加工啮合齿的方法、加工工具以及机床与流程

以已知的方式，齿轮的齿末端边缘常设置有保护齿末端的倒角，在形成啮合齿本身之前，倒角已经存在于齿轮坯上。例如，在Thomas Bausch的Innovative Zahnradfertigung(创新的齿轮制造)一书的第三版，第304页上，附图8.1-1中的顶端左手侧附图中显示了该倒角，该倒角在图中用C表示。相比之下，该附图中，在齿端边缘上、表示为B的倒角通常在啮合齿已经形成之后，在二次齿轮加工过程中才形成。这可通过切削或借助于塑性变形来实现，例如，借助于滚子去毛刺操作来实现，该操作是公知的，且也在Bausch的引用中顺序地描述过。因此，二次加工齿轮的质量与齿端部边缘上的倒角生产的类型和精度密切相关。此外，当借助于塑性变形使齿端部边缘形成倒角时，“二次毛刺”则形成在啮合齿的端面上，材料堆墩积聚在齿腹上，出于各种原因，这两种情况均需去除，例如通过在齿坯上平滚压材料堆墩，切削或铣削掉二次毛刺等。实施这些二次机加工步骤也影响到齿轮加工的质量。

本发明的目的是在开端提及类型的方法中提供具有高啮合齿质量的啮合齿加工。

本发明通过研发开端提及类型的方法来达到上述目的，其中，使用设置有切削刃的加工工具，通过在车削操作中的机加工啮合，可除去齿末端边缘上的倒角上多余的材料，该多余材料起源于以下情况：借助于塑性变形在啮合齿的齿端边缘上的倒角；和/或在啮合齿生产过程中和可选择地在齿端边缘的倒角过程中除去端面上形成的一次/二次毛刺。

在该情形中，本发明所立足的概念是：在啮合齿生产以及对齿端边缘倒角的过程中，多余材料也会出现在齿末端边缘的倒角上，在车削操作中去除这些多余材料可导致啮合齿质量的提高。本发明还立足于以下的发现：用于车削操作的切削刃适于因此集成到啮合齿的整个机加工中。

在一优选的实施例中，二次毛刺的去除和/或在齿端边缘上的倒角发生在同样部位处和/或在与车削操作相同的的机加工的啮合齿的设定中，尤其是从同一侧发生。这允许机加工时间更短，实施该机加工的结构更加紧凑。较佳地，在齿端边缘的倒角过程中，转动方向反过来，但不在齿端边缘的倒角和车削操作之间。这产生由于惰转时间短而造成的良好机加工。

在本方法的特别优选的实施例中，使用与在车削操作中所用相同的机加工工具来除去二次毛刺，尤其是借助于锉削掉的操作。这进一步提高了机加工所需的工具结构的紧凑度，并尤其是提高了啮合齿机加工端面的质量。车削操作优选在二次毛刺去除之前进行。此外，齿腹的二次机加工可在二次毛刺去除过程中发生。

根据该方法的另一优选的方面，还采用了机加工工具，尤其是，在形成啮合齿的同时，以除去在该过程中在啮合齿端面上形成的一次毛刺。因此可释放二次毛刺去除的工具，此外，尤其是，机加工所需的工具结构甚至可做得更加紧凑。

在本方法的另一优选的实施例中，将针对齿端边缘上的倒角和针对车削操作而在工具侧上实施的径向进给运动耦联在一起，将针对齿端边缘上的倒角和针对车削操作而在工具侧上实施的轴向位移运动耦联在一起，和/或使针对齿端边缘上的倒角和针对车削操作而在工具侧上实施的转动运动可能性彼此解耦。因此在该方法的灵活性和空间及工作的节省之间实现了良好的平衡。

在本方法的特别优选的实施例中，使机加工工具移动到其使用和齿端边缘的倒角之间的不同转动位置中。这允许用于机加工的工具结构节省空间但不容易碰撞。

就工具技术来讲，该目的通过对形成在啮合齿的齿末端边缘上的倒角进行机加工的机加工工具来达到，该机加工工具包括用来从齿末端边缘上的倒角去除多余材料的切削刃，机加工工具形成为盘状物(圆盘)的形式，其具有第二周界区域，该第二周界区域具有的径向延伸(量)不同于第一周界区域的第一径向延伸(量)，切削刃布置在第一和第二周界区域之间的过渡区。根据本发明的机加工工具的几何形允许有多个功能，这些功能以紧凑的方式达到并在本质上是节省空间的。

