[發明專利]用于刮齒加工外齒部的方法以及具有相應的刮齒刀具的設備

有效

• 申請號: 201280031814.0
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN103635280A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: O·福格爾
• 申請（專利權）人: 克林格倫貝格股份公司
• 主分類號: B23F5/16
• 分類號: B23F5/16;B23F21/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 閆娜

技術領域

本發明的主題是一種用于刮齒加工外齒部或其它外置的周期結構的方法以及一種具有相應的刮齒刀具的設備。

背景技術

已有許多用于制造齒輪的方法。切削式軟預加工分為滾齒加工（英文為hobbing）、插齒加工（英文為gear?shaping）、刨齒加工（英文為generating?planing）和刮齒加工（英文為power?skiving）。滾齒加工和刮齒加工是所謂的連續方法，這在下面還將詳細說明。

齒輪的切削制造被分為單齒分度方法（亦稱為斷續分度方法，英文為intermitted?indexing?process或single?indexing?process）和連續方法，該連續方法有時也稱為連續分度方法（英文為continuous?indexing?process或face?hobbing）。

在連續方法中例如使用具有相應刀片的刀具來切削工件側面。工件在一次裝夾下被連續地、即在無間斷的方法中切削完成。連續方法基于復雜、耦合的運動過程，在其中刀具和待加工工件彼此相對進行連續的分度運動。該分度運動由相應機床的多個軸驅動裝置的協調或者說耦合的驅動產生。

在單齒分度方法中加工一個齒槽，然后進行例如刀具的相對運動和所謂的分度運動（分度旋轉），在其中工件相對于刀具旋轉，之后加工下一齒槽。如此逐步制出齒輪。

開始提到的插齒加工方法可通過圓柱齒輪傳動來說明或顯示，因為插齒刀具1的旋轉軸線R1和工件2的旋轉軸線R2之間的夾角（也稱為軸夾角）為零度，如圖1示意所示。當軸夾角為零度時，兩個旋轉軸線R1和R2平行延伸。工件2和插齒刀具1連續圍繞其旋轉軸線R2或R1旋轉。插齒刀具1除了旋轉運動外還進行升降運動（該升降運動在圖1中通過雙向箭頭S_hx來表示）并且在該升降運動中從工件2上去除切屑。

一段時間以前重新采用一種方法，該方法被稱為刮齒加工。其溯源約有100年歷史。第一個關于該主題的申請號是DE243514的專利申請可追溯到1912年。在最初幾年的思考和研究之后不再努力追求繼續改良刮齒加工。到目前為止，為了找到適合用于刮齒加工方法的刀具幾何形狀，需要復雜的過程，該過程部分地來自于經驗。

大約在20世紀80年代中期，重新使用刮齒加工。只有借助當今的仿真方法和現代的CNC機床控制才能將刮齒加工原理轉用為高產、可重復和魯棒的方法。另外還源于當今刀具材料的高耐磨性、現代機床的極高的靜力學和運動學剛性以及同步運行的高品質。

現在在刮齒加工時，如圖2A所示，在刮齒刀具10（又稱為刮齒輪）的旋轉軸線R1和工件20的旋轉軸線R2之間預設不等于零的軸夾角Σ。刮齒刀具10和工件20之間所產生的相對運動是螺旋運動，該螺旋運動可分解為旋轉分量（轉動分量）和進給分量（平移分量）。可將展成螺旋式齒輪傳動作為驅動技術模擬，其中旋轉分量對應于齒面的滾動，進給運動對應于齒面的滑動。軸夾角Σ的數值越大，加工工件20所需的平移運動分量越大。平移運動分量引起刮齒刀具10的切削刃沿工件20齒面方向的運動分量。因此在刮齒加工時，利用螺旋齒輪等效傳動的相互嚙合的齒輪的嚙合相對運動的滑動分量來實施切削運動。在刮齒加工時僅需要平行于工件20的旋轉軸線R2緩慢地軸向進給S_ax（也稱為軸向進刀）并且因此省略所謂的對于插齒加工而言典型的插齒運動。因此在刮齒加工時不出現回程運動。

刮齒加工時的切削速度直接受到刮齒刀具10或工件20的轉速和所使用的旋轉軸線R1和R2的軸夾角Σ的影響。因此軸夾角Σ以及進而滑動分量應選擇為使得在轉速給定的情況下為材料加工實現最佳的切削速度。

已知的刮齒加工方法的運動過程和其它細節可由已經提到的示意性顯示的圖2A獲知。圖2A示出在圓柱形工件20上刮齒加工外齒部。工件20和刀具10（在此為圓柱形刮齒刀具10）沿相反方向旋轉，如在圖2A中例如借助于角速度ω₁和ω₂可見。