專利名稱：以簡化時分的分度法加工齒輪的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以一分度法加工齒輪的裝置以及齒輪分度加工的方法。
背景技術(shù)：
目前有各種各樣裝置諸如齒輪銑床或齒輪磨床，其特別為齒輪的加工而構(gòu)成。正如這些機床的名稱所示意的那樣，第一類機床以銑刀工作，而第二類機床以磨削工具工作。

發(fā)明內(nèi)容
人們基本上把以一分度法操作的機床和連續(xù)操作的機床區(qū)別開來。在分度法中，先加工一齒隙，然后進行一相對位移的運動以使從工具從齒隙中抽出，而什么稱之為一分度運動(分度旋轉(zhuǎn))，其中在隨后加工下一齒隙之前齒輪相對于工具旋轉(zhuǎn)。這樣，逐步地制造出齒輪。如圖1所示，一以分度法工作的齒輪加工機床10通常設(shè)有一種分度裝置，該裝置在工具13脫離的那一刻，使帶有齒16的工件15繞工件軸線12旋轉(zhuǎn)經(jīng)過一個或多個齒距。為了確保工具13(在本發(fā)明中，圖1中所示為一磨輪)脫離，進行一相對運動，將工具13平行于工具軸線14(即平行于x-軸)的齒隙中退出。如果齒16的深度為H，則工具13必須移動一距離HA，以確保工具13和其中一齒15在進行分度旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生碰撞。
在該類型的機床10中，單個的運動順序在機械上可以彼此協(xié)調(diào)，并且采用傳動裝置通過使用蝸輪和其它裝置將電機轉(zhuǎn)數(shù)傳遞到待加工工件15和工具13。
在較現(xiàn)代化的機床中，使用計算機數(shù)控(CNC)，而不是分度裝置，所構(gòu)成的計算機數(shù)控使所有分度移動能夠在適當(dāng)時候進行。現(xiàn)代的CNC機床通常使用稱之直接驅(qū)動裝置。
連續(xù)控制方法，有時也指的是連續(xù)分度法，其基于工具和待加工工件彼此相對地作一連續(xù)分度移動的較復(fù)雜的運動順序。分度移動由許多軸驅(qū)動裝置的協(xié)調(diào)驅(qū)動產(chǎn)生。
分度法的缺點在于比連續(xù)法慢。現(xiàn)今，在大批量的工業(yè)制造中，特別重要的是，進行分度移動所需要的時間。在n＝20齒的齒輪的制造中，必須單獨加工n＝20的齒隙，以及要求n-1＝19次的分度移動。如果每一分度移動需時1秒，則該分度過程則只需約19秒。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種使分度法得以加速的方法。
依照本發(fā)明，權(quán)利要求1所述的裝置以及權(quán)利要求11所述的方法可實現(xiàn)該目的。
依照本發(fā)明，其目的是這樣實現(xiàn)的采用一裝置，該裝置配備一接納齒輪的工件轉(zhuǎn)軸、一接納工具的工具轉(zhuǎn)軸以及在一分度過程中加工齒輪的多個驅(qū)動裝置。在該分度過程中，先加工齒輪中的一齒隙，然后使工具相對于齒輪移動以使工具從齒隙中移開，接著齒輪作分度旋轉(zhuǎn)并且使工具送進加工下一齒隙。依照本發(fā)明，驅(qū)動裝置中的一個經(jīng)一控制裝置以這樣一種方式啟動，即相對運動包括一傾斜運動，通過傾斜運動達到工具與齒輪之間的角度的相對變化，而傾斜運動與分度旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)一致。
依照本發(fā)明，齒輪的加工目的是這樣實現(xiàn)的使用一特定驅(qū)動裝置，該裝置包括一接納齒輪的工件轉(zhuǎn)軸、一接納工具的工具轉(zhuǎn)軸以及使用工具加工齒輪的多個驅(qū)動裝置。該裝置進行以下步驟-使用工具作加工動作加工齒輪中的一齒隙；-使工具與加工件之間進行一相對運動以使工具從齒隙中移開；-作一分度旋轉(zhuǎn)以將齒輪轉(zhuǎn)移到一不同的角度位置上；-使用工具作重復(fù)加工動作加工齒輪中的下一齒隙。
依照本發(fā)明，在這種情況下，相對運動包括一傾斜運動，其改變工具與齒輪之間的相對角度。
從屬的權(quán)利要求中作出可推導(dǎo)出另一些有利的實施例。


以下，將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作更詳細(xì)敘述圖1是部分常規(guī)裝置的示意圖；圖2A是本發(fā)明的部分裝置在第一位置上的示意圖；圖2B是本發(fā)明的部分裝置在第二位置上的示意圖；圖3是本發(fā)明的裝置的立體圖；