在特别优选的实施例中，第一周界区域具有位于其形成锉刀的平表面中至少一个表面上的表面结构。通过锉削掉二次毛刺，这使得工件啮合齿的端面的高质量成为可能。

在特别优选的实施例中，第二区域具有比第一区域小的径向范围。当机加工工具不使用时，这使得机加工工具有无碰撞的定位。尤其是，第一和第二区域之间的径向范围之差，与锉削结构的径向深度的两倍相差不超过70％，优选不超过50％，尤其是不超过30％。较佳地是，第二区域沿周向方向延伸超过至少40°，优选超过至少50°，当然也可超过60°或以上。相比之下，具有锉削结构的第一区域的部分意在延伸超过至少80°，优选超过至少100°，尤其是超过至少120°。

在另一优选的实施例中，具有径向和轴向主延伸分量的连接面(分离面)形成在过渡区处。这意味着可找到两个矢量，它们跨越该连接面(分离面)，并以支配方向的分量一次径向地和一次轴向地延伸。

在一个实施例中，切削刃可以是连接面(分离面)的外边缘。在另一个实施例中，可使用切削插入件，该插入件承载切削刃，尤其是HM插入件，其合适地附连到工具，尤其是附连到连接面(分离面)上。

在另一优选的实施例中，第一区域具有两个子区域，它们具有不同的几何设计，尤其是，它们沿周界互相间距开，例如，呈不同半径的形式。因此提高了机加工工具的灵活性，尤其是有可能响应于位于机加工工件啮合齿的两侧上的不同轮廓/干涉轮廓。在该情形中，设计上的差异也可在于过渡到具有较小径向范围的区域的布置。

在这一点上，尤其是可规定，形成在两个子区域之间的周界中间区域也具有位于与邻近子区域的过渡区的切削刃，和/或具有比所述子区域小的径向范围。中间区域因此可实施与第二周界区域相同的基本功能，但如果可能的话，也可在几何上具有不同的调整。

在另一优选的实施例中，具有至少一个径向方向分量的另一切削刃形成在介于第一和第二区域之间的过渡区域内，该切削刃的延伸方向基本上平行于盘状物(圆盘)平面延伸。切削刃因此设置在端面上，尤其是，该切削刃用于去除在产生啮合齿时生成的一次毛刺。

机加工工具要能够移入各种转动位置中，为此目的，机加工工具在中心盘状物(圆盘)区域处设计成具有允许围绕其盘状物(圆盘)轴线可转动的设定。

就锉削结构的功能来讲，机加工工具优选设计成在独立于转动方向的方式上是有效的。因此使用所述工具，例如独立于滚齿刀的导程方向能够执行平行的机加工。

此外，本发明还涉及啮合齿机加工组件，该组件包括倒角工具，该倒角工具被驱动，以围绕所述组件的倒角工具的轴线转动，倒角工具意在使啮合齿的端部边缘发生塑性变形，尤其是在滚动去毛刺的过程中，并还包括根据上述一个或多个方面形成的机加工工具。

在该情形中，尤其是倒角工具和机加工工具能够从相同侧定位，并优选具有平行的(尤其是同轴的)转动轴线，以便对啮合齿机加工。这能够形成紧凑的倒角和去毛刺工位。

为此目的，尤其是，提供以下两个驱动器：实现倒角工具和机加工工具的径向进给的第一共同驱动器，和/或实现倒角工具和机加工工具的轴向位移的第二共同驱动器。鉴于协同地使用这两个驱动器，这允许实现更加紧凑的倒角和去毛刺的工位，该工位制造起来也更加便宜。

还为较佳地是，倒角工具和机加工工具能够彼此独立地被驱动，从而能围绕其相应的轴转动，并具有对应分开的转动驱动器，尤其是，CNC控制的直接驱动器。

在这一点上，啮合齿机加工组件能够占据第一操作位置，在该第一操作位置中，倒角工具相对于径向进给方向、朝向待要加工的啮合齿、径向地突出超越切削工具，在第二操作位置中则反之，通过转动机加工工具，能够实现两个操作位置之间的过渡。当工具不使用时，这允许相应的工具有无碰撞的布置。

为了响应于任何微小的不均匀性，在一有利的实施例中，机加工工具相对于倒角工具被沿轴向弹性安装。

最后，本发明还涉及用于机加工啮合齿的机床，机床包括齿轮切削工具，尤其是滚齿刀，用来在工件上形成啮合齿，并还包括根据上述任何的方面的机加工工具，和/或包括根据上述方面的啮合齿加工组件。然而，替代滚齿，作为制造方法，也可采用使用剥齿的滚刀剥削(动力刮削)，或使用生成刀具的齿轮成形。

