[发明专利]半完成切削的方法以及执行该方法的相应切削刀具的装置

说明书

技术领域

本发明的目的涉及一种用于半完成切削齿轮或其他周期性结构的方法以及一种具有用于执行半完成切削的方法的相应切削刀具的装置。

技术背景

有许多方法用于制造齿轮。在初始软加工中，区分有滚削、齿轮成形、生成布置和动能刮削（skiving）。而滚削和刮削是所谓的连续方法，以下会对它们作详细解释。

在切削齿轮中，间歇分度（indexing）方法或单一分度方法有别于连续方法，有时候连续方法也被称为连续分度方法或面滚削。

在连续方法中，例如具有相应的切削刀的刀具（tool），其用于切削工件的侧面。工件在夹盘上连续地完成切削，即为不间断的方法。连续方法是基于复杂和联结运动的顺序，其中刀具和待加工的工件相对彼此执行连续分度移动。相应的机器的多个驱动轴的协调或联结驱动分别导致所述分度移动。

在单一分度方法中，首先加工一个齿隙，然后发生例如刀具相对运动和所谓的分度运动（分度旋转），在此期间，加工下一个齿隙之前，工件相对于刀具旋转。因此，一步一步地制造齿轮。

由于成形刀具1的旋转轴R1和工件2的旋转轴R2之间的夹角（也称为轴夹角）为零度（如图1中示意性地示出），因此在开头提到的齿轮成形方法可以由圆柱形齿轮描述或表示。如果轴夹角是零度，则两个旋转轴R1和R2平行地延伸。工件2和成形刀具1分别围绕它们的旋转轴线R2或R1连续旋转。成形刀具1进行冲程运动，亦同时进行旋转运动（如图1中的双箭头S_hx所表示），并在冲程运动期间从工件2去除切碎屑。

在之前一段时间，称为刮削的方法再次被重新提出。这基础已有大约100年的历史。关于这一主题可以追溯到1912年的第一个专利申请，其申请号为DE243514。几年最初的深思和研究后，没有对刮削认真地作进一步研究。基于这一点（部分是根据经验），复杂的加工需要寻找合适用于刮削方法的刀具的几何形状。

刮削大约在80年代中期再次被提出。刮削的原理可以首先应用于使用当前模拟方法的生产性、可重复和稳健的方法中，以及应用于机器的现代CNC控制器中。此外，当前的刀具材料的高耐磨性、极高的静态和动态刚度和现代机器的高素质同步运行是很重要的。

如图2A中所示，在刮削刀具10（也称为刮削轮）的旋转轴R1和工件20的旋转轴R2之间预定义了轴夹角Σ，该轴夹角Σ不等于零度。刮削刀具10和工件20所得的相对运动是螺旋形的运动，该螺旋形的运动可以被分解成转动分量（旋转分量）和前进分量（平移分量）。滚动螺旋形齿轮可以作为驱动技术中类似的部件，转动分量与滚动对应，而前进分量与侧面的滑动对应。轴夹角Σ的绝对值越大，则需要增加越多的平移分量来加工工件20。这是因为它会在工件20的齿侧面的方向上产生刮削刀具10的刀片的运动分量。在刮削中，等效的螺旋齿轮的啮合齿轮的啮合相对运动的滑动分量用于执行切削运动。在刮削中，只需要与工件20的旋转轴R2平行缓慢地轴向进刀S_ax（也称为轴向进刀），因此，可以省略所谓的成形运动（该成形运动典型用于齿轮成形）。此外，因此在刮削中没有冲程返回运动发生。

刮削刀具10或工件20的速度以及旋转轴R1和R2之间的轴夹角Σ直接影响在刮削中的切削速度。因此，要对轴夹角Σ和滑动分量进行选择，以使得在给定的速度中达到最佳的切削速度来加工材料。

可以由上述图2A示意性所示推断出运动的顺序和先前已知的刮削方法的细节。图2A示出了刮削在圆柱形工件20上的齿轮的外齿。工件20和刀具10（在此为圆柱形刮削刀具10）以相反方向旋转，例如基于如图2A所示的角度速度ω₁和ω₂。

此外，还有另一相对运动。上述的轴向进刀S_ax需要为能够利用刀具10加工工件20的齿轮的整个齿隙宽度。轴向进刀造成刀具10相对于沿着工件20的旋转轴R2平行的方向的涉及工件20的移动。刀具10的这种运动的方向在图2A中由附图标记S_ax表示。如果在工件20上需要螺旋齿轮齿（即，β₂≠0），则轴向进刀与差动进刀S_D交叠，如在图2A所示，差动进刀S_D对应于工件20围绕其旋转轴R2的附加旋转。差动进刀S_D和轴向进刀S_ax在设计的点处为彼此配合，从而在产生齿隙的方向上相对于工件20发生刀具10所得到的进刀。此外，可以利用径向进刀S_rad来影响例如工件20的轮齿的凸面加工。