CN111356549B - 用于加工齿部的方法和磨齿机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工夹持在夹具中的工件的齿部(2)的方法，在所述方法中，使绕其旋转轴线旋转并包括切削刃(5)的磨齿工具(1)与特别地绕其旋转轴线旋转的齿部特别地滚动去屑加工接合，以便在一个或多个加工道次中产生预定的齿面端部几何形状，其中在产生所述齿面端部几何形状的所述加工道次期间，响应于去除的切屑(4)通过特别是滚动加工过程被压入齿部的加工齿面中的事件来进行监测，如果监测做出响应，则特别自动地实施去除由在所发生的事件过程中被压入的切屑(4’)在所述齿面端部几何形状上所形成的材料突起的额外的齿部加工过程，所述过程特别是在所述工件的同一夹具中并且特别是通过所述磨齿工具本身来执行。本发明还涉及计算机程序产品，其具有用于执行所述方法的控制程序，并且涉及用于该方法的磨齿机。

Description

用于加工齿部的方法和磨齿机

本发明涉及一种用于加工夹持在夹具中的工件的齿部的方法，在该方法中，使绕其旋转轴线旋转并包括切削刃的磨齿工具与特别地绕其旋转轴线旋转的齿部特别地滚动去屑加工接合，以便在一个或多个加工道次中产生预定的齿面端部几何形状。

这种方法是已知的，最著名的实例包括滚齿、成型和动力刮削。

所产生的齿部通常用于齿轮***中，并且出于在齿轮***中的这种用途的目的，事先使用测量过程来检查，例如是否存在随后可能在齿轮***中导致不希望的噪音或其他故障的齿部缺陷。例如，如果没有实现为齿面的预期承载能力提供的齿面修改，例如所需的冠形式，则可基于测量过程的结果对制造过程进行重新调整，或必要时，可丢弃单个工件。然而，当随后用于齿轮***中时，所产生的齿部通常不表现出所希望的特性。

因此，本发明所解决的问题是改进开头提到的那种方法，特别是在随后更可靠地使用齿部方面。

就该方法而言，该问题通过开头提到的类型的方法的开发而得以解决，其主要特征在于，在产生齿面端部几何形状的加工道次期间，响应于已经去除的切屑通过特别是滚动加工过程被压入齿部的加工齿面中的事件来进行监测，如果监测做出响应，则特别自动地实施去除由在所发生的事件过程中被压入的切屑在齿面端部几何形状的顶部上所形成的材料突起的额外的齿部加工过程，该过程特别是在工件的同一夹具中并且特别是通过磨齿工具本身来执行。

本发明最初基于以下认识，即不令人满意的特性是由于以下事实：在所提供的最终加工道次中，飞屑会进入磨齿工具的表面与工件的齿部之间的间隙中并由于磨齿工具的滚齿过程而被压入齿部的已加工齿面中。这些压入的切屑不易通过机械方式分离，因为由于在加工过程中通常会出现的温度，因此会与工件材料进行一种冷焊或摩擦焊接。

此外，本发明基于这样的认识，即这种事件通常在齿部的根部区域中发生并且是孤立的事件，因此通常执行的监测和测量过程不能足够可靠地识别这种事件，从而在丢弃不合适的齿部时确保足够高的成功率。

最终，本发明基于这样的知识，即不仅通过随后的监测，而且还基于这样的认识：即使在可疑的情况下也可以直接在原地做出响应，而不需要额外工具，可以在所述加工道次过程中尽早地确定这种类型的有害事件是否已经发生。因此，额外的齿部加工过程消除了由压入的切屑引起的缺陷，而没有改变齿面端部几何形状本身。

尽管执行额外的齿部加工过程会浪费时间，导致同一批工件的加工时间不同，从而导致加工循环存在不一致，但本发明还基于这样的知识，即通过由额外的齿部加工过程实现的工件的可靠性的效果和改进，抵消了所浪费的这个时间。

在该方法的有利实施例中，当由监测所监测的参数的时间曲线的幅度超过预定阈值时，监测做出响应。设置预定义的阈值，使得与参数的时间曲线的背景噪声保持安全距离，以便尽管事件未发生也降低响应的风险。此外，阈值不得设置得太高以致不再记录确实发生的事件。已证明，在事件情况下的幅度与背景噪声的差异程度使得可以通过进行测试(例如，在背景噪声的标准偏差的小倍数范围内)适当确定阈值而没有很大困难。也当然可以根据所使用的监测技术和监测参数来选择不同的阈值。

在一个优选实施例中，额外的齿部加工过程是至少在齿部的宽度部分上重复触发监测响应的加工道次。这样，可以可靠地去除焊接的切屑。在不幸的情况下，可以想到在执行额外的齿部加工过程时切屑被再次压入，但这也可以通过监测来检测到，并且可以进行补救。

