CN107755826B - 用于机械加工面联接工件的齿面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械加工面联接工件(10)的齿面的方法，其特征在于，所述方法是半完成单一分度方法。使用包括具有两个切削刃或者两个磨削表面的至少一个切削头的工具，并且执行以下步骤：A1.执行至少一个第一相对设定运动，以实现第一相对设定，A2.使用工具的第一切削刃或者第一磨削表面精加工面联接工件(10)的齿隙的第一齿面(13.2；13.1)，并且同时地，使用第二切削刃或者第二磨削表面预加工第二齿隙的第二齿面，A3.执行至少一个第二相对设定运动，以实现第二相对设定，A4.使用工具的第二切削刃或者第二磨削表面精加工同一或者另一齿隙的第二齿面。

Description

用于机械加工面联接工件的齿面的方法

技术领域

本发明的主题是用于机械加工面联接工件的齿面的方法，其中，所述方法具体是半完成单一分度方法(semi-completing single indexing method)。

背景技术

面联接器具有90°的锥角。面联接器也称为正齿轮联接器。面联接器用于例如发电厂中、车辆的车轴上以及例如车辆的凸轮轴上。面联接器也用于风力涡轮机中。面联接器可以用作永久的联接器，其特征在于两个联接元件(也称为联接器半体)的固定的非形锁合连接。在这种情况下，两个联接器半体可以彼此螺纹连接在一起或者以另外的方式连接。然而，面联接器也可以用作可拆卸的联接器(称为换挡联接器)。

面联接器不是齿轮传动装置，齿轮传动装置包括彼此滚动的齿轮。因此，在面联接器的生产中以及使用期间适用与齿轮传动装置完全不同的条件。因此，不能通过轧制方法来生产面联接器的联接元件。同样重要的是已知面联接器的联接元件在齿面纵向方向上不具有恒定的齿高，这是制造的结果。

面联接器的齿是要具有高精度的，并且要能够实现最大负载传递，即，高承载能力。面联接器的齿具有弯曲(螺旋形)的齿廓，即，齿面纵向线是弯曲的。当两个联接元件配对时，第一联接元件的所有凹齿面与第二联接元件的所有凸齿面同时啮合。这意味着在每种情况下，一个左螺旋联接器半体与一个右螺旋联接器半体配对。

如下所述，可以以各种方式制造面联接器。在根据Klingelnberg Cyclo-Palloid方法和根据Oerlikon方法制造的面联接器之间进行区分。此外，具有称为

联接器(Gleason，USA)的面联接器。

Cyclo-Palloid方法是连续方法，根据Cyclo-Palloid方法制造的面联接器的齿具有可变的齿高。在Cyclo-Palloid方法中，使用两个刀头，所述两个刀头偏心地一个安装在另一个内。并不是所有的机器都能够以所提到的方式容纳两个刀头。在Cyclo-Palloid方法中使用的刀具被组装成组并且布置在刀头上的一短段多螺纹螺旋上。当刀头和工件在Cyclo-Palloid方法期间连续旋转时，每个新的刀具组分别通过待加工的工件的随后的齿隙。在Cyclo-Palloid方法中，不同的刀具与面联接器的凸齿面和凹齿面相关联。然而，如果忽略产生纵向凸度所需的小的校正值，则这些不同的刀具被布置在相同的旋转圆半径上。根据Cyclo-Palloid方法制造的面联接器的缺点是它们不能被硬精加工(hard-finemachined)。

在Oerlikon方法的范围中用作工具的刀头具有复杂的构造。根据Oerlikon方法制造的面联接器的缺点是它们也不能被硬精加工。

在

联接器的方法中，工具的半径、面联接器的齿数和面联接器的直径彼此依赖。在

联接器的方法中，总是同时切削两个齿隙。随后，面联接器的齿被磨削。

联接器的显著缺点是它们必须具有整数个齿。此外，

联接器的齿具有恒定的齿高。

在面联接器的工业生产中，除了其它目标以外，目标是还要找到简单并且快捷的方法，因为这些因素对成本效益有影响。

发明内容

因此，目的本身在于提供一种用于面联接器的工业生产的方法，其提供更多的自由度并且更灵活地可用。另外，该方法比先前已知的方法更具成本效益。

根据本发明，提供了一种用于机械加工面联接工件的齿面的方法，其特征在于，所述方法是半完成单一分度方法。在该半完成单一分度方法中使用的工具要么是齿轮切削工具，所述齿轮切削工具包括具有两个切削刃的至少一个切削头，所述两个切削刃布置在所述至少一个切削头上使得它们限定正的末端宽度。然而，在半完成单一分度方法中还可以使用杯型磨轮形式的磨削工具，所述磨削工具具有限定正的轮廓宽度的两个磨削表面。本发明的半完成单一分度方法包括以下步骤：

A1.执行至少一个第一相对设定运动，以实现工具相对于面联接工件的第一相对设定，

A2.在第一相对设定中，使用工具的两个切削刃中的第一切削刃或者两个磨削表面中的第一磨削表面精加工面联接工件的齿隙的第一齿面，并且同时地，使用两个切削刃中的第二切削刃或者两个磨削表面中的第二磨削表面预加工同一齿隙的第二齿面，

A3.执行至少一个第二相对设定运动，以实现根据相对于面联接工件的第二相对设定，

A4.在第二相对设定中，使用工具的两个切削刃中的第二切削刃或者两个磨削表面中的第二磨削表面精加工同一齿隙或者另一齿隙的第二齿面。

对于第一相对设定，以下陈述优选地应用于所有实施例：

o所有第一切削刃或者第一磨削表面沿着第一飞行路径运动，并且

所有第二切削刃或者第二磨削表面沿着第二飞行路径运动，并且

o第一飞行路径与第二飞行路径一起处于同一公共平面中。对于第二相对设定，以下陈述优选地应用于所有实施例：

o所有第二切削刃或者第二磨削表面沿着第三飞行路径运动，

o第三飞行路径的半径大于第二飞行路径的半径，并且

o第三飞行路径所处的平面相对于所述公共平面倾斜。

应当注意，所提到的步骤A1至A4不必直接顺序执行。在优选实施例(涵盖齿隙的半完成单一分度方法)中，例如当面联接工件的所有齿隙的所有第一齿面已经在重复的步骤A1和A2的范围内被精加工并且所有齿隙的所有第二齿面已经被预加工时，才首次执行步骤A3和A4。