圖4是本發(fā)明的裝置的方框圖；以及圖5是本發(fā)明的另一部分裝置的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明說明書所使用的概念同樣也在相關(guān)出版物和專利中使用。然而，應(yīng)當(dāng)注意，這些概念的應(yīng)用僅僅是為了增進理解。具體術(shù)語的選定并不是用來限制發(fā)明構(gòu)思的描述和權(quán)利要求的保護范圍。本發(fā)明可容易地轉(zhuǎn)移到其它概念上的系統(tǒng)和/或?qū)I(yè)領(lǐng)域。在其它的專業(yè)領(lǐng)域中，這些概念將得到類似地應(yīng)用。
在圖2A和2B中所示為本發(fā)明的一第一裝置20。以下，將結(jié)合這些附圖對本發(fā)明的原理進行敘述，其中這些附圖經(jīng)仔細(xì)設(shè)計，為的是容易與圖1所示的常規(guī)方法做比較。所示的裝置20用作所謂的切入式磨削法。裝置20包括一接納齒輪25的工件轉(zhuǎn)軸21。還設(shè)有一接納工具23的工具轉(zhuǎn)軸(圖中未能示出)。工具轉(zhuǎn)軸限定繞軸線24(A1-軸)繞工具23所說的軸線旋轉(zhuǎn)。又設(shè)有多個以分度法加工齒輪的驅(qū)動裝置。這些驅(qū)動裝置在圖2A和2B中未示。
依照本發(fā)明，在一切入運動之后加工齒輪25中的一齒隙。如圖2B所示為這種狀態(tài)，稱為加工狀態(tài)。然后，在工具23與工件25之間發(fā)生一相對運動以使工具23從齒隙中移開。依照本發(fā)明，相對運動是一傾斜運動，或是一由一平移運動和一傾斜運動構(gòu)成的組合運動。由于相對運動，可實現(xiàn)工具23與齒輪25之間角度的一相對改變。在圖2A中，沿y-軸平行延伸的工具平面28和工具轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線22之間的角a2大于圖2B中的角a1。角度的改變用Δ表示，則a2＝a1+Δ。角度的相對變化相對于一樞軸點27(繞C-軸線旋轉(zhuǎn))。由于角度的這種變化，在加工工具平面28和工件軸21的轉(zhuǎn)動軸線22之間的一齒隙期間而設(shè)定的角a1的度數(shù)會增加。如圖2A所示，由于角度Δ的變化，結(jié)果是工具23相對于工件25的齒26作有效的直線位移HAeff。在圖2A中，角度變化之前齒26的位置由一虛線表示，并以26’表示在該位置的齒。
依照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)工具13從一齒隙中移開時，之前的機床中沒有一臺會出現(xiàn)角度變化。從軸排列的角度來看，常規(guī)的機床不會作這一運動。在圖1所示的常規(guī)機床10的情況下，工具13必須進行一平移的抽出運動相應(yīng)于齒高H加上一安全值，以從齒中完全抽出。在常規(guī)機床10的情況下，只有以這種方式才有可能確保齒16的齒面和工具13在隨后繞軸線12的分度旋轉(zhuǎn)期間不發(fā)生碰撞。
依照本發(fā)明，在齒輪25繞軸線22作分度旋轉(zhuǎn)之前會突然出1角度變化Δ，并且再次送進工具13。重要的是使相應(yīng)的傾斜運動與分度旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)一致。在機床20包括一機械傳動裝置的情況下，可以使用機械式聯(lián)軸器進行這種運動的協(xié)調(diào)。在機床20配備一CNC控制的情況下，則以“電子”耦合，也就是由單個運動順序的適當(dāng)?shù)南嗷ヅ浜蟻眈詈稀?br> 以延時但部分同時與傾斜運動進行分度旋轉(zhuǎn)是非常重要的。至少部分同時進行兩種運動可節(jié)省許多時間。
如果機床20具有一CNC控制，則以“電子”耦合，也就是由單個運動順序的適當(dāng)?shù)南嗷ヅ浜蟻眈詈稀？梢杂煽刂破鞅旧?例如，圖4中的控制器40)或由一特定的軟件模塊(例如，圖4中的軟件模塊42)進行電子耦合。
依照本發(fā)明，要求較高的加速度以便能夠在分度旋轉(zhuǎn)開始之前只花費很少時間盡快進行傾斜運動。因此，特別優(yōu)選具有CNC控制器和直接驅(qū)動裝置的機床20，因為直接驅(qū)動裝置可以將從CNC控制器的一控制指令中突然地轉(zhuǎn)變成要求的傾斜運動。
依照本發(fā)明的一控制裝置可以以這樣的方式編程，即目前使用中的齒輪25和工具23在進行分度旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生碰撞。當(dāng)對控制器編程時應(yīng)考慮到有關(guān)齒輪25和工具23尺寸的數(shù)據(jù)。
