用於製造齒部的工具機和方法

2023-05-19 11:49:46 1

專利名稱：用於製造齒部的工具機和方法
技術領域：
本發明涉及一種工具機，尤其是一種銑床，以及涉及一種用於銑削齒輪，如圓柱齒輪、冠輪、蝸輪和錐齒輪的方法。
背景技術：
這種尤其是外嚙合的齒輪基本上可以直-或斜嚙合。尤其對錐齒輪來說，弧形齒部也是已知的，這意味著，齒面具有弧形的縱向彎曲。這種錐齒輪也稱為曲線齒錐齒輪。如果設有軸偏距，那麼錐齒輪也稱作準雙曲面齒輪。此外，還已知了多種其它齒部，如準漸開線_、克林堡-和格裡森弧形齒部。在製造外齒部時，基本上使用兩種方法，即成型銑削和滾銑。在成型銑削中，銑刀的輪廓直接轉移至工件上，其中僅由旋轉的銑刀進行切削運動，而通常工件是靜止的。在製造齒槽後，工件繼續旋轉一個齒距。尤其將面銑刀和立銑刀用作刀具。為了經濟地製造直線-或斜嚙合的外齒輪，如圓柱齒輪，使用了滾銑方法，其中刀具幾何形狀為單頭-或多頭蝸杆，該蝸杆與待嚙合的工件一起形成蝸輪蝸杆傳動裝置。滾刀在銑削過程中被驅動，並同時沿著工件尤其是平移地移動，從而產生齒槽。所謂的連續地分開的齒部加工方法(連續的分度法)也屬於滾銑。在此將面銑刀用作刀具，面銑刀在其端面上具有多個僅沿刀具的軸向遠離指向的切削刃，該切削刃與面銑刀的外直徑同心地布置。每個切削刃都不同地設計且因此具有獨特的切削刃幾何形狀， 從而每個切削刃僅去除齒面的特定的部分。刀具的旋轉輪廓，也就是說切削刃的所有刀刃都產生了待製造的齒槽。在這種方法中，工件和刀具根據一定的規律相對彼此旋轉，從而齒槽的齒面通過通過單個刀刃的包絡切面而成形。在連續的分度法中，較高的裝備投入是不利的，這是因為必須取決於待銑削的齒部精確地調節工件和刀具的轉速。由於銑削過程的複雜的控制而需要專門的專用工具機，該工具機的購置費用昂貴。在所謂的深漬法、也稱為單個地分開的齒部加工方法(單個分度法)中，通過刀具深入來單個地製造齒槽。在深入過程中工件靜止，然後該工件以一個齒距被繼續切削，並銑出下一個齒槽，直至完全製成錐齒輪為止。在此，如同在連續分度法中一樣使用了面銑刀， 然而其切削刃整體具有同樣的形狀並對應於待銑削的齒槽的輪廓。所述方法的最大的缺點在於，刀具基本上僅適用於特定的齒部。如果期望的是特殊的齒部，那麼同樣必須製造特殊銑刀，這種特殊銑刀不僅通常是昂貴的，而且大多情況下也需要較長的供貨時間。在藉助於單個-或連續的分度法製造弧形齒形的錐齒輪時，刀具的外直逕取決於期望的齒部且尤其取決於待製造的錐齒輪的外直徑。這尤其因為，相對於面銑刀的旋轉軸， 齒面的縱向弧線的半徑基本上對應於刀刃的半徑。由此需要較重的刀具並進而需要功率較強的驅動裝置，其中由於刀具的重量大，所以進給量和轉速可以較低，從而加工時間較長。 由於刀具的重量，刀具不能一直插在刀庫中，而相反必須手動更換。在更換刀具時，例如通過工業機器人的操作由於過高的慣性負荷而取消。在製造相對較小的齒輪時，儘管刀具可以放置在工具機的刀庫中，然而在大多數情況下刀具由於其相對較大的直徑佔據了很大的位置，因此必須提供顯著較大的刀庫以供使用。在單個-和連續的分度法中，面銑刀的調整在裝調時間方面是特別不利的，這是因為所有切削刃必須這樣精確地校準，即所述切削刃給出作為旋轉輪廓的待銑削的齒槽的準確的幾何形狀。在最近一段時間內進行了藉助於高速切削加工(HSC)製造齒輪、如錐齒輪的試驗。在這種方法中，使用了立-或成型銑刀，在切削加工功率相對較小(小的切削厚度)的情況下，該立-或成型銑刀以極高的轉速和進給速度逐行地切除齒槽。儘管小的切削體積保護了工具機的主軸和軸承結構，但由於該小的切削體積，尤其在五軸-工具機上進行的加工過程導致了特別長的加工時間。對於已經出版的現有技術來說，參閱文獻DE 37 52 009 T3，其中在權利要求1的前序部分中概述了由該文獻已知的特徵。該文獻描述了一種用於製造錐齒輪和準雙曲面齒輪的多軸滾齒機，其中設有控制裝置，該控制裝置可以使得用於工件的刀架和容納裝置同時沿五個軸運動。然而，由於刀具深入工件的類型而要求刀具具有相應於齒面縱向曲線的曲率半徑的兩倍的外直徑。因此，要求對於每一種新的齒部幾何形狀或對於每一種新的齒面縱向曲線必須製造新的刀具。此外，該工具機不被指定用作用於製造作為特殊齒部的其它部件的萬能銑床。歐洲專利文件EP 0 850 120 Bl描述了一種刀具深入方法，該方法減小了盆形面銑刀的單個刀刃的磨損。其中建議了，在深入時，傾斜地把盆形面銑刀插入齒槽中，該面銑刀的直徑也必須與錐齒輪的待完成的弧形齒部的曲率半徑一致，其中進給向量具有延垂直於齒槽底部的方向的分量和沿齒部的縱向的分量。當該刀具已經到達工件中的完全深度時，該刀具可以或者又直接從工件中被拉出(在成型銑削中，在那裡稱為未形成-方法)，或者沿工件的周向的方向移動，從而在滾銑中開始滾壓。歐洲專利文件EP 0 690 760 Bl同樣描述了一種刀具切入方法，以減小所用的面銑刀的單個齒的磨損。如在前面所述的專利中那樣，在此在真正的滾壓過程開始之前也定義了用於面銑刀的進給向量。而缺點又在於，面銑刀的外直徑必須精確地與齒部的弧形一致，如前所述，每個切削刃必須具有單獨的切削刃幾何形狀，以形成單頭或多頭的蝸杆。