在所有实施例中，使用恒定的推进、使用可变的推进(例如，逐渐递减)或者使用多个推进步骤来执行齿面的加工。

本发明的有利实施例可以从本发明的其它方面推断出。

由于根据本发明的方法顺序在不同时间执行工具和面联接工件之间的相对运动(例如，在改变机器设定时，和/或在随后的另外的加工步骤之前同时、按时间顺序或者在不同时间部分地执行面联接工件的分度运动和/或退出和推进运动)，这些相对运动总之称为相对设定运动。

在所有实施例中，相对设定运动可以包括例如退出运动、分度运动和推进运动的执行(例如，从第一齿隙到紧邻的齿隙)，或者例如仅仅机器设定的改变(例如，从第一机器设定到第二机器设定，反之亦然)。然而，在所有实施例中，相对设定运动还可以包括退出运动、分度运动的执行、机器设定的改变以及推进运动的执行。

优选地，在本发明的半完成单一分度方法中，在所有实施例中，规定毛坯安装角(machine base angle)，其在第一机器设定和第二机器设定中是相同的。规定该毛坯安装角，使得齿轮切削工具的切削头沿着通过面联接工件的齿隙的倾斜路径被引导。类似地，在使用杯型磨轮时，也可以规定毛坯安装角，使得杯型磨轮沿着通过面联接工件的齿隙的倾斜路径被引导。

根据实施例，本发明的方法可以具有以下两个方法序列K1至K4或者L1至L6之一：

K1.使用工具的第一切削刃或者第一磨削表面精加工面联接工件的齿隙的第一齿面，而准同时地(quasi-simultaneously)，使用工具的第二切削刃或者第二磨削表面预加工同一齿隙的相对的第二齿面。这例如在第一(机器)设定中执行，

K2.然后，例如在相对设定运动的范围内改变(机器)设定，并且例如使用随后的第二(机器)设定加工同一齿隙。在该加工的范围内，使用工具的第二切削刃或者第二磨削表面精加工齿隙的相对的第二齿面，

K3。然后，例如执行面联接工件的退出运动、分度运动(例如，过一个齿隙)和推进运动来作为相对设定运动，

K4.重复步骤K1至K3，直到所有齿面已经被精加工为止。

方法序列K1至K4在此也称为基于齿隙(gap-based)的半完成单一分度方法，因为在此一个齿隙接着一个齿隙地进行加工。

步骤K2中的(机器)设定的调整例如可以在齿隙中或者在齿隙外部执行。如果在齿隙外部执行调整，则相对设定运动因此可以包括退出运动、(机器)设定的调整和推进运动。

方法序列L1至L6可以包括以下步骤：

L1.使用工具的第一切削刃或者第一磨削表面精加工面联接工件的第一齿隙的第一齿面，而准同时地，使用工具的第二切削刃或者第二磨削表面预加工第一齿隙的相对的第二齿面。这例如在第一(机器)设定中执行，

L2.然后，例如执行分度运动来作为相对设定运动，所述分度运动例如为面联接工件的退出运动、分度运动(例如，过一个齿隙)和推进运动，

L3.使用工具的第一切削刃或者第一磨削表面精加工面联接工件的另一齿隙(例如，紧随第一齿隙之后的齿隙)的第一齿面，而准同时地，使用工具的第二切削刃或者第二磨削表面预加工所述另一齿隙的相对的第二齿面。这在第一(机器)设定中执行，

L4.然后，例如执行分度运动来作为相对设定运动，所述分度运动例如为面联接工件的退出运动、分度运动(例如，过一个齿隙)和推进运动，

L5.重复步骤L1至L4，直到所有齿隙已经被首次加工为止，

L6.然后，使用第一(机器)设定被先前加工的每个齿隙接受使用第二(机器)设定的加工，其中，在各个齿隙之间在此也再次执行相对设定运动。

步骤L6中的(机器)设定的调整例如可以在齿隙中或者在齿隙外部执行。

步骤L1至L6的方法在此也称为涵盖齿隙(gap-encompassing)的半完成单一分度方法，其中，例如，所有齿隙的所有凹齿面在第一道次中精加工，然后，所有齿隙的所有凸齿面在第二道次中精加工。

根据K1至K4的半完成方法的特征在于，在作为相对设定运动的退出运动、分度运动和推进运动之前，在每个齿隙的短的时序中执行两个加工步骤。

本发明是所谓的半完成单一分度方法，其先前未应用于面联接器的情况。在这种情况下，这是一种用于铣削和/或磨削面联接工件的齿的单一分度方法。使用相同的工具但是使用不同的机器设定(通过切削或者磨削)加工待加工的面联接工件的齿隙的两个相对齿面。

本发明的半完成单一分度方法被分类为非连续方法，因为在每种情况下需要从齿隙到齿隙的分度运动。

本发明的半完成单一分度方法可以用于不带齿的面联接工件，也可以用于先前带齿的面联接工件。

本发明的半完成单一分度方法可以采用单次切削策略，因为面联接工件具有较小的齿高(与锥齿轮工件相比)。由于较小的齿高，所以在面联接工件中每个齿面仅须去除相对较少的材料。因此，可以在第一机器设定中仅仅使用一个推进运动并且在第二机器设定中仅仅使用一个推进运动来精加工齿隙。