在该方法的另一优选实施例中，与触发监测响应的加工道次相比，使用在工具和齿部之间的较小距离来执行额外的齿部加工过程。例如，与触发事件的加工道次相比，前进运动减小了工具的切削刃齿部的数量级的值，例如，5-

40μm，特别是10-30μm。这足以捕获和分离压入的切屑。如果先前压入的切屑的压痕保留在齿面几何形状中，则比先前压入的切屑在齿面顶部上形成的材料突起相比，这对于在齿轮***中的后续使用的危害明显小得多。

在另一种优选实施例中，根据超过阈值来确定该事件将被分配到的齿部宽度范围，并且特别是基于所确定的齿部范围来执行额外的齿部加工过程。特别是在较大的齿宽的情况下，如果在额外的齿部加工处理过程中仅在受影响的区域中或例如仅直到受影响的区域或仅从受影响的区域开始进行加工，则可以减少额外的齿部加工处理的工作时间，这取决于受影响的区域是更靠近加工开始的齿部末端还是加工结束的齿部末端。

原则上，在产生齿面端部几何形状的加工道次中检测双重事件不是不可能的。在这种情况下，尤其是为了简化起见，可以允许额外的齿部加工过程在齿部的整个宽度上进行。

在一个可想到的实施例中，还可以监测两个参数，并且如果两个参数的时间曲线的幅度同时超过各自的预定阈值，则监测做出响应。这样可以确保在监测没有响应或由于其他原因而响应的情况下具有更高的冗余度。

在大多数情况下，监测将对一次性触发事件做出响应。但是，参数的监测曲线中反复出现的异常表明了必须单独考虑并消除的另一个缺陷。

关于如何进行监测，可以想到各种可能性-外部传感器，例如，声学传感器。但是，优选使用机器操作参数，例如，与工件的旋转速度或工件旋转的扭矩，或者与工具的旋转速度或工具旋转的扭矩直接或间接相关。

这样，可以直接监测旋转速度，或者可以使用旋转速度控制中的控制偏差或扭矩偏差。这也可以间接地完成，例如使用为控制旋转轴而提供的电流测量。其他机器轴也可以用于此目的。

该方法既适用于外齿也适用于内齿的加工，并且特别证明对于内齿特别有效。

此外，该方法特别地用于滚齿和动力刮削，特别优选地用于动力刮削内齿。当在齿内形成其他齿时，例如以在内齿中形成切口的形式，并且不仅在生产内齿本身时，也可以使用。成型和刮削也是可以想到的加工方法配置。该方法也可用于生产锥齿轮。

监测也可以在先前的粗加工道次期间进行，以便例如记录检测到的事件的数量，并在必要时将该数量纳入有关何时对工具进行再磨锐或更换的决定中。

该方法还受到控制技术的保护，该控制技术采用可用于控制磨齿机的计算机程序产品的形式，以及采用可加以控制以执行该方法的磨齿机的形式。

参考附图，在以下说明书中，可以发现本发明的其他特征、细节和优点，其中：

图1是说明本发明的与工具部分接合的齿部的示意图，

图2是监测的示意图，

图3示出了对应于图2的实际测量，以及

图4是设计为动力刮削机的磨齿机。

图1再次简要地示出了在本发明的上下文中在加工齿部上发生的事件。这样，图1a示出了当在最后的精加工道次中通过磨齿工具1(在文中示出的情况下为动力刮削轮)对齿部2进行加工时，切屑4(在图1a中示为卷起)如何进入动力刮削轮1与齿部2之间的间隙中并且在加工过程中被滚动地压入齿部2中。这种状态如图1b所示，其中压入的切屑用4'表示。图1c示意性地示出了在额外的齿部加工过程中去除压入的切屑4'的情况。从图1c中可以看出，被压入的切屑4′被先前将切屑4压入齿部2中的相同的动力刮削轮1去除。

此外，在该实施例中，在图1a、b和1c之间所示的情况下，工件夹具没有变化。而是将具有齿部2的工件被夹持在相同的夹具中。尽早地在图1a中所示的加工步骤通过监测来检测压入的切屑4’的存在。图2示意性地显示了这种监测的实例；以这种方式，例如，随时间记录支撑齿部2的工件的转速或其他参数。在示意性示出的情况下，该监测在旋转速度控制的情况下发生的背景噪声内移动，但是如图2所示，在切屑4被压入的时刻经历了一个临时的峰状尖峰(9)，监测对该尖峰做出响应。下面的机器控制***接收相应的“事件”信号，然后切换到操作模式，在该模式下执行图1c所示的额外加工过程。

在该额外加工过程之后，在齿部2上存在期望的齿面端部几何形状，而没有由压入的切屑4'引起的材料突起，并且该齿部确保了以后在齿轮***中使用时的低噪声操作并且不会增加齿轮***损坏的风险，否则如果压入的切屑4'未被检测到并在这种状态下将齿部2***齿轮***中则存在这种风险。

