專利名稱：生產錐形齒輪的機器和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及齒輪制造機器，更具體地是涉及切削和磨削錐形齒輪的機器。
背景技術：
在齒輪、尤其是錐形齒輪的生產中，通常使用兩種類型的工藝，即范成法(滾切)和非范成法。
范成法可分為兩種，即端面銑削(間歇分度)和端面滾削(連續(xù)分度)。在范成法端面銑削工藝中，將一轉動的刀具進給入工件的預定深度。一旦達到該深度，刀具和工件就以預定的相對滾動動作一起滾動，這稱作范成滾動，就好像工件與一理論范成齒輪相嚙合地轉動，刀具的原料去除表面代表理論范成齒輪的齒。在范成滾動中，刀具和工件的相對運動形成輪齒的外形。
在范成法端面滾削工藝中，刀具和工件以一定的時間關系轉動，刀具進給到一定深度，從而以一次進刀便可形成所有齒槽。在達到最大深度之后，便開始范成滾動。
非范成法，不管是間歇分度還是連續(xù)分度，其工件上的輪齒外形都是直接由刀具的外形產生的。刀具進給入工件，使刀具上的外形賦予工件。在不使用范成滾動時，理論“冠齒輪”形式的理論范成齒輪的概念可用于非范成法中。冠齒輪是一種理論上的齒輪，其齒面與非范成法中的工件的齒面是互補的。因此，在用非范成法于工件上形成齒面時，刀具上的切削刀片代表理論冠齒輪的齒。
用于生產錐形齒輪的傳統(tǒng)機械齒輪范成機器包括一工件支承機構和一搖架機構。在范成法加工過程中，搖架圍繞一軸線沿一圓形路線帶有一圓形刀具，該軸線稱作搖架軸線。搖架代表理論范成齒輪的本體，搖架軸線對應于理論范成齒輪的軸線。刀具代表范成齒輪上的一或多個齒。工件支承件使工件相對于搖架定位，并使其相對于搖架的轉動以特定的比率轉動。通常，傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成加工機配有一組線性和角度標尺(即設定值)，它們可幫助操作者使各機器構件準確地定位于適當位置。
許多類型的傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機一般都具有一可調機構，該機構使刀具主軸、也就是刀具軸線能相對于搖架軸線傾斜(即刀具軸線不平行于搖架軸線)。稱作“刀具傾斜”的調節(jié)通常用來使刀具壓力角與構件的壓力角相匹配，并/或用來將刀具的切削面定位成正確地代表理論范成齒輪的齒面。在一些沒有刀具傾斜機構的傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機中，可以通過改變搖架與工件之間的相對滾動關系來達到刀具傾斜的效果。這種滾動關系的改變也稱作“修正滾動”。
近年來，齒輪生產機器已得到了發(fā)展，它們可減少使刀具相對于工件定位所需要的機器設定值的數量。這些機器用一線性、旋轉和/或樞轉軸系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)機械搖架式機器的部分或所有的設定值以及運動。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種制造錐形和準雙曲面齒輪的機器，它包括一機柱，該機柱具有第一側面和第二側面。第一側面可移動地固定有一第一主軸，該第一主軸可繞一第一軸線轉動。第二側面可移動地固定有一第二主軸，該第二主軸可繞一第二軸線)轉動。第一和第二主軸最多可在三個直線方向上彼此相對地線性移動，第一和第二主軸中至少有一根可相對于其相應的側面以角度方式運動。第一和第二主軸中至少一根的這種角度運動是圍繞一相應的樞轉軸線進行的，該樞轉軸線與其相應的側面基本平行。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明齒輪制造機的第一實施例的立體圖，其刀具和工件未接合。
圖2是本發(fā)明齒輪制造機的第一實施例的立體圖，表示一切削刀具與一小齒輪相接合。
圖3是圖2齒輪制造機的俯視圖。
圖4是本發(fā)明齒輪制造機的第一實施例的立體圖，表示一切削刀具與一環(huán)形齒輪相接合。