本发明的半完成单一分度方法的优点在于，通过这种方法可以生产面联接器，其在齿数方面的灵活性高于一开始提到的

联接器。此外，本发明的面联接器可以被磨削，即，根据需要，本发明的面联接器的齿面可以被硬精加工。

本发明的半完成单一分度方法的优点还在于，可以使用标准化工具来加工多个不同的工件，这些工件都被指定到限定的模数范围。

优选地，根据本发明提供具有多个标准化工具的组，以便能够使用该组来加工具有不同模数的面联接器。这组标准化工具仅仅包括少量的不同工具，这意味着在这种情况下，就面联接器的两个半体之间的非形锁合而言(即，就接触模式而言)必须作出某些牺牲。与锥齿轮对相反，在此这不涉及两个锥齿轮的滚动，而是两个面联接元件之间的准静态非形锁合。

例如，本发明的工具组中的标准化工具的标称半径可以是恒定的。那么，例如，可以使用第一工具来加工具有模数4.5至5.5的面联接器的齿，并且可以使用第二工具来加工具有模数5.5至6.5的面联接器的齿。

本发明使得可以简化工具分类，因为可以使用一个工具来加工多个稍微不同的工件(在限定的模数范围内)。在本发明的意义上，稍微不同的工件(这里也称为类似的工件)是指其模数彼此仅稍微偏离(即，工件的模数将成为同一模数范围的一部分)的工件。

优选地，在本发明的范围内使用(端面)铣刀头，所述铣刀头(在端面上)配备有至少一个棒状刀具，其中，棒状刀具具有切削头，在所述切削头上布置外切削刃和内切削刃，使得在这两个切削刃之间产生正的末端宽度。

为了使本发明的方法更有效率，在所有实施例中优选地使用(在端面上)配备有多个棒状刀具的(端面)铣刀头，其中，这些棒状刀具中的每一个具有切削头，在所述切削头上布置外切削刃和内切削刃，使得在这两个切削刃之间产生正的末端宽度。在所有实施例中，棒状刀具可以在刀头上以均匀或者不均匀的角距离(在端面上)布置。

本发明的另一个优点是可以基本上自由地选择本发明的面联接器的齿的凸度。

本发明的另一个优点是可以独立于彼此地优化面联接器的齿面。

本发明的半完成单一分度方法具有可以用于(常规)锥齿轮机的优点。

本发明的半完成单一分度方法特别适用于小型系列，因为可以采用标准化工具中的一个来加工所需的齿。

本发明的半完成单一分度方法的优点在于可以使用比一开始提到的Cyclo-Palloid、Oerlikon和

联接器的方法的情况中的工具更简单的工具。

附图说明

以下参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

图1A示出了根据本发明的第一面联接器的俯视图，其中，示出了仅4个齿和3个齿隙(在图1A中通过图案强调这4个齿)；

图1B示出了通过根据图1A的第一面联接器的轴向剖视图；

图1C示出了通过设计点的工具的分度平面，其中，工具的分度平面相对于工件的分度平面倾斜毛坯安装角κ；

图1D示出了图1C的局部放大图，其中，基于该放大图示出了进一步的细节；

图1E示出了本发明的面联接器的单个齿隙的透视图；

图2A示出了通过两个切削刃的示意性剖视图，其中，该图示用于推导本发明；

图2B示出了通过本发明的切削头的示意性法向剖视图；

图3示出了本发明的示例性(棒状)刀具的示意性透视图；

图4示出了在此配备有12个棒状刀具的示例性棒状刀具刀头的俯视图；

图5示出了示例性杯型磨轮的非常示意性的侧视图，其中，杯型磨轮的一部分以剖面示出；

图6A示出了在执行根据本发明的方法之前根据本发明的面联接器的分度平面的视图；

图6B示出了在第一齿隙的凸齿面已经被精加工之后图6A的面联接器的分度平面的视图；

图6C示出了在第二齿隙的凸齿面已经被精加工之后图6B的面联接器的分度平面的视图；

图6D示出了在所有齿隙的凸齿面已经被精加工之后图6C的面联接器的分度平面的视图；

图6E示出了在第一齿隙的凹齿面已经被精加工之后图6D的面联接器的分度平面的视图；

图6F示出了在所有齿隙的凹齿面已经被精加工之后图6E的面联接器的分度平面的视图；

图7A示出了在执行根据本发明的方法之前根据本发明的面联接器的分度平面的视图；

图7B示出了在第一齿隙的凸齿面已经被精加工之后图7A的面联接器的分度平面的视图；

图7C示出了在第一齿隙的凹齿面已经被精加工之后图7B的面联接器的分度平面的视图；

图7D示出了在第二齿隙的凸齿面已经被精加工之后图7C的面联接器的分度平面的视图；

图7E示出了在第二齿隙的凹齿面已经被精加工之后图7D的面联接器的分度平面的视图；

图7F示出了在所有齿隙的齿面已经被精加工之后图7E的面联接器的分度平面的视图。

具体实施方式

在本发明的范围内，可以使用具有限定的切削刃的齿轮切削工具100和具有磨削表面的磨削工具200。结合以下描述，首先描述了使用刀头式齿轮切削工具100或者整体工具的实施例的细节。随后，还将描述扩展到磨削工具200。

附图标记10用于面联接工件，也用于被精加工的面联接元件。

图1A示出了本发明的第一面联接工件10的一部分的俯视图。齿11被提供有视觉地强调它们的图案。可以看到4个齿11和3个齿隙12。图1B示出了通过第一面联接工件10的轴向剖视图。在图1A中，短虚线曲线部分示出了凹齿面13.2和凸齿面13.1在面联接工件10的分度平面TE1中的齿面线，其中，一个凹齿面13.2与一个凸齿面13.1一起限定每个齿11。工具旋转运动在图1C中用ω₂标识。齿轮切削工具100在图1A-1E中未示出。然而，在此示出了齿轮切削工具100的运动。

