毛刺或倒角过程中切齿机的机加工区域的示意的俯视图和侧视图。

具体实施方式

本发明的一可能的实施例将结合图1、2和3进行描述。一锥形小齿轮在图1中加工，相反，而一环齿轮在图2和3中加工。

图1是示出用来制造螺旋齿的锥齿轮31的一CNC机器20的基本结构的立体图。根据本发明这样一机器20可被设计或重组，以便允许使用制造锥齿轮31的齿时所使用的同一杆刀来实施锥齿轮31的清理毛刺或倒角。

CNC机器20可被构造如下。一机器外壳19沿着机器床身21上的直线坐标轴线X(第一轴线)被水平地沿直线导向。一第一拖板18可在导轨10上移动，导轨10附连于机器外壳19的侧面，使用一心轴驱动器16沿一直线坐标轴线Z(第二轴线)移动。具有一第二拖板12的一工件心轴支承14沿一直线坐标轴线Y(第三轴线)在导轨13上被水平地沿直线导向，直线坐标轴Y线(第三轴线)垂直于在机器床身21上的X轴线。具有一垂直轴线C(第四轴线)的枢转装置28位于拖板12上。第一拖板18的导轨10和Z轴线倾斜于垂直线。

第一拖板18承载一工具心轴11，其被安装成围绕一心轴轴线17(第五轴线)转动。工具心轴11承载一工具，在此情形中，例如，它是一具有多杆刀的刀具头7。一工件心轴30通过第二拖板12和通过枢转装置28在水平方向沿直线位移和/或在机器床身21上枢转。枢转装置28承载工件心轴30，它围绕工件心轴轴线32(第六轴线)可转动。工件心轴30承载一工件31，在本实例中它是一螺旋齿的锥形小齿轮。枢转装置28水平地被导向并可围绕C轴枢转，以便将工件31枢转到一加工位置，如果必要的话，在根据本发明实施倒角和/或清理毛刺的过程中还能移动。

总而言之，机器20因此具有六根数字可控制的轴线。为了能实施根据本发明的清理毛刺，机器最好具有至少五根数字可控制的轴线。

然而，其它CNC切齿机也可根据本发明进行重组或装备，具有六根数字可控制的轴线的机器是首选的。也可能使用具有2个刀具头的机器，它们用于大致完工齿轮的磨齿，在此情形中，使用两个刀具头中的一个进行清理毛刺。

机器床身21在第一拖板18的下面较佳地是凹陷的，其中定位一碎屑收集器35，在倒角和/或清理毛刺过程中产生的碎屑基本上通过重力落入该收集器35内。

未被枢转装置28占据的第二拖板12的上部区域最好具有一盖36，该盖朝向碎屑收集器35向下斜行地对齐。此外，机器20具有一遮盖物37，它永久地连接于机器床身21并定位在机器外壳19与第二拖板12之间。遮盖物37通过折叠的皮老虎38连接于机器外壳19。遮盖物37和折叠的皮老虎38也朝向碎屑收集器35向下斜行地对齐。一围屏39毗邻于遮盖物37，它呈半圆包围枢转装置28并附连于第二拖板12。

有关使用6轴线机器磨锥齿轮的技术方面的细节可以从德国专利说明书DE19646189C2中看到。

一指示的CNC控制器29确保六根数字可控制的轴线在切齿过程结束之后执行清理毛刺或倒角所需要的运动。为了清理毛刺或倒角，板形刀具头7和锥齿轮1的前面之间的相对倾斜度增加，这可从图2和3中推断得出。具有多个杆刀3和4的板形刀具头7的俯视图示于图2的上部。杆刀3、4仅显示在图2的上部，因为它们位于刀具头7面向工件1的那侧上。杆刀3和4交替地定位在刀具头上，例如杆刀3加工一齿的凸出的齿腹1.1，而杆刀4加工一齿的凹陷的齿腹1.2。一示意的侧视图示于图2的下部。如此侧视图所示，杆刀3、4插入刀具头7内，由于刀具头7和右侧上的锥齿轮1的径向部分之间相对略微倾斜，杆刀3、4插入到齿隙内并实施凸出的和凹陷的齿腹。根据工件心轴轴线32和工具心轴轴线17可认知切齿机20内的刀具头7和锥齿轮1的安装位置。工具心轴轴线17上方的工件心轴轴线32的突出通常包围一0和70°之间的角α(如图2所示)。

对于清理毛刺或倒角，工件心轴轴线32对于工具心轴轴线17的相对位置如图3所示地变化。此时，设定一较大的角α，该角较佳地与磨同一锥齿轮时所使用的角度偏差一10-60°的角度差。用于清理毛刺的、具有多个杆刀3和4的板形刀具头7的俯视图示于图3的上部。杆刀3和4一个接一个地插入到相继的齿隙中，如图3的下部所示，由于极端的对角姿势(倾斜度)，齿隙仅一端部区域被刷到。为此原因，根据第一实施例，设定倾斜度并移动轴线，以使只有凹陷的齿腹被清除毛刺，因为如开始所述，这些齿腹通常相对于锥齿轮的后齿面形成一锐角。在此情形中，只有用来制造凹陷齿腹的那些杆刀执行一次切削。在此实施例中，在清理毛刺过程中每隔一杆刀则跳过，即，杆刀与齿腹之间没有发生接触。在另一实施例中，机器可选择这样的设定：杆刀3去除凸出齿腹上的任何毛刺，杆刀4去除凹陷齿腹上的任何毛刺。

