CN111615436A - 刮削工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刮削工具(10)，该刮削工具(10)具有柄(12)和切削头(16)，柄(12)沿着工具(10)的纵向轴线(14)延伸，并且切削头(16)布置在柄(12)的前端处，其中切削头(16)包括沿周向布置的多个齿(18)，所述齿(18)中的每一个均具有位于切削头(16)的背离柄(12)的前端处的平坦的切削面(20)，切削面(20)相对于纵向轴线(14)以不等于90°的角度倾斜，过渡面(22)布置在每对相邻齿(18)的切削面(20)之间，所述过渡面(22)也布置在切削头(16)的前端处并且与两个相邻的齿(18)的切削面(20)直接邻接，在过渡面(22)的所有点处的表面法线(23)分别与两个相邻的齿(18)的切削面(20)形成大于0°的角度(β)。

Description

刮削工具

技术领域

本发明涉及一种动力式刮削工具，该动力式刮削工具具有沿着该工具的纵向轴线延伸的柄和布置在该柄的前端处的切削头，其中该切削头包括沿周向布置的多个齿。

背景技术

动力式刮削是一种用于制造齿轮的方法，该方法例如在齿轮的制造中使用。已知这样的动力式刮削已经有100多年的历史了。该方法的第一项专利申请于1910年提交，编号为DE 243514。在随后的几年中，动力式刮削长期没有引起关注。然而，在过去的十年中，这种用于机械加工工件的非常古老的制造方法再次被采用，并且现已广泛地用于制造各种齿轮。关于该主题的相对较新的专利申请例如是WO 2012/152659 A1。

动力式刮削用作滚齿或插齿的替代方法。与滚齿和插齿相比，动力式刮削能够显著地减少机械加工时间。此外，还能够实现非常高的机械加工质量。因此，动力式刮削能够实现非常多产且同时高精度的齿轮制造。

在动力式刮削中，沿相同的转动方向并以协调(同步)的速度比驱动工件和工具。工具相对于工件以预定角度(通常称为交叉轴线角度)设置。交叉轴线角度是动力式刮削工具的转动轴线和待机械加工的工件的转动轴线之间的角度。为了产生进给运动，工具和/或工件也以平移方式运动。因此，在动力式刮削工具和工件之间产生的相对运动是一种螺旋运动，该螺旋运动具有转动分量(旋转分量)和推力分量(平移分量)。通过在动力式刮削工具的切削头上沿周向布置的齿来对工件进行机械加工。

切削头或至少切削头上的齿优选地由碳化物制成，而动力式刮削工具的柄通常由钢制成。根据动力式刮削工具的尺寸和/或待生产的齿轮的尺寸，该工具也可以整体由碳化物制成。也可以为动力式刮削工具的切削头配备形成齿的单独的切削刀片。此外，形成齿的碳化物切削刃可以焊接到可更换的切削头上。

前刀面通常布置在齿的上侧；前刀面形成切削头的、背离动力式刮削工具的柄的前端。通常，前刀面被构造成平坦的表面。前刀面通常相对于动力式刮削工具的纵向轴线倾斜，即不垂直于纵向轴线。因此，前刀面位于不同的平面中。齿本身以星形的方式远离工具的纵向轴线指向，其中齿不必一定沿径向方向精确地延伸。

齿的前刀面通常用磨轮制成。这在一个齿的前刀面与相邻齿的前刀面之间产生了阶梯，看起来像是一种台阶。图8示出了根据现有技术的典型示例的切削头的一部分。图8中的图示通过从径向方向以平视视角观察切削头而获得。在图8中，三个相邻的前刀面均标有附图标记20。在图8中，用附图标记22标记在磨削期间在两个相邻前刀面20之间产生的过渡面。在根据现有技术已知的工具上，该过渡面22包括平坦的侧面24，该侧面24通常定向成正交于相邻的前刀面20。由于磨轮用其前侧机械加工前刀面20，并用其外周侧机械加工侧面24，因此在磨削过程期间自动地产生该正交对准。