齿轮切削工具100相对于面联接工件10的相对位置由机器的瞬时设定限定，其中，面联接工件10通过铣削加工。该设定在此称为第一机器设定。铣削加工使得齿轮切削工具100围绕旋转中心M_i或者M_a被旋转地驱动，如图1C中用工具旋转运动ω₂所示。

本发明的半完成单一分度方法是非连续方法，因为在加工(即，每个齿面的加工)期间，面联接工件10不与齿轮切削工具100一起旋转。

在工具100的坐标系中，刀具20(参见图2B)的切削头22沿着圆形旋转圆运动，所述圆形旋转圆的半径由切削头22与工具旋转轴线R1的距离确定。在本发明的方法期间，工具100相对于面联接工件10倾斜。因此，如果从面联接工件10的位置观察切削头的运动，切削头22在齿轮切削工具100的旋转驱动ω₂期间沿着椭圆飞行路径运动。

在此，用v标识的变量都涉及面联接工件10的凹齿面13.2。在此，用x标识的变量都涉及面联接工件10的凸齿面13.1。相应地，在此用i标识的变量涉及内切削刃或者内磨削表面，在此用a标识的变量涉及外切削刃或者外磨削表面。

在图1C中仅示出了齿轮切削工具100的圆弧的一部分，该圆弧由工具半径r_i限定，并且在此被提供有附图标记KB。工具半径r_i与齿轮切削工具100的用于加工凸齿面13.1的内切削刃21.i相关联并且工具半径r_a与齿轮切削工具100的用于加工凹齿面13.2的内切削刃21.a相关联。

这里要注意，图1C示出了工具没有倾斜的特殊情况(即，这里τ＝0)。因此，齿轮切削工具100的路径KB是在分度平面TE中通过设计点19(参见图1B)的圆，并且刀具末端的基本路径B在图1B中是直线。当工具倾斜(即，τ≠0)时，路径KB变为椭圆，并且刀具末端的基本路径B也变为椭圆。齿轮切削工具100关于垂直于工具半径的旋转矢量倾斜角度τ。

用于加工凸齿面13.1的旋转中心用附图标记M_i标识，并且用于加工凹齿面13.2的旋转中心用附图标记M_a标识(参见图1C)。从以下事实可以看出，具有两个不同的旋转中心M_i和M_a，相比于凹齿面13.2(其例如使用第二机器设定加工)，使用不同的机器设定(例如，使用第一机器设定)加工凸齿面13.1。

名称“第一机器设定”和“第二机器设定”不是在此规定顺序，而是这些名称仅用于能够区分两个机器设定。

在切削凹齿面13.2期间，由于在工具的分度平面方面的不同机器设定，获得外切削刃21.a的外摆线飞行路径13.2*。圆弧形式的齿面线在图1A和图1E中用点划线表示。在图1C和1E中用虚线表示凹齿面13.2的工具分度平面中的圆弧，该圆弧相对于工件的分度平面TE1的齿面线偏离螺旋角差Δβ。

在图1C中，旋转圆被投影在附图的平面中，其中，附图的平面对应于面联接工件10的分度平面TE1。由于飞行路径是椭圆，如已经注意到的那样，如果从面联接工件10的坐标系观察飞行路径，则其半径r_i和r_a是可变的。对于凸齿面13.1的铣削加工(或者磨削加工)，切削头22的内切削刃21.i的有效半径13.1*是重要的，该有效半径被限定为在分度平面TE1中面联接工件10的凸齿面13.1上的法线。

这里应注意，图1A、1C、1D和1E的图示是示意图。所示的飞行路径的轮廓被夸大。

当切削头22的所谓内切削刃21.i沿着飞行路径13.1*运动时，同一切削头22的外切削刃21.a沿着飞行路径13.2*运动。该飞行路径13.2*与在分度平面TE1中面联接工件10的凹齿面13.2上的相应有效半径相关联。以下条件在这里适用：

A：两个飞行路径13.1*和13.2*处于公共平面中，这是因为在每个切削头22上设置内切削刃21.i和外切削刃21.a，并且切削头22沿着工具100上的圆布置。

B：两个飞行路径13.1*和13.2*与相应的旋转中心M_i和M_a同心。

C：在加工面联接工件10的材料期间，公共切削头22的内切削刃21.i和外切削刃21.a以相同的角速度运动。

根据该方法，在所有实施例中，可以使用恒定的推进、可变的推进(例如，逐渐递减)或者使用多个推进步骤来执行齿面的加工。因为面联接工件10通常先前是不带齿的，所以在精加工凸齿面13.1的同时，使用同一切削头22的外切削刃21.a加工同一齿隙12的凹齿面13.2。因为在本发明方法的这个阶段中凹齿面13.2还没有获得其最终形状，所以在第一机器设定的范围内执行的该加工也称作预加工。这方面的进一步细节可以例如从图6A至6F和7A至7F推断出。

应当注意，切削头22的尺寸(特别是内切削刃21.i和外切削刃21.a的位置，以及末端宽度s_a0)和机器运动学被规定成使得外切削刃21.a在预加工凹齿面13.2期间不会过度深地切入面联接工件10的材料中。在图6B和7B中，预加工的凹齿面被提供有附图标记13.3。

根据本发明，现在在机器中设定第二机器设定，并且在下文描述步骤。然后，在该步骤中使用齿轮切削工具100的外切削刃21.a精加工同一齿隙12的凹齿面13.2。

根据需要，可以应用基于齿隙的方法(参见例如图7A至7F)或者涵盖的齿隙方法(参见图6A至6F)。下面将详细描述。

优选地，在所有实施例中，齿轮切削工具100的切削头22沿着通过面联接器10的齿隙12的倾斜路径B(参见图1B)被引导。当规定第一机器设定和第二机器设定时要考虑这个方面。毛坯安装角κ(其影响倾斜路径B的轮廓)在两个机器设定中理想地是相同的，以避免齿隙12的齿根14的区域中的偏移或者台阶。