作为CNC控制的伺服马达，用于径向进给运动的共同驱动器也可施加倒角所需的接触压力。用于倒角工具的转动运动的驱动器与工件啮合齿的转动驱动器同步，以在滚动啮合中进行倒角操作。就控制而言，可规定，为了形成滚动啮合接触，不用力地旋入倒角工具；有关滚动啮合所需的倒角工具的转动倒角的信息，已经能够从有关工件啮合齿的转动倒角信息中予以确定，有关工件啮合齿的转动倒角的信息鉴于使用一次工具的生产而可得到，尤其是没有任何附加的对中操作(过渡到电子耦联)。

本发明还披露了本发明有利的诸方面，这些方面不一定关联到在齿末端边缘上对倒角的机加工，这些方面独立地值得保护。这涉及到用于二次毛刺去除的机加工工具的设计，其中，形成了具有较小径向范围的区域。本发明因此还披露了用来机加工啮合齿的端面的机加工工具，其独立地值得保护，机加工工具以盘状物(圆盘)的方式形成，具有第二周界区域，该第二周界区域具有不同于第一周界区域的第一径向延伸(量)的径向延伸范围，其中，第一周界区域具有位于形成锉削的至少一个平表面上的表面结构，尤其是具有如上所述的一个或多个设计特征。

本发明另外还附加地披露了啮合齿机加工组件，其独立地值得保护，该啮合齿机加工组件包括倒角工具，该倒角工具被驱动成，以绕所述组件的倒角工具的轴线转动，该倒角工具用来塑性变形啮合齿的端部边缘，尤其是在滚动去毛刺的过程中，而且还特别地包括用于去除二次毛刺的该类型的机加工工具，二次毛刺去除和在齿端边缘上倒角这两种操作，均是从相对于待要机加工的啮合齿的同一侧实施，所述组件尤其是具有一个或多个如上所述的设计，尤其是，共同的定位驱动器和单独的各转动驱动器。

在以下借助于附图给出的描述中，可以发现本发明进一步的细节、特征和优点，附图中：

图1是包括倒角工位和去毛刺工位的机床的示意图，

图2是加工工具的第一实施例的立体图，

图3是图2的加工工具中的工件啮合齿和其加工啮合的示意图，

图4是方法顺序的流程图，

图5是加工工具的另一实施例的示意图，以及

图6是加工工具的另一实施例的细节的示意图。

图1中只是示意地显示了机床100，机床100形成为包括滚齿刀90的滚齿机。所述滚齿刀布置在切向机架80上，切向机架80由垂直机架70承载，垂直机架安装成可相对于其(轴线A)转动。垂直机架70又由径向机架60承载，径向机架60可沿着机床床身50滑动，以改变工具轴线和夹紧在工作台40上方的待加工工件30的轴线之间的轴向间距。因此，三个线性定位轴线X、Y、Z和一个转动定位轴线A设置在一级工具(即，滚齿刀90)这侧上，这些轴线就像工具转动轴线B以及工件转动轴线C一样被驱动，驱动方式是受控制器99的CNC控制，通过对应的驱动器、例如直接驱动器进行驱动。图1中所示的定位机架仅是举例给出的，所需的定位轴线也可由结构不同的机架布置来实现。

倒角和去毛刺工位布置在与一次工具直径向相对的那侧上，该工位的工具20、10可借助于共同的驱动器、关于径向方向X、朝向工件30和远离工件30移动。此外，可用共同的驱动器来调整倒角和去毛刺工位的高度。倒角和去毛刺工位也可定位在围绕工件的不同的位点处，只要能够接近到工件就可。

图1顶端处所示的倒角工具20形成为典型的滚动去毛刺工具，其包括两个啮合齿，这两个啮合齿间隔开并且在一个端面上分别各与工件啮合齿呈滚动耦联啮合(在由径向驱动器施加的接触压力下)，在已知的方式下，借助于变形，在工件啮合齿的齿端边缘上产生倒角。

盘形的去毛刺工具10轴向地布置在倒角工具20的下方，相对于倒角工具20为弹性安装，该去毛刺工具安装成能够被驱动，从而围绕其转动轴线C7转动，在该实施例中，该转动轴线C7与倒角工具20的转动轴线C6同轴地延伸。也可想象转动轴线C7和C6不同地定位，例如，呈平行的布置。