在制造内齿轮时，通常首先通过内圆车削来机械加工工件。由此，通过内圆车削将工件机械加工成具有一内径，该内径由随后制造的齿轮的齿的齿高度来确定。然后，通过动力式刮削过程制造出具有其齿侧面和齿根部的内齿轮。在该机械加工过程中，通过内圆车削来制造齿尖端的表面，而通过动力式刮削来制造齿侧面和齿根部的表面。在内齿轮的情况下，齿尖端是齿轮的形成齿轮的最小内径的那些部分。另一方面，齿根部形成内齿轮的最大内径。在外齿轮的情况下，这当然是相反的。在这两种情况下，齿侧面都在齿尖端和齿根部之间延伸。

与刚提到的机械加工顺序相反，通常也期望通过动力式刮削来制造齿轮的齿尖端，因此不再需要内圆车削。然而，在这种情况下，以上参照图8所提到的相邻前刀面之间的阶梯状过渡呈现出了问题，因为这种过渡、特别是正交于相邻前刀面20对准的侧面24在齿轮的齿尖端上形成了干扰轮廓。这种干扰轮廓通常被视为轻微偏移。由于这种偏移可能会影响齿轮的质量，因此这种偏移是不期望的。因此，在这种情况下，通常必须通过例如磨削来重新加工齿轮的齿尖端。这是耗时且增加成本的。

不言而喻的是，在外齿轮的制造中也会出现相同的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有改进的切削头几何形状的动力式刮削工具，通过该改进的切削头几何形状可以避免在齿轮的齿尖端上形成不期望的干扰轮廓。

该目的通过上述类型的动力式刮削工具来实现，其中，动力式刮削工具的每个齿均包括位于切削头的背离柄的前端处的平坦的前刀面，其中前刀面相对于纵向轴线以除90°以外的角度倾斜，其中过渡面在每种情况下均布置在两个相邻的齿的前刀面之间，过渡面也布置在切削头的前端处并且直接邻接两个相邻的齿的前刀面，其中在过渡面的所有点处的表面法线与两个相邻的齿的前刀面形成大于0°的角度。

与现有技术相反，在切削头的前端处的前刀面之间形成的过渡面不正交于相邻的前刀面延伸，而是倾斜于相邻的前刀面延伸。施加到过渡面的切线不正交于相邻的前刀面，而是优选地相对于相邻的前刀面以锐角延伸。这适用于过渡面上的任何点，其中过渡面的侧向边界(边缘)不认为属于过渡面。

根据优选的改进，在过渡面的所有点处的所有表面法线与两个相邻的齿的前刀面形成大于10°的角度。这对应于前刀面与过渡面的任意点处的切线之间的小于80°的角度。这适用于过渡面上的每一点，其中过渡面的侧向边界(边缘)不认为属于过渡面。切线被认为是在相应的点处沿过渡面在该点处的最大曲率方向定向的切线，即在所考虑的相应的点处与该点处的其他切线相比相对于相邻前刀面具有最大的角度的切线。

显然，由于过渡面的曲率，表面法线的方向(以及由此的切线的方向)通常会在点与点之间发生变化。然而，根据本发明，在过渡面的所有点处的表面法线与两个相邻的齿的前刀面围成大于0°(不包括0°)的角度。

通过位于前刀面之间的过渡面的这种对准，可以避免在齿轮的齿尖端上形成干扰轮廓，而无需在先前进行内圆车削或随后进行精加工(如使用现有技术的动力式刮削工具时是这种情况)。

由于过渡面相对于相邻前刀面的倾斜(非正交)对准，因此不存在如图8(现有技术的动力式刮削工具的一个示例)所示的“明显的”阶梯形偏移。这意味着本发明的动力式刮削工具也可以直接用于机械加工齿轮的齿尖端。因此，上述目的得以完全实现。