由于在根据本发明的方法中，齿轮切削工具100的切削刃21.i、21.a位于齿轮切削工具100的永久限定的旋转圆(其彼此同心)上，所以齿轮切削工具100也可以由不具有限定的切削刃的磨削工具200代替。由于总体构造，杯型磨轮适合作为磨削工具200(参见图5)，其中，使用内磨削表面221.i代替所提到的内切削刃21.i，使用外磨削表面221.a代替所提到的外切削刃21.a(参见图5)。在磨削工具100的切削刃21.i、21.a限定正的末端宽度s_a0(参见图2B)的情况下，杯型磨轮200具有正的轮廓宽度s_a0。这方面的细节可以从示意图5推断。内磨削表面221.i和外磨削表面221.a与杯型磨轮中的工具旋转轴线R1同心。

根据本发明的方法制造的面联接器10的特征在于以下特征。这里首先参考图1B。在所有实施例中，这种面联接器10具有90°的分度锥角δ。在图1B中，由点划线示出的相应分度平面TE1垂直于工件旋转轴线R2延伸。

在所有实施例中，本发明的面部联接器10特别地通过以下特征来区分：

—它具有齿11，所述齿具有可变的齿顶高度，如图1B和1E中所示，即，齿11是锥形的；

—齿11可以通过铣削和/或通过磨削加工；

—齿11可以在可选的硬精加工的范围内重新磨削(精加工)；

—如图1B和1E中所示，齿隙12具有倾斜的齿根平面(或者相应地，齿根14)。除了其它方面以外，齿根14的倾斜是因为可以根据需要在本发明的方法中设定毛坯安装角κ使得齿轮切削工具100的刀具20的切削头22沿着通过面联接器10的齿隙12的倾斜路径B(如已经提到的)被引导。该倾斜路径B在面联接器10的轴向剖面(参见图1B)中与分度平面TE1交叉。这里，齿根14处的齿根锥角δ_f为δ_f＝δ-κ。倾斜路径B被有意地选择，从而避免了由于切削头22的继续行进而导致的面联接器10的反向切削。路径B呈现切削头22的刀具末端23的轮廓。在图1B中，在区域A中可以看出，切削头22的刀具末端23沿着通过三维空间的倾斜路径B被引导，使得刀具末端23仅去除面联接工件10的在当前待加工的齿隙的区域中的材料。

—面联接工件10的齿根14具有沿着工件旋转轴线R2的方向从跟部(即，从包络表面16开始)增加的斜度。

—凸齿面13.1和凹齿面13.2不具有圆弧形式的轮廓，而是具有椭圆的轮廓。

结合图1B，应当注意，倾斜路径B在附图的平面中的投影不是直线，而是略微弯曲的路径。因此，这里涉及这样一个事实，即，该倾斜路径B在通过面联接工件10的轴向剖面中基本上平行于当前待加工的齿隙12的齿根14的轮廓。

此外，本发明的面联接器10的齿面具有凸度，齿面具有圆弧形状，并且面联接器10是自定心的。

图1A至1E的面联接器10的进一步细节不是本发明的特征，因此仅被理解为示例。通过示例示出的面联接器10具有例如可以是完全平坦的后安装表面15。在该示例中，在跟部处在包络表面16和安装表面15之间没有提供过渡表面，这时常是常规的。因此，这里包络表面16以直角汇入到安装表面15中。在所示示例中，齿顶锥角δ_a大于90°，齿根锥角δ_f小于90°。齿高从跟部至趾部(即，从外侧到内侧)连续地降低。然而，本发明还具有实施例，其中，齿顶锥角δ_a等于90°(然而，这里未示出)。

图1A的面联接器10具有右螺旋齿形。与其配对的对应面联接器必须具有左螺旋齿形。

将基于图2A描述理论的中间步骤，这导出本发明。为了能够将两个联接器半体彼此配对，齿面必须彼此共轭。在这种情况下，从齿轮切削理论得出，工具半径必须在分度平面TE1中相交，以便在单一分度方法中产生共轭齿面。在图2A中，示出了通过理论切削头22.T的相应法向剖视图。内切削刃21.i的理论位置示为实线。外切削刃21.a的理论位置示出为虚线。可以看出，两个切削刃21.i和21.a在分度平面TE1中相交。为了在实践中实现这一点，内切削刃21.i必须布置在第一切削头上，外切削刃21.a必须布置在第二切削头上。换句话说，在分度方法中，将必须使用两个不同的工具来齿轮切削面联接工件，以满足图2A的条件。

这里，本发明有意地遵循另一途径，因为它被设计为提供可能的最具成本效益的解决方案。为了减少与先前已知方法相关的工具支出，本发明的目标是得以使用尽可能少的不同工具。

图2B示出了通过本发明的工具100的切削头22的法向剖视图。这是用于限定本发明的进一步特征的示意图。本发明的工具100的切削头22基本上由两个切削刃(称为外切削刃21.a和内切削刃21.i)以及刀具末端23限定。与图2A相反，外切削刃21.a和内切削刃21.i彼此交换，使得它们可以组合在一个工具100中或者相应地在一个切削头22中。在图2B中，分别限定外切削刃21.a和内切削刃21.i的轮廓的两条直线的交点位于切削头22的材料的外部。因此，切削头22具有正的末端宽度s_a0，如图2B中所示。还示出了分度平面TE1的位置。工具100、200的上述飞行路径可以通过半径r_i和r_a基于分度平面TE1与外切削刃21.a和内切削刃21.i的交点来限定。

因此，根据本发明，内切削刃21.i和外切削刃21.a远离地运动，直到获得具有正的末端宽度s_a0的实际可实施的切削头22为止。然而，乍看之下，在公共切削头22上的两个切削刃21.i和21.a的这种构造的缺点在于，两个半径r_i和r_a的差异在面联接工件10上产生齿面的纵向凸度。然而，已经表明，通过在规定机器设定时设定工具100、200相对于面联接工件10的相应的合适的倾斜角度τ(称为倾斜度)，可以完全或者基本上减小该纵向凸度。