發明內容
本發明的目的在於，提出用於製造齒輪，尤其是錐齒輪或小齒輪的一種工具機和一種方法，所述工具機和方法在現有技術的缺陷方面有所改進。尤其應該最小化加工時間和尤其是待製造的齒輪的基本時間。同時應該能夠儘可能成本低地且成形精確地製造齒輪。同時，應該有利地可以利用一個或多個緊固裝置在工具機上完整地銑出齒輪。尤其有利的是，應該能夠使用具有根據本發明提供的刀具的萬能銑床來製造齒部。該目的通過根據獨立權利要求所述的一種工具機、一種方法和一種刀具實現。從屬權利要求是本發明的優選實施方式。根據本發明的工具機、例如銑床，包括床身；安裝在床身上的用於容納刀具的刀架；用於圍繞刀具軸線旋轉驅動刀架中的刀具的驅動裝置；安裝在床身上的用於容納工件的容納裝置；第一旋轉驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的第一相對角運動，尤其用於使得工件和/或容納裝置圍繞工件軸線的旋轉，以及第二旋轉驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的第二相對角運動；平移驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的沿著三個軸線的相對平移運動；控制裝置，其這樣設置，即該控制裝置實現了基本上同時控制在刀架和容納裝置之間的相對直線運動和在刀架和容納裝置之間的相對角運動，其中刀具設計為端面-或端面圓周銑刀且包括具有待銑削入工件中的齒部的至少一個部分輪廓的刀刃。根據本發明，刀刃的外直徑(也稱為切削刀刃的刀刃軌跡半徑的兩倍)比兩個相鄰的齒面(齒槽)之間的間距大，其中可以利用布置在刀具的外圓周的區域中的刀刃的一部分的這樣調整刀具，即刀具利用端側的刀刃並尤其同時利用圓周側的刀刃在待完成的齒部的區域中深入工件中。通過操作第一和/或第二旋轉驅動裝置和/或操作至少一個平移驅動裝置，控制裝置使刀具通過沿待加工的齒面的位移而移動。在這種位移運動中，刀具的、尤其是該刀具的由多個刀刃形成的外圓周到待銑出的齒部的齒槽底部和/或齒頂的間距至少基本上保持不變。當例如利用根據本發明的工具機製造具有弧形齒部的工件時，那麼控制裝置有利地這樣控制驅動裝置，即刀具沿著正在待製造的齒的齒面縱向曲線移動，其中刀具軸線相對於齒面縱向曲線(大致相對於齒面)的傾斜角或角度保持不變。這例如可以由此實現，即在橫-和/或縱向上相應於齒面的幾何形狀不斷地藉助於控制裝置尤其在至少五個軸上追蹤刀具軸線相對於齒面縱向曲線的傾斜角。因此，根據本發明的工具機基本上為五軸-銑床。當然，也可以設置其它的軸，以使刀架或刀具和/或用於工件的容納裝置平移運動或旋轉運動。為了自動化運行可以對工具機進行裝備，並且工具機例如可以包括更換刀具裝置、刀庫、更換工件裝置和/或託盤更換器。 為了擴展功能，工具機也可以具有其它的平移和/或旋轉的驅動裝置，例如可旋轉-或可擺動的工具機工作檯。工具機同樣可以是包括其它工具機，如車床、磨床或硬工具機的加工中心或生產線的一部分。刀具包括至少一個刀刃且這樣設計，即該刀具實現了工件的端面加工或端面圓周加工。為此，刀具可以設計為面銑刀、圓盤銑刀或T-槽銑刀。所述至少一個刀刃包括由至少一個切削麵和切削表面構成的切削輪廓，其中為了產生齒槽的至少一個部分，該切削輪廓有利地具有用於齒面的第一局部刀刃以及用於齒槽底部的至少一個部段的第二局部刀刃。 利用這種實施方式，可以在同一個銑削過程中利用完整的最終銑削形狀產生齒面以及齒槽底部的至少一個部段。基本上沿刀具的軸向看，刀刃優選從刀具離開指向。因此，刀刃不垂直於刀具的朝向工件的端側延伸。反之，刀刃可以基本上平行於端側或與端側成角度地延伸。此外，刀刃還可以沿著刀具的周向或單個切削刃的周向設置，則切削刃與刀具的端側成角度地或垂直於刀具的端側延伸。根據本發明的、用於在根據本發明的工具機上製造齒部的方法包括以下步驟(a)在待完成的齒部的區域之外定位刀具；(b)旋轉驅動刀具；
(c)在藉助於控制裝置基本上同時控制所有驅動裝置或選出的驅動裝置時，利用布置在刀具的外圓周的區域中的刀刃的一部分使刀具這樣運動穿過工件中待完成的齒部的區域，即銑削出齒面的至少一個部分輪廓；其中在刀具、尤其是其外圓周(該外圓周由定位在外圓周上的刀刃的刀刃軌跡形成)到齒槽底部和/或齒槽頂面的間距保持不變或基本保持不變的情況下，刀具沿著待加工的齒面移動；(d)使刀具從待處理的齒部的區域中返回；(e)圍繞工件軸線使工件和/或刀具旋轉到偏置了至少一個齒距的位置；(f)尤其在刀具的旋轉不中斷的情況下重複步驟(C)至(f)，直到以相同地方式加工了工件的所有齒面並完全形成了齒槽為止。有利地，刀具同時以端面和周面的一部分分別利用相應地設置的刀刃去除工件的一部分。然而，也可以相對於刀具和工件之間的嚙合部之外的齒部的深度方向調整刀具和工件之間的相對定位，以及在切削的銑削時使刀具僅沿著待加工的齒面在所述的間距保持不變的情況下運動。