在一較佳的實施例中，CNC控制器包括一軟件模塊(例如，圖4中的軟件模塊42)，其與一待加工的齒輪25和工具23的裝置20一起，進行一所謂的碰撞計算以防止齒輪26和工具23之間的碰撞。為進行碰撞計算，軟件模塊最好接管在與加工齒輪25一起的裝置20中已限定的數(shù)據(jù)。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮到運動順序是否有碰撞的風(fēng)險，然后建立三維結(jié)構(gòu)。
如果碰撞計算顯示一碰撞可能會發(fā)生，則要修改運動順序。例如，可以以較陡坡度完成依照本發(fā)明進行的傾斜運動。或者可以稍遲才開始分度旋轉(zhuǎn)。
可以以這樣的方式為本發(fā)明的一CNC控制器編程，即齒輪的分度旋轉(zhuǎn)和相對于工具23的齒輪25的運動(傾斜運動或是結(jié)合的平移運動和傾斜運動)以一協(xié)調(diào)的方式進行。這就是說，在時間上運動順序彼此配合。因此，例如，一旦開始傾斜運動，分度旋轉(zhuǎn)則在延遲Δt時間才開始。
圖3所示為本發(fā)明的一較佳的實施例。圖中所示為一種新型的、具有一接納齒輪的工件轉(zhuǎn)軸22和一接納工具的工具轉(zhuǎn)軸29的裝置20。裝置20包括多個在一分度過程中加工齒輪的驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置隱蔽在裝置20的內(nèi)層后面。裝置20還包括一帶有切屑收集區(qū)31的機床30。本發(fā)明設(shè)有一設(shè)置在架臺33上、以X-Y平面延伸的刀架32，其可以沿與Y-軸線平行的水平延伸導(dǎo)軌34平移。刀架32裝有工具轉(zhuǎn)軸29并可在X和Z方向上平移。
圖3中所示的這種安排與常規(guī)的機床不同。應(yīng)強調(diào)的一基本不同點是，工具轉(zhuǎn)軸21可繞C-軸線旋轉(zhuǎn)。不同于常規(guī)的機床，工件可相對于工具作傾斜運動，以使有足夠空間的工件和工具相互分開。如圖2A和2B共同所述，繞B-軸線的工具只要這種空間分離一達到，就逐漸加快旋轉(zhuǎn)。在圖3所示的實施例中，至少C-軸線由一CNC控制器控制的直接驅(qū)動裝置來驅(qū)動。該直接驅(qū)動裝置使加工件即刻旋轉(zhuǎn)。
依照本發(fā)明，在所示裝置20上加工與工件轉(zhuǎn)軸21固定的一齒輪中的齒隙。然后，在工具和加工件之間作一相對運動以使工具從齒隙中移出。為此，其中一驅(qū)動裝置由CNC控制器以這樣的方式啟動，即相對運動包括一繞C-軸線的傾斜運動，其改變工具和齒輪之間的相對角度。然后，齒輪一繞B-軸線作分度旋轉(zhuǎn)，再送進工具加工下一齒隙。由CNC控制器使所述的傾斜運動與分度旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)一致以防止碰撞。
圖4所示為本發(fā)明裝置20的相應(yīng)的方框圖。裝置20具有六個圖4中所示作為操縱部件的驅(qū)動裝置X，Y，Z，B，C和A1。每一驅(qū)動裝置由CNC控制器40啟動。在所示實施例中，CNC控制器40與驅(qū)動裝置之間的連接以雙向箭頭表示，以能夠指出驅(qū)動裝置可向控制器40提供反饋。例如，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置B，C，A1可提供關(guān)于轉(zhuǎn)矩的反饋，或者角度編碼器用來向控制裝置40發(fā)送角度位置。又如，驅(qū)動裝置X，Y，Z可經(jīng)位移或位置發(fā)送器向控制裝置發(fā)回信息。在所示實施例中，控制裝置40與一軟件模塊41連接。例如，該軟件模塊41可進入一數(shù)據(jù)存儲器。有關(guān)待加工件構(gòu)成(形狀、材料等)的儲存信息可從該數(shù)據(jù)存儲器中提取。關(guān)于所用工具的信息也可存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。在這種情況下，控制裝置40和軟件模塊41之間的一雙向箭頭表示控制裝置40能夠?qū)⑿畔l(fā)回到軟件模塊41。