圖5是圖4齒輪制造機的俯視圖。
圖6表示帶有刀具傾斜的一傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機。
圖7是一傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成機的俯視示意圖。
圖8是一傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成機的正視示意圖。
圖9是圖8中刀具的側視圖。
圖10是本發(fā)明第一實施例的切削刀具和工件的俯視示意圖。
圖11是沿圖10的切削刀具軸線的視圖。
圖12表示基于本發(fā)明第一實施例中的切削刀具的基準面的一坐標系統(tǒng)中的樞轉軸線F。
圖13表示圖12的坐標系統(tǒng)和本發(fā)明齒輪制造機的第一實施例的坐標系統(tǒng)。
圖14表示本發(fā)明第一實施例的切削刀具的坐標系統(tǒng)XC-ZC和齒輪制造機的坐標系統(tǒng)X-Z。
圖15是在圖1-3所示實施例的齒輪制造機上切削的一小齒輪的機器軸線運動圖表。
圖16表示與一工件主軸相關的一樞轉軸線布置。
圖17例示了機柱的一種備選形式。
圖18表示與一刀具主軸相關的豎直機器運動。
圖19是表示樞轉機構同時包括刀具和工件主軸的俯視圖。
圖20表示水平導軌位于豎直導軌的內側，用于使工件主軸運動。
優(yōu)選實施例詳述下面參照附圖來說明本發(fā)明的細節(jié)，這些附圖僅以實例的方式示出了本發(fā)明。在附圖中，類似的部件或構件將用相同的標號表示。
在本發(fā)明的上下文中，術語“錐形”齒輪應理解為具有足夠的范圍，它包括稱作錐形齒輪、“雙曲面”齒輪的那些類型的齒輪，也包括稱作“冠”齒輪或“平面”齒輪的那些齒輪。
圖1-5中示出了本發(fā)明錐形齒輪制造機的第一實施例，它總的由標號2表示。為了便于觀察不同的機器構件，圖1-5所示的本發(fā)明的齒輪制造機不帶門和外部金屬板。齒輪制造機2包括一單個的固定柱4，它是US6,120,355中所揭示的類型，該專利援引在此供參考。固定柱4最好是一單塊結構，諸如鑄鐵，也可以由金屬板、例如鋼板組裝而成，或者可以包括諸如角柱之類的各個框架構件和根據需要設置用來支承機器導軌或其它構件的框架構件。固定柱4包括至少兩個側面，最好包括四個側面，其中至少兩個側面、即第一側面6和第二側面8彼此定位成所需的角度，最好是相互垂直，但定位成大于或小于90度的側面(例如見圖19中的固定柱4)也在本發(fā)明的考慮之內。第一和第二側面各有一個寬度和一個高度(如圖1中所示)?；蛘?，單塊的固定柱4可以包括具有非平面的側面的形式，諸如基部呈圓柱形的柱，如圖17所示。
第一側面6包括第一主軸10，該第一主軸具有一前部或支撐面15。主軸10可繞軸線Q旋轉，并最好由一直接驅動電機12驅動，最好是液體冷卻的，最好安裝在前、后主軸軸承(未圖示)的后面。主軸10可樞轉地固定于一主軸支承件11，該支承件與主軸10一起可在附連于固定柱4的軌道14上沿第一側面6的寬度沿方向Z運動。主軸10沿方向Z的運動由電機16通過一直接耦合滾珠絲杠(未圖示)或通過直接驅動來提供。最好，通過現(xiàn)有技術中公知的合適安裝設備將一切削或磨削刀具18(示出的是切削刀具)可拆卸地安裝于主軸10。
如上所述，第一主軸10附連于主軸支承件11，使主軸、也就是刀具18可繞樞轉軸線F樞轉。主軸支架13通過至少一個、最好是兩個軸承連接件20和22而可樞轉地附連于支承件11，即上部軸承連接件20和下部軸承連接件22。主軸10的樞轉是通過電機24和直接耦合滾珠絲杠26、或通過直接驅動來實現(xiàn)的，并通過吊架30的套筒部分28動作。吊架30最好在一上部連接件32和一下部連接件34處可樞轉地附連于主軸10，使得吊架30可以繞軸線V相對于主軸10而以角度方式運動。滾珠絲杠26、因而吊架30的前進可有效地將驅動電機12以角度方式推壓離開固定柱4，從而導致繞軸線F的樞轉運動，使刀具18以角度方式朝機柱4運動。參見圖3對小齒輪的切削以及圖5對環(huán)形齒輪的切削。當然，縮回滾珠絲杠26會有相反的效果。或者，為了實現(xiàn)主軸10的樞轉，可在沿Z方向取向的至少一個導軌上運動并設置在主軸支承件11上的一滑塊可通過一聯(lián)動機構連接于主軸10或電機12。導軌上的滑塊的運動使主軸10繞軸線F樞轉。另一種方式是，在軸承連接件22和23的一個或兩個處設置一電機，以實現(xiàn)主軸10的樞轉。