那麼因此，刀具(或工件或兩者)在嚙合部之外移動直至預計的深度， 隨後通過工件的翻滾運動去除材料，其中當然可以在多個深度平面中進行該翻滾運動的多次穿過。作為替換，在深度方向方面上刀具和工件之間的相對定位也可以在齒部的區域中， 尤其在齒槽的端部上進行，則在所述的間距保持不變的情況下刀具切削抬起地沿著待加工的齒面運動。在最初以及在銑削過程期間可以這樣調整並尤其持續地追蹤刀具，即刀具軸線始終與待加工的齒面成同一角度。同時，刀具可以尤其藉助於所有旋轉的和/或平移的驅動設備沿著齒面縱向曲線移動。也就是說，刀具的移動運動的方向向量基本上始終沿齒面縱向曲線或其平行線的切線走向。換句話說，即在橫-和/或縱向上對應於齒面或齒槽的幾何形狀不斷地藉助於控制裝置尤其在至少五個軸上追蹤刀具軸線朝著齒面縱向曲線的傾斜角，其中刀具軸線和齒面縱向曲線之間的角度在齒面縱向曲線的縱向和/或橫向上保持不變。由此可以製造基本上所有已知的端面-和圓周外齒部。然而也可以利用這種方法製造完全新型的齒部。優選在粗加工過程中藉助於預加工刀具對齒部這樣進行預銑削，即齒部至少近似於最終的預期-銑削幾何形狀，且在隨後的精加工過程中藉助於精加工刀具最終這樣銑削齒部，即齒部具有最終的預期-銑削幾何形狀，其中分別執行步驟(a)至(f)。在粗加工過程和精加工過程之間可以連接有至少一個中間加工過程，尤其是銑削過程。在各個加工過程之間設置有用於檢測銑削的輪廓的測量過程。在此，該測量過程可以直接在工具機中例如藉助於測量頭或光學的測量設備(攝像機、雷射)進行。此外，還可以在精加工過程之後進行對齒部的其它加工，例如熱處理和/或磨削-或刨削處理。例如加工可以分為軟加工和硬加工，也就是說，在軟加工後，在工件處於硬化的狀態下被硬化加工之前，首先使工件硬化。 通常最後一道工序是處於硬化的狀態下例如通過磨削、刨削或銑削(磨光)進行的精加工。通過本發明可以實現在同一個工具機上在一個和同一個齒槽內部使用尤其在外直徑和/或刀刃的形式方面不同的銑削刀具，用於製造齒部。此外，本發明還可以使刀具方位向量有針對性地在刀具和工件之間的優化刀刃嚙合方面定向。尤其對較大的齒輪來說，例如從模數12開始，可以由於高的單位時間切削體積而顯著縮短加工時間，其中可以有利地使用具有造價低的刀片的銑刀。
尤其在粗加工時，與現有技術相比(連續的或間歇的滾銑加工、行銑削)，銑刀沿著進給軌跡運動，該進給軌跡優化地充分利用了所使用的工具機和刀具的效率。在齒槽內，刀具的進給軌跡不必局限於一個唯一的、特定的軌跡。而是可以選擇切口分配，該切口分配根據齒槽的尺寸具有多個軌跡。切口分配可以有利地既涉及齒槽的深度也涉及齒槽的寬度。 待完成的齒槽的深度可以在多個步驟中加工，因此加工在多個平面中進行。在各個平面中可以並排布置刀具的多個進給軌跡。一個平面中的進給軌跡的數量通常隨著深度的增加而減少，這是因為齒槽的寬度也隨著深度的增加而減小。切口分配涉及的齒槽的深度和寬度可有利地根據如下參數調節-模數的大小-影響齒槽的形狀的齒數-所用的刀具的幾何形狀，尤其是切口寬度、切割形狀、齒距的大小-待切削加工的材料-工具機的效率，例如主軸效率或主軸轉矩、工具機結構的剛性
-齒幾何形狀，尤其是齒高和/或齒角。尤其有利地是可以應用不同的、最優地匹配各個進給軌跡的銑削刀具。由於在現代的工具機中的、尤其是在加工中心中的極小的切削-至-切削時間，所以用於刀具更換的時間與由於使用了優化的刀具而節省的時間相比影響極小。因此，例如在齒槽的上部區域中可以使用具有大的刀片的銑削刀具，該銑削刀具具有尤其大的切口寬度，且利用這種切口寬度可以得到特別大的單位時間切削體積。隨著深度的增加以及進而齒槽寬度的減小優選使用具有小的切口寬度的銑削刀具。在特定的情況下，可以要求並排的進給軌跡不位於一個平面內，而是相對於齒頂或齒槽底部位於各個不同的深度。例如當利用裝配大的刀片的銑削刀具藉助於唯一的銑削軌跡從齒槽中去除材料的大部分並隨後利用裝配較小的刀片的銑削刀具去除剩餘的材料時，就是上述的這種情況。具有圓形刀片的銑削刀具尤其良好地適合用於齒槽的粗加工。可以價廉地製造不同大小、質量且具有不同所謂的幾何形狀(例如正或負的切削角)的刀片。因此持續實現小的刀具成本。用於加工齒槽的進給軌跡優選地成曲折形延伸，亦即，各個軌跡彼此直接相連接， 而不發生在進給軌跡之間的快速橫動。所以出現了具有不同的工藝順序的進給軌跡，例如-深入-滾壓-橫向偏移等或者深入-滾壓-深入-滾壓-偏移-滾壓-深入-滾壓等。在使用不同的刀具用於加工齒槽時有利地是，首先利用各個刀具加工所有齒槽。 用於繼續切削一個齒距的齒輪的時間當然通常短於用於刀具更換的時間。相反對於特殊要求來說，例如當精度要求極高時，可以有利地在加工其它齒槽之前，首先完全進行用於每個齒槽的粗加工。此外，雖然必須考慮多次的刀具更換，然而對現代的工具機的刀具更換器來說，切削-至-切削時間僅為2至3秒，因此即使在這種加工方式中也得到了高的生產率， 這是因為可以使用相應的裝備了根據本發明的控制裝置的工具機。進給軌跡基本上與齒面的縱向等距地延伸。對螺旋錐齒輪齒部來說，齒面沿縱向彎曲，此外，齒槽向外變寬。