依照本發(fā)明，所提供的一軟件模塊42可以與一待加工的齒輪25和工具23的裝置20一起，進行一所謂的碰撞計算以防止一齒輪26和工具23之間的碰撞。為進行碰撞計算，如箭頭44所指，軟件模塊42最好接管來自軟件模塊41的已限定的數(shù)據(jù)。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮到運動順序是否有碰撞的風(fēng)險，然后，軟件模塊42建立三維結(jié)構(gòu)。如果存在碰撞的風(fēng)險，控制裝置40的軟件模塊42則可限定啟動驅(qū)動器C(傾斜運動)和驅(qū)動器B(分度旋轉(zhuǎn))的其它參數(shù)。
應(yīng)該注意到，圖4所示僅僅是表示一特定的實施例的方框圖。仍然有其它方法使本發(fā)明的原理結(jié)合在一CNC控制器中，或以軟件模塊擴展控制裝置。
操縱部件41和42可與應(yīng)用軟件的范圍有關(guān)，該軟件通常安裝及運轉(zhuǎn)在一經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接與控制裝置40連接的(外部)計算器上。控制裝置40通常在一裝置20中實施。
本發(fā)明提供一種使用一裝置加工齒輪的方法，該裝置包括一接納齒輪的工件轉(zhuǎn)軸21、一接納工具的工具轉(zhuǎn)軸29以及使用工具加工齒輪的多個驅(qū)動裝置。該方法包括以下步驟-使用工具作加工動作加工齒輪中的一齒隙；-使工具與加工件之間進行一相對運動以使工具從齒隙中移開；-作一分度旋轉(zhuǎn)以將齒輪轉(zhuǎn)移到一不同的角度位置上；-使用工具作重復(fù)的加工動作加工齒輪中的下一齒隙。
在圖5中所示的本發(fā)明的裝置的一較佳的實施例中，旋轉(zhuǎn)軸線C位于加工件25的節(jié)圓錐的節(jié)圓錐的頂點K1上，或者在接近該點K1。這使相對于點K1的大多數(shù)的傾斜運動能夠朝向X-軸的方向，籍此使工具23從加工件25的齒隙中移出。如果旋轉(zhuǎn)軸線C位于點K2上，如圖5所示，工具23則將相對于點K2作一傾斜運動。一旦相對于點K2作傾斜運動，朝向X-方向的傾斜運動的構(gòu)件則比前述的情況的小，其中旋轉(zhuǎn)軸線C位于或接近點K1。如圖5所示，適當(dāng)?shù)剡x擇旋轉(zhuǎn)軸線C的位置為相同的傾斜角度在X-方向提供大的傾斜運動，而在Y-方向提供小的傾斜運動。
本發(fā)明還可以與包括機械驅(qū)動裝置的裝置20一起使用，雖然可節(jié)省較小時間，但僅一機械驅(qū)動裝置允許較低的加速度。本發(fā)明在一包括機械驅(qū)動裝置的裝置應(yīng)用的缺點在于，如果軸加速過快，則會產(chǎn)生磨損。
如上所述，本發(fā)明不僅可以用于切入式磨削研磨法，而且可用于銑削或搪磨。
本發(fā)明特別適合于以油浸法加工錐齒輪系統(tǒng)或正齒輪聯(lián)軸器。
權(quán)利要求
1.一種裝置(20)，所述的裝置包括一接納齒輪(25)的工件轉(zhuǎn)軸(21)、一接納工具(23)的工具轉(zhuǎn)軸(29)以及以一分度法加工齒輪(25)的多個驅(qū)動裝置(X，Y，Z，B，C和A1)，其中先加工齒輪(25)中的一齒隙，然后使工具(23)與齒輪(25)之間作一相對運動以使工具(23)從齒隙中移開，齒輪(25)作一分度旋轉(zhuǎn)而使工具(23)送進以加工下一齒隙，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置中的一個(C)可經(jīng)一控制裝置(40)以這樣一種方式啟動，即相對運動包括一傾斜運動，通過傾斜運動達到工具(23)與齒輪(25)之間的角度的相對變化，而傾斜運動與分度旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)一致。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置(20)，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置(C)中的至少一個是一跳躍性進行傾斜運動的直接驅(qū)動裝置。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的裝置(20)，其特征在于，所述的一或多個驅(qū)動裝置(X，Y)可經(jīng)一控制裝置(40)啟動，以致于除傾斜運動之外，可通過工具(23)與齒輪(25)之間的距離的相對變化作相對平移運動。