第二側面8包括第二主軸40，該主軸可繞軸線N旋轉，并最好由一直接驅動電機42驅動，最好是液體冷卻的，最好安裝在前、后主軸軸承(未圖示)的后面。主軸40可在附連于側面46的軌道44上沿第二側面8的寬度沿方向X運動。主軸40沿方向X的運動由電機48通過一直接耦合滾珠絲杠49或通過直接驅動來實現(xiàn)。最好，通過現(xiàn)有技術中公知的合適安裝設備將一工件(圖1中的小齒輪50和圖4中的環(huán)形齒輪51)可拆卸地安裝于主軸40。由于滑塊46可通過軌道52沿Y方向運動，主軸40也可沿第二側面8的高度沿方向Y運動，該運動由電機54通過一直接耦合滾珠絲杠55或通過直接驅動來實現(xiàn)。方向X、Y和Z最好彼此垂直，但其中一或多個也可相對于其垂直取向而傾斜。為了便于說明，在所有附圖中Y方向都是豎直的。
雖然軌道44和52的結構最好是如圖1-5所示，但圖20也示出了一種備選的、卻并非最佳的實施例，其中軌道44可以附連于側面8，滑塊46可在軌道44上沿X方向運動。軌道52可以設置在滑塊46上，主軸40附連于軌道52，用于沿Y方向運動。也可以考慮使沿Y方向的運動由主軸10、而不是由主軸40來實現(xiàn)(圖18，為清楚起見拆去電機)。
本發(fā)明通過使用一豎直柱作為工件和刀具主軸的共用支承件，使安裝刀具的主軸可以樞轉，如圖1-5所示。工件主軸的傳統(tǒng)樞轉在技術上也是可能的，如圖16所示。然而，對于環(huán)形齒輪來說，工件主軸的樞轉卻需要較大的樞轉角，這會導致靜態(tài)和動態(tài)剛性下降。對于小齒輪，假定安裝距離、心軸高度和傾角在小齒輪內的一較寬的范圍上變化，更是在同時考慮小齒輪和環(huán)形齒輪時，工件主軸的樞轉充其量只是一種折衷。
或者，主軸10、40都可以樞轉，如圖19所示，該圖示出一樞轉機構(例如吊架30、30’)附連于各主軸10、40而可繞軸線(V、V’)以角度方式運動。雖然各主軸10、40在齒輪制造過程中可繞各自的樞轉軸線(F、F’)主動地樞轉，但本發(fā)明也考慮將主軸10、40中的一個在齒輪制造之前設定在一預定樞轉角，或者使主軸10、40中的一個在齒輪制造過程中于諸遞增的設定位置之間樞轉。在這種遞增的設定位置之間的運動可減小在齒輪制造過程中另一個主軸所需的樞轉量或幅度。
第一主軸10沿方向Z的運動、第二主軸40沿方向X的運動、第二主軸40通過滑塊46沿方向Y的運動、第一主軸10繞軸線F的樞轉以及第一主軸10的轉動和第二主軸40的轉動分別由獨立的驅動電機16、48、54、24、12和42提供。上述構件能夠彼此獨立運動，或者可以同時運動。每個相應的電機最好與一反饋裝置相聯(lián)，諸如一線性或旋轉編碼器，該旋轉編碼器諸如是樞轉軸線編碼器23(圖1)，它是一CNC系統(tǒng)的一部分，該CNC系統(tǒng)按照輸入諸如Fanuc160I型或Siemens840D型(未圖示)之類的一計算機控制器(即CNC)的指令來控制驅動電機的操作。
實施例中所示的本發(fā)明的齒輪制造機由控制器指導，該控制器最好是連續(xù)地對各驅動電機發(fā)出定位和/或速度命令。相對于將大量的軸線定位命令加載入控制器來說，更有效、更有意義的是輸入較小的一組描述齒輪制造過程的數據。這種數據的邏輯選擇物是一組“基本機器設定值”。使用這種方法，機器操作者將一組基本機器設定值(下面詳細討論)輸入控制器，該控制器進而計算與搖架位置的范圍對應的軸線位置。這樣，在本發(fā)明中，描述錐形齒輪范成運動的基本“語言”便得以保留。