工件心轴30和工具心轴11较佳地这样定位：在切齿和清理毛刺或倒角的过程中，工件31和工具7位于机器20的、可以毫无问题地回收生成的碎屑的某个区域的上方。如果使用如图1所示的机器，应该指出的是：在倒角或清理毛刺过程中产生的碎屑基本上借助于重力落入碎屑收集器35内。

根据本发明，已经用于工件31机加工的同一工具7用来倒角和/或清理毛刺。为了能实施倒角或清理毛刺，如图3所示，通过调整机器20的诸轴线中的至少一根轴线，使工件心轴30连同锥齿轮31相对于刀具头倾斜得很厉害。通过工件心轴30围绕工件心轴轴线32以及刀具头7围绕工具心轴轴线17同时协调地转动，刀具头7的杆刀3、4一个接一个地啮合到齿内，在相邻齿的中间空间内，并相对于锥齿轮31的边缘执行倒角或清理毛刺的运动。为了使工件心轴30和刀具头7协调地转动，至少这两个转动运动通过控制器29偶联。

在最简单的情形中，如根据图1中的机器20所示，一围绕垂直轴线C的转动运动就已足够。锥齿轮31与刀具头7之间的倾斜度可通过工件心轴载体14围绕C轴线的转动进行调整。如果锥齿轮31围绕工件心轴轴线32以及刀具头7围绕工具心轴轴线17的转动以合适的转动速度执行，则可根据本发明实施毛刺清理。

对于更加复杂几何形的锥齿轮，还必须调整其它的轴线。诸轴线必须能动态地进行调整，以便确保杆刀仅接触待去除毛刺的齿的端部区域并在该区域内工作。六根数字可控制的轴线的部分轴向运动或所有的运动使用控制器29偶联。

在另一实施中，清理毛刺在第一关口执行。在清理毛刺的过程中，刀具头7相对于工件1的相对倾斜设定为：杆刀仅去除从齿边缘突出的毛刺。在另一关口才发生倒角加工。为此目的，编程的控制器29控制轴线，以使杆刀加工先前以要求的角度去除毛刺的齿边缘。由于杆刀相对于锥齿轮具有合适的陡峭的斜度，为了清理全齿高上的毛刺，不须加工掉大量的材料，因此在此情形中可避免二次的毛刺。

本发明的一个优点在于：杆刀不要求任何特殊外形的切削刃，以便能根据本发明用来清理毛刺和倒角。因此，不必安装新的工具，待去毛刺的工件也不必在倒角或清理毛刺前被传送到另一机器。根据本发明，同一工件卡盘可用于机加工和倒角或清理毛刺。其结果节省了大量时间。

本发明还有一优点在于：工具和实施倒角或清理毛刺的工件的相对位置可通过相对小和短程运动进行设定。从制造工件过渡到倒角或清理毛刺由此可相当快地执行。

在具有螺旋齿的锥齿轮中，待去毛刺的外形边缘是空间弧度很大的曲线，其由两个面相交造成，具体来说，一个是具有毗邻根部圆形的已经成弧形的侧腹面，另一个是锥齿轮齿的后面。由于机器的六根轴线可进行控制，以使杆刀的切削刃可在一定的限度之内自由移动到外缘，所以可使用本发明的装置对具有弧度很大的曲线的这样一外缘有利地进行倒角或清理毛刺。

切齿机较佳地设计成如图1所示。这样一六轴线结构可使工件31和工具7的接合点所定位的区域足够大，以允许锥齿轮31相对于板形工具7有大的倾斜度而不会发生阻碍或碰撞。

切齿机20较佳地装备有一编程的控制器29，它设定诸轴线以便执行清理毛刺或倒角。

在一优选的实施中，编程的控制器设计成六根数字可控制的轴线中的至少两根轴线的运动是偶联的。诸数字可控制的轴线中的五根或甚至六根偶联则尤其是优选的。

在另一优选的实施例中，编程的控制器被设计成：它控制运动的顺序，以使杆刀仅插入齿的中间的空间的端部区域内。

一电缆27示于图1中。代替控制器29设置在切齿机20内，全部的控制器或部分的控制器可移置到一外部位置。在此情形中，控制信息可通过电缆27传输到切齿机20。

本发明可特别有利地用于一根据DE19646189 C2所述的CNC控制的切齿机中。

Claims (11)

1.一种锥齿轮切齿机(20)，其用来在锥齿轮(1；31)的齿上进行倒角和/或清理毛刺，该切齿机(20)具有：一同轴地收置锥齿轮(1；31)的工件心轴(30)；一拖板(18)，它收置一具有多个杆刀(3、4)的刀具头(7)；以及，至少五根数字可控制的轴线(X、Y、Z、C、17、32)，它们使用一编程控制器(29)被致动，其中

