加工齒輪的可變比方法
2023-04-29 21:50:31 1
專利名稱：加工齒輪的可變比方法
技術領域：
本發明關於加工齒輪的方法，尤其是正齒輪和斜齒輪的磨削，以提高運行性能，諸如嚙合噪音的降低。
背景技術：
降低嚙合噪音是所有類型的齒輪(例如，正齒輪、斜齒輪、錐齒輪、準雙曲面齒輪、冕狀齒輪)製造業的一個不斷前進的目標。已經提出了利用包括在熱處理之後的一珩磨工藝在內的方法來降低齒輪嚙合運行中的噪音，如同在Praeg等人的美國專利2,942,389以及其它地方所揭示的那樣。在珩磨之後的一種進一步的拋光工序以提高表面光潔度已在Tersch的美國專利3,909,990中討論過。
用不同的拋光工藝來拋光一個齒輪副的每個構件以降低齒輪噪音是由Klingelnberg的美國專利6,481,307揭示的，在那裡在一嘗試中一個構件利用珩磨加以拋光，而其它的構件則利用磨削加以拋光，以便產生在各自的齒輪副構件的齒面上具有不同方位的類似擦傷的機械加工痕跡或微細條痕。德國專利號DE3826029類似地揭示了在通過磨削一齒輪副的一個構件然後磨其它構件以降低嚙合噪音的一嘗試中應避免相同的表面結構。
發明內容
本發明對準加工齒輪或其它有齒的機件的一種方法，其中，工件的進給速率和/或刀具的移動是有變化的，從而在導致降低嚙合噪音的情況下在齒面上產生一不規則的齒面接觸斑跡。
圖1用圖解的方法說明了可以在其上實施本發明方法的一種型式的磨床。
圖2是可以改變的進給速率的一種圖示。
圖3表示被分成多個部分的一行程長度。
圖4用圖解說明在圖3中所示的磨削行程長度的連續部分中提供一不同的進給速率的一個實例。
圖5用圖解說明改變圖3的每個部分中的進給速率，其中的改變利用一正弦波描述。
圖6用圖解說明改變圖3的每個部分中的進給速率，其中的改變利用一斜坡函數(ramped function)描述。
圖7用圖解說明改變圖3的每個部分中的進給速率，其中的改變利用一階躍函數(step function)加以描述。
圖8用圖解說明改變圖3的每個部分中的進給速率，其中的改變利用每個部分中的一一不同的函數加以描述。
圖9表示一可變的移動速率的圖示。
圖10用圖解說明改變一砂輪移動範圍的每個部分中的移動速率的一個實例。
具體實施方法現在就較佳的實施例來討論本發明，較佳的實施例只是通過舉例的方法來表示該發明。發明的工藝將根據藉助於磨削蝸杆來磨削正齒輪和斜齒輪的較佳的實施例加以討論，儘管可以利用其它的加工方法以及可以根據本發明所描述的方面來加工各種類型齒輪的其它型式。
加工齒輪的工藝，尤其是磨削工藝，有一種在齒側表面上產生一顯微鏡精度的有規則齒面接觸斑跡的傾向，通常在縱向上在一定的操作條件下據信是當這類齒輪在嚙合運行時產生噪音的原因。本發明的方法可以在能夠控制一刀具(例如，車有螺紋的砂輪也被稱為磨削蝸杆)橫過一工件的齒面的相對進給和/或一工件沿著砂輪的相對移動的一的任何工具機上加以實施。這種型式的工具機通過紐約的Gleason Works，Rochester，以及其它的供應商可以得到。在圖1中示出了這種型式的一種工具機。
圖1表示適用於磨削正齒輪和斜齒輪的一種工具機並且包括一床身1，在其上配置了一可沿X方向移動的徑向滑座2移動以及一沿Y方向移動動的正切方向的滑座3。
軸向滑座4可以沿Z方向移動。軸向滑座4通過其線性導板而與旋轉滑座5連接起來。軸向滑座4藉助於這個旋轉滑座就能夠沿A方向旋轉，並且由於旋轉滑座5與正切方向的滑座3相連接因而能夠沿Y方向移動。
工件主軸6及其傳動裝置被放置於軸向滑座4的內部。工件主軸6夾住一工件(未示出)。
徑向滑座2攜帶刀具主軸(未示出)、作為一種圓筒狀的磨削蝸杆成為一體的刀具7以及刀具傳動裝置8。徑向滑座又攜帶底座以便接收一個傳統的修整裝置(dressing device)。這樣的一類修整裝置由例如一個或一個以上帶有軸承和傳動裝置的塗覆金剛石的修整盤(未示出)組成。有利地，修整盤的軸平行於磨削蝸杆7的旋轉軸運行。
修整裝置利用一個U形滑座9可以沿U方向(平行於X)移動，以及利用V形滑座10沿V方向(平行於Y)移動。
圖1中的工具機包括一個計算機控制系統，該系統根據輸入至工具機控制器內的指令來調節上述部件的操作，例如一計算機數字控制(CNC)系統，諸如160i-B型Fanuc(富士通)或者840D型Siemens(西門子)之類。