在本發(fā)明中，通過刀具和工件之間的角度運動，結合刀具和工件軸線沿三條直線軸線中的一或多條的相對直線運動以及工件繞其軸線的轉動，可保持理論范成齒輪與工件之間的嚙合關系。在連續(xù)分度的情況下，刀具軸線的轉動也受控制。
由于傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成機所形成的齒面的復雜性，這種齒面的幾何結構只能通過用于生產它們的機器運動來進行準確限定。盡管可以具體指定齒輪設計的一些大體的參數(例如齒數、傾角等)，但用于限定錐形齒面的公式是范成加工機的運動公式。
由此可見，由于每臺機器的結構都不同于傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成機，需要一套新的公式和其它的訣竅來確定合適的機器設定值以及用來產生已知齒輪的齒結構和相匹配的特性的操作參數。然而，由于傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成加工機已存在許多年了，因而已經有大量的使所需的齒結構和匹配特性與傳統(tǒng)搖架式機器設定值相關聯(lián)的訣竅。
因此，雖然可以為一臺新構成的機器開發(fā)一套新的公式，但通常在技術上比較可行的是將與傳統(tǒng)機械搖架式齒輪范成加工機相同的輸入參數用于具有不同數量和/或結構的軸線的其它機器。換句話說，刀具和工件軸線在一傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機的坐標系統(tǒng)中的位置可轉換成新構成的機器的備選坐標系統(tǒng)。這種轉換的一個實例可以參見美國專利第4,981,402號，該專利的揭示援引在此供參考。下面將說明本發(fā)明與傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成機之間的關系。
用于生產錐形齒輪的傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機60(圖6)包括一機架62、工件支承機構64和一搖架支承件66，該搖架支承件包括一搖架機構68。通常，傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成加工機配有一組線性和角度標尺(即設定值)，它們可幫助操作者使各機器構件準確地定位于適當位置。下面是對能傾斜的傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機(諸如圖6所示的機器)上的設定值的描述·偏心角70控制搖架軸線AC和刀具軸線T之間的距離，
·刀具主軸轉動角72控制搖架軸線和刀具軸線之間的角度，通常稱作傾斜角，·旋轉角74控制刀具軸線相對于搖架88上一固定基準的取向，·搖架角76使刀具78圍繞搖架軸線定位于一些角度位置，·底角80使工件支承件64相對于搖架軸線定向，·滑座82是一線性尺度，它調節(jié)刀具與工件接合的深度，·頭部設定值84是沿工件軸線W對工件支承件64的線性調節(jié)，·工件偏移量86控制工件軸線相對于搖架軸線的偏移量。
最終的設定值，即滾動比，控制搖架68和工件88之間的相對轉動。應該注意，上述的某些機器設定值必須考慮以下的工件和加工設計規(guī)格來進行計算·坯料工件的安裝距離(符號-Md)，·工件夾持設備的總長度(符號-Ab)，·刀具的總高度(符號-h)。
雖然這些設定值的尺度可使各機器構件精確地定位，但這些尺度本身卻基本沒有傳達有關它們相互之間位置的信息。例如，根據所考慮的機器型號，5英寸的頭部設定值將把工件支承件相對于搖架而定位在一不同的物理位置。產生這種情況是因為，在不同型號的機器上所限定的“零”頭部設定值位置是不同的。類似地，偏心角上的30度的設定值基本沒有傳達有關刀具和搖架軸線之間距離的信息，因為它是一個實際上控制線性尺度的角度尺寸。在可以計算更有意義的線性距離之前，必須提供其它的細節(jié)。