—一根轴线形成工件心轴(30)的工件心轴轴线(32)，

—另外的轴线形成刀具头(7)的工具心轴轴线(17)，以及

—至少五根数字可控制的轴线(X、Y、Z、C、17、32)这样地实施和定位：通过调整至少一根轴线，工件心轴(30)连同锥齿轮(1；31)可相对于刀具头倾斜，当工件心轴(30)围绕工件心轴轴线(32)转动以及刀具头(7)围绕工具心轴轴线(17)同时转动时，杆刀(3、4)可一个接着一个插入齿内，位于相邻齿的中间空间内，并相对于边缘执行一倒角或清理毛刺的运动。

2.如权利要求1所述的锥齿轮切齿机(20)，其特征在于，执行可编程控制器(29)，使根据待清理毛刺的锥齿轮(1；31)可使工件心轴(30)连同锥齿轮(1；31)相对于刀具头(7)倾斜，这样，杆刀(3、4)不接合于已经形成的齿腹。

3.如权利要求1所述的锥齿轮切齿机(20)，其特征在于，执行可编程控制器(29)，使其偶联六根数字可控制的轴线中的至少两根轴线的运动。

4.如权利要求1所述的锥齿轮切齿机(20)，其特征在于，执行可编程控制器(29)，使其控制运动的顺序，这样，杆刀(3、4)仅插入到齿中间空间的端部区域内。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的锥齿轮切齿机(20)，其特征在于，倒角和/或清理毛刺是一连续的过程，其中，一第一杆刀(3)插入到锥齿轮(1；31)的第一齿隙内并执行清理毛刺的运动，而一第二杆刀(4)插入到锥齿轮(1；31)的第二齿隙内并执行清理毛刺的运动。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的锥齿轮切齿机(20)，其特征在于，锥齿轮是一螺旋齿形的小齿轮(31)或一螺旋齿形的环齿轮(1)。

7.一种在具有至少五根数字可控制的轴线(X、Y、Z、C、17、32)的锥齿轮切齿机(20)上在锥齿轮(1；31)的齿上进行倒角和/或清理毛刺的方法，其中，锥齿轮(1；31)安装成其在具有一工件心轴轴线(32)的工件心轴(30)上可转动，而一具有多个杆刀(3、4)的刀具头(7)被安装成其可围绕一工具心轴轴线(17)转动，其中，该方法包括以下诸步骤，它们执行锥齿轮(1；31)的以下的切齿加工：

—调整工件心轴轴线(32)和/或工具心轴轴线(17)，以便在连同锥齿轮(1；31)的工件心轴(30)与刀具头(7)之间放大相对的倾斜度(α)，

—执行工件心轴(30)围绕工件心轴轴线(32)以及刀具头(7)围绕工具心轴轴线(17)协调地转动，以便使刀具头(7)的杆刀(3、4)一个接一个地啮合于锥齿轮(1；31)的相邻齿中间的空间，并相对于锥齿轮(1；31)的边缘执行倒角或清理毛刺的运动，

由此，至少五根数字可控制的轴线(X、Y、Z、C、17、32)中的至少两根轴线的运动偶联，以便实现协调地转动，以及

由此，使用同一刀具头(7)在锥齿轮(1；31)的齿上执行锥齿轮(1；31)的切齿加工和边缘的倒角和/或清理毛刺。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，杆刀(3、4)交替地定位在刀具头(7)上，一部分的杆刀(3)用来加工齿的凸出的齿腹(1.1)，而另一部分的杆刀(4)用来加工齿的凹陷的齿腹(1.2)，以及

—在执行协调的转动过程中，仅凹陷的齿腹(1.2)被清理毛刺，同时，仅用来制造凹陷齿腹(1.2)的那些杆刀(4)用于切削。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，杆刀(3、4)交替地定位在刀具头(7)上，一部分的杆刀(3)用来加工齿的凸出的齿腹(1.1)，而另一部分的杆刀(4)用来加工齿的凹陷的齿腹(1.2)，以及

—在执行协调的转动过程中，使用制造凹陷的齿腹(1.2)用的那些杆刀(4)对凹陷的齿腹(1.2)清理毛刺，以及

—在执行协调的转动过程中，使用制造凸出的齿腹(1.1)用的那些杆刀(3)对凸出的齿腹(1.1)清理毛刺。

10.如权利要求7至9中任何一项所述的方法，其特征在于，在更加复杂几何形的锥齿轮(1；31)的情形中，调整至少五根数字可控制的轴线(X、Y、Z、C、17、32)中的两根以上的轴线，诸轴线的这种调整被动态地进行，以便确保杆刀(3、4)仅接触待去除毛刺的齿的端部区域并在该区域内变成活动的。

11.如权利要求7至10中任何一项所述的方法，其特征在于，

—在第一步骤中，设定连同锥齿轮(1；31)的工件心轴(30)与刀具头(7)之间相对的倾斜度(α)，以使杆刀(3、4)仅去除从齿边缘突出的毛刺，以及

—在第二步骤中，控制诸轴线以产生一倒角，其中，杆刀(3、4)加工在第一步骤中以一要求的角度被清理毛刺的齿边缘。

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