用于在齿轮齿部的齿上产生底切的工具和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在齿轮的内齿部或外齿部上产生底切(Hinterlegung)的工具，其中该在使用期间围绕工具旋转轴旋转的工具包括沿工具旋转轴延伸的工具柄、在该工具柄的一个端部上形成的用于将工具固定到机床的工具驱动器上的固定区段和至少一个切削刀片，该切削刀片布置在设置在工具柄的外周上的固定位置。

本发明还涉及一种用于在齿轮齿部的齿上产生底切的方法，在该方法中，借助于至少一个固定在围绕工具旋转轴旋转的工具的工具柄的外周上的切削刀片以切削减材的方式将材料从围绕工件旋转轴旋转的齿轮的齿的侧面去除，该工具旋转轴纵向于工具柄定向。

背景技术

从EP 0 550 877 B1已知一种开头所述类型的方法。在该方法中，将相对于工件在内摆线或外摆线上旋转的单齿工具推入待加工的齿部中。工具的切削刃的相应的摆线运动路径选择为使得插入待加工齿部的摆线分支至少近似地与待加工齿部的啮合角重合。在该方法的实际实施中，使用了一种工具，该工具包括细长的工具柄，在工具柄的外周上布置了两个沿轴向相互错开的切削刀片，以便同时在待加工齿部的相应齿的前边缘和后边缘上形成底切。工具柄以其一个端部区段夹持在相应机床的工具夹持部中，使得工具柄在其承载切削刀片的大部分长度自由地从该夹持部中伸出。尤其是在加工较宽的工件时，这种夹持会导致细长的工具柄由于横向于工具旋转轴的载荷而弯曲。这可能尤其会在通过在远离工具夹持部的前部切削刀片而产生的前底切区域中导致不允许的形状偏差。在实践中，这些形状偏差可以这样抵消，即为了产生前底切而使用这样的切削刀片，其由于其特殊的、匹配于相应的加工任务和情况的形状而补偿了在运行过程中出现的工具柄形状偏差。

由EP 1 644 152 A1已知另一种用于对带齿工件进行结构化的方法，尤其是用于在具有内齿部或外齿部的工作轮的齿侧面上产生底切或类似物的方法。为此，借助于围绕工具旋转轴旋转的切削刃工具来切屑加工围绕工件旋转轴旋转的工件，其切削刃与工件的齿部啮合。工件和切削刃工具以固定的转速比围绕其相互平行的旋转轴旋转，使得切削方向朝向齿根。由于与旋转运动相叠加的轴间距变化以及相位变化或轴位置在对应于轮廓形状的曲线上的倾斜变化的组合，切削刃工具在此发生位移。同时，通过轴间距、切削刃的飞圆(Flugkreis)和传动比所定义的切削刃相对于工件的摆线运动路径这样选择，使得摆线曲线的进入分支与同一摆线曲线的返回分支相交。

发明内容

在上述现有技术的背景下，提出了一种目的，即用简单的手段得到一种工具，并提出一种方法，其实现了在齿部上产生几何形状精确的底切，无需使用特殊形成的切割嵌件或改变在实践中证明适合用于生产底切的机床。

为了解决该目的，本发明提出了一种至少包括权利要求1中给出的特征的工具和一种至少执行在权利要求10中给出的工作步骤的方法。

本发明的有利设计方案在从属权利要求中给出，并且与本发明的总体思想一样在下文中详细解释。

用于在齿轮的内齿部或外齿部上产生底切、在使用期间围绕工具旋转轴旋转的根据本发明的工具由此与开头提及的现有技术一致，包括沿工具旋转轴延伸的工具柄、在该工具柄的一个端部上形成的用于将工具固定到机床的工具驱动器上的固定区段和至少一个切削刀片，该切削刀片布置在设置在工具柄的外周上的固定位置。

根据本发明，在这样的工具中，工具柄在法向于工具旋转轴定向的平面中测量的直径从工具柄在切削刀片的固定位置处的直径开始，沿朝向固定区段的方向增加。

因此，根据本发明的工具不再具有拉长的、细长的或销形的形状，而是至少从切削刀片被固定到工具柄的位置开始，在固定区段的方向上加厚。这种在固定区段的方向上增加的加厚，实现了工具柄从固定位置开始在固定区段的方向上增加的刚度，这精确地抵消了在使用工具时出现的弯曲载荷。通过根据本发明的几何形状以及由此相关实现的工具的质量和强度分布，确保了工具在使用期间出现的载荷下最多在允许的公差范围内变形。因此，当在齿轮齿部的齿上产生底切时，可以保证最佳精确的工作结果，而无需为此进行复杂的工具成型或费力的机器控制。