對技術人員來說更有意義的是機器構件定位的一組絕對尺寸，也就是與加工或所考慮的機器型號相獨立的尺寸。這些大體的或基本的機器設定值可直接傳達有關范成齒輪和受范成加工的構件的一系列尺寸和比例。它們還可為齒輪設計提供一共同的起點。例如，齒輪組可以根據基本設定值來設計，從而統(tǒng)一在許多型號的機器之間的設計程序。另外，如果采用基本設定值，分析程序只需要寫一次就可覆蓋所有的機器結構。當然，需要轉換成真正的獨立于機器的設定值，以建立一傳統(tǒng)的機械搖架式錐形齒輪范成機，但這最好是在緊臨表示為一機器建立概要之前進行。
下面參照圖7-9來描述基本機器設定值。圖7和8分別是一具傾斜功能的傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成機的俯視圖和正視圖。圖9是刀具實際長度的側視投影圖。為清楚起見，與所討論的問題無關的細節(jié)被省略掉。
首先，限定兩個基準點。第一點、即點CT位于刀具軸線上相對于刀具的一些公知的位置。該點稱作刀具中心，它通常選擇成位于由刀具的尖端所限定的平面內(圖9)。第二基準點CP位于工件軸線上的交點處，也就是工件軸線與其相匹配的部件的軸線的交點。在準雙曲面齒輪的場合，當在平行于兩根軸線的平面內觀察時，CP位于相匹配的部件之間的可見交點處。另一個交點、即點O稱作機器中心。該點由搖架軸線和搖架轉動平面的交點限定(圖7)。
使用上述這些點，可限定以下的基本設定值·半徑s(圖8)—在搖架轉動平面內觀察，從機器中心O到刀具中心CT的距離。
·搖架角q(圖8)—由半徑OCT與平行于工件和搖架軸線的平面所形成的角。
·傾斜角i(圖9)—由刀具軸線和搖架軸線所形成的角。通常是在0到90度之間。
·旋轉角j(圖8)—確定刀具軸線傾斜方向。它是從剛性連接于并垂直于半徑線OTC的線CTA進行測量的。它測量的是由線CTA與刀具軸線在搖架轉動平面上的投影所形成的角。
·工件偏移量Em(圖8)—搖架軸線和工件軸線之間的最小距離。
·滑座Xb(圖7)—機器中心和點H之間的距離，點H就是工件和搖架軸線的可見交點。當在平行于搖架和工件軸線的平面內觀察時，這表現(xiàn)為真實長度。
·頭部設定值Xp(圖7)—可見點H(如上所述)與交點CP之間的距離。沿工件軸線測量。
·底角γ(圖7)—由工件軸線與搖架轉動平面所形成的角。
注意所有參數在所提到的附圖中都表現(xiàn)為真實長度，并在所示的范疇內為正值。
范成過程主要由滾動比(工件轉動與搖架轉動之比)控制。也可以限定其它的運動參數(例如螺旋運動)，以增加搖架和工件之間的滾動運動?？梢宰⒁獾?，除了所描述的，還可以選擇其它結構的基本機器設定值。然而，設定值的這種具體的選擇與傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機結構的情況相類似，并適當闡明了基本的幾何特性。
除了以上所限定的八個設定值，從一些基準點測量工件繞其自身軸線的旋轉位置也是有用的。而且，在端面滾削的場合，刀具繞其自身軸線的旋轉位置可能是有用的。組合在一起，這十個參數總體描述了任何時刻刀具和工件之間的相對定位。它們中有三個(搖架角、工件轉動、刀具轉動)在范成過程中變化，而其它七個是“真實”設定值，即它們通常保持固定。
發(fā)展出一數學模型，它接受上述的基本機器設定值，并通過沿或繞其六條軸線的移動而在本發(fā)明的實施例上準確地重現(xiàn)錐形齒輪的范成。圖10和11分別是本發(fā)明第一實施例的坐標系統(tǒng)中的本發(fā)明刀具和工件布置的局部正視圖和俯視圖。參見圖7-9，它們表示在一傳統(tǒng)機械搖架式錐形齒輪范成加工機的坐標系統(tǒng)中其刀具和工件的布置，沿工件和刀具軸線限定出矢量•p→={-cosγ,0,-sinγ}]]>工件軸線•c→={sinisin(q-j),sinicos(q-j),cosi}]]>刀具軸線接下來，限定垂直于并附連于工件和刀具軸線的“鍵槽”矢量•a→={-sinγ,0,cosγ}]]>工件鍵槽矢量•b→={cos(q-j),-sin(q-j),0}]]>刀具鍵槽矢量最后，從刀具座TR(刀具的背部)到工件軸線上的點WR限定一矢量R，該點WR直接位于工作心軸的支撐面平面內•R→={-scosq,ssinq-Em,Xb}-(Xp+Md+Ab)p→+hc→]]>現(xiàn)在可以確定圖1-5的機器實施例的運動。