通过规定τ≠0的合适的机器设定，可以基本上自由地选择本发明的面联接工件10的齿的纵向凸度。这里要注意的是，彼此配对的两个面联接元件不会彼此滚动，而是彼此固定地配对。结果，齿的纵向凸度不如例如锥齿轮对的情况那样重要。

换句话说，在面联接工件10中，齿的纵向凸度不一定必须在理想点(由计算机确定)。本发明的特别有利的实施方式源自该判断，使得通过提供标准化工具100、200来进一步降低工具支出。

结合本发明，标准化工具是设计成可用于多于一种类型的面联接工件10的铣削或者磨削加工的工具。

结合本发明，标准化工具100、200例如是仅具有两个不同的接合角度步级(例如，21°和19°)的工具100、200。或者在每种情况下，标准化工具100、200产生齿高相同的面联接工件10。然而，标准化工具100、200还可以以各种步级提供，例如，关于正的末端宽度s_a0或者正的轮廓宽度s_a0。

换句话说，在本发明的范围内可以使用标准化工具100或者200来加工彼此稍微不同的多个类似的面联接器10。

因此，面联接器10可以是类似的，例如，由于正的末端宽度s_a0或者正的轮廓宽度s_a0，它们在齿根14中具有相同的齿隙宽度。

因此，面联接器10可以是类似的，例如，它们具有类似的模数。例如，可以使用第一标准化工具100或者200来制造具有模数＝3.5的面联接工件。还可以使用同一标准化工具100来制造具有模数＝4.5的类似的面联接工件。因此，可以使用标准化工具100或者200来例如制造具有在3.5和4.5之间范围内的模数的面联接工件10。可以使用另外的标准化工具100或者200来例如制造具有在4.6和6之间范围内的模数的面联接工件10。这意味着可以使用这些标准工具100、200中的每一个覆盖具体的模数范围。

优选地，在本发明的所有实施例中，这种标准化工具可以用作齿轮切削工具100或者用作磨削工具200以制造多个类似的面联接工件10。

如已经提到的，本发明是半完成单一分度方法。使用相同的工具100但是使用不同的机器设定来精加工待加工的面联接工件10的齿隙12的两个相对齿面13.2、13.1。在每种情况下，这种加工可以以直接时间顺序执行，或者各个加工步骤可以在时间上例如通过多个退出运动、分度运动和进给运动(推进运动)彼此间隔。

将基于图6A至6F描述本发明的涵盖齿隙的加工方法的示例。在这些附图中的每一个中，仅以示意形式示出在各个加工阶段中的面联接工件10的一小部分。

图6A示出了在执行根据本发明的方法之前面联接工件10的分度平面TE1的视图。齿面的预期轮廓由分度平面TE1中的虚线示出。这里，附图标记13.2表示凹齿面的预期轮廓，附图标记13.1表示凸齿面的预期轮廓。齿隙12位于这两个齿面13.2、13.1之间。这里，附图标记11表示相邻的齿。

图6B示出了在第一齿隙12的第一凸齿面13.1已经被精加工之后图6A的面联接工件10。被精加工的齿面示出为实线的曲线。当工具100的内切削刃21.i精加工第一凸齿面13.1时，第一凹齿面13.2由同一切削头22的外切削刃21.a预加工。被预加工的齿面示出为虚线的曲线13.3。基于图6B可以看出，被预加工的第一凹齿面13.3的轮廓与凹齿面13.2的预期轮廓不一致。

现在，随后进行面联接工件10围绕工件旋转轴线R2的相对分度运动。先前使用的机器设定保持原样。

图6C示出了在第二齿隙12的第二凸齿面13.1已经被精加工并且第二凹齿面已经被预加工之后图6B的面联接工件10。

图6D示出了在所有齿隙12的所有凸齿面13.1已经被精加工并且所有凹齿面已经被预加工之后图6C的面联接工件10。在每种情况下，在每个齿隙12的加工之前执行分度运动，而机器设定保持原样。

这些加工步骤均使用第一机器设定执行。现在规定第二机器设定，以对被预加工的凹齿面13.3进行精加工。

图6E示出了在第一齿隙12的第一凹齿面13.2已经被精加工之后图6D的面联接工件10。被精加工的齿面示出为实线的曲线。

同样，在每个步骤之间进行面联接工件10围绕工件旋转轴线R2的分度运动。

图6F示出了在所有齿隙12的所有凹齿面13.2已经被精加工之后的面联接工件10。这里，齿11被提供有图案，以便更清晰地视觉地强调它们。

将基于图7A至7F描述本发明的基于齿隙的加工方法的示例。图7E和7F中的齿11被提供有图案，以便更清晰地视觉地强调它们。

图7A示出了在执行根据本发明的方法之前面联接工件10的分度平面TE1的视图。图7A对应于图6A，在此引用对图6A的描述。

图7B对应于图6B，在此引用对图6B的描述。

图7C示出了在第一齿隙12的第一凹齿面13.2已经被精加工之后图7B的面联接工件10。为了实现这一点，在切削头22被再次引导到第一齿隙12之前，执行从第一机器设定到第二机器设定的切换。不执行分度运动。

为了现在能够加工下一个齿隙12，执行从第二机器设定到第一机器设定的切换，并且执行分度运动。

图7D示出了在第二齿隙12的第二凸齿面13.1已经被精加工之后图7C的面联接工件10。在该过程中，第二齿隙12的第二凹齿面13.2已经被预加工(用附图标记13.3标识)。

为了现在能够精加工第二齿隙12，再次执行从第一机器设定到第二机器设定的切换。图7E示出了在第二齿隙12也已经被精加工之后图7D的面联接工件10。

图7F对应于图6F，在此引用对图6F的描述。

为了减少机器设定的相应调整和/或执行分度运动所需的时间消耗，也可以应用其它(替代)方法序列。所示的方法均仅被理解为示例。不同于从凸齿面13.1的精加工开始，所有实施例也可以从凹齿面13.2的精加工开始。

