[发明专利]用没有摆动轴线运动的端面刀盘的锥齿轮制造

说明书

本申请要求2011年8月8日提交的美国临时专利申请第61/521,154号的权益，在此以参见的方式引入该专利申请的全文内容。

发明领域

本发明涉及齿轮的制造，且具体是在齿轮展成机器上展成锥齿轮而没有有效摆动或枢转轴线的方法。

发明背景

在齿轮的生产，尤其是锥齿轮的生产中，通常采用两种工艺，展成工艺和非展成工艺。

展成工艺可分成两类，端面铣齿（间歇分度）和端面滚齿（连续分度）。在展成端面铣齿工艺中，将转动刀具进给入工件至预定深度。一旦达到该深度，刀具和工件就以预定的相对滚动一起滚动，称作展成滚动，如同工件与理论展成齿轮啮合地转动那样，该理论展成齿轮的齿由刀具的切削表面来表示。齿的齿廓形状通过展成滚动过程中刀具与工件的相对运动来形成。

在展成端面滚齿工艺中，刀具和工件以同步关系转动，将刀具进给至一深度，由此在刀具的单次插入中就形成所有齿槽。在达到完全深度之后，开始展成滚动。

在非展成工艺中，无论是间歇分度还是连续分度，工件上齿的齿廓形状由刀具上的齿廓形状直接形成。将刀具进给入工件，并将刀具上的齿廓形状赋予工件。尽管没有采用展成滚动，但是呈理论“冠齿轮”形式的理论展成齿轮的概念也可应用于非展成工艺中。该冠齿轮是如下的理论齿轮：在非展成工艺中，其齿表面与工件的齿表面互补。因此，当在非展成工件上形成齿表面时，刀具上的切削刀齿表示理论冠齿轮的齿。

工件与展成齿轮之间的关系可通过称为“基本机床设定”的一组参数来定义。这些基本设定表示关于展成齿轮与工件的尺寸和比例的意义，且提供用于齿轮设计的通用起始点，且因此在多种型号的机床中统一设计程序。基本设定总地描述在任何瞬时刀具与工件之间的相对定位。

用于形成齿轮的基本机床设定是本领域已知的并可定义如下：

1.摇台角（q），其定义刀具绕摇台轴线的角度位置；

2.径向刀位（S），其为摇台轴线与刀具轴线之间的距离；

3.刀转角（j），其定义刀具轴线相对于摇台上固定参照物的定向；

4.倾角（i），其定义摇台轴线与刀具轴线之间的角；

5.齿根角（γ_m）其规定工件支承件相对于摇台轴线的定向；

6.中心至后部或头部设定（X_p），其为沿从工件与摇台轴线的明显相交处到位于到工件固定距离的位置的工件轴线的距离；

7.工件偏移量（E_m），其定义工件轴线与摇台轴线之间的距离；

8.滑动基部（X_b），其为从机器中心到工件与摇台轴线的明显相交处的距离；

9.工件的转动位置（ω_w）；

10.用于端面滚齿的刀具的转动位置（ω_t）；

11.用于展成的摇台转动与工件转动之间的滚动比（R）。

在常规齿轮成型机器中，在其它设定通常保持固定的同时，展成期间摇台角、工件转动和刀具转动变化。其两个显著例外是螺旋运动，螺旋运动涉及滑动基部X_b的运动以及作为工件偏移方向E_m上的运动的垂向运动。

常规机械机床符合理论基本机床的概念，因为几乎所有的机床设定对应于各理论基本设定。这种机器可由图4示出。在机械机床中，基本径向刀位S由称为偏心角的角度机床设定控制。

通常在常规机械齿轮展成机器或在线性多轴计算机控制（例如CNC）齿轮展成机器（诸如也称为“自由形式”机床的机床）上实施展成和非展成工艺。用于生产锥齿轮的常规机械齿轮展成机器包括工件支承机构和摇台机构。在展成工艺期间，摇台沿绕称为摇台轴线的轴线的圆形路径承载圆形刀具。这称为展成滚动或摇台滚动。摇台表示理论展成齿轮的本体，且摇台轴线对应于理论展成齿轮的轴线。刀具表示展成齿轮上一个或多个齿。工件支承件将工件相对于摇台定向并以与摇台转动特定比值使其转动。通常，常规机械摇台型锥齿轮展成机器通常装备有一系列线性和角度刻度（即设定），其有助于操作者将各机器部件精确地定位在其正确位置。