隨之而來的是，進給軌跡也大部分彎曲地延伸且它們之間的間距相對於各個銑削深度向內、即朝著旋轉軸減小。因此，通過銑削過程對應於銑刀步進寬度進行的材料去除導致了在齒槽的內部端部上比在外部端部上更早地出現了重疊。由於這種在內部端部上的重疊，所以在一些情況下不要求一部分的進給軌跡在齒槽的整個長度上延伸。由此得到了至少一個較短的進給軌跡，並進而減少了加工時間。由於進給軌跡的曲折形的彼此成行連接，則既出現了順銑也出現了逆銑。當然，在特定情況下僅順銑或僅逆銑也可以是有利的。那麼要求，銑削刀具在其各個進給軌跡的末尾在不與工件嚙合的情況下朝著每下一個進給軌跡的起點位置運動。這優選出現在快速橫動中。在這種情況下，通過中間快速橫動中斷原本曲折形的進給整體軌跡。在使用具有圓形刀片的銑削刀具時，在齒面上留下波紋形的材料凸出，這對於隨後的硬化和硬化後的齒面的精加工會是不利的。為了避免或為了去除這種材料凸出，優選使用這樣的銑削刀具作為最後的粗加工刀具，即該銑削刀具具有帶有直線形切割邊部段的刀片。利用這種刀具可以極其精確地製造出要求的齒面形狀。對這種刀具來說，也可以進行與深度有關的多個步驟的加工。可選地，也可以使用具有圓形刀刃、尤其是形狀為片狀刀刃的銑削刀具，其中在圓形的部段之後連接了直線形的部段，從而該直線形的部段可以用於去除所述的波紋形的材料凸出，而不需要為此進行刀具更換。為了去除波紋形的材料凸出，也可以設置略微成弧形的切割邊部段取代直線形切割邊部段，尤其從而實現齒面的球狀輪廓。除了圓形刀片，或普遍的具有圓形外表面的刀刃之外，還可以使用至少沿著一個部分部段設計為直線形的刀片或刀刃以用於粗加工。通過該直線形切割邊部段尤其可以產生精確的齒面形狀。刀片例如可以為梯形，在其中具有半徑的刀尖在這種實施方式中是尤其有利的。由此，最小化了刀尖的磨損，此外，實現了所謂的軟切削，也就是說，在切割邊深入工件的材料中時，刀刃嚙合碰撞是小的。由此使工具機的負荷更小，並引起小的震動，這對表面質量產生了積極的影響。在一個特別的實施方式中，設置了一刀片，其中在端側的圓形部段之後連接了兩個直線形的部段，類似於具有倒圓的尖部的V。這種刀片兼備了極高的材料去除率和高的加工精確度以及非常軟的切口。當靈活地使用承載刀片的銑削刀具的方向向量時，使用這種刀片用於粗加工會是尤其有利的。例如如果齒槽的齒深度被銑削為五級，那麼刀片的直線形切割邊部段在所述各個平面內在齒面的整個高度上嚙合。在這種情況下存在刀刃超負荷的危險或振動的危險。由於該至少五個自由度的工具機，所以現在可以靈活地改變刀具方向向量。可以這樣調節該方向向量，即在每下一個平面中銑削時，直線形切割邊部段從已經銑削的工件表面返回傾斜角度α。在此，在齒面上又留下了類似波紋形的材料凸出，如上述在圓形刀片的例子中已經描述的那樣。在這種情況下，可以利用一個同樣的刀具通過把角度α變為0來調節刀具方向向量來進行這種材料凸出的去除。在粗切削加工之後的一個加工步驟中利用這種工具機調節進行材料凸出的去除。因此，當使用所述的銑削刀具時，可以放棄專用銑削刀具的更換，由此節省了時間。例如可以根據銑削刀具的幾何形狀以及大小(模數)，齒數和/或齒輪的材料選擇角度α的大小，且角度α的大小優選在1°和20°之間，尤其在2°和12°之間，尤其有利地在3°和7°之間。通過快速的刀具更換，可以使用用於加工每個齒面的自身的刀具。優化一個用於加工凹形齒面的銑刀，優化另一個用於加工凸形齒面的銑刀。可以根據各種齒面的特殊要求優化每個刀具，例如在梯形刀刃的角度方面，從而得到最佳的銑削結果和長的使用時間。根據上述描述變化的刀具方向向量例如可以通過刀具軸線或刀具旋轉軸描述，該刀具軸線或刀具旋轉軸具有相對於待完成的齒部、尤其是相對於齒面上的垂直線的預定的指向，其中例如垂直線可以通過基準點延伸，該基準點定位在齒根(齒槽底部)和齒頂之間的齒的平均高度上和齒面(沿縱向)的平均長度上。按照根據本發明的方法的一個有利的實施方式，首先通過銑削製造所有齒的第一齒面，接著製造布置在另一齒側上的第二齒面。根據本發明的刀具具有多個刀刃，在刀具旋轉時，其刀刃軌跡為圓盤面、圓柱面或圓錐面和/或圓環面。所有布置用於加工待完成的齒部的同一個齒面的刀刃都定位在一共同的刀刃軌跡上，其中對應於每個齒面設有多個這種刀刃。尤其有利的是，所有刀刃彼此相同，或在使用用於形成刀刃的刀片時，所有設置在刀具上以加工待完成的齒部的同一個齒面的刀片彼此相同。例如，每個齒面可以設有一組相同的刀刃或一組相同的刀片，其中刀刃分別定位在同一個刀刃軌跡上。


現在應該根據實施例示例性地對本發明進行如下的說明。附圖示出圖1示意性地示出根據已知的單個部件-或連續的分度法的刀具嚙合的部分剖視圖；圖2示意性地示出根據本發明的工具機；圖3示意性地示出根據本發明的方法，刀具嚙合入工件中以製造齒部；圖4示出在齒槽的深度方向上具有三個平面El、E2和E3的切口分配的示例性的第一可能性；圖5示出可作為圖4的替換的實施方式，其中對不同的平面使用不同的刀具；圖6示出當使用具有直線的、尤其是平行的彼此相對的齒面的刀具時，切口分配的另一種可能性，該齒面通過刀具尖端的半徑彼此連接；圖7示出一種利用其刀刃為具有倒圓的尖部的V形的刀具的、設定/露出的切面形狀的可替換的設計方案，其中通過設定角度α來避免刀刃超負荷；圖8示出由於凹形的齒槽而具有不同長度的銑削軌跡的齒槽的俯視圖；圖9示意性地示出切削軌跡，其中在齒根的區域中得到也稱為ftOtoperanz的底切部；圖10-12示出具有不同造形的刀片的刀具的可能的設計方案；圖13示出刀具的一有利的實施方式的俯視圖。
