[发明专利]用于滚剃加工的方法和相应的具有滚剃刀具的设备

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及一种用于滚剃加工齿部或其它周期结构的方法和一种相应的具有滚剃刀具的设备。

背景技术

已有许多用于制造齿轮的方法。切削式软预加工分为滚削（英文为hobbing）、插齿加工（英文为gear shaping）、刨削（英文为generating planing）和滚剃加工（英文为power skiving）。滚削和滚剃加工是所谓的连续方法，这在下面还将详细说明。

齿轮的切削制造被分为单齿分度方法（亦称为断续分度方法，英文为intermitted indexing process或single indexing process）和连续方法，该连续方法有时也称为连续分度方法（英文为continuous indexing process或face hobbing）。

在连续方法中例如使用具有相应刀片的刀具来切削工件外周面。工件在一次装夹下被连续地、即在无间断的方法中切削完成。连续方法基于复杂、耦合的运动过程，在其中刀具和待加工工件彼此相对进行连续的分度运动。该分度运动由相应机床的多个轴驱动装置的协调或者说耦合的驱动产生。

在单齿分度方法中加工一个齿隙，然后进行例如刀具的相对运动和所谓的分度运动（分度旋转），在其中工件相对于刀具旋转，之后加工下一齿隙。如此逐步制出齿轮。

开始提到的插齿加工方法可通过圆柱齿轮传动来说明或显示，因为插齿刀具1的旋转轴线R1和工件2的旋转轴线R2之间的夹角（也称为轴夹角）为零度，如图1示意所示。当轴夹角为零度时，两个旋转轴线R1和R2平行延伸。工件2和插齿刀具1连续围绕其旋转轴线R2或R1旋转。插齿刀具1除了旋转运动外还附加地进行升降运动（该升降运动在图1中通过双向箭头Shx来表示）并且在该升降运动中从工件2上去除切屑。

一段时间以前重新采用一种方法，该方法被称为滚剃加工。其溯源约有100年历史。第一个关于该主题的申请号是DE243514的专利申请可追溯到1912年。在最初几年的思考和研究之后不再努力追求继续改良滚剃加工。到目前为止，为了找到适合用于滚剃加工方法的刀具几何形状，需要复杂的过程，该过程部分地来自于经验。

大约在20世纪80年代中期，重新使用滚剃加工。只有借助当今的仿真方法和现代的CNC机床控制才能将滚剃加工原理转用为高产、可重复和鲁棒的方法。另外还源于当今刀具材料的高耐磨性、现代机床的极高的静力学和运动学刚性以及同步运行的高品质。

现在在滚剃加工时，如图2所示，在滚剃刀具10（又称为滚剃轮）的旋转轴线R1和工件20的旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角Σ。滚剃刀具10和工件20之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量（转动分量）和进给分量（平移分量）。作为驱动技术模拟可观察展成螺旋式齿轮传动其中旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动对应于齿面的滑动。轴夹角Σ的数值越大，加工工件20所需的平移运动分量越大。平移运动分量引起滚剃刀具10的切削刃沿工件20齿面方向的运动分量。因此在滚剃加工时，利用螺旋齿轮等效传动的相互啮合的齿轮的啮合相对运动的滑动分量来实施切削运动。在滚剃加工时仅需要缓慢的轴向进给（也称为轴向进刀）并且因此省略所谓的插齿运动，该插齿运动对于插齿而言是典型的。因此在滚剃加工时不出现回程运动。

滚剃加工时的切削速度直接受到滚剃刀具10或工件20的转速和所使用的旋转轴线R1和R2的轴夹角Σ的影响。因此轴夹角Σ以及进而滑动分量应这样选择，即在转速给定的情况下为材料加工实现最佳的切削速度。

已知滚剃加工方法的运动过程和其它细节可由已经提到的示意性显示的图2获知。图2示出在圆柱形工件20上滚剃加工外齿部。工件20和刀具10（在此为圆柱形滚剃刀具10）沿相反方向旋转。

还存在其它的相对运动。为了能够用刀具10加工工件20的整个齿宽，需要轴向进给S_ax。当希望在工件20上加工斜齿时（即β₂≠0），则在轴向进给S_ax上叠加差动进给S_D。径向进给S_rad可作为进刀运动实施。径向进给S_rad也可用来例如影响工件20的齿凸度。