图2更清楚地显示了去毛刺工具10的实施例。在该实施例中，去毛刺工具10在两侧上、在大约270°但不超过360°的周界区域上形成为锉削盘。相反，就在(中空)盘状主体6内的径向切口前，表面结构8形成为锉削端，在该实施例中，该切口延伸大约超过60°。主体6在切口后留下的该区域2内具有比其余区域1小的径向尺寸。区域1和2之间过渡处的表面12基本上沿轴向和径向地延伸，并由于切口而呈露出，该表面12包括两个斜向的径向第一外边缘13a、b，因为主体16的外围表面从平面形状过渡到锥形形状，该锥形形状介于具有锉削结构8的区域和区域1和2之间的过渡部分之间。在该情形中，第一边缘13a、b的斜度对应于工件啮合齿的齿末端边缘上的倒角的斜度。水平的第二边缘14a、b毗连第一边缘13a、b，该第二边缘来源于具有平盘表面的主体6的切口。

去毛刺工具10可相对于工件30定位在各种相对位置中，在该过程中可执行不同的功能，尤其是执行不同类型的对工件的机加工。

去毛刺工具10因此可移入一转动位置中，在该转动位置中，它的锉削结构8面对工件，且在径向定位之后，借助于轴向进给，其可借助于所述锉削结构而进入与其高度处的工件啮合齿的端面相啮合的第一机加工啮合。在该第一机加工啮合中，其中，去毛刺工具10可以静止(或也可慢慢地转动)，通过锉削，可非常有效地从工件啮合齿的端面去除二次毛刺。在该情形中，由于所述工具的径向尺寸比去毛刺工具10的径向尺寸小大约锉削的径向深度，所以不存在与倒角工具20碰撞的危险。

此外，去毛刺工具可进入转动位置中，在该转动位置中，表面12的径向矢量朝向工件，借助于轴向和径向定位，使得第一边缘13a、b中的一个边缘与位于齿末端边缘上的具有相同斜度的倒角的表面进行第二机加工啮合。在该第二机加工啮合中，可借助于车削，通过工件的转动，从齿末端边缘上的倒角中去除多余的材料。由于倒角工具20的缘故，例如在齿端边缘上形成倒角，该类型多余的材料可能已经形成在靠近齿末端的区域内。

在第二机加工啮合的转动位置中，此外，去毛刺工具10可移动到相对于第二机加工啮合高度而修改的高度，在该修改的高度处，第二边缘14a(b)搁置在与待要机加工的啮合齿的端面同样的高度处。在该位置中，当径向进给合适时，在第三机加工啮合中，例如，已经在啮合齿的生产过程中，借助于车削，一次工具可去除已经出现在(尾)端面上的一次毛刺。因此，通过所述结构主要用于去除二次毛刺，因而减小了锉削结构8上的应力。

此外，去毛刺工具10在另一转动位置中执行某一功能，这通过如下来实现：倒角工具20可在工件3的啮合齿的端部边缘上形成倒角，而工件30不与去毛刺工具10相撞。在该转动位置中，主体6的具有较小径向范围的区域2面向工件30，例如通过使区域2的广阔的中心朝向径向进给轴线转动。在如图所示的实施例中，如果区域2具有的径向范围比第一区域1中去毛刺工具10的径向范围小了大约锉削结构8的径向深度的两倍，则当倒角工具20处于与工件30的啮合齿进行机加工啮合时，工件30和去毛刺工具10之间存在足够的径向安全距离。

图3再次示出工件30，工件30包括啮合齿31和位于齿末端边缘上的倒角33，图3还显示去毛刺工具10的二次机加工啮合，其中，表面12的第一边缘13a使啮合齿31的齿末端面上的倒角33a免于多余材料。

图4中的方法流程图示出借助于机床100的啮合齿机加工，该机加工是本发明方法的可能的实施例。

在步骤S1中，将在齿末端边缘上设置有倒角33的工件30夹紧在工件心轴上。在步骤S2中，使用滚齿刀90借助于滚齿操作使啮合齿31基本上切削到完全的啮合齿深度。在右旋型的滚齿刀90的情形中，例如，工件的转动方向是逆时针方向(转动方向W1)。为了除去工艺过程中形成的一次毛刺，在该情形中，去毛刺工具10处于如上所述的与工件30的第三机加工啮合中。