具體實施例方式圖1示意性地示出，在藉助於根據現有技術的單個部件-或連續的分度法製造齒部13時，刀具3嚙合入工件7中。刀具3設計為面銑刀且包括多個切削刃22，只示出了其中一個切削刃。多個切削刃22與刀具3的外直徑同心地布置，其中切削刃22徑向位於刀具3的外圓周的內部。切削刃22沿刀具3的軸向延伸，其中切削刃22的縱軸基本上平行於刀具3的刀具軸線5延伸。切削刃22分別具有至少一個刀刃14，其中在單個分度法中刀刃14是相同的，並尤其具有待製造的齒槽17的形狀。在這種方法中，工件7僅微小地移動，僅刀具3旋轉。與此相反，在連續的分度法中，工件7和刀具3圍繞它們的旋轉軸在確定的規律下相對彼此旋轉。圖2示意性地示出根據本發明的工具機的基本部件。該工具機包括床身1和安裝在床身上用於承載待加工的工件7，如錐齒輪的容納裝置6。為容納裝置6和/或工件7配設了旋轉的驅動裝置8，以使工件7和/或容納裝置6圍繞工件軸線10 (在此為C軸)旋轉。 此外，床身1支承了用於圍繞刀具軸線5旋轉地驅動包含工件3的刀架2的驅動裝置4。驅動裝置4以及刀架2在此組成了測角器頭。該測角器頭在此可沿著三個彼此垂直的軸X、 Y、Z相對於工件移動。為此設置了至少一個平移的驅動裝置11。此外，用於產生刀具軸線 5和工件軸線10之間的相對角運動的刀具頭可以圍繞Y軸(B軸)旋轉。在此，工具機包括5 個軸，可通過控制裝置12基本上同時地控制這5個軸。當然也可以設計軸的其它布置。也可以設計其它平移-或旋轉軸，容納裝置6、工件7、刀具3或刀架2可以藉助於這些軸相對彼此移動。工具機同樣可以裝備未示出的刀具更換裝置，該刀具更換裝置尤其實現了刀架2和未示出的刀庫之間自動的刀具更換。工具機也可以與外部的測量設備通信，以尤其在單個的加工過程期間檢查銑削出的齒部幾何形狀。圖3示出了根據本發明的刀具3嚙合入工件7中以製造齒部13。刀具3在此為面銑刀，且包括用於容納切削刃22的基體23。切削刃22例如可以為可更換的可轉位刀片。 切削刃22包括至少一個刀刃14。根據圖3a，切削刃22在一基本上或完全平坦的平面中延伸。因此，切削刃14的刀刃軌跡為圓盤面。根據圖北，切削刃22相對於尤其垂直於刀具3 的旋轉軸5 (刀具軸線幻延伸的這種平坦的平面沿旋轉軸5的方向傾斜，從而當刀具3旋轉時，切削刃劃出圓錐面。切削刃22在此在基體23的圓周上等距地布置，並沿徑向伸展越過基體23的外直徑。為了製造齒槽17，刀具3首先在起點運動使得刀具3的外直徑相對於刀具軸線5 位於工件7的外部，從而避免刀具3與工件7相撞。同時或接著，對應於待銑削的齒槽幾何形狀相對於齒面15、16調節刀具軸線5。如果齒部13具有弧形的齒面形狀-沿穿過齒部的垂直於齒面曲線21的切面看_，那麼可以這樣調節並尤其校準該刀具軸線5，即刀刃14基本上始終與成拱形的齒面15、16相切。隨後，旋轉的刀具3沿著齒面曲線21沿移動方向向工件7移動。如從圖3中可以看到的，刀具軸線5垂直於或與待去除的齒面側(這裡為15)成角度地布置，其中對弧形的齒部，尤其是錐齒輪齒部來說，在刀具3運動時，始終追蹤或變化刀具軸線5的絕對定向，從而保持與待去除的齒面側(這裡為15)的相對定向。在此，刀具軸線5在實際上待加工的齒槽17的外部延伸。同時，可以這樣引導刀具3，即刀具3，尤其是刀刃14的外圓周或刀刃 14的刀刃軌跡的輪廓相對於刀具軸線始終平行於齒槽底部20和/或齒頂19延伸。在刀具3沿著齒面曲線21或沿著齒面曲線21的平行線的移動運動期間，根據齒部幾何形狀通過控制裝置12(圖1)基本上同時地控制工具機的所有五個軸。
因此，在該方法中單獨地磨損齒槽17的每個齒面15、16。在完成沿著整個齒面 15,16的銑削過程之後，刀具可以返回起點，並圍繞工件軸線把具有工件7的容納裝置6帶到偏移了所述齒距的位置中。接著銑削下一個齒面。也可以在工件被繼續切削所述齒距之前，例如首先利用粗加工刀具(粗加工過程)並接著利用精加工刀具(精加工過程)反覆連續地加工每個齒面15、16。作為替換，在使用精加工刀具前，首先粗加工所有齒的所有齒面15、16，以稍後精加工和/或打磨所有齒的所有齒面15、16，從而實現精加工。最終，可以通過銑削和繼續切削工件所述齒距來製造第一齒面15，其中尤其沿第一方向或在追蹤工件時沿第一方向區域中待製造的齒面的輪廓保持刀具的定向，然後改變刀具相對於工件的定向，從而通過銑削和繼續切削工件來製造第二齒面16，其中尤其相應地保持沿第二方向或第二方向區域中刀具的定向。在此，也可以或者在銑削所有齒面15、 16之後接著進行其它加工步驟，尤其是硬化和/或精加工，其中精加工例如又可以以以下順序進行首先加工所有齒面15，然後加工所有齒面16。