CN105921825A - 用于齿轮加工机床的加工头和用于齿接工件，特别是蜗轴或齿条的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于齿轮加工机床，特别是用于滚铣或滚刀磨床，的加工头，用来齿接工件，特别是蜗轴或齿条，其中加工头包括一个在另一个旁边布置的至少两个工具主轴。

Description

用于齿轮加工机床的加工头和用于齿接工件，特别是蜗轴或齿条的方法

技术领域

本发明涉及用于齿轮加工机床，特别是用于滚铣或滚刀磨床，的加工头，用来齿接工件，特别是蜗轴或齿条。

背景技术

齿条是垂直安装的具齿技术装置而且多用在齿条-小齿轮式驱动内。

蜗轮单元是由一对蜗杆(蜗轴)和啮合在其中的螺旋具齿蜗轮组成的螺旋滚碾齿轮单元。在大部分应用中，蜗轴和蜗轮的轴线彼此成直角。这些齿轮单元用在要求高减速比和/或自锁功能的地方。齿轮单元的驱动通常通过蜗杆实现。

由于螺旋滚碾齿轮单元中的功能相关的相对运动，在所有蜗杆和蜗轮侧腹之间上方产生滑动，以致涡轮单元在高减速比下同时具有低效率。为了使齿轮单元中的摩擦力尽可能的小，对制作精确度和齿腹的表面质量有较高要求。

一般地，蜗杆是螺旋齿轮的特殊形式。螺旋齿接的角度足够大以致于一个或几个齿螺旋缠绕到机轴轴线中。蜗轮优选被制作在齿轮加工机床上，对于它们的制作，在工具(滚刀)和工件(蜗轮)之间需要滚动耦合。除了某些校正变量，使用的滚刀必须与齿轮单元的蜗杆(蜗轴)的形状相同。蜗轮往往由塑料、黄铜或青铜合金制备。

同样地，当特定的边缘条件被给定时，能够在滚齿机上制作相关联的蜗杆(蜗轴)或在滚刀磨床上加工相关联的蜗杆(蜗轴)。由于蜗轮往往由硬化钢制备，热处理之后其仍经常被磨。进一步地，然而，还有可能在万能铣床上用分划装置或在相应升级车床上制作蜗杆。进一步的方法包括滚刀剥落或蜗杆旋转，其中这些方法的劣势显现在特别适应于将被制作的工件的昂贵的专用工具。根据所需精度，尺寸，齿数，模数和腹面形状以及将被制作的蜗杆数量，选择相应的方法和相应的机器。

当根据图1和图2所示的现有技术将蜗杆制作在滚齿机上时，一个或多个专用边铣刀1,2通常夹在工具支架芯轴3上而不是滚刀上。由于质量原因，精加工铣刀1多靠近工具驱动马达4安装.铣刀1,2借助于Z和V轴定位并且通过沿X轴的推动依次被引至啮合。

A轴用于调节蜗杆5的螺旋角γ_m。在这种情况下Z轴用于定位铣刀头6.

将被制作或被加工的蜗杆5夹在工件夹紧装置8中而且往往通过稳定支架7被支撑在其上部末端。由于蜗杆5的螺旋角γ_m,齿轮加工机床的加工头6为了使边铣刀1,2相对蜗杆合适定位需要较大的转动范围。本实施方式的严重劣势在于由于即将发生碰撞，蜗杆5不能通过尖锐物在其中心安置。如图中清晰可见，当下部工具2与蜗杆5啮合时，上部工具1将与用于安置加工件的尖锐物碰撞。此外，为了阻止工具1与蜗杆5的有害碰撞，当工具2靠近夹紧装置8加工蜗杆5时，工具芯轴长度3必须根据蜗杆长度5而调节。

因此，工具1与加工头主轴承9的距离必须很大，以使在这里无碰撞能够发生。特别是在小工具直径和长蜗杆5的情况下，工具芯轴3能够变得相当细，其对稳定性具有不利的影响。通过稳定架7的支撑仅允许减小的加工参数。此外，稳定支架7仅在一定程度上适合用在干铣削中。与将加工件夹紧/支撑在两侧相比，稳定架7的悬臂支撑具有明显缺点。

发明内容

为了克服加工件(特别是蜗轴或齿条)的加工或齿接过程中的上述问题，本发明寻求了解决方法。

本目的通过用于根据权利要求1特征的齿轮加工机床的新加工头解决。加工头的有利配置是主权利要求后面的从属权利要求的主题。

根据权利要求1，提出了用来齿接和加工工件(优选以齿条或蜗轮单元所用的蜗轴的形式)的齿轮加工机床(特别是滚铣或滚刀磨床)的加工头。以对本发明必要的方式，加工头配有至少一个额外的工具主轴，并且因此加工头包括一个在另一个旁边布置的至少两个工具主轴用于安置相应的工具。因此，不再需要在一个或相同的主轴上安置几个工具，虽然这对于新加工头当然不应排除。