用于产生底切的工具的根据本发明的设计方案的一个特别优点是，在使用期间与工具的自由端面相邻的前部区域中的直径可以保持得很小，以至于安装在该区域中的切削刀片在通常在机床中普遍存在的空间受限的条件下也可以安全且没有问题地达到相应的加工点。

因此，在实践中特别重要的本发明的设计方案设定，切削刀片的固定位置与工具柄在使用期间自由的端面之间的距离小于固定位置与工具柄的邻接固定区段的端部之间的距离。这意味着工具柄上的至少一个切削刀片优选位于工具柄的端面附近，该端面在使用中朝向待加工的齿轮工件的齿移动。

如果切削刀片的固定位置直接临接工具柄在使用过程中自由的端面，则已证明对于切削刀片相对于待加工齿轮齿部的齿面的最佳定位的可能性而言是特别有利的。这可以意味着，例如，从自由端面开始，在工具柄中形成容纳部，切削刀片被保持在该容纳部中，使得其在径向方向上侧面突出于工具柄并因此在使用过程中与相应待加工的齿啮合。

如果根据本发明的工具分别仅配备一个切削刀片，则可分别在经加工的齿轮上产生与齿轮的端面之一邻接的底切。如果还要在齿轮的相对的第二端面上产生这种底切，则通常将齿轮翻转过来，然后在尚未加工的齿侧上产生底切。

然而，使用根据本发明的工具，也可以在一次走刀中同时在齿的两端产生底切。为此在工具柄的外周上可以设置两个分别用于一个切削刀片的固定位置，并且这两个固定位置中的第一固定位置可以设置在距工具柄在使用时自由的端面一定距离处，该距离小于该固定位置与工具柄的邻接固定区段的端部之间的距离，尤其是直接临接工具柄在使用期间自由的端面，而第二固定位置在工具柄的纵向方向上沿朝向固定区段的方向布置在距第一固定位置一定距离处。固定位置之间的距离对应于同时在经加工的齿轮的齿上产生两个底切的距离。第二固定位置可以设置得远离第一固定位置，使得其直接邻接工具柄的与固定区段相对应的端部。

由于使用根据本发明成型的工具避免了在现有技术中导致底切的形状出现不允许的形状偏差的弯曲变形，因此根据本发明的工具可以配备有常规设计的切削刀片。通过这种方式，不再需要特殊匹配，尤其是对于设置在位于工具的对应于工具柄在使用中自由的端面的前部区域中的固定位置中的切削刀片而言。

由根据本发明的工具分别承载的切削刀片可以以传统切削嵌件的方式设计，以便能够在磨损后容易地将其更换。为此目的，相应的固定位置可以由容纳部形成，并且布置在相应的固定位置中的切削刀片可以设计为切削嵌件，其通过保持区段保持在容纳部中，而切削嵌件的切削刀片在径向方向上突出超过工具柄的外周。

可以使根据本发明设定的工具柄的直径的增加精确地匹配于使用期间实际发生的弯曲载荷，例如通过在实际测试中记录相关的弯曲载荷并得出工具柄的与所追求的工具柄刚化有关的最佳厚度分布。

通过使工具柄的直径从切削刀片的固定位置开始，在工具柄的与固定区段相对应的端部的方向上连续增加，可以实现最佳的抗变形性。这种厚度的连续增加可以避免负载跳跃和由此导致的工具中的应力，该应力可能导致工具过早失效。

当工具柄至少区段性地以锥形或截锥形的方式成形时，可获得基于此的工具的特别实用的设计。实际测试表明，以这种方式成型的组件不仅特别容易生产，而且在实践中发生的负载下确保了优化的尺寸稳定性。已经表明，通过将工具柄成形为截锥或截锥形，可以始终可靠地避免工具弯曲，从而可以可靠地满足在实践中出现的制造精度要求。以这种方式设计的工具具有锥形延伸的外周面，该外周面与工具的旋转轴围成一个角度，该角度对应于工具旋转轴和工件旋转轴之间的角度。

根据本发明的工具的特别的优点还在于，工具柄可以以简单的方式制造为实心体。现有技术中已经证明可用的钢材特别适用于此目的。

根据以上解释，在根据本发明的用于通过至少一个切削刀片在齿轮齿部的齿上产生底切的方法中，通过从围绕工件旋转轴旋转的齿轮的齿的侧面以切削的方式去除材料，该切削刀片固定在工具的工具柄的外周上，该工具围绕与工具柄纵向对齐的工具旋转轴旋转。

根据本发明，根据本发明设计的工具用于以切削的方式产生底切。根据本发明，其工具旋转轴相对于工件旋转轴以大于0°的角度定向。

在根据本发明的方法中，通过在产生底切时工具旋转轴和工件旋转轴彼此倾斜地定向而考虑到了分别所使用的工具的厚度分布。通过工具旋转轴相对于工件旋转轴的成角度的定向补偿了根据本发明的工具中的切削刀片的切削刃相对于工具旋转轴以角度β对准的情况。