根據本發明的一個實施方式，在粗加工過程中，在尤其根據之前描述的製造順序在一個精加工過程中單獨地製造兩個朝向彼此的齒面之前，首先在待製造的齒槽中銑削出狹縫。當然，通常也可以不旋轉(繼續切削)或不僅僅旋轉工件，而旋轉刀具，從而實現工件通過工件軸線10相對於刀具3或刀具2的相對運動。在粗-和精加工過程之間也可以設有另一個或多個中間加工過程。預加工_，最終加工-和/或中間加工過程可以利用同一個或利用不同的刀具完成，所述刀具為每個加工提供最佳的切削參數。由此尤其縮短了基本時間並進而縮短了整個加工時間，並降低了刀具成本。圖4示出切口分配的例子，其中可以利用同一個刀具進行粗加工。例如，刀具具有多個在圓周上布置的、圓形或弧形的、尤其由切削刃幾何形狀成的刀刃。在示出的圖示中，例如可以這樣選擇切削順序，即首先自由切削或滾壓平面E1，也就是說，齒槽17的深度的第一個三分之一，然後是平面E2，也就是說，齒槽深度的第二個三分之一，接著是平面E3，也就是說，齒槽深度的第三個三分之一。在平面E3中，沿著齒槽縱向，尤其同時沿著兩個齒面15和16的唯一的滾壓就足夠了，而在另外上面的平面(E1、E2) 中，沿著齒面的多次滾壓是必須的，在此分別沿著齒槽縱向的方向，在平面E2中，一次沿著齒面15，一次沿著齒面16，以及在平面El中，一次沿著齒面15，一次沿著齒面16，以及一次在兩個齒面15和16的中間。圖5示出另一個可能的、很大程度上對應於圖4中的每一點的剖視圖，然而使用了用於不同平面的不同刀具。齒槽17中平面定位得越深，那麼所用刀具的刀刃越小。由此可以實現在齒面15、16 (塗成黑色)上留下較小的材料凸出。圖6示出利用其刀刃首先沿齒面15然後沿齒面16移動的刀具時，另一種可能的切口分配。由於刀刃的直線形的部段，所以可以利用每次沿著齒槽縱向的進給軌跡去除齒面15、16上的材料凸出。相應地，在加工每一個齒面時刀具軸線具有相對於工件的另一個方向向量或另一個定向。圖7很大程度上對應於圖6，然而這裡刀具以其切割邊相對於齒面15(隨後也相對於齒面16，未示出)傾斜地沿著齒槽縱向這樣運動，即在刀刃和齒面15之間存在正角度α。由此在切割邊不超負荷的情況下得到了高的切削效率。可以利用同一個工件在最後一個銑削過程中去除留下的材料凸出，其中則角度α為0度或近似0度。此外，示出的刀切削刃幾何形狀象阻止了當銑削齒面15、16的內部區域時，齒面15、16的外部區域被損壞，因為極為有效地阻止了刀具對外部區域的碰撞。在圖7示出的實施例中，刀具的彼此相對的刀刃互相傾斜地延伸，因此刀切削刃幾何形狀象尤其通過使用具有這種外部圓周的刀片而為具有倒圓的尖部的V形。彼此相對的刀刃之間的角度例如比彼此相對的齒面15、16之間的角度小1°至10°，尤其是4°至 6°，有利地為5°。例如，刀刃之間的角度為35°，而齒面15、16之間的角度為40°。圖8示出俯視兩個齒頂19之間的錐形齒槽17時的可能的剖視圖。如看到的，刀具的切削軌跡沿齒槽17的縱向延伸，首先沿著齒面15從外向內(相對於齒輪)，然後沿著齒面16從內向外，再然後在齒槽內部與齒面16隔著刀刃寬度的間距再次從外向內，相應地在另一側以刀刃寬度的間距沿著齒面15，然後在齒面15和16之間的中間區域中再次從外向內並返回，其中在最後一次從外向內的運動中並沒有經過整個的齒槽長度，因為由於較狹窄的內部端部是不必這樣做的。因此，縮短了加工時間。在圖9中再次示出具有齒面15和16的齒槽17，其中在齒面15、16的下端部的區域中分別設有底切部。可以根據本發明的方法或根據本發明的裝置利用根據本發明的粗加工刀具，尤其通過使用圓形的切割邊加工這種底切部。當然也可以使用具有根據本發明的刀刃的布置和輪廓的精加工刀具。圖10、11和12示出用於不同形式的根據本發明的刀具3的示意性的實施例，所述刀具3分別包括一基體23和多個切削刃22，其中根據圖10，切削刃22包括這樣的刀刃14， 即第一刀刃軌跡形狀為圓錐面，而第二刀刃軌跡為圓盤面。形成圓錐面的刀刃通過半徑與形成圓盤的刀刃14連接。在圖11和12中，圓形的切削刃22設有相應的圓形刀刃14，其中根據圖11基體 23具有成對角線斜穿放置的臂部，所述臂部支承切削刃22，與之相反，根據圖12，支承切削刃22的臂部彎曲地向下指向。圖13示出一個用於根據本發明的刀具3的實施例，所述刀具3包括兩組切削刃。 在此，第一組切削刃稱為22，而第二組切削刃稱為22』。如看到的，在刀具3旋轉時，所有切削刃22、22』位於一個刀刃軌跡上。例如，第二組切削刃22』徑向進一步在內並進一步在上地布置在刀具3的基體23上。例如，第一組切削刃22對應於根據圖10的切削刃22，其中切削刃22』可能布置在圖10中與切削刃22相比的上部和進一步的左邊。在刀具沿著齒槽縱向運動時，由於根據本發明的運動自由度也可以利用直線形的刀刃或切割邊得到具有高度凸度的齒面。尤其有利的是，利用精加工刀具得到這種高度凸度，根據本發明設計這種精加工刀具，這種精加工刀具沿多個進給軌跡在不同平面(亦即不同的深度)中並以相對於高度等分線或沿著齒面的表面的直線的各個不同的角度α移動穿過齒。例如，角度α的變化極小，且尤其可以僅為一度的一小部分。根據本發明的方法的優點在於，刀具形狀與待製造的齒部的齒面的輪廓沒有聯繫，因此，利用同一個刀具可以製造具有不同輪廓的齒部。可以有利地與工件無關地自由選擇刀具刀刃的刀刃軌跡半徑。可以根據刀具的齒-和刀切削刃幾何形狀狀相對可變地調節與齒面線垂直的刀具軸線的傾斜度。