在图1A至1E中，除了其它方面以外，第一机器设定由旋转中心M_i和半径r_i限定。使用该第一机器设定精加工凸齿面13.1并且同时预加工凹齿面13.2。在第一机器设定中，内切削刃21.i遵循围绕旋转中心M_i的半径r_i的椭圆飞行路径，并且外切削刃21.a遵循围绕同一旋转中心M_i的另一个椭圆飞行路径。

由于倾斜角度τ≠0并且毛坯安装角κ≥0，所以这两个椭圆飞行路径处于不平行于面联接工件10的分度平面TE1的公共平面中。这个公共平面如通过倾斜角度τ和还可选地通过毛坯安装角κ限定的那样倾斜，使得切削头22的刀具末端23不与图1B的区域A中的面联接工件10的材料碰触。

本发明的方法可以例如在锥齿轮切削机上执行，其中，面联接工件10紧固在工件主轴上，并且工具100或者200紧固在锥齿轮切削机的主轴上。具有许多不同的齿轮切削机(例如，5轴和6轴齿轮切削机)，其中，可以执行本发明的方法。

在这种环境中可以限定具体机器设定的典型变量是：

—旋转中心M、M_i、M_a相对于面联接工件10位置的位置(除了其它方面以外，位置由轴线偏移限定)，

—径向刀位，

—旋转角度，

—倾斜角度τ，

—毛坯安装角κ，

—工具旋转轴线R1的旋转位置，

—滚子摆动角度，

—工具100或者200相对于面联接工件10的深度位置。

工具100、200相对于面联接工件/面联接元件10的设定称为第一相对设定和第二相对设定。这些术语不被理解为限制性的。例如，如果工具100、200以抵达整个齿隙深度的多个步骤推进到面联接工件/面联接元件10的材料中，则该推进运动因此导致相对设定的附加的改变。

在从第一机器设定到第二机器设定的转变中，改变所提到的典型变量(特别是倾斜角度τ)中的至少一个。

上述说明也可以应用于具有固定刀具的整体工具，而不仅仅应用于棒状刀具刀头。如上所述，其也可以应用于具有杯形的磨削工具200。

根据本发明，在所有实施例中，优选地使用端铣刀头作为刀头式齿轮切削工具100。端铣刀头配备有在端面上从齿轮切削工具100突出的多个棒状刀具20。在所有实施例中，棒状刀具20优选地具有如图3中作为示例所示的形状。棒状刀具20具有轴24。轴24的形状被选择成使得刀具20能够牢固并且精确地紧固在刀头式齿轮切削工具100的相应刀具槽或者刀具腔中。轴24的剖面可以是例如矩形或者多边形。

例如，第一开放表面25、第二开放表面26、(公共的)前刀面27，头部开放表面28、内切削刃21.i、外切削刃21.a和头部切削刃29位于棒状刀具20的头部区域(这里称为切削头22)中。切削头22的最前部的区域也称为刀具末端23。

前刀面27与第一开放表面25在虚拟交叉线中相交，该虚拟交叉线近似对应于内切削刃21.i的轮廓或者恰好对应于内切削刃21.i的轮廓。前刀面27与第二开放表面26在虚拟交叉线中相交，该虚拟交叉线对应于外切削刃21.a的轮廓或者恰好对应于外切削刃21.a的轮廓。

然而，前刀面27不必是如图3中所示的基于简化图示的平坦表面。

在所有实施例中，选择正的末端宽度s_a0，使得在第一机器设定中，外切削刃21.a在离开齿隙12时不切入凹齿面13.2中。专这里，少量多余的材料应始终在预加工期间保持在原位，然后，所述少量多余的材料在凹齿面13.2的精加工期间在第二机器设定中被去除。

图4示出了示例性棒状刀具刀头的俯视图，其在此被用作齿轮切削工具100。所示的棒状刀具刀头在端面上配备有12个棒状刀具20，它们沿着棒状刀具刀头的圆周以相等的角距离布置。从图4可以推断出，各个棒状刀具20的前刀面27平行于齿轮切削工具100的径向剖面。各个棒刀具20在本发明的齿轮切削工具100中不具有斜度(即，所有棒状刀具20具有与轴线R1相同的径向距离)，因为本发明的方法是单一分度推进方法而不是连续轧制方法。

类似地，在基于示意性示例的图5中所示的杯型磨轮200中，选择正的轮廓宽度s_a0，使得杯型磨轮200的外磨削表面221.a在离开齿隙12时在凹齿面13.2上留下少量材料余量。然后，在凹齿面13.2的精加工期间，通过在第二机器设定中的磨削来去除该少量材料余量。

附图标记列表：

Claims (20)

1.一种用于机械加工面联接工件(10)的齿面的方法，其特征在于，所述方法是半完成单一分度方法，其中，使用工具(100，200)，其中，所述工具是齿轮切削工具(100)，其包括具有两个切削刃(21.a，21.i)的至少一个切削头(22)，所述两个切削刃布置在所述至少一个切削头(22)上使得它们限定正的末端宽度(s_a0)，或者，所述工具是杯型磨轮形式的磨削工具(200)，其具有限定正的轮廓宽度(s_a0)的两个磨削表面(221.a，221.i)，其中，所述方法包括以下步骤：

A1.执行至少一个第一相对设定运动，以实现第一相对设定，这包括执行退出运动和推进运动，

A2.在第一相对设定中，使用工具(100，200)的两个切削刃(21.a；21.i)中的至少一个第一切削刃或者两个磨削表面(221.a；221.i)中的第一磨削表面精加工面联接工件(10)的齿隙(12)的第一齿面(13.2；13.1)，并且同时地，使用两个切削刃(21.a；21.i)中的第二切削刃或者两个磨削表面(221.a；221.i)中的第二磨削表面预加工同一齿隙(12)的第二齿面(13.1；13.2)，

