专利名称：滚齿机的去毛刺设备的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及机床，更具体地，涉及用来切削齿轮和花键轮廓的滚齿机的去毛刺设备。
背景技术：
滚齿机为铣床的专用形式，可用来在齿轮毛坯中铣出齿轮齿，从而生成齿轮元件或花键元件。随着滚刀工具与齿轮毛坯相接触，滚齿机通过同步地旋转齿轮毛坯以及刀具或滚刀工具而产生齿轮元件。当切削齿轮齿时，滚刀工具可在齿轮元件上产生毛刺。毛刺最好用去毛刺设备去除以提高齿轮元件的性能。在现有技术中，滚齿机中的去毛刺通过锐边工具完成，例如钢盘，其通过在钢盘与齿轮毛坏的相交处的剪切作用去除毛刺。这种传统形式的去毛刺设备不能很好地适应带有凸起的止推面或复杂的边沿倒角设计的齿轮毛坏工件。在这种情形下，需要额外的加工步骤以完成毛刺的去除，额外的加工例如倒角机、砂轮机/钢丝轮机、喷丸处理以及磨粉浆去毛刺等。
因此，需要这样一种滚机齿去毛刺设备，其无需上述额外的加工步骤就能有效地去除带有凸起的止推面或复杂的倒角设计的齿轮毛坯工件的毛刺。
发明内容
本发明的滚齿机包括适于保持齿轮毛坯的夹具。电机可操作地连接到夹具，并构造成使夹具与齿轮毛坯一起以预定的速度旋转。可旋转刀具可移动以与齿轮毛坯相接触，并构造成切削齿轮毛坯，从而产生多个齿轮齿。去毛刺工具可移动以与齿轮毛坯相接触，并构造成在切削齿轮齿时从齿轮毛坯去除毛刺。为了最优化螺旋齿轮上的毛刺的去除，去毛刺工具的旋转方向选为使去毛刺工具转进入齿轮毛坯的齿轮轮廓的锐角侧的方向。为便于该目的，电动轴可操作地连接到去毛刺工具，并构造成可驱动地使去毛刺工具以用户预定速度和方向旋转，以最优化齿轮毛坯的毛刺去除。
去毛刺工具可包括外周边，其锐利化以剪切并从而去除毛刺。
去毛刺工具可包括接触表面，其构造成磨掉并从而去除毛刺。
结合附图，从下面对实现本发明的最佳模式的详细描述能够容易地理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
图1为根据本发明的滚齿机的示意性侧视图；图2为齿轮毛坯与去毛刺工具相接触的示意性平面图；图3A为齿轮齿恰好与去毛刺工具接触之前的示意性截面图；图3B为齿轮齿与去毛刺工具相接触时的示意性截面图；图3C为齿轮齿与去毛刺工具相接触之后的示意性截面图；图4为根据本发明在齿轮毛坯中切出齿轮齿时给滚齿机上的齿轮毛坯去除毛刺的方法。
具体实施例方式
参考附图，其中所有附图中相同的附图标记表示相同或相应的部分，图1中示出了根据本发明的垂直滚齿机10的示意图。应当理解，垂直滚齿机10是为示意性目的示出的，本发明还可通过其它滚齿机结构完成，例如，水平滚齿机。优选地，滚齿机10在夹具14与尾架16之间保持工件或齿轮毛坯12。齿轮毛坯12限定了中心孔18和外径20，并包括底端面22和顶端面24。在加工齿轮毛坯12时，在外径20上形成多个齿轮齿26。为示意性目的，齿轮齿26示为螺旋齿；但是，应当理解可设想到其它齿轮齿结构，例如直齿。
夹具14包括突起28，其可插入齿轮毛坯12的中心孔18，以定位和保持齿轮毛坯12。尾架16从夹具14缩回离开，以允许齿轮毛坯12装载到夹具14上。然后齿轮毛坯12装载到夹具14上，使得突起28插入中心孔18。此后，尾架16沿着负Y方向移动而与齿轮毛坯12相接合，使得齿轮毛坯12安放到夹具14上，齿轮毛坯12牢固地保持在尾架16与夹具14之间。电机30使夹具14旋转，使得夹具14、齿轮毛坯12和尾架16以预定速率一起旋转，其中所述预定速率通常相对于静止物体产生在7-8M/m范围内的表面速度。控制器31控制电机30的输出，使得齿轮毛坯12旋转的速率是可编程的。