根据本发明的一种改进，过渡面包括至少一个凹表面部分。该凹表面部分优选地邻接两个相邻的前刀面中的一个。

术语“凹”在本文中用于表示向内弯曲的曲率。由于凹表面部分通常由用于机械加工切削头的齿的磨轮的形状来确定，因此具有任何曲率半径的凹表面部分都是可能的。因此，半径为百分之几或例如仅为百分之一的弯曲表面部分仍应被视为是凹表面部分，而不是锋利的边缘。

根据进一步改进，过渡面包括凸表面部分。该凸表面部分优选地邻接两个相邻的前刀面中的一个。

术语“凸”在本文中用于表示向外弯曲的曲率。出于与以上关于凹表面部分所述的相同的理由，曲率半径仅为百分之一的弯曲的凸表面部分仍应被理解为凸的而不是锋利的边缘。

根据另一种改进，过渡面包括凹表面部分和凸表面部分，凹表面部分邻接两个前刀面中的一个，并且凸表面部分邻接两个相邻的前刀面中的另一个。

根据进一步改进，过渡面包括平坦表面部分。该平坦表面部分优选地形成过渡面的中心区域，该中心区域中心地位于两个相邻的前刀面之间。然而，平坦表面部分也可以邻接两个相邻的前刀面中的至少一个。

由于在最初提到的关于过渡面的定向的限定，这仍适用于过渡面的上述凹表面部分、凸表面部分和/或平坦表面部分，因此这些表面部分的所有点处的表面法线都与两个相邻齿的前刀面形成大于0°、优选大于10°的角度。

根据本发明的进一步改进，平坦表面部分直接邻接凹表面部分。

根据进一步改进，平坦表面部分布置在凹表面部分和凸表面部分之间。在这种情况下，平坦表面部分形成过渡面的、优选地离两个相邻前刀面都具有相同距离的表面部分。凹表面部分优选地邻接两个相邻的前刀面中的一个。凸表面部分优选地邻接两个相邻的前刀面中的另一个。

根据可替代的改进，平坦表面部分直接邻接前刀面中的一个。在这种情况下，在平坦表面部分与两个相邻的前刀面中的另一个之间形成锋利的边缘角。

根据进一步改进，过渡面包块凹表面部分和凸表面部分，其中凹表面部分直接合并到凸表面部分中。

优选地，根据所有上述改进，过渡面被构造成具有连续变化的切线梯度的连续表面。

切削头的齿优选地以锐角径向地向外延伸。随着离纵向轴线的径向距离增加，这些齿变得更窄。

在周向侧，每个齿都包括一个侧面，该侧面优选地倾斜于纵向轴线定向。因此，齿的侧面优选地不平行于纵向轴线延伸。

根据动力式刮削工具的进一步改进，切削头可释放地附接到柄。在这种情况下，切削头可以在磨损时被整体替换并被新的切削头替换。各种界面式连接可以实现为切削头和柄之间的界面式连接。优选地，界面式连接包括螺纹连接。

根据另一种改进，切削头的齿被构造成切削刀片，该切削刀片可释放地附接到切削头。在这种情况下，可以单独地更换齿。

不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征以及待进行解释的这些特征不仅可以在每种情况下所指出的组合中使用，还可以在其他组合中使用或单独地使用。

附图说明

在以下附图中示出了本发明的示例，并且在以下描述中对本发明的示例进行了更详细的解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的动力式刮削工具的实施例的立体图；

图2示出了图1所示的动力式刮削工具的侧视图；

图3示出了从图2所示的动力式刮削工具的上方观察的平面图；

图4示出了从图2所示的动力式刮削工具的下方观察的平面图；

图5从径向方向以平视视角示出了根据本发明的根据第一实施例的动力式刮削工具的切削头的详细视图；

图6从径向方向以平视视角示出了根据本发明的根据第二实施例的动力式刮削工具的切削头的详细视图；

图7从径向方向以平视视角示出了根据本发明的根据第三实施例的动力式刮削工具的切削头的详细视图；并且

图8从径向方向以平视视角示出了根据现有技术的动力式刮削工具的切削头的详细视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的动力式刮削工具的实施例的立体图。在本文中动力式刮削工具整体上由其附图标记10来表示。