在步骤S3中，使用倒角工具20通过倒角在工件啮合齿31的齿末端边缘上32产生倒角。为此目的，滚齿刀90缩回，将电子耦联传输到倒角工具(转动方向W1)。为了达到较高的机加工质量，可在转动方向反过来之后(转动方向W2)，再次重复机加工啮合。

在步骤S4中，在去毛刺工具的如上所述的第二机加工啮合中，例如，在下端面上对齿末端边缘上的倒角机加工，同时以与步骤S3结束时的转动方向相同的转动方向来转动工件30，在去毛刺工具10重新定位之后，在该端面上实施第二机加工啮合(步骤S5)，以便在另一端面上对齿末端边缘上的倒角机加工。在该情形中，可选择工件的转动速度，使转速尽可能高，甚至达到最大值。

在步骤S6中，例如，借助于上述的轴向馈给的去毛刺工具10的第一机加工啮合，去除下端面上的二次毛刺(锉削掉)。此外，滚齿刀90可在靠近下端面的二次切削中从齿腹同时除去多余的材料，该多余材料也已经在对齿末端边缘进行倒角的过程中形成。为此目的，转动方向改变(转动方向W1)，再次将电子耦联传输到滚齿刀。

在机加工工具已经相应地重新定位之后，在步骤S7中、在工件啮合齿31的另一端面上执行相同的机加工步骤S6。在锉削过程中，去毛刺工具慢速地转动大约对应于锉削结构8的周界区域的角度，以实现均匀的应力。

在步骤S8中，在工具已经撤回之后，现已经软加工的工件30从工件心轴移去，并传送到进一步的加工处理。

然而，工件30的上端面和下端面的加工顺序可同样很好地改变或者反过来。

图2进一步示出第一区域1和第二区域2之间的连接面12形成在第二区域2的两个周界端上，因此，上述的第二和第三机加工啮合可以合适的方式发生，而与工件30的转动方向无关。

图5示出去毛刺轮10’的另一实施例。所述轮不同于图2的去毛刺工具10，另一区域2’具有较小的径向范围，其直径向地与第二区域2相对。第一区域1因此在该部分中断，因此形成另两个过渡区域，它们具有对应的第一边缘13’a、b和第二边缘14’a、b。在各个情形中，区域2、2’的周界范围近似为50°。

该第二实施例的优点在于两个区域不同设计的选择项，一方面，两个区域具有锉削结构8’，和/或另一方面，两个区域具有相对于其几何设计的较小径向尺寸2、2’。在该情形中，区域2以适合于工件一端面(和其(干涉)轮廓)的第二和第三机加工啮合的方式进行设计，区域2’和其过渡区以适合于在另一端面(和其(干涉)轮廓)上进行工件机加工的方式进行设计，对于锉削区域8’、8”来说也是这个情形。例如，锉削区域8’适合于仅一个机加工侧面，而在工具的相对侧上，锉削区域8”可只用于工件的另一机加工侧面，例如，这是由于工件端面的不同形状缘故，诸如倾斜的端面和/或半径和/或底切。

此外，如需要，现分离开的锉削结构8的两个部分可以不同地形成，例如，形成为粗糙的锉削和精细的锉削。在图2所示的实施例中这也是可能的。

在图2和5所示的去毛刺工具10、10’的实施例中，切削边缘13a、b/14a、b是主体6的材料的直接边缘。相比之下，在图6中详细示出的实施例中，例如，通过螺纹连接的方式将HM插入件16附连到表面12，该插入件承载切削边缘13”a、b。因此，例如，也可对具有锉削结构8的工具主体6提供由多个该类型的HM插入件16、16’组成的套组，该套组可供选择地具有以不同几何形状延伸的切削边缘。

此外，尤其是，如果除去齿腹上的多余材料并不意图由一次工具30来实施的话，则倒角工具20还可包括光滑区域，如Bausch引用的文件的第309页上的图8.2-5所示，或如第310页上的图8.2-6所示。

此外，独立于齿末端面上的任何类型的倒角机加工，具有凹陷的锉削圆盘，即具有减小径向范围的区域，具有如下的优点：没有上述的第二机加工啮合情况下，该类的倒角工具20和去毛刺工具也可互相作用，尤其是在每一种情形中，在不操作的工具的共同进给驱动器以及无碰撞定位的方面来说。

本发明不局限于实施例中所阐述的设计特征。相反，以下权利要求书中以及以上描述中所阐述的特征对于本发明的实施是重要的，在本发明的各种实施例中，本发明的特征是单独地和组合地实施。