4.如權(quán)利要求1，2或3中任何一項所述的裝置(20)，其特征在于，所述的控制裝置(40)構(gòu)成為延時但部分同時地以相對運動進行分度旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的裝置(20)，其特征在于，使所述的控制裝置(40)以這樣一種方式編程，即在進行分度旋轉(zhuǎn)時，使正在使用中的齒輪(25)和工具(23)不發(fā)生碰撞。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置(20)，其特征在于，所述的控制裝置(40)包括一軟件模塊(42)或可與軟件模塊(42)連接，所述軟件模塊(42)可與一待加工的齒輪(25)和工具(23)的裝置(20)一起，進行一碰撞計算以防止碰撞。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的裝置(20)，其特征在于，所述的控制裝置(40)這樣編程，以使齒輪(25)的分度旋轉(zhuǎn)與齒輪(25)和工具(23)之間的相對運動協(xié)調(diào)。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項所述的裝置(20)，其特征在于，所述的控制裝置(40)這樣編程，以致于在加工齒輪(25)的情況下，進行一加工動作，其中多個驅(qū)動裝置(X，Y，Z，B，C和A1)中的至少兩個驅(qū)動裝置進行協(xié)調(diào)運動。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的裝置(20)，其特征在于，所述的裝置最好是一具有六個驅(qū)動裝置的齒輪銑床或齒輪磨床。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置(20)，其特征在于，所述的機床的旋轉(zhuǎn)軸線(C)位于待加工的齒輪(25)的一節(jié)圓錐頂范圍內(nèi)點(K1)上，以相對于該旋轉(zhuǎn)軸線(C)進行傾斜運動。
11.一種以一裝置(20)加工一齒輪(25)的方法，其中所述的裝置(20)包括一接納齒輪(25)的工件轉(zhuǎn)軸(21)、一接納工具(23)的工具轉(zhuǎn)軸(29)以及使用工具(23)加工齒輪(25)的多個驅(qū)動裝置(X，Y，Z，B，C和A1)，所述的方法包括以下步驟--使用工具作加工動作加工齒輪中的一齒隙；-使工具與加工件之間進行一相對運動以使工具從齒隙中移開；-作一分度旋轉(zhuǎn)以將齒輪轉(zhuǎn)移到一不同的角度位置上；-使用工具作重復(fù)的加工動作加工齒輪中的下一齒隙。。其特征在于，所述的相對運動是一傾斜運動，所述傾斜運動通過工具(23)與齒輪(25)之間實現(xiàn)一角度的相對變化。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，除傾斜運動之外，還進行一小的相對平移運動，該運動使工具(23)與齒輪(25)之間的相對距離改變。
13.如權(quán)利要求11或12中任何一項所述的方法，其特征在于，以延時但部分同時地以相對運動進行分度旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求11至13中任何一項所述的方法，其特征在于，所述的裝置或一計算器執(zhí)行一軟件模塊(42)，以便能夠與一待加工的齒輪(25)和工具(23)的裝置(20)一起，進行一碰撞計算以在進行分度旋轉(zhuǎn)時防止工具(23)和齒輪(25)發(fā)生碰撞。
15.如權(quán)利要求11至14中任何一項所述的方法，其特征在于，相對于一位于待加工的齒輪(25)的一節(jié)圓錐頂范圍內(nèi)點(K1)上提供的旋轉(zhuǎn)軸線(C)進行傾斜運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(20)，其包括一接納齒輪(25)的工件轉(zhuǎn)軸(21)、一接納工具的工具轉(zhuǎn)軸(29)以及以一分度法加工齒輪的多個驅(qū)動裝置(X，Y，Z，B，C和A1)。依照本發(fā)明，先加工齒輪中的一齒隙，然后使工具相對于齒輪移置以使工具從齒隙中移開。因而，該齒輪作一分度旋轉(zhuǎn)而使工具送進齒輪以便再加工另一齒隙。驅(qū)動裝置中一個(C)可以以這樣一種方式控制，即相對位移包括一傾斜運動，其改變工具與齒輪之間相對的角度，而傾斜運動與分度運動協(xié)調(diào)一致。
文檔編號B23F9/12GK101076423SQ200480044432
公開日2007年11月21日 申請日期2004年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月25日
發(fā)明者J·古泊, R·杜特斯切克, R·基爾施 申請人:科林基恩伯格股份有限公司