圖2用圖解說明本發明的一個實施例，其中，當砂輪沿齒面的齒寬而過的時候，砂輪相對於工件的進給速率(進給方向沿著圖1中的Z軸)是沿著砂輪的行程方向而變化的。圖2用圖解說明一進給速率沿著行程長度的一種正弦曲線的描述，在那裡對於一給定的齒輪來說在跟一正常的(恆定的)進給速率(水平線)比較時能夠看到它，發生改變的進給速率首先以改變量增加，接著以改變量減少。該正弦波的振幅和頻率可以沿著行程長度而發生變化。在圖2中示出了一單個波。這樣一種進給速率的作用在於磨削微細擦痕的間距將是沿著齒面的齒寬呈不規則的。應當理解該進給速率不局限於利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直線加以描述，這些直線在沿著行程長度相對於圖2中所示的水平的正常進給速率線的方位發生變化。
本發明的另一個實施例包括將砂輪相對於齒寬的行程長度分成一預定數量(l至n)的諸部分，從而調節或改變每個部分中的進給速率(FR)。例如，在圖3中，行程長度已被分成為六個部分(FR1-FR6)。圖4用圖解說明一工藝，其中每個部分中的進給速率(FR1-FR6)是利用不同於前面部分的一量加以改變的。例如，部分FR1的進給速率在特定的作業中相對於一正常的恆定的進給速率FRc可以是+5％，在部分FR2中的進給速率可以被調節至FRc的-5％。接觸斑跡對於剩餘的部分來說可以重複。但是，經過調節的進給速率不必遵循改變的一有規律的接觸斑跡。而該進給速率可以從一個部分至另一個部分增或減一任何的百分比。
在圖5中示出了一個更佳的實施例，其中在每個部分中的進給速率FR是利用一個正弦波加以描述的。儘管示出了一些具有恆定振幅的正弦波(例如對於每個部分中的FRc為±5％)，在每個部分中的正弦波的振幅不必相等。如同關於整個齒寬的上述討論的情況(圖2)一樣，在每個部分中的進給速率不限於利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直線加以描述，這些直線在沿著每個部分中的行程長度相對於水平的正常的進給速率線FRc的方位上發生改變。
圖6、7和8用圖解說明改變每個部分內的進給速率的補充實例。圖6表示對於每個部分中的FRc的最大/最小例如為+5％的情況下由斜坡函數描述的每個部分內的一進給速率。圖7用圖解說明由階躍函數描述的每個部分內的一進給速率(例如對於每個部分內的FRc為±5％)，而圖8則描述了一個過程，其中不同類型的改變進給速率被施加於每個部分。在所說明的圖8的實例中，階躍函數，正弦波以及斜坡函數適用於各自的連續部分從而在附加的部分內重複了接觸斑跡。此外，由例如一個或多個階躍函數、正弦波和斜坡函數所描述的一改變的進給速率可應用於作為一整體的整個齒寬表面範圍，即不是被分成若干部分的情況。
本發明還打算在一工件的磨削過程中改變砂輪相對於該工件的移動速率(移動方向沿著圖1中的Y軸)。利用移動以便將一工件暴露至一砂輪的新的或較少被使用的部分，從而實現比較高的金屬排除率，因此達到比較快的加工循環時間。在移動過程中，根據上面關於改變進給速率所討論的那些變化能夠調節移動的速率。圖9用圖解說明了沿著砂輪移動部位一移動速率的正弦曲線描述，其中在跟一正常的(恆定的)移動速率(水平線)的比較中能夠看到它，改變了的移動速率首先增加一改變量，接著減少一改變量。正弦波的振幅和頻率可以沿著一指定的砂輪移動部分改變。在圖9中示出了單個波形。如上所述，這樣一種移動速率的作用在於磨削微細條痕的間距沿著齒面的齒寬將呈不規則。另一方面，應當理解該移動速率不限於利用一正弦波加以描述，而是可以利用任何直線加以描述，這些直線在沿著相對於圖9中所示的水平的正常的移動速率線的移動總量的方位上發生變化。
本發明的進一步的實施例包括將砂輪的一移動部分長度分成一預定數量(1至n)的各部分，從而調節或改變每個部分中的移動速率(SR)。圖10表示一個砂輪，其中部分P1、P2和P3說明該砂輪的移動範圍。移動範圍是當一工件受磨削時發生沿其移動的砂輪寬度的一部分。每個部分內的移動速率可加以改變。如注視著砂輪部分P1的分解圖，就能夠看到P1已被分成四個部分(儘管可以設想諸部分為1至n中的任何數量)，每個部分(SR1-SR4)內的移動速率可改變。