滚齿机10包括通常为圆柱形的滚刀工具或刀具32，其具有多个齿34和中心线36。刀具32可绕着中心线36旋转，并可在电机30或单独的电机(未示出)的动力下沿着X和Y方向移动。在齿轮毛坯12以上述方式装置到夹具14上之后，刀具沿着X方向移动与齿轮毛坯12的底部(在底端面附近)相接触，然后沿着正Y方向向上移动，从而切削齿轮毛坯12的外径20，以产生多个齿轮齿26。本领域中众所周知，刀具32与齿轮毛坯12的转速由控制器31同步，以产生预定的齿轮齿结构。
当切削齿轮齿26时，刀具32会产生靠近齿轮齿26的底端面22的毛刺40和/或靠近齿轮齿26的顶端面24的毛刺42。传统的去毛刺工具由具有锐边的工具组成，其中所述锐边设计成剪切这种毛刺。传统的去毛刺工具通常固定到没有动力的轴上，并构造成在由齿轮毛坯施加的拖拽力的影响下旋转。由于旋转的齿轮毛坯的表面速度通常比较低(也就是大约7-8米/分钟或M/m)，所以传统去毛刺工具的切削边与毛刺相接触的相对速度也低。这种类型的去毛刺通常在齿轮齿上留下相当于0.25mm大的毛刺，需要额外的加工来更完整地去除。
已经发现，去毛刺工具与毛刺之间大约60M/m的相对表面速度是使用剪切作用去除毛刺的最佳速度。另外，通过提供可变的相对表面速度，去毛刺作用不限于更传统的剪切作用。例如，可利用具有磨削作用或铣销作用的去毛刺工具替代或添加到剪切作用上。因此，滚齿机10包括具有去毛刺工具52的电动轴或支撑50，将在下文具体描述。
优选地，电动轴50可操作地连接到电机54上，电机54构造成使电动轴50以及安装在电动轴50上的去毛刺工具52旋转。可选择地，电动轴50可由电机30驱动。电动轴50还可沿着X和Y方向移动。控制器31控制电机54，使得电动轴旋转速率和电动轴50平移的速率是可编程的。优选地，当刀具32切削齿轮齿26时，电动轴50移进图1所示的接触位置，使得去毛刺工具52与齿轮毛坯12相接触，并能够从那里去除所有的毛刺(例如，毛刺40)。去毛刺工具52旋转的速率(或速度)和方向可通过控制器31编程，并且可选择为使毛刺的去除最优。去毛刺工具52的最佳转速依赖于实现的工具的具体形式，将在下文具体描述。
参考图2，示出了去毛刺工具52与齿轮毛坯12相接触的平面图。去毛刺工具52通常为圆形，并限定了中心孔60，去毛刺工具52通过中心孔60安装到电动轴50(图1中所示)上。去毛刺工具52包括环状接触表面62，其构造成与齿轮毛坯12相接触，并从那里去除所有的毛刺(例如，毛刺40)。接触表面62的成分可选择为符合特定应用的需要，可依据，例如，齿轮毛坯材料和/或最大可允许毛刺尺寸。本发明的电动轴50及可旋转地驱动的去毛刺工具52无需额外的加工操作，就能有效地给具有凸起止推面或复杂倒角设计的齿轮毛坯去除毛刺。
典型的接触表面62成分可包括高速钢(HSS)、碳化物或如氧化铝或立方氮化硼(CBN)的研磨材料。如前所述，去毛刺工具52的最佳转速依赖于所实现的工具的具体形式。已经发现，具有由HSS组成的接触表面62的去毛刺工具52在60M/m的表面速度最佳地去除毛刺。类似地，碳化物成分的最佳表面速度为150M/m，研磨材料成分的最佳表面速度为1200M/m，CBN成分的最佳表面速度为2700M/m。可选择地，接触表面62可形成为包括适于切削所有毛刺的锯齿状突起或齿。