加工工具在一个在另一个旁边布置的两个分立的工具主轴上的分开在工件的齿加工中提供意义深远的优点。特别是在总长度很大的工件中，由于工具在分立的工具轴上的分开，除了在机台上的常规夹紧之外，在工件的尖锐处的额外固着能够实现，从而工件能够被安置得更加稳定。从而能够明显提高加工质量。此外，更加稳定的固着允许更大的推动或进给速率，加工时间能够显著被减少。进一步地，有限的主轴长度足够安置单个工具，其确保即使没有反轴承下更加稳定的工具移走。

工件优选在竖直纵向的方向夹持。

优选的布置是至少两个工具主轴基本上相互平行。所述至少两个工具主轴的驱动能够通过分立的马达或可选地通过共同的马达发生。当使用共同驱动单元时，优选通过***传动齿轮完成力矩的划分。当使用分立的驱动单元时，特别地直接驱动适合于各个主轴。加工头优选包括用于加工头在齿轮加工机床内可移位安置的导向装置。优选地，在这种情况下，工具主轴的旋转轴借助于导向装置完成横向于加工头的移位方向延伸。

所述至少两个工具主轴能够带有合适的工具芯轴，其允许主轴上的工具以相等的中心距离安装至轴类轴承(shaft bearing)或可选地不同的中心距离安装至轴类轴承(shaft bearing)。这意味着为了避免它们工作半径的重叠和碰撞，工具能够被相互偏离地安装。在这一连接中，特别优选的是至少一个工具主轴具有合适的芯轴用于可变地安装工具的情况，这是为了使中心距离灵活适应轴类轴承(shaft bearing)。

优选地，工具以相同中心距离被安装。然而，当使用直径较大的工具时，在平行延伸的主轴上偏离布置也许能够应急有效，否则大直径和可能重叠的工作半径能够导致两个工具的碰撞。由于偏离布置，带有重叠直径的工具能够被安装和运转。

特别地工具主轴适合用于安装盘状工具，可臆想得到的有盘状铣削和/或磨削工具；例如，粗加工工具和精加工工具的组合能够被安装在至少两个工具主轴上。进一步地，所谓的工具集的使用也是想得到的，其可由几个单个盘状工具组成。

除了加工头，本发明涉及齿轮加工机床，特别是滚铣或滚刀磨床，带有根据本发明所述的至少一个加工头。因此，齿轮加工机床的特征与根据本发明所述的加工头的优点和性能相同。

在齿轮加工机床有利的配置中，其包括至少一个尖锐物，特别是安装在滚珠轴承上的尖锐物，用于用加工头加工过程中固定夹在机台上的工件。除了从现有技术中已知外，因此，带有一定轴向长度的工件能够被夹在带有足够稳定性的机台上并从而以稳定和保质的方式用于齿轮加工。可选地或此外，同样地可以想得到通过至少一个稳定架固定。

除了根据本发明所述的齿轮加工机床，本发明进一步地涉及用于用根据本发明所述的加工头或根据本发明所述的齿轮加工机床齿接工件，特别是蜗轴或齿条，的方法。根据本发明所述的方法的特征在于工件通过使用安装在加工头的不同工具主轴上的盘状工具依次或平行被齿接或加工。

特别优选地，这里使用盘状铣削和/或磨削工具。根据优选实施方式，盘状粗加工工具，特别优选粗加工刀安置在工具主轴上，而在至少一个另一个工具主轴上安装精加工工具，特别是精加工刀。用第一工具轴起初将工件借助于粗加工工具粗粗地预加工然后用至少一个第二工具主轴的精加工工具再加工。然而，还可能同时加工带有至少两个工具主轴的工件。例如，工件的两个相邻间隙能够用相应的工具直径几乎同时被加工，其中每个粗加工过程的一个间隙被预齿接同时先前加工的间隙几乎同时通过精加工被再加工。由于工具轴的距离，两个间隙的加工，即工具的啮合，不完全同步。然而，通过合适地选择工具直径，能够完成在一个工序中加工两个间隙，其中工具并非颇为同步地啮合，而是偏离了工具轴的距离并因此还在“在时间上”稍微偏离。

特别优选的是，在执行方法过程中工件通过尖锐物和/或稳定支架被另外固定，从而能够以更大的进给速率或更大的推动实施加工的情况。

特别地，至少两个工具主轴的加工工具之间的改变特别通过相对于CNC机床V方向的机床立柱在V方向移位加工头而实现。

更进一步地，可想得到在被安装工具与轴类轴承(shaft bearing)不同的中心距离处对加工头作调整用于在Z方向或竖直方向使用各自的工具。

当加工蜗轴时，加工运动，例如铣削运动，优选通过在X方向将工具推向工件，即，使机床立柱向被夹紧的工件线性运动，以及通过Z方向的进给实现，可能结合工件绕C轴的耦合旋转运动。铣削被继续直到完成一段铣削。在多段蜗杆的情况下，各段依次被加工。通过A轴调整螺旋角，加工头相对于机床立柱绕A轴枢转。