在根据本发明的工具的切削刀片的切削刃平行于工件柄的包络面定向的特别实际的情况下，工件旋转轴和工具旋转轴相交的角度优选为等于确定包络面的外周线与工具旋转轴围成的角度。在此，将通过贴靠在工具柄上的直线外周线围绕工具旋转轴旋转而产生的锥形面称为“包络面”。

在这种情况下，切削刀片具有至少区段性直线形成的切削刃，该切削刃平行于形成工具柄包络面的外周线定向，其中角度Σ设置为使得切削刃的直线区段在分别与待加工的齿相遇的时刻平行于齿轮的相关齿的顶面定向。

在根据本发明的底切的生产中，工具和工件的旋转轴因此以轴交叉角相交，这例如也从滚齿

对于实践而言，根据本发明的工具的工具柄的这样的形状已经证明是有效的，即，在工具柄的外周线和工具旋转轴之间、并且由此在实施根据本发明的方法时在工具旋转轴和该工件旋转轴之间存在4°至16°的角度β。

当切削刀片具有至少区段性直线形成的、平行于包络工具柄的外周面定向的切削刃时，实现了根据本发明的方法的特别实用的设计方案，其中这样设置角度β，使得切削刃的直线区段在与分别待加工的齿相遇的时刻平行于齿轮的相关齿的顶面定向。

根据本发明的工具和根据本发明的方法对在相应加工的齿轮上产生底切的方法执行没有特别的要求，除了规定工具和工件的旋转轴根据本发明彼此成角度的定向。针对加工，工具和工件的转速比可以以已知方式设置，使得齿轮的所有齿在一次加工过程中加工。为此，可以选择转速，使得它们没有公约数。在此，可以相对于待加工的齿轮的几何形状来选择工具的几何形状，使得工具的相应切削刀片的切削刃的轨迹画出“开放摆线”或“闭合摆线”的轨迹。

附图说明

下面参考示出了实施例的附图更详细地解释本发明。图中分别示出：

图1在具有外齿部的齿轮的齿上产生底切时的工具的侧视图；

图2根据图1的工具的正视图；

图3根据图1和2的工具的后方透视图；

图4用于生产底切的工具的替代性设计方案的侧视图。

具体实施方式

用于在齿轮ZR的外齿部A上产生底切H的工具1在使用期间围绕工具旋转轴W旋转。

在此，工具1包括沿工具旋转轴W延伸的工具柄4，在其一端5形成有常规形成的固定区段6，其用于将工具1固定到在此未示出的机床的为了清楚起见在此未示出的工具驱动装置的夹持部上。工具柄4和固定区段6由工具钢一体制成，该工具钢在现有技术中已证明适合用于生产此处所讨论的类型的工具。

工具柄4在其与固定区段6相对的、在使用中从工具驱动装置的夹持部自由突出的端部处具有端面7，其具有直径为D1的圆形基本形状。从端面7开始，工具柄4的直径D在工具柄4的平行于工具旋转轴W延伸的纵向L方向上连续增加，直到工具柄4的对应于固定区段6的端部5，在该处直径D具有最大值D2。

以这种方式，工具柄4具有截锥的形状，其外周面8通过直线外周线M围绕工具旋转轴W旋转得到并且因此从其邻接固定区段6的最厚点开始，朝工具柄4在使用期间自由的端面7的方向上呈锥形收窄延伸。

外周线M相对于工具旋转轴W倾斜例如5°的角度β。

从端面7开始，在工具柄4中形成侧向朝向外周面8开口的容纳部9，并且常规形成的切削刀片嵌件10以其保持区段安置在该容纳部中。切削刀片嵌件10的保持区段承载切削刀片11，该切削刀片沿径向R自由地突出超过工具柄4的外周面8。以这种方式，切削刀片11被保持在固定位置B1，该固定位置直接临接工具柄4在使用期间自由的端面7，并由此与工具柄4邻接固定区段6的端部5之间的距离S最大。切削刀片11具有直线形成的切削刃12，在此说明的示例中，该切削刃平行于工具柄4的外周面8延伸。

在使用中，齿轮ZR与工具1围绕工具旋转轴W同时旋转。工具1围绕工具旋转轴W旋转的转速R1与工件(齿轮ZR)围绕工件旋转轴X旋转的转速R2的转速比R1/R2这样选择，使得两个转速R1、R2没有公约数。以这种方式，以已知方式实现了齿轮ZR的所有齿Z在足够数量的旋转之后完成均匀加工。