根据本发明的动力式刮削工具10包括柄12，该柄12沿着纵向轴线14延伸。在所示的实施例中，柄12是圆柱形的。然而，在原则上，柄12也可以具有不同的形状，例如长方体。

此外，动力式刮削工具10包括切削头16，该切削头16布置在柄12的前端处。在切削头16上布置有多个齿18，多个齿18分布在切削头16的周向上。

这些齿18中的每一个都包括前刀面20，前刀面20位于齿18的背离柄12的前端处。齿18以锐角径向地向外成锥形。每个齿18都包括沿周向布置的侧面26，该侧面26表示每个齿18的径向地最外侧部分，并且因此也表示切削头16的径向地最外侧部分。在此处示出的实施例中，侧面26定向成倾斜于动力式刮削工具10或柄12的纵向轴线14。

每个齿18的前刀面20在每种情况下相对于纵向轴线14以除90°以外的角度(不正交)倾斜。优选地，所有齿18的前刀面20相对于纵向轴线14具有相同的倾斜角度。然而，显然地，从几何学角度看，前刀面20由于其星形布置而不是彼此平行的。但是，两个相邻的齿18的前刀面20大致平行于彼此延伸。

图5至图7中的每一个从径向方向以平视视角示出了切削头16的前端的详细视图。根据图5至图7中所示的三个不同的实施例，齿18的前端具有略微不同的形状。然而，本文示出的三个实施例的共同点在于，过渡面22位于两个相邻的齿18的前刀面20之间。该过渡面22相对于相邻的前刀面20倾斜。

过渡面22根据实施例而被不同地成形，这将在下面更详细地讨论。本文示出的所有实施例的共同点在于，过渡面22的切线(该切线在附图中由虚线表示)相对于位于平坦平面中的相邻前刀面20以角度α布置，该角度α小于90°，优选小于80°。该角度α优选地在过渡面22的所有点处小于90°，并且特别优选地小于80°。因此，分别正交于过渡面22定向的表面法线23与相邻的前刀面形成大于0°的角度β，特别优选地形成大于10°(包括10°)的角度β。在图5至图7中，在与过渡面22的其他点相比具有最大切线梯度的点处绘制切线和表面法线23中的每一个。因此，根据过渡面22上的点，角度β处于以下范围内：0°＜β≤90°，优选处于10°≤β≤90°的范围内。

在图5所示的第一实施例中，过渡面22包括凹表面部分28、凸表面部分30和平坦表面部分32。过渡面22的凹表面部分28直接邻接两个相邻的前刀面20中的一个的一端。过渡面22的凸表面部分30直接邻接两个相邻的前刀面20中的另一个的一端。平坦表面部分32布置在凹表面部分28和凸表面部分30之间。

优选地，过渡面22具有连续变化的曲率。因此，凹表面部分28和平坦表面部分32之间的过渡部与平坦表面部分32和凸表面部分30之间的过渡部一样是连续的。优选地，过渡部不仅是连续的，还相切地合并到彼此。在图5所示的实施例中，前刀面20还优选地连续且相切地合并到凹表面部分28或凸表面部分30中。

图6所示的实施例与图5所示的实施例的不同之处在于，在平坦表面部分32和相邻的前刀面20之间设置有边缘(未倒圆)而不是设置有凸表面部分30。在此，过渡面22的平坦表面部分32直接邻接两个相邻的前刀面20中的一个。

在图7所示的实施例中，过渡面22不包括平坦表面部分32。替代地，邻接两个相邻的前刀面20中的一个的凹表面部分28直接合并到邻接两个相邻的前刀面20中的另一个的凸表面部分30中。凹表面部分28和凸表面部分30之间的过渡部优选地是连续的且相切的过渡部。在图7中，表示过渡面22和前刀面20之间的上述角度的虚线布置为在凹表面部分28和凸表面部分30之间的转折点或转折线36处的切线。在图7所示的实施例中，该点或线(在3维中)表示在过渡面22处的切线的最大斜率点。