图2中摘要显示的监测可以通过多种方式进行；参见例如图3所示的测量图，其描绘了根据优选变型的从用于工具主轴的控制环得出的转矩的时间曲线。但是，也可以想到从该控制环或用于工件主轴的控制环或其他测量***/传感器(例如，检测工具主轴或工件主轴的角位置的测量***、速度传感器、位移测量***或结构声传感器)得出的其他值。

在图1c所示的额外加工过程中，动力刮削轮1重复最后的精加工道次，以相对于前进深度产生齿面端部几何形状。然而，这不是绝对必要的，并且使用稍长的加工距离的道次也足以捕获和去除压入的切屑4'。

由于动力刮削轮1相对于齿部2轴向前进，以便加工整个齿宽，因此图2所示的监测情况也可用于确定时间，从而确定切屑4被压入的位置的图1中所示的高度，至少大致高度。因此，不需要在齿部的整个宽度上进行额外的齿部加工过程，这可以节省时间。

图4示出了包括控制***99的另一动力刮削机100，其中例如使用上述变体实施对事件的监测。该机器是CNC控制的机器，其包括用于所示的每个运动轴线X、Y、Z、A、C、C2的单独驱动器。因此，动力刮削机100在工件侧上包括布置在机床80上的工件主轴70，该主轴在这种情况下被设计为竖直主轴。在工具侧，设置有可相对于机床80在径向前进方向X上移动的径向支架61，在该支架上安装有轴向支架62以可相对于所述径向支架在轴向方向Z上移动，该轴向支架62可枢转地支撑其中布置有具有工具主轴轴线C2的工具头部的切向支架63。枢转轴线A平行于径向轴线X，并允许工具主轴轴线C2在YZ平面中枢转，以便为用于动力刮削的典型机械轴线配置设定工具的旋转轴线与工件的旋转轴线之间的相交角Σ。

尽管本发明优选地用于动力刮削内齿，但是不限于内齿或动力刮削方法。特别地，也可以想到的是，通过根据前述方面中的任一个的它们的各自的控制***来控制滚齿机、成型机、包括刮削工具的刮削机或用于产生锥齿轮的磨齿机。因此，磨齿机具有至少两种操作模式，如果机器控制***的监测响应于切屑被压入齿部中的潜在事件，则与另一种操作模式相比，在一种操作模式下进行额外的加工过程。

本发明也不限于附图说明中提到的细节。而是，以上描述和所附权利要求的特征单独地或组合地对于在其各种实施例中实现本发明是必不可少的。

Claims (18)

1.一种用于加工夹持在夹具中的工件的齿部(2)的方法，在所述方法中，使绕其旋转轴线旋转并包括切削刃的磨齿工具(1)与齿部加工接合，以便在一个或多个加工道次中产生预定的齿面端部几何形状，

其特征在于，在产生所述齿面端部几何形状的所述加工道次期间，响应于去除的切屑(4)被压入齿部(2)的加工齿面中的事件来进行监测，如果监测做出响应，则实施去除由在所发生的事件过程中被压入的切屑(4')在所述齿面端部几何形状的顶部上所形成的材料突起的额外的齿部加工过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述齿部绕其旋转轴线旋转。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工接合是滚动去屑加工接合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述切屑(4)是通过滚动加工过程被压入齿部的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述额外的齿部加工过程自动实施。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述额外的齿部加工过程是在所述工件的同一夹具中执行的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述额外的齿部加工过程是通过所述磨齿工具(1)本身来执行的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中当由所述监测所监测的参数的时间曲线(8)的幅度(A)超过预定阈值时，所述监测做出响应。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述额外的齿部加工过程是至少在所述齿部的宽度部分上重复触发所述监测的加工道次。

10.根据权利要求1所述的方法，其中与触发监测响应的所述加工道次相比，使用在所述工具和所述齿部之间的较小距离来执行所述额外的齿部加工过程。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中根据超过阈值来确定所述事件将被分配到的齿部宽度范围。

12.根据权利要求11所述的方法，其中基于所确定的齿部范围来执行所述额外的齿部加工过程。

13.根据权利要求1所述的方法，其中监测两个参数，并且如果两个参数的时间曲线的幅度同时超过各自的预定阈值，则所述监测做出响应。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所监测的参数示出了工件旋转。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述所监测的参数直接或间接地示出了所述工件的旋转速度或工件旋转的扭矩。

16.根据权利要求8所述的方法，其中所监测的参数示出了工具旋转。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述所监测的参数直接或间接地示出了所述工具的旋转速度或工具旋转的扭矩。

18.一种磨齿机(100)，其包括：工件主轴，其用于旋转地驱动夹持在与所述工件主轴连接的夹具中的工件；工具主轴，其用于旋转地驱动磨齿工具；以及控制器(99)，其特征在于，所述控制器可以控制所述磨齿机以执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。

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