也可以把根據本發明的方法稱為具有向著滾壓方向橫向且尤其是縱向傾斜的刀具軸線的滾銑方法，其中可以靈活地使用刀具刀刃，且刀具刀刃不必具有精確的齒角形，也就是說不必具有精確地相對於待製造的齒面的輪廓的外部形狀。這導致了刀具成本的顯著降低，工具機的多方面的可應用性以及導致了工件的加工時間的縮短。按照根據本發明的方法，具有刀具軸線的靈活的方向向量的銑削和深銑的組合是可能的，其中可以相對於傳統方法顯著提高切削效率。尤其可以使用不同的銑刀輪廓，從圓盤銑刀直至面銑刀或盆形銑刀。藉助於傳統的立銑刀銑削錐齒輪時，立銑刀的整個端面同時深入每個待完成的齒槽中，與此相比，根據本發明，使用具有顯著較大直徑的刀具，因為通過刀具軸線橫向朝著齒槽的傾斜，尤其是利用刀具上彎曲的刀片，始終僅一部分刀刃深入齒槽中。由此可以在刀具中設有較大的容屑槽。由此利用刀具的每次划過實現了較多的材料從工件上去除，且可以得到程度非常大的切削。由此還可以實現較高的精度，因為刀具不必經常划過工件。切削刃有利地具有這樣的刀刃，即刀刃可以利用刀具的端面、利用切削刃的外圓周和內圓周相對於刀具軸線從工件上去除材料。參考標號表
1床身
2刀架
3刀具
4驅動裝置
5刀具軸線
6容納裝置
7工件
8，9旋轉的驅動裝置
10工件軸線
11平移的驅動裝置
12控制裝置
13齒部
14刀刃
15，16齒面
17齒槽
18區域
19齒頂
20齒槽底部
21齒面曲線
22切削刃
23基體
權利要求
1. 一種工具機，尤其是一種銑床，包括 1.1 床身(1)；1.2安裝在所述床身(1)上的用於容納刀具(3)的刀架O)；1.3用於圍繞刀具軸線(5)旋轉驅動所述刀架O)中的所述刀具(3)的驅動裝置； 1.4安裝在所述床身⑴上的用於容納工件(7)的容納裝置(6)； 1.5第一旋轉驅動裝置(8)，用於產生在所述刀架( 和所述容納裝置(6)之間的第一相對角運動，以及第二旋轉驅動裝置(9)，用於產生在所述刀架( 和所述容納裝置(6)之間的第二相對角運動；1.6平移驅動裝置(11)，用於產生在所述刀架( 和所述容納裝置(6)之間的沿著三個軸線的相對平移運動；1. 7控制裝置(1 ，所述控制裝置這樣設置，即所述控制裝置實現了基本上同時控制在所述刀架⑵和所述容納裝置(6)之間的相對直線運動和在所述刀架(2)和所述容納裝置(6)之間的相對角運動；其中1.8所述刀具(3)設計為端面-或端面圓周銑刀且包括刀刃(14)，所述刀刃具有待銑削入所述工件(7)中的齒部(1 的至少一個部分輪廓；其中1.9所述刀刃(14)的外直徑比兩個相鄰的齒面(15，16)之間-齒槽(17)-的間距大； 其特徵在於，1.10所述控制裝置(1 設置用於使所述刀具C3)這樣穿過所述待完成的齒部(13)的區域運動，即在到所述待完成的齒部的齒槽底部00)和/或齒頂(19)的間距保持不變或基本保持不變的情況下，所述刀具整體沿所述待加工的齒面(15，16)移動。
2.根據權利要求1所述的工具機，其特徵在於，所述刀刃(14)的外直徑大於或小於所述工件(7)中的待完成的弧形齒部的齒面縱向曲線的半徑的兩倍，在沿所述齒面的縱向成錐狀的齒槽中大於凹形齒面的齒面縱向曲線的半徑的兩倍，或小於凸形齒面的半徑的兩倍。
3.根據權利要求1或2所述的工具機，其特徵在於，所述刀具軸線(5)與待去除的面，尤其是所述工件(7)的齒面側垂直或成角度，尤其成一角度在45°和135°之間，尤其在80° 和100°之間。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的工具機，其特徵在於，在沿著所述待加工的齒面 (15，16)運動時，所述刀具軸線(5)相對於所述工件(3)的直徑的角度變化，尤其不斷地變化。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的工具機，其特徵在於，所述刀具軸線( 在所述待完成的齒部(13)的區域之外延伸。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的工具機，其特徵在於，沿所述刀具(3)的徑向看， 所述刀刃(14)從所述刀具(3)離開指向。