除了由接触表面62完成的毛刺研磨或切削之外，去毛刺工具52还可包括被锐利化以便于去除毛刺的外周边64。外周边64使用剪切作用去除毛刺，但是由于外周边64与毛刺接触的相对速度可比先前可能的速度更快，所以能更有效。并且，在一些应用中，外周边64的剪切作用可补充接触表面62的磨削或铣削作用，以进一步优化毛刺去除。根据可选实施例，外周边64可被倒圆，以匹配齿轮毛坯12中的倒角或台阶(未示出)。
如图2中所示，三个区域(区域1、区域2和区域3)被突出以显示在将毛刺从单个的齿轮齿去除期间的一系列步骤。图3A-3C中更详细地示出了区域1、2和3，将在下文具体描述。
参考图3A，示出了区域1的截面图。更精确地，区域1示出了齿轮齿部分26A恰好与去毛刺工具52接触之前的截面图。齿轮齿部分26A包括锐角侧或侧缘70、钝角侧或侧缘72、顶端面74和底端面76。齿轮齿部分26A还包括在刀具32(图1中所示)切削齿轮齿26(图1中所示)时形成的比较大的毛刺40A和比较小的毛刺40B。如本领域内所公知的，较大的毛刺40A通常形成在齿26的锐角侧70上，较小的毛刺40B通常形成在齿26的钝角侧72上。去毛刺工具52示出为带有尖锐的外周边64，并构造成通过与外周边64相接触期间的剪切作用，以及与接触表面62相接触期间的可能补充的磨削或铣削作用去除毛刺40A和40B。可选择地，如果只使用接触表面62来去除毛刺40A和40B，那么外周边64可被倒圆或钝化。
参考图3B，示出了区域2的截面图。更精确地，区域2示出了在去毛刺工具52已与齿部分26A的锐角侧70相接触之后，但在去毛刺工具60与齿部分26A的钝角侧72相接触之前的齿轮齿部分26A的截面图。可以看出，通过外周边64与接触表面62以上述方式的接触已去除了毛刺40A。
参考图3C，示出了区域3的截面图。更精确地，区域3示出了去毛刺工具52已经经过齿部分26A的锐角侧70和钝角侧72之后的齿轮齿部分26A的截面图。可以看出，通过外周边64与接触表面62以上述方式的接触已去除了毛刺40A和40B。
再参考图1，根据可选实施例，电动轴50可适用于从齿轮毛坯12的顶端面24以及底端面22去除毛刺。因此，电动轴50还包括间隔装置80和第二去毛刺工具82。间隔装置80适于将第二去毛刺工具82定位在去毛刺工具52上方一预定距离处，使得去毛刺工具52、82可分别与齿轮毛坯12的底端面22和顶端面24相接触。第二去毛刺工具82与去毛刺工具52相类似，但包括面向下方的接触表面84，以与齿轮毛坯12的顶端面24相接触。根据另一个可选实施例，可使用单独的类似于电动轴50的电动机驱动轴(未示出)，以驱动第二去毛刺工具82。
在图4上扼要概述了本文前面描述的方法步骤，其示出了在齿轮毛坯中切出齿轮齿时，将滚齿机上的齿轮毛坯上的毛刺去除的方法。该方法在步骤102开始，将尾架16从夹具14缩回离开。在步骤104，齿轮毛坯12装载进夹具。在步骤106，尾架16向外延伸，以将齿轮毛坯12夹进夹具14。在步骤108，电机30转动夹具14，以在预定速度可旋转地驱动齿轮毛坯12。在步骤110，滚刀工具或刀具32移动与齿轮毛坯12相接触，以切削齿轮毛坯的外径，从而形成齿轮齿，切削加工还在齿轮毛坯的端表面上产生毛刺。在步骤112，选择去毛刺工具的旋转速度和旋转方向，其速度和方向选为最优化毛刺的去除。在步骤114，至少一个电动的或其它方式驱动的去毛刺工具(52或82)与齿轮毛坯12相接触，以从齿轮毛坯12的至少一个端面(22或24)去除毛刺。
尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员会认识到，在所附权利要求范围内的用来实现本发明的各种可选设计和实施方式。
权利要求
1.一种滚齿机，包括可旋转的夹具，其适于保持齿轮毛坯；可旋转的刀具，其可移动以与所述齿轮毛坯相接触，所述刀具构造成切削所述齿轮毛坯，从而产生多个齿轮齿和潜在的毛刺；第一可旋转去毛刺工具，其可移动以与所述齿轮毛坯的第一端面相接触，所述去毛刺工具构造成在所述齿轮毛坯被切削时从所述齿轮毛坯的所述第一端面去除所述毛刺；以及动力轴，其可驱动地连接到所述去毛刺工具，并可操作以使所述去毛刺工具以预定速度和方向旋转，该速度和方向选择为最优化所述毛刺的去除。
2.如权利要求1所述的滚齿机，其中所述去毛刺工具包括外周边，所述外周边被锐利化以剪切并从而去除一部分所述毛刺。
3.如权利要求1所述的滚齿机，其中所述去毛刺工具包括接触表面，所述接触表面构造成磨掉并从而去除其它的毛刺。
4.如权利要求3所述的滚齿机，其中所述接触表面可包括下述组分高速钢、碳化物、或诸如氧化铝或立方氮化硼的研磨材料组分。
5.如权利要求1所述的滚齿机，还包括电机，以为所述动力轴提供动力。
6.如权利要求1所述的滚齿机，包括第一电机，其可操作地连接到所述夹具，以使所述夹具和所述齿轮毛坯以预定速度旋转；以及第二电机，以为所述去毛刺工具轴提供动力。
7.如权利要求6所述的滚齿机，还包括控制器，其控制所述第二电机的输出，其中所述去毛刺工具轴的预定速度和方向可通过所述控制器编程。
8.如权利要求7所述的滚齿机，其中所述第一去毛刺工具轴可在包括相对于所述端面的第一接触位置和相对于所述端面的第二接触位置的两个或多个位置之间移动，并且其中位置移动可通过所述控制器编程。
9.如权利要求8所述的滚齿机，还包括第二去毛刺工具，其可移动以与所述齿轮毛坯的第二端面相接触，所述第二去毛刺工具构造成在所述齿轮齿被切削时，从所述齿轮毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及间隔装置，其适于将所述第二去毛刺工具定位在距所述第一去毛刺工具预定距离处，所述间隔装置在一端处固定到所述动力轴，所述间隔装置在相反的第二端处固定到所述第二去毛刺工具，以使所述第二去毛刺工具与所述第一去毛刺工具同步旋转，所述间隔装置的所述预定距离被选择为使得当所述第一去毛刺工具与所述第一端面相接触时，所述第二去毛刺工具与所述齿轮毛坯的所述第二端面相接触，以从所述齿轮毛坯的所述第一端面和所述第二端面去除毛刺。
10.如权利要求8所述的滚齿机，还包括第二去毛刺工具，其可移动以与所述齿轮毛坯的第二端面相接触，所述第二去毛刺工具构造成从所述齿轮毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及第二动力轴，其可操作地连接到所述第二去毛刺工具上，所述第二动力轴构造成使所述第二去毛刺工具以预定的速度和方向旋转，该速度和方向选择为最优化毛刺的去除，其中所述第二去毛刺工具的所述预定转速可通过所述控制器编程。