一新的坐標系統(tǒng)與圖1-5的正交機器的軸線布置相關，其原點位于機器主軸40的支撐面或鼻端43上的點WR處。正交的軸線由以下提供•u→X=p→]]>工件軸線，與X軸線對直•u→Y=p→×c→|p→×c→|]]>豎直，與Y軸線對準、對直•u→Z=u→X×u→Y]]>水平并垂直于uX，與Z軸線對直由于與傳統(tǒng)的一樣，樞轉軸線F如圖1-5所示不在工件軸線上，而最后是位于刀具附近，如圖10中的矢量Δ1所示，因而必須限定樞轉軸線在新的坐標系統(tǒng)中的位置。
參見圖12和13，樞轉軸線F限定于一附連于刀具18的坐標系統(tǒng)中，在該坐標系統(tǒng)中，軸線ZC與切削刀具的軸線 重合，軸線XC垂直ZC并沿刀具18的背面延伸(圖12)。從圖12可以看出•u→ZC=c→]]>沿ZC方向的單位矢量uZC•u→XC=u→Y×u→ZC]]>沿XC方向的單位矢量uXC•ΔC={ΔxC,0,ΔzC}]]>
如圖13所示，圖12的刀具坐標系統(tǒng)中的 向圖1-5所示實施例的新坐標系統(tǒng)的轉換由以下公式來提供 因此 圖10和11的坐標系統(tǒng)表示的是圖1-5所示實施例的坐標系統(tǒng)，從該坐標系統(tǒng)可以看出 以及R→2=Δ→1-R→1]]>其中R1＝從刀具上的點TR到機器主軸40的支撐面43上的點WR的矢量，R2＝從機器主軸40的支撐面43上的點WR到樞轉軸線F的矢量。
因此，以一特定增量(諸如每個范成滾動增量)沿圖1-5實施例的機器的直線軸線X、Y、Z的移動如以下方式計算•AX=R→2X]]>沿X軸的移動•AY=R→2Y]]>沿Y軸的移動•AZ=R→2Z]]>沿Z軸的移動還必須查明三個角度轉動。以一特定增量(諸如每個范成滾動增量)的樞轉角B由以下公式提供•B=arccos(-p→·(p→×c→|p→×c→|×c→))]]>刀具和工件軸線各具有一相關的旋轉相位角，該角疊加在它們的運動上，如傳統(tǒng)機械范成機所限定的。這樣就補償了傳統(tǒng)的和本發(fā)明的機器的水平面以一特定增量(諸如每個范成滾動增量)變化的相對取向。它們限定為•a=arcsin(-a·→p→×c→|p→×c→|)]]>工件軸線相位角•β=arcsin(-b→·(p→×c→|p→×c→|×c→))]]>刀具軸線相位角還進行一個操作以根據相位角α和β以及其它的設定常數來確定所需的工件旋轉位置ω，這些設定常數包括滾動比Ra，它說明范成所需的假想搖架和工件之間的相對轉動比；分度或滾削常數RC，它說明用于連續(xù)分度的刀具和工件之間的相對轉動比；以及基準常數ωo，它說明刀具和工件之間的已知旋轉位置。還可以用其它的常數(未示出)來調節(jié)工件軸線的旋轉位置，用于重現(xiàn)傳統(tǒng)機械搖架式機器的特殊運動，諸如“修正滾動”。該操作可以表達如下·ω＝ωo+f(Ra，Δq)+f(Rc，Δt)+f(RC，β)+α其中Δq＝q-qoq＝瞬間搖架滾動取向q0＝滾動中心處的搖架取向Δt＝t-t0t＝瞬間刀具主軸取向t0＝初始刀具主軸取向以上寫出的公式表示總的數學關系的一個實施例，其中工件轉動是Ra、RC、α、β、q和t的一個函數。然而，也可以使用其它的變量來描述因輸入參數引起的工件轉動，諸如基本設定值形式的中間變量，如s、i、j、Em、Xb、Xp和γ。ω的計算并不局限于該實施例的上述特定表達式。
已經發(fā)現(xiàn)，在圖14的切削刀具基準面坐標系統(tǒng)XCR-ZCR內例如關于切削刀具所限定的樞轉軸線F最好位于該坐標系統(tǒng)的象限中，其中XCR為正值，ZCR為負值。軸XCR位于由刀片切削刃的高度的中點所限定的刀具基準面92內，軸ZCR與刀具軸線 重合。例如，將該限定應用于圖1的實施例，使軸線Q垂直于軸線N，可以看出，樞轉軸線F應位于切削刀具18的基準面之上或“之后”，并位于軸線Q和機柱4之間。雖然樞轉軸線的上述定位是較為優(yōu)選的，但本發(fā)明也可包括使樞轉軸線沿軸線Q設置或使樞轉軸線離開機柱4朝軸線Q外側設置。