7.一種用於在根據權利要求1至6中任一項所述的工具機上製造齒部(1 的方法，具有以下步驟7. 1在所述待完成的齒部(1 的區域(18)之外定位所述刀具(3)； 7. 2旋轉驅動所述刀具(3)；7. 3通過藉助於所述控制裝置(1 控制一個或多個驅動裝置G，8，9)，利用布置在所述刀具(3)的圓周的區域中的所述刀刃(14)的一部分使所述刀具(3)這樣運動穿過所述待完成的齒部(13)的區域(18)中的所述工件(7)，即銑削出所述齒面(15，16)的至少一個部分輪廓；其中在到所述待完成的齒部的所述齒槽底部00)和/或所述齒頂(19)的間距保持不變或基本保持不變的情況下，所述刀具C3)整體沿所述待加工的齒面(15，16)移動；·7. 4使所述刀具(3)從所述待完成的齒部(13)的所述區域(18)中返回；·7.5圍繞工件軸線(10)使所述工件(7)和/或所述刀具C3)旋轉到偏置了至少一個齒距的位置；·7.6重複所述步驟7.3至7.5，直到以相同地方式加工了所述工件(7)的所有齒面並完全形成了所述齒槽為止。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在實施所述步驟7.5之前，首先實施所述步驟7. 2至7. 4用於分別製造所述待完成的齒部(1 的每個齒的第一齒面(15，16)，並且隨後重複所述步驟7. 2至7. 4用於分別製造所述待完成的齒部(1 的每個齒的第二齒面 (15，16)；或首先實施所述步驟7. 2至·7. 5用於分別製造所述待完成的齒部(13)的每個齒的第一齒面(15，16)，並且隨後重複所述步驟7. 2至7. 5用於分別製造所述待完成的齒部(13)的每個齒的第二齒面(15，16)。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，在粗加工過程中藉助於預加工刀具這樣預銑削所述齒部(1 ，即所述齒部至少近似地具有最終的預期-銑削幾何形狀，並且在隨後的精加工過程中藉助於精加工刀具最終這樣銑削所述齒部，即所述齒部(1 具有所述最終的預期-銑削幾何形狀，其中分別實施所述步驟7. 1至7. 6。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在所述粗加工過程和所述精加工過程之後，在所述齒部上實施至少另一個加工過程，尤其是熱處理和/或磨削-或刨削過程。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的方法，其特徵在於，使用具有至少逐段為直線形或近似直線形的刀刃(14)的所述刀具(3)，並且在製造所述齒面(15，16)時，所述刀刃(14)的所述直線形部段相對於所述齒面(15，16)具有預定的角度α，所述角度尤其為大於 0且小於或等於5°，其中所述角度α尤其在製造每個齒面(15，16)時變化，並且尤其隨後在製造所述齒面(15，16)時，把角度α調節為0°。
12.一種用於應用在根據權利要求1至6中任一項所述的工具機中的和/或用於應用在根據權利要求7至11中任一項所述的方法中的刀具，·12. 1具有多個刀刃(14)，在所述刀具(3)旋轉時，所述刀刃(14)的刀刃軌跡為圓盤面、圓柱-或圓錐面和/或圓環面，其特徵在於，·12.2所有布置用於加工待完成的齒部(1 的同一個齒面(15，16)的刀刃(14)都定位在一共同的刀刃軌跡上，其中每個齒面(15，16)設有多個這種刀刃(14)。
13.根據權利要求12所述的刀具，其特徵在於，所有刀刃(14)都定位在一共同的刀刃軌跡上，或僅設有分別具有多個刀刃(14)的兩組或三組，其中一組的所有刀刃(14)都定位在同一刀刃軌跡上。
14.根據權利要求12或13所述的刀具，其特徵在於，所述刀刃(14)由多個切削刃02) 構成，所述切削刃尤其可拆卸地或材料連接地安裝在基體03)上。
15.根據權利要求14所述的刀具，其特徵在於，所述切削刃02)設計為具有圓形、部分圓形、橢圓形或部分橢圓形的圓周的刀片。
全文摘要
本發明涉及一種工具機，尤其是一種銑床，包括床身；安裝在床身上的用於容納刀具的刀架；用於圍繞刀具軸線旋轉驅動刀架中的刀具的驅動裝置；安裝在床身上的用於容納工件的容納裝置；第一旋轉驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的第一相對角運動以及第二旋轉驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的第二相對角運動；平移驅動裝置，用於產生在刀架和容納裝置之間的沿著三個軸線的相對平移運動；控制裝置，其這樣設置，即該控制裝置實現了基本上同時控制在刀架和容納裝置之間的相對直線運動和在刀架和容納裝置之間的相對角運動；其中刀具設計為端面-或端面圓周銑刀且包括具有待銑削入工件中的齒部的至少一個部分輪廓的刀刃，其中刀刃的外直徑比兩個相鄰的齒面之間-齒槽-的間距大；本發明的特徵為控制裝置設置用於使刀具這樣穿過待完成的齒部的區域運動，即在到待完成的齒部的齒槽底部和/或齒頂的間距保持不變或基本保持不變的情況下，該刀具整體沿待加工的齒面移動。
文檔編號B23F23/00GK102256735SQ200980151430
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月16日 優先權日2008年12月19日
發明者沃爾夫岡·許特爾, 額爾哈德·胡梅爾 申請人:沃依特專利有限責任公司