不言而喻的是，代替通过用过渡面22的切线来描述上述角度α，还可以通过表面法线来描述相对应的相对角度，该表面法线在相应的点处垂直于过渡面22定向。遵循α＜90°或α＜80°的上述条件，这意味着表面法线23在过渡面22的所有点处(除了在过渡面22的边缘处)与两个相邻的齿18的前刀面20围成大于0°的角度，优选地围成大于10°(包括10°)的角度。过渡面22相对于相邻的前刀面20的这种倾斜角度有效地防止了在待生产的齿轮的齿尖端处形成不期望的干扰轮廓的问题。

不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以想到由图5至图7所示的过渡面22的各个表面部分28、30、32的布置的组合和排列所产生的其他实施例。

Claims (15)

1.一种动力式刮削工具(10)，所述动力式刮削工具(10)具有柄(12)和切削头(16)，所述柄(12)沿着所述动力式刮削工具(10)的纵向轴线(14)延伸，并且所述切削头(16)布置在所述柄(12)的前端处，其中，所述切削头(16)包括沿周向布置的多个齿(18)，其中这些齿(18)中的每一个均包括位于所述切削头(16)的背离所述柄(12)的前端处的平坦的前刀面(20)，其中所述前刀面(20)相对于所述纵向轴线(14)以除90°以外的角度倾斜，其中过渡面(22)在每种情况下均布置在两个相邻的齿(18)的前刀面(20)之间，所述过渡面(22)也布置在所述切削头(16)的前端处并且直接邻接所述两个相邻的齿(18)的前刀面(20)，其中在所述过渡面(22)的所有点处的表面法线(23)与所述两个相邻的齿(18)的前刀面(20)形成大于0°的角度(β)。

2.根据权利要求1所述的动力式刮削工具，其中，在所述过渡面(22)的所有点处的所述表面法线(23)与所述两个相邻的齿(18)的前刀面(20)形成大于10°的角度(β)。

3.根据权利要求1或2所述的动力式刮削工具，其中，所述过渡面(22)包括至少一个凹表面部分(28)。

4.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述过渡面(22)包括凸表面部分(30)。

5.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述过渡面包括平坦表面部分(32)。

6.根据权利要求3和5所述的动力式刮削工具，其中，所述平坦表面部分(28)直接邻接所述凹表面部分(28)。

7.根据权利要求3、4和5所述的动力式刮削工具，其中，所述平坦表面部分(32)布置在所述凹表面部分(28)和所述凸表面部分(30)之间。

8.根据权利要求7所述的动力式刮削工具，其中，所述凹表面部分(28)邻接所述两个相邻的齿(18)中的一个的前刀面(20)，并且所述凸表面部分(30)邻接所述两个相邻的齿(18)中的另一个的前刀面(20)。

9.根据权利要求5或6所述的动力式刮削工具，其中，所述平坦表面部分(32)直接邻接所述两个相邻的齿(18)的前刀面(20)中的一个。

10.根据权利要求1所述的动力式刮削工具，其中，所述过渡面(22)包括凹表面部分(28)和凸表面部分(30)，其中所述凹表面部分(28)邻接所述两个相邻的齿(18)中的一个的前刀面(20)，并且所述凸表面部分(30)邻接所述两个相邻的齿(18)中的另一个的前刀面(20)。

11.根据权利要求10所述的动力式刮削工具，其中，所述凹表面部分(28)直接合并到所述凸表面部分(32)中。

12.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述齿(18)以锐角径向地向外成锥形。

13.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述齿(18)中的每一个均包括沿周向布置的侧面(26)，所述侧面(26)倾斜于所述纵向轴线(14)定向。

14.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述切削头(16)能够释放地附接到所述柄(12)。

15.根据前述权利要求中的一项所述的动力式刮削工具，其中，所述柄(12)由钢制成，并且所述切削头(16)的所述齿(18)由碳化物制成。

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