A3.执行至少一个第二相对设定运动，以实现第二相对设定，这包括执行退出运动和推进运动，

A4.使用工具(100，200)的两个切削刃(21.a，21.i)中的至少一个第二切削刃或者两个磨削表面(221.a；221.i)中的第二磨削表面精加工同一或者另一齿隙(12)的第二齿面(13.2；13.1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A2中，

在第一相对设定中，所有第一切削刃或者第一磨削表面沿着第一飞行路径运动，并且所有第二切削刃或者第二磨削表面沿着第二飞行路径运动，并且

第一飞行路径与第二飞行路径一起处于公共平面中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤A4中，

在第二相对设定中，所有第二切削刃或者第二磨削表面沿着第三飞行路径运动，

第三飞行路径的有效半径大于第二飞行路径的有效半径，并且

第三飞行路径所处的平面相对于所述公共平面倾斜。

4.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，在步骤A1中，作为第一相对设定运动的一部分，

执行第一机器设定的设定，和/或

执行分度运动。

5.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，在步骤A3中，作为第二相对设定运动的一部分，

执行第二机器设定的设定，和/或

执行分度运动。

6.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，在第一相对设定和第二相对设定中，工具(100，200)相对于面联接工件(10)倾斜，使得工具沿着通过面联接工件(10)的当前待加工的齿隙(12)的倾斜路径(B)被引导，其中，在通过面联接工件(10)的轴向剖面中，该倾斜路径(B)基本平行于当前待加工的齿隙(12)的齿根(14)的轮廓。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，齿隙(12)的齿根(14)相对于面联接工件(10)的分度平面(TE1)倾斜毛坯安装角(κ)。

8.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，所述方法是基于齿隙的半完成单一分度方法，其中，使用第一相对设定精加工第一齿隙(12)的第一齿面(13.2；13.1)，并且使用第二相对设定精加工该第一齿隙(12)的第二齿面(13.2；13.1)，然后在中间步骤中执行退出运动、分度旋转和推进运动，然后在随后步骤中使用第一相对设定精加工另一齿隙(12)的第一齿面(13.2；13.1)，并且使用第二相对设定精加工该另一齿隙(12)的第二齿面(13.2；13.1)。

9.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，所述方法是涵盖齿隙的半完成单一分度方法，其中，使用第一相对设定精加工第一齿隙(12)的第一齿面(13.2；13.1)，然后在中间步骤中执行退出运动、分度旋转和推进运动，然后在随后步骤中再次使用第一相对设定精加工另一齿隙(12)的第一齿面(13.2；13.1)，其中，在已经精加工两个不同的齿隙(12)的至少两个第一齿面(13.2；13.1)之后才首次执行第二相对设定的设定和第二齿面(13.2；13.1)的精加工。

10.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，第二机器设定与第一机器设定的不同在于以下一个或者多个变量：

工具(100)的旋转中心(M，M_i，M_a)相对于面联接工件(10)的位置的位置，和/或

执行所述方法的机器的径向刀位的设定，和/或

执行所述方法的机器的摆动角度的设定，和/或

执行所述方法的机器的倾斜角度(τ)的设定。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工具(100)是配备有多个刀具(20)的刀头式齿轮切削工具(100)或者具有多个刀具的整体工具，其中，每个刀具(20)具有切削头(22)，该切削头具有作为第一切削刃的内切削刃(21.i)和作为第二切削刃的外切削刃(21.a)，所述内切削刃和外切削刃布置在切削头(22)上使得它们限定正的末端宽度(s_a0)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，第一齿面是凸齿面(13.1)，第二齿面是凹齿面(13.2)，其中，

在第一机器设定中，使用齿轮切削工具(100)的内切削刃(21.i)执行凸齿面(13.1)的精加工，并且同时地，使用齿轮切削工具(100)的外切削刃(21.a)执行同一齿隙(12)的凹齿面(13.2)的预加工，并且

内切削刃(21.i)和外切削刃(21.a)位于同一切削头(22)上。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工具(100)是配备有多个刀具(20)的刀头式齿轮切削工具(100)或者具有多个刀具的整体工具，其中，每个刀具(20)具有切削头(22)，该切削头具有作为第一切削刃的外切削刃(21.a)和作为第二切削刃的内切削刃(21.i)，所述外切削刃和内切削刃布置在切削头(22)上使得它们限定正的末端宽度(s_a0)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，第一齿面是凹齿面(13.2)，第二齿面是凸齿面(13.1)，其中，

在第一相对设定中，使用齿轮切削工具(100)的外切削刃(21.a)执行凹齿面(13.2)的精加工，并且同时地，使用齿轮切削工具(100)的内切削刃(21.i)执行同一齿隙(12)的凸齿面(13.1)的预加工，并且

内切削刃(21.i)和外切削刃(21.a)位于同一切削头(22)上。

15.根据权利要求11或者13所述的方法，其特征在于，齿轮切削工具(100)的刀具(20)的所有切削头(22)位于齿轮切削工具(100)的公共圆上，该公共圆相对于齿轮切削工具(100)的旋转中心(M)同心地布置。

16.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，在精加工所有齿面之后，使用磨削方法来对所有齿面进行硬精加工。

17.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，工具(100)是杯型磨轮形式的磨削工具(200)，其中，内磨削表面(221.i)用作第一磨削表面，外磨削表面(221.a)用作第二磨削表面。

18.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，工具(100)是杯型磨轮形式的磨削工具(200)，其中，内磨削表面(221.i)用作第二磨削表面，外磨削表面(221.a)用作第一磨削表面。

19.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，面联接工件(10)的齿(11)在所述半完成单一分度方法的范围内获得凸度，该凸度受到工具(100，200)的倾斜的影响。

20.根据权利要求1、2或者3所述的方法，其特征在于，能够通过改变第一相对设定和/或第二相对设定来补偿面联接工件(10)的螺旋角误差。

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