按照關於圖4-8類似的方式，在特定的諸部分內的改變了的移動速率可以利用任何直線加以描述，這些直線在相對於水平的移動速率線，即圖9或10中所示的SRc、沿著移動部分的長度的方位發生變化。更加可取地，例如，移動速率可以利用如圖10中所示的一正弦波加以描述。換句話說，移動速率可以利用不同於前一部分的一量加以改變。例如，就特定的齒輪而言部分SR1的移動速率對於一正常的恆定的移動速率SRc可以是+5％。部分FR2中的移動速率可以調節至SRc的-5％。假若需要，對於剩餘的部分可以重複接觸斑跡，儘管沒有任何專門的接觸斑跡需要加以遵循。移動速率還可以利用斜坡函數或階躍函數加以描述。上述函數的一組合可以利用，其中不同類型的改變進給速率被施加於每個部分。此外，例如由一個或多個階躍函數、正弦波和斜坡函數所描述的一改變了的移動速率作為一整體可應用描述整個齒寬，即不是被分成若干部分的情況。
應當理解可以單獨地以及通過彼此組合來利用改變進給速率和改變移動速率。此外，例如，一改變的進給速率可以按照正弦方式加以描述，而一個改變的移動速率可以通過改變一恆定移動速率的百分比加以描述。也可預期相反的狀況。還進一步地意味著不管利用其發生改變的方式如何，實施一加工工藝所需的時間量將不會超過利用已知的恆定的進給速率和/或移動速率的工藝加工所必需的時間量。
儘管已經就藉助於磨削蝸杆來磨削正齒輪和斜齒輪的較佳實施例討論了本發明，但是本發明並局限於此。發明的方法可以適用於對正齒輪和斜齒輪的其它拋光工藝，諸如滾齒(或者是預熱處理或者是後熱處理)以及利用一種滾切型刀具的淬硬修整之類。改變進給速率的方法還可諸如通過藉助於一種擴口的杯型砂輪進行磨削或者通過利用一種杯形砂輪的一產生的方法，適用於磨削錐齒輪、準雙曲面齒輪以及冕狀齒輪。
在就較佳的實施例討論了本發明時，應當理解本發明不局限於此處的特定狀況。本發明打算包括各種改變，這些改變對於熟悉本文主題所屬的已有技術的技術人員來說是顯而易見的但而不偏離所附的諸權利要求的精神和範圍。
權利要求
1.一種加工一工件的方法，該工件具有至少一個齒面，其中，一刀具沿著一進給路徑相對於齒面移動，該進給路徑在沿著該工件的齒面的一方向上延伸，所述的方法包括使齒面和刀具彼此接觸並且以一改變的進給速率按照沿著齒面的進給路徑的方向相對於工件來移動刀具，從而加工的微細條痕的間距沿著齒面將呈不規則。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，刀具沿著進給路徑在一預先確定的行程長度內相對於齒面而移動，以及，其中，沿著該行程長度的一恆定的基準進給速率利用一水平基準線圖解地表示，改變的進給速率利用一直線加以描述，該直線沿著行程長度相對於水平基準線的方位發生變化。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，改變的進給速率利用一正弦波、斜坡函數以及階躍函數中的至少一個加以描述。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，變化進給速率包括限定一恆定的基準進給速率以及限定沿著進給路徑的一預定數量的諸部分，以及移動刀具經過齒的該數量的各部分，同時提供每個部分中與基準直給速率不同的一進給速率。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，刀具沿著進給路徑經過一預定的行程長度相對於齒面而移動，以及，沿著該行程長度的一恆定的基準進給速率是利用水平基準線圖解地表示的，每個部分的改變的進給速率則是利用一直線描述的，該直線沿著行程長度相對於水平基準線的方位發生變化。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，每個部分中的改變的進給速率利用一正弦波、斜坡函數以及階躍函數中的至少一個描述。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，連續的諸部分中的進給速率彼此不同，每個部分中的進給速率都不同於基準進給速率。