樞轉軸線F的設置最好應位于一個使沿軸線的運動較為順暢并且達到最小的位置，諸如用于分析機器運動的運動圖表上所指出的，反向或拐折點極少(如果有的話)。最好，樞轉軸線F應位于上述象限內的一個由正ΔXCR值所限定的位置，該值等于在機器上所使用的切削刀具的平均半徑。最好，ΔZCR等于零。例如，如果考慮用直徑為3英寸和9英寸的切削刀具，則切削刀具的平均半徑為3英寸。因此，如果切削刀具18例如具有4.5英寸的半徑，ΔXCR為3英寸，將其設置在圖14中的約點G處。點G位于齒輪齒計算點附近(對于一般的小齒輪或環(huán)形齒輪)，該計算點位于齒的中心。通過點G的樞轉軸線將垂直于XCR-ZCR平面。
同樣優(yōu)選的是，將樞轉軸線設置在一個使樞轉機構與工件和刀具隔離的位置，從而使其能免受飛濺的碎片的影響。使樞轉軸線隔離最好仍應實現(xiàn)沿軸線極小的、順暢的運動，反向或拐折點極少(如果有的話)，如上所述在機器運動圖表上所指出的。因此，已經發(fā)現(xiàn)，樞轉軸線F的一個優(yōu)選位置是在一個點ΔXCR，該點位于機器可能使用的最大刀具的切削刀片與機柱4之間，以及在一個大小基本等于ΔXCR的點ΔZCR。更具體地說，ΔXCR最好約為用于機器的刀具的平均直徑，ΔZCR的大小最好約等于ΔXCR。例如，如果考慮使用3英寸直徑和9英寸直徑的切削刀具，則平均直徑為6英寸。這樣，ΔXCR＝6英寸，將其設置在最大刀具的切削刀片之外，這對于9英寸直徑刀具來說就是在ΔXCR＝4.5英寸處。ΔZCR也約為6英寸，但可以加/減2英寸。對于上述這種樞轉軸線設置，可以說沿每條線性軸線有約10-30毫米的移動，這樣小的尺寸是合適的，但其大小仍可使沿軸線的運動受機器控制器的精確控制。
作為一個實例，在圖1-3所示的一臺機器上通過端面滾削來生產一傾角為28.73°、螺旋角為50.0°的12齒小齒輪。該機器的基本設定值如下s＝135.82徑向q＝65.83 滾動中心i＝31.79 傾斜角j＝320.26旋轉角Em＝48.2638 偏移量Xp＝-0.0091 頭部設定值Xb＝34.6578 滑座偏移量伽馬(γ)＝-0.01 底角Md＝116.84 安裝距離Ab＝139.7 心軸高度h＝101.6 刀具高度BN＝17 切削刀具上的刀片組數量Ra＝3,58335 滾動比滾削或分度常數RC由切削刀具上的刀片組數量除以工件上的齒數的比來限定。因此RC＝BN/齒數工件＝17/12其它機器常數(見圖12)ΔXC＝152.4毫米ΔZC＝-76.2毫米參看圖15的機器軸線運動圖表，圖中示出，在上述受端面滾削的小齒輪的范成加工過程中，沿Z和Y軸各有約20毫米的運動，沿X軸有約30毫米的運動。還可以注意到，繞樞轉軸線F的轉動約為0.5度。在圖表上看不到任何軸線的拐折或反向點。
通常，工件相對于底座樞轉?，F(xiàn)在，引入使用單個機柱來支承刀具主軸和工件主軸就允許刀具主軸相對于機柱樞轉。然而，對于某些場合，既可以使工件主軸單獨樞轉，也可以使其與刀具主軸一起樞轉。
應予理解，雖然以上針對一切削機器對本發(fā)明進行了討論和說明，但也可理解，本發(fā)明同樣包含錐形齒輪的磨削機器。
盡管參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但應予理解，本發(fā)明并不局限于其具體形式。本發(fā)明應包括對所屬技術領域的技術人員來說顯而易見的改進。
權利要求
1.一種制造錐形和準雙曲面齒輪的機器，它包括一機柱；一可移動地安裝于所述機柱的工件主軸；一可移動地安裝于所述機柱的刀具主軸；所述工件主軸和所述刀具主軸最多可在三個不同的方向上彼此相對平移；所述工件主軸和所述刀具主軸至少可繞一條豎直樞轉軸線彼此相對以角度方式運動。
2.如權利要求1所述的機器，其特征在于，所述三個不同的方向彼此垂直。
