[发明专利]用于制造端面齿轮的方法及工具

说明书

本申请要求2009年8月3日提交的美国临时专利申请第61/230785号的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及齿轮的制造，并具体地涉及用于制造端面齿轮的方法和工具。

背景技术

端面齿轮是带有等于端面齿轮与其匹配构件之间的轴交角的齿面角(和齿根角)的环齿轮(ring gear)。匹配构件是常见的圆柱正齿轮或螺旋小齿轮。标准的端面齿轮具有90°的齿面角，该齿面角对应于也是90°的轴交角(这种90°的齿轮也被称为“冠状”齿轮)。

迄今为止，制造端面齿轮的方法已变得复杂，而专门的工具专用于用在通常是变位圆柱齿轮制造机的机床上的单种设计。用于软制造端面齿轮的这种方法包括：

●滚铣，在圆柱滚齿机上使用任务专用的专门滚刀，该滚刀被修正以允许在滚齿工具的最下面的周向部段处进行切削(垂直的滚齿机工作台轴线)。

●成型，使用表现匹配圆柱小齿轮的成型刀具以及成型机，该成型机具有(相对于常见的圆柱齿轮成型机)转过端面齿轮组的齿根角(通常为90°)的工作台。

●通用铣削方法，在5轴机加工中心上使用端铣刀。

●从实心磨削，使用在下面的硬精加工部分中提及的磨削方法。

●

目前已知的用于硬精加工端面齿轮的方法包括：

●连续磨削，使用具有螺纹基准轮廓的螺纹磨削轮，该轮廓与具有一般为1.5到2.5螺纹转数的小宽度的大直径轮上的端面齿轮组的小齿轮齿廓相同(参见WO 98/02268、US 6,390,894和US 6,951,501，其公开内容以参见方式纳入本文)。

●借助于与端面齿轮组的小齿轮齿廓相同的轮的轮廓进行单分度展成磨削。

●刮削，使用成型刀具或专门滚刀。

●刮削，在5轴机加工中心上使用端铣刀。

●珩磨，使用在齿表面上具有研磨层的变位小齿轮。

目前，端面齿轮软机加工方法取决于任务专用的专门工具，这些工具是昂贵的并且在考虑到它们用于其它任务或用于优化方面不灵活。端面齿轮的机加工时间一般比类似的圆柱或锥形环齿轮的切削时间长得多。

两种更常见的端面齿轮硬精加工方法使用难以修整并需要较长修整时间(螺纹轮磨削)的非常复杂的工具几何形状或与沿齿宽方向的进给运动结合的复杂和耗时的展成滚动(单分度展成磨削)。

用由碳材料制成的专门滚刀或成型刀具的刮削提供合理的切削时间，但需要昂贵又不易获得或根本不可得的工具。

端面齿轮珩磨例如需要经热处理、经磨削和涂敷有CBN的小齿轮，该小齿轮既贵又不灵活，并且取决于相当大的小齿轮偏置(等同于端面齿轮和匹配圆柱小齿轮之间所要求的偏置)以良好地去除切屑，这限制了具有这种较大偏置的端面齿轮组的应用。

发明内容

本发明涉及一种切削盘，该切削盘具有在其周界上定向的切削刀片，刀片的切削刃垂直于切削盘的转动轴线定向，由此表示能以与匹配端面齿轮组的小齿轮的压力角相等的角度相对于工件(例如，端面齿轮)定向并可绕虚拟小齿轮轴线转动以在工件上展成齿侧的平面。

附图说明

图1示出端面齿轮及其匹配的圆柱正小齿轮的二维剖视图。

图2A和2B分别示出球形滚齿工具和圆柱滚齿机。

图3示出将图1中的小齿轮替换为成型刀具时的端面齿轮。

图4示出螺纹磨削轮的三维视图，该磨削轮修整成它在轴向平面截面上复制图2A的滚齿工具的轮廓。

图5示出具有复制与端面齿轮匹配的齿廓的磨削轮廓的周缘盘磨削轮。

图6示出端面齿轮和磨削轮的二维剖视图(端面齿轮轴线位于横截面平面内，而横截面平面垂直于虚拟小齿轮轴线)。图6还包含磨削轮周缘的分解图。

图7示出处于底部(起始)、中间和顶部(结束)滚动位置的磨削(或切削)盘。

图8示出二维图示(左侧)以及工具盘处的视图(右侧)，该图还示出虚拟小齿轮轴线的位置和代表底部、中间和顶部滚动位置的三条接触线。

图9示出端面齿轮和工具盘的三维视图。工具盘借助于处于底部、中间和顶部滚动位置的外廓来表示。

图10A和10B分别示出三角形矢量图的前视图和俯视图，这些图以其坐标系统和矢量与摇台型锥齿轮展成机直接相关联。

图11示出6轴自由型机器中刀具盘与端面齿轮之间的设置。

图12示出端面齿轮的最深齿根线如何由工具盘的周缘来形成。

具体实施方式