8.如權利要求1所述的方法，它進一步包括在加工過程中沿著刀具的一預定的縱長部分相對地移動工件，以一改變的移動速率產生該移動。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，工件沿著刀具的預定的縱長方向部分相對於刀具而移動，以及，沿著該縱長方向部分的一恆定的基準移動速率利用一水平基準線圖解表示，改變的移動速率則利用一直線加以描述，該直線相對於水平基準線沿著縱長方向部位的方位發生變化。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，變化移動速率包括限定一恆定的基準移動速率以及限定沿著預定的縱長方向部分的一預定數量的諸部分，以及相對於刀具移動該工件經過齒的該數量的各部分，同時提供不同於恆定的基準移動速率的每個部分中的一移動速率。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的工件包括正齒輪、斜齒輪、準雙曲面齒輪或冕狀齒輪，以及，所述的刀具包括一個磨削蝸杆、一個擴口的杯形砂輪、一個杯形的砂輪，一個滾齒刀或一個修整刀具。
12.一種加工一具有至少一個齒面的工件的方法，其中，一刀具沿著在該工件齒面的一方向上延伸的一進給路徑相對於齒面而移動，所述的方法包括使齒面與刀具彼此接觸並且按照沿著該齒面的進給路徑的方向移動，以及在加工過程中沿著該刀具的一預定的縱長方向部分來移動該工件，以一變化的移動速率產生該移動。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，在沿著齒面的進給路徑的方向上移動該刀具是以一變化的進給速率實施的。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述的工件包括正齒輪或斜齒輪，以及，所述的刀具包括一個磨削蝸杆，一個滾齒刀或一個修整刀具。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，工件沿著刀具的預先確定的縱長部分相對於該刀具而移動，以及，其中，沿著該縱長方向部分的一恆定的基準移動速率是利用一水平基準線圖解表示的，變化的移動速率則利用一直線描述，該直線相對於水平基準線沿著縱長方向部分的方位發生變化。
16.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，變化的移動速率利用一正弦波、斜坡函數及階躍函數中的至少一個描述。
17.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，變化移動速率包括限定一恆定的基準移動速率以及限定沿著預定的縱長方向部分的一預定數量的諸部分，以及相對於該刀具移動工件經過齒的該數量的各部分，同時提供每個部分的、不同於恆定的基準移動速率的一移動速率。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，工件在預定的縱長方向部分內相對於刀具而移動，以及，其中，沿著預定的部分的一恆定的基準移動速率是利用一水平基準線圖解地表示的，每個部分中的變化的移動速率則利用一直線描述，該直線在相對於水平基準線沿著縱長方向部分的方位發生變化。
19.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，每個部分中的變化的移動速率是利用一正弦波、斜坡函數以及階躍函數中的至少一個描述的。
20.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，連續的諸部分中的移動速率彼此是不同的，每個部分中的移動速率不同於基準移動速率。
全文摘要
一種加工齒輪或者其它帶齒的機件的方法，其中工件的進給速率和/或刀具的移動是變化的，從而在齒面上產生一不規則的表面接觸斑跡，於是導致嚙合噪音的降低。本方法尤其可適用於藉助於一磨削蝸杆來磨削正齒輪和/或斜齒輪。
文檔編號B24B49/00GK1701884SQ20051007585
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月26日 優先權日2004年5月26日
發明者B·J·巴爾德克 申請人:格裡森工場