3.如權利要求1所述的機器，其特征在于，所述工件主軸和所述刀具主軸中僅有一個相對于所述機柱以角度方式運動。
4.如權利要求1所述的機器，其特征在于，所述刀具主軸沿所述三個不同方向中的第一方向線性移動，所述工件主軸沿所述三個不同方向中的第二和第三方向線性移動。
5.如權利要求1所述的機器，其特征在于，它還包括所述刀具主軸由至少兩個軸承支承成可繞所述至少一條豎直樞轉軸線以角度方式運動，所述軸承中的一個位于所述刀具主軸的上方，所述軸承中的另一個位于所述刀具主軸的下方。
6.如權利要求5所述的機器，其特征在于，所述刀具主軸具有一刀具主軸軸線，所述至少一條豎直樞轉軸線位于所述刀具主軸軸線和所述機柱之間所限定的區(qū)域內。
7.如權利要求6所述的機器，其特征在于，所述至少一條豎直樞轉軸線位于安裝在所述刀具主軸的一刀具的一基準面后面。
8.一種在一機器上加工錐形和準雙曲面齒輪的方法，該機器包括一機柱、一可移動地固定于所述機柱的工件主軸和一可移動地固定于所述機柱的刀具主軸，所述方法包括將一刀具安裝在所述刀具主軸上；將一工件安裝在所述工件主軸上；使所述刀具繞一刀具軸線轉動；使所述工件繞一工件軸線轉動；使所述工件主軸和所述刀具主軸中的一個沿一豎直方向相對于所述機柱移動；使所述工件主軸和所述刀具主軸中的一個沿一第一水平方向相對于所述機柱移動；使所述工件主軸和所述刀具主軸中的一個沿一第二方向相對于所述機柱移動；使所述工件主軸和所述刀具主軸中的至少一個繞至少一條豎直樞轉軸線相對于所述機柱樞轉；以及使所述刀具與所述工件相接合而在所述工件上加工齒槽。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述刀具主軸繞所述至少一條豎直樞轉軸線樞轉，所述至少一條豎直樞轉軸線位于所述刀具軸線與所述機柱之間。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，使所述刀具與所述工件相接合包括在沒有使所述刀具與所述工件分離的情況下加工所述工件上的所有齒槽。
11.一種制造錐形和準雙曲面齒輪的機器，它包括一機柱；一工件主軸；一刀具主軸；將所述工件主軸和所述刀具主軸可移動地支承在所述機柱上而實現(xiàn)沿第一、第二和第三線性方向的相對平移的裝置；以及可樞轉地支承所述工件主軸和所述刀具主軸中的至少一個而實現(xiàn)相對角度運動的裝置。
12.如權利要求11所述的機器，其特征在于，所述機柱是一固定的單塊機柱，它具有第一和第二基本豎直的表面區(qū)域。
13.如權利要求12所述的機器，其特征在于，所述可移動地支承所述工件主軸和所述刀具主軸的裝置包括將所述工件主軸可移動地支承在所述第一基本豎直的表面區(qū)域上而使所述工件主軸可沿一豎直方向和一第一水平方向移動的裝置以及將所述刀具主軸可移動地支承在所述第二基本豎直的表面區(qū)域上而使所述刀具主軸可沿一第二水平方向移動的裝置。
14.如權利要求13所述的機器，其特征在于，所述可樞轉地支承所述工件主軸和所述刀具主軸中的至少一個的裝置包括一連接于所述刀具主軸而允許所述刀具主軸繞一豎直樞轉軸線運動的樞軸。
全文摘要
一種制造錐形齒輪和準雙曲面齒輪的機器(2)，它包括一機柱(4)，該機柱具有一第一側面(6)和一第二側面(8)。第一側面(6)可移動地固定有一第一主軸(10)，該第一主軸可繞一第一軸線(Q)轉動。第二側面可移動地固定有一第二主軸(40)，該第二主軸可繞一第二軸線(N)轉動。第一和第二主軸(10，40)最多可在三個直線方向(X，Y，Z)上彼此相對地線性移動，第一和第二主軸中至少有一根可相對于其相應的側面以角度方式運動。第一和第二主軸中至少一根的這種角度運動是圍繞一相應的樞轉軸線(F)進行的，該樞轉軸線與其相應的側面基本平行。
文檔編號B23F9/02GK1457279SQ02800319
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月19日 優(yōu)先權日2001年2月16日
發(fā)明者C·R·羅納德, H·J·斯塔特費爾德, K·派弗 申請人:格里森工場