当加工齿条时，机台站立不动，即工件绕C轴不运动。加工运动，特别是铣削运动，通过工具沿V轴的运动而实现。间隙被加工后，加工头沿Z轴在竖直方向向上或向下运动并且下一个齿隙被加工。

至少两个边铣刀被安装在加工头上之后，对于相邻齿隙粗加工和精加工步骤能够用两个铣刀在一个加工步骤中实施。工具相对于彼此的位置通过专用工具保持器安置。这些工具保持器的长度必须准确地按照齿隙的间隙距离而不同。在工具集的情况下，工具保持器的长度必须与用工具集加工的齿隙和该工具集的数目相对应地选择。

附图说明

将参考附图中所示的示例实施方式详细解释本发明进一步的优点和性能，其中：

图1：示出带有常规加工头的CNC齿轮加工机床的侧视图；

图2：示出图1机床的常规加工头的正视图；

图3：示出用于制作磨削轴的工具的啮合角的示意图；

图4：示出根据本发明所述的带有新加工头的齿轮加工机床；

图5：示出根据图4的磨削机床的正视图用于说明工具变化；

图6：示出根据本发明如图4和图5所示的加工头的详细视图。

具体实施方式

在说明书的引言部分已经详细讨论图1和图2。图3示出蜗轴5与边铣刀2的啮合。边铣刀2的螺纹侧面角被指定为角α₀，同时蜗轴5的螺旋角被指定为γ_m。

图4示出根据本发明所述的带有新结构的加工头60的齿轮加工机床的透视图。除了加工头60，例示的齿轮加工机床与已知的滚刀和外形磨床相对应，具有加工所需自由度。详细地，CNC机床能够进行所示运动A，B，C，V，X，Z，其中X轴指定立柱架10在竖直夹紧的工件5的方向上的径向运动，V借助于相对于立柱架10的切向托架13指定工具1,2或加工头60的切向运动或移位运动，Z指定加工头60沿立柱架10的轴向托架12的竖直方向上的位移运动，B指定工具主轴30,31的旋转运动，C指定工件5的旋转运动，和A指定加工头60相对于机床立柱10的转体运动。

在齿轮加工机床的切向架13上，现在常规加工头6已经被新加工头60取代。同样地加工头60在托架13上沿V方向可移动。此外，加工头30具有用于驱动分立的工具主轴30,31的马达40，工具主轴30,31相互平行布置并垂直于切向托架13的移位轴。现在移位方向横向于轴30,31的旋转轴B1,B2延伸。在加工头30内，即机头外壳内，共同的驱动马达40的驱动力在两个工具轴B1,B2上拆分。工具1,2和加工头60相对于机床立柱11的枢转共同通过枢转轴A轴而实现。

在用于加工借助于固定夹具8夹在机台14上的蜗轴5的加工工具1,2之间的变化通过切向架13在V轴方向上的移位而实现。在图5a中，蜗轴5开始用夹在工具主轴31上的盘状粗加工刀2预加工。对于精加工过程，需要在工具主轴30上的盘状精加工刀1。为此，加工头60在V方向上移位直到精加工刀1被引至与蜗轴5啮合。

对于粗加工和精加工操作两者的铣削运动通过在X方向将边铣刀1,2推向工件5和通过Z方向的进给实现。此外，工件5的耦合旋转运动绕C轴实现。能够通过枢转轴A安置蜗轴5的螺旋角γ_m。铣削被继续直到完成一段铣削。在多段蜗轴中，各段先后以此形式加工。

如图4，5，6所示，工具1,2都以与加工头60的轴类轴承(shaft bearing)61相同距离被布置，即工具1,2都以与加工头的上部边缘相同的轴向距离被安装在轴30,31上。当使用直径较大的盘状工具1,2时，对于每个刀1,2能够选择距离加工头主轴承61不同的刀距为了避免由于盘状工具1,2的半径重叠引起的碰撞。从而较大的铣削直径的优点将显现出来，无需选择两个工具主轴30，31相对彼此太大的距离。

此外，加工头60的形状用于安装工具1,2对加工头主轴承61的短距离。从而工具能够以极稳定的方式被夹，无需工具主轴30,31的反轴承。在这种布置中，工具1,2啮合中不会相互影响，因为它们没有布置在共同的铣刀杆3上。

当工具1,2都以与加工头30的主轴承61不同的距离地被安装在工具主轴30,31上时，工具变化不仅需要绕V轴的移位，此外工具1,2必须通过Z轴沿着轴向架12被引至合适的啮合位置。