11.一种用来在齿轮毛坯中切出齿轮齿的滚齿机，包括可旋转的夹具，其适于保持齿轮毛坯；第一电机，其可操作地连接到所述夹具，以使所述夹具和所述齿轮毛坯以预定速度旋转；可旋转的刀具，其可移动以与所述齿轮毛坯相接触，所述刀具构造成切削所述齿轮毛坯，从而产生多个齿轮齿和潜在的毛刺；第一可旋转去毛刺工具，其可移动以与所述齿轮毛坯的第一端面相接触，所述去毛刺工具构造成在所述齿轮毛坯被切削时从所述齿轮毛坯的所述第一端面去除所述毛刺；动力轴，其可驱动地连接到所述去毛刺工具，并可操作以使所述去毛刺工具以预定速度和方向旋转，该速度和方向选择为最优化所述毛刺的去除；第二电机，其为所述去毛刺工具轴提供动力；以及控制器，其控制所述第二电机的输出，其中所述去毛刺工具轴的预定速度可通过所述控制器编程，其中所述第一去毛刺工具轴可在包括相对于所述端面的第一接触位置和相对于所述端面的第二接触位置的两个或多个位置之间移动，并且其中位置移动可通过所述控制器编程。
12.如权利要求11所述的用来在齿轮毛坯中切出齿轮齿的滚齿机，还包括第二去毛刺工具，其可移动以与所述齿轮毛坯的第二端面相接触，所述第二去毛刺工具构造成在所述齿轮齿被切削时，从所述齿轮毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及间隔装置，其适于将所述第二去毛刺工具定位在距所述第一去毛刺工具预定距离处，所述间隔装置在一端处固定到所述动力轴，所述间隔装置在相反的第二端处固定到所述第二去毛刺工具，以使所述第二去毛刺工具与所述第一去毛刺工具同步旋转，所述间隔装置的所述预定距离被选择为使得当所述第一去毛刺工具与所述第一端面相接触时，所述第二去毛刺工具与所述齿轮毛坯的所述第二端面相接触，以从所述齿轮毛坯的所述第一端面和所述第二端面去除毛刺。
13. 一种在齿轮毛坯中切出齿轮齿时在滚齿机上的齿轮毛坯上去除毛刺的方法，包括将尾架从夹具缩回离开；将齿轮毛坯装载进所述夹具；将所述尾架延伸出以将所述齿轮毛坯夹在所述夹具上；以预定速度可旋转地驱动所述齿轮毛坯；移动可旋转的刀具与所述齿轮毛坯相接触，以在齿轮毛坯中切出齿轮齿，其中切削所述齿轮齿在所述齿轮毛坯的至少一个端面上产生毛刺；选择去毛刺工具的旋转速度和旋转方向以最优化毛刺的去除；和驱动至少一个可旋转地驱动的去毛刺工具与所述齿轮毛坯相接触，其中所述去毛刺工具可操作以从所述齿轮毛坯去除毛刺，其中所述去毛刺工具可由电机以选择的速度和方向旋转地驱动，该速度和方向选择为最优化毛刺的去除。
全文摘要
本发明提供了一种滚齿机。滚齿机包括适于保持齿轮毛坯的夹具。电机可操作地连接到夹具，并构造成使夹具与齿轮毛坯一起以预定的速度旋转。可旋转刀具可移动以与齿轮毛坯相接触，并构造成切削齿轮毛坯，从而产生多个齿轮齿。去毛刺工具可移动以与齿轮毛坯相接触，并构造成在齿轮齿被切削时从齿轮毛坯去除毛刺。电动轴可操作地连接到去毛刺工具，并构造成为去毛刺工具提供动力并使其以预定速度旋转，以最优化毛刺的去除。
文档编号B23Q5/04GK101015871SQ20071000510
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月10日
发明者J·R·李, F·H·凯斯, T·M·汤普森, S·D·道布勒 申请人:通用汽车环球科技运作公司