为了在齿轮ZR的外齿部A的齿Z上产生底切H，工具1以其工具旋转轴W相对于工件旋转轴X以这样的方式定位，即，使得在工件旋转轴X和工具旋转轴W之间围成轴交叉角Σ，其例如等于角度β，锥形工具柄4的形成外周面8的外周线M以该角度β相对于工具旋转轴W定向。

以这种方式，工具柄4的外周面8在最接近工件旋转轴X的位置处平行于工件旋转轴X定向。由此，切削刀片11的切削刃12在与待加工的齿Z啮合的时刻也平行于该待加工的齿的顶面K定向，并因此平行于工件旋转轴X定向。

以这种方式，尽管工具柄4具有锥度并且切削刀片11的切削刃12平行于工具柄4的外周面8定向，在通过切削刀片11以切削的方式在齿轮ZR的齿Z上产生底切H时产生了断面图，该断面图对应于当以开头所提到的并且在EP 0 550 877B1中说明的类型的细长但易于变形的工具将底切引入到齿轮齿中时出现的断面图。

与必须使用细长的工具来到达要生产相应底切的位置的现有技术相比，在根据本发明的工具1中，沿其工具旋转轴W弯曲变形的风险被最小化，方法是工具柄4由于其从固定位置B1开始在固定区段6的方向上增加的厚度，针对切削刀片11在到齿轮ZR的齿Z材料中的接合期间出现的、与工具旋转轴W横向定向的力提供了高变形阻力。

结果，当切削刀片11的固定位置B1选择为相对于固定区段6远距离自由悬出时，也可以在齿轮ZR上高精度地产生底切H，其中工具1在使用中通过该固定区段保持在相应机床的工具容纳部中。

如果在齿轮ZR上使用工具1不仅在齿Z对应于齿轮ZR的一个端面S1的端部区段上、而且也在邻接于相对端面S2的端部区段上形成底切H，则在图1所示的设计方案中，可以为此在与第一端面S1临接的底切H制造完成之后，立即将工具1围绕垂直旋转轴V翻转，并且使用工具1进行进一步的加工过程。

图4中示出了工具101的示例，其能够在待加工的齿轮ZR的端面S1、S2上同时产生底切H1、H2。

为此，工具101具有工具柄104和固定区段106，其以上述针对工具1所述的方式一件式形成为实心体。

与工具1中一样，在工具101中也在其使用时自由的端面107中形成容纳部，与工具1的容纳部9一样，该容纳部在径向方向R上朝向工具101的外周面108敞开。常规成型的第一切削刀片嵌件110布置在该容纳部中。切削刀片嵌件110的切削刀片111在工具101中位于工具1中与切削刀片11相同的固定位置B1处。这里，切削刀片111的切削刃同样平行于工具101的旋转轴W定向。

在工具101中还额外设置了第二切削刀片113。为此，在设置在工具柄104的纵向延伸的大致中间的固定位置B2处，在工具101的外周面108中形成有容纳切削刀片嵌件114的容纳部。和切削刀片嵌件10和110一样，切削刀片嵌件114承载有沿径向R突出超过锥形形成的工具柄104的外周面108的第二切削刀片113。

对于齿轮ZR的加工，工具101与工具1一样，以其旋转轴W相对于与工具101同时旋转的齿轮ZR的旋转轴X以轴交叉角Σ定向并这样定位，即，切削刀片110和113与分别待加工的齿Z啮合。在此，工具柄104从在使用期间自由的端面107开始厚度增加的锥形形状确保了，在加工期间，尽管出现了工具101的横向载荷，工具101不会发生可能影响加工结果精度的变形。

附图标记说明

1 用于制造底切H的工具

4 工具柄

5 工具柄4对应于固定区段6的端部

6 固定区段

7 工具柄4在使用中自由的端面7

8 工具柄4的外周面

9 容纳部

10 切削刀片嵌件

11 切削刀片嵌件10的切削刀片

12 切削刀片11的切削刃

101 用于同时制造底切H1、H2的工具

104 工具柄

105 工具柄104对应于固定区段106的端部

106 固定区段

107 工具柄104使用中自由的端面

108 工具101的外周面

110 切削刀片嵌件

111 切削刀片嵌件110的切削刀片

113 第二切削刀片

114 第二切削刀片嵌件

β 外周线M与工具旋转轴W的倾斜角

Σ 轴交叉角

A 齿轮ZR的外齿部

B1 切削刀片11(图1至3)和切削刀片111(图4)的固定位置

B2 第二切削刀片113的固定位置(图4)

D 工具柄4的直径

D1 工具柄4的端面7处的直径

D2 工具柄4的端部5处的直径

H 底切

H1,H2 底切

K 齿Z的相应顶面

L 纵向

M 产生周面8的外周线

R 径向

S 距离

S1,S2 待加工齿轮ZR的端面

W 工具旋转轴

X 工件旋转轴

Z 齿轮ZR的齿

ZR 齿轮