在图6中能够清晰看出例如为了将尖锐物70放至蜗杆5的中心，能够非常好地使用蜗轴5延伸的清晰的工作空间。此外，蜗轴5还能够像之前一样借助于稳定支架7被支撑。因此，工件5能够被安置得更加稳定，在此通过用更大的进给速率或推动要么其加工质量被提高要么加工时间能够被减少。

可选地，也能够用根据本发明的加工头60加工齿条。当加工齿条时，机台14站立不动，即夹紧的齿条不绕工件轴C旋转。用于齿接齿条的，加工运动特别是铣削运动通过工具运动，优选是边铣刀1,2沿V轴的运动，而实现。齿隙已完成加工后，加工头60为了将工具引至与下一个齿隙啮合而沿Z轴向上或向下移动。可选地，能够用第一和第二工具1,2加工每个齿隙。

可选地，工具1,2也能在一个工序中被引至与齿条的相邻齿隙啮合。例如，齿隙用粗加工刀2粗粗地预铣削，同时第二精加工刀1通过精加工对先前预铣削后的齿隙加工。刀1,2相对彼此的位置通过专用工具保持器调节，其通过齿隙的间距精确地调节刀1,2相对彼此的偏离。

Claims (19)

1.一种用于齿轮加工机床，特别是用于滚铣或滚刀磨床的加工头，用来齿接工件，特别是蜗轴或齿条，

其特征在于，

所述加工头包括一个在另一个旁边布置的至少两个工具主轴。

2.根据权利要求1所述的加工头，其特征在于所述的至少两个工具主轴基本上相互平行地延伸，而且所述加工头进一步包括在齿轮加工机床内的用于可移动安置的导向装置，其中工具主轴的旋转轴定向为横向于移位方向。

3.根据前述权利要求的任一项所述的加工头，其特征在于所述的至少两个工具主轴由带有后续传动齿轮的共同马达或由分立的马达驱动。

4.根据前述权利要求的任一项所述的加工头，其特征在于所述的至少两个工具主轴的至少一个工具芯轴用于以可变中心距离安装工具至工具主轴的轴类轴承。

5.根据前述权利要求的任一项所述的加工头，其特征在于所述的至少两个工具主轴的工具能够以相同和/或不同的中心距离安装至它们各自的轴类轴承。

6.根据前述权利要求的任一项所述的加工头，其特征在于，盘状工具特别是盘状铣削和/或磨削工具能够安置在工具主轴上。

7.根据权利要求6所述的加工头，其特征在于相同或不同直径的工具能够安置在工具主轴上，其中工具的直径能够重叠。

8.一种齿轮加工机床，特别是滚铣或滚刀磨床，带有至少一个根据前述权利要求的任一项所述的加工头。

9.根据权利要求8所述的齿轮加工机床，其特征在于通过切向输送使加工头的移位运动横向于工具主轴的旋转轴在V方向延伸。

10.根据权利要求9所述的齿轮加工机床，其特征在于提供尖锐物，特别是安装在滚珠轴承上的尖锐物，用于在用加工头加工过程中固定工件，和/或提供稳定支架，用于在用加工头加工过程中固定工件。

11.利用根据权利要求1-7的任一项所述的加工头或根据权利要求8-10的任一项所述的齿轮加工机床来齿接工件，特别是蜗轴或齿条的方法，其特征在于通过使用安装在加工头的不同工具主轴上的盘状工具，特别是铣削和/或磨削盘，依次或几乎同时齿接工件。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于工具主轴安置盘状粗加工工具，而且在另一个工具主轴上安装精加工工具。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于在一个或两个工具主轴上安装工具集。

14.根据权利要求11-12的任一项所述的方法，其特征在于在加工过程中通过尖锐物和/或稳定支架来固定工件。

15.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于加工工具的改变通过加工头在V方向的移位运动来实现。

16.根据前述权利要求11-15的任一项所述的方法，其特征在于在以不同中心距离安装至轴类轴承的工具中，通过在Z方向或垂直方向上加工头的调节来实现。

17.根据权利要求11-16的任一项所述的方法，其特征在于为了齿接蜗轴，加工运动通过在X方向将工具推向工件和在Z方向进给来实现，优选地结合工件绕C轴的耦合旋转运动。

18.根据权利要求11-16的任一项所述的方法，其特征在于为了齿接齿条，加工运动经由机台静止站立下工具沿V轴的运动而实现，而且齿隙加工后为了加工下一个齿隙，加工头沿Z轴向上或向下运动。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于通过夹在分立的工具主轴上的至少两个工具，在一个工序中进行齿条的相邻齿隙的齿加工，理想地相邻齿隙的粗加工步骤和精加工步骤。