接近零度横轴角齿轮切割器以及使用此类刀具的齿轮切割方法

摘要

提供了一种用于在工件(312)中切割内齿轮齿以形成齿轮的齿轮切割刀具(308)。齿轮切割刀具被构造成围绕纵向齿轮切割器旋转轴线(354)旋转。工件被构造成围绕工件旋转轴线(374)旋转。该齿轮切割刀具包括具有多个切割齿(332)的齿轮切割器。多个切割齿中的每个切割齿具有齿面(341)，该齿面限定了在齿面与横向于纵向齿轮切割器旋转轴线的线(352)之间限定的横轴齿角(350)。横轴齿角在一度与十五度之间。在纵向齿轮切割器旋转轴线和工件旋转轴线之间限定的齿轮切割刀具的横轴刀具角(372)基本上接近零度。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月14日提交的美国专利申请63/091,675号的权益。上述申请的公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及一种在工件的内径上形成齿轮齿的齿轮切割器和相关的冷却剂递送组件。

背景技术

齿轮制造商利用各种机加工工艺和对应的刀具来生产齿轮。示例性工艺可包括滚齿、插齿、铣齿、剪切切割和磨齿。齿轮制造商选择的工艺可取决于被机加工的齿轮的类型和齿轮的生产公差。在选择方法时的其它考虑因素可包括齿轮的尺寸、内部截面或凸缘的构型、待生产的齿轮的数量以及齿数比和成本。

与其它部件特征部相邻的齿轮齿目前限于诸如插齿或齿条滚轧的生产方法。对于内齿轮齿，插齿或拉齿是传统的制造方法，但每种工艺都受限于部件类型。换句话说，拉齿必须具有完全畅通无阻的部件布局，使得刀具可以完全穿过部件。插齿允许贴靠干扰表面切割齿，但在机器周期和灵活性方面本身比较慢。

刮齿是齿轮制造的最新发展，其将传统的插齿周期时间减少了高达80％。尽管传统的刮齿非常快，但其受限于切割器间隙和部件构型。

发明内容

提供了一种用于在工件中切割内齿轮齿以形成齿轮的齿轮切割刀具。齿轮切割刀具被构造成围绕纵向齿轮切割器旋转轴线旋转。工件被构造成围绕工件旋转轴线旋转。该齿轮切割刀具包括具有多个切割齿的齿轮切割器。多个切割齿中的每个切割齿具有齿面，该齿面限定了在齿面与横向于纵向齿轮切割器旋转轴线的线之间限定的横轴齿角。横轴齿角在一度与十五度之间。在纵向齿轮切割器旋转轴线和工件旋转轴线之间限定的齿轮切割刀具的横轴刀具角基本上接近零度。

根据附加特征，横轴刀具角在一度与六度之间。在其他特征中，横轴刀具角在一度与五度之间。在其他特征中，横轴刀具角在一度与四度之间。在其他特征中，横轴刀具角为三度。在其他特征中，横轴刀具角为两度。在其他特征中，横轴刀具角为一度。在一些布置中，纵向齿轮切割器轴线相对于工件是横向的。横轴齿角可以在十度与十五度之间。在其他布置中，横轴齿角可以在一度与十度之间。

一种使用齿轮切割刀具在工件中切割内齿轮齿以形成齿轮的方法包括提供具有多个切割齿的齿轮切割器。多个切割齿中的每个切割齿具有齿面，该齿面限定了在齿面与横向于纵向齿轮切割器旋转轴线的线之间限定的横轴齿角。横轴齿角在一度与十五度之间。工件围绕工件轴线旋转。齿轮切割刀具围绕纵向齿轮切割器轴线旋转。工件轴线和纵向齿轮切割器轴线限定它们之间的横轴刀具角。利用多个齿对工件进行切割。横轴刀具角基本上接近零度。

根据附加特征，横轴刀具角在一度与六度之间。在其他特征中，横轴刀具角在一度与五度之间。在其他特征中，横轴刀具角在一度与四度之间。在其他特征中，横轴刀具角为三度。在其他特征中，横轴刀具角为两度。在其他特征中，横轴刀具角为一度。横轴齿角可以在十度与十五度之间。在其他布置中，横轴齿角可以在一度与十度之间。

附图说明

根据具体实施方式和附图，将更全面地理解本公开，其中：

图1A是包括齿轮切割器的示例性现有技术齿轮切割器系统的示意性透视图，齿轮切割器被构造成切割处于初始取向的内齿轮；

图1B是图1A的系统的示意性透视图，其示出了切割器已生产出处于最终取向的精密内齿轮；

图2是图1A的系统的示意性端视图，其示出了切割器的旋转轴线与内齿轮的旋转轴线之间的中心距离；

图3是图1A的切割器和内齿轮的示意性侧视图，其示出了切割器的旋转轴线与内齿轮的旋转轴线之间的横轴角；

图4是现有技术齿轮切割器的示意性侧视图；

图5是根据本公开的一个示例的齿轮切割器的示意性侧视图；

图6是叠加在传统齿前沿面上方的所提出的齿表面的示意图；

图7是将图5和图6的齿轮切割器进行比较的示意性并排图示；

图8A是常规齿轮的剖视图；

图8B是以6度横轴角示出的常规齿轮切割器的剖视图，示出了与工件的干扰；

图9A是常规齿轮的剖视图；并且

图9B是根据本公开构造的并且以基本上接近零度的横轴角示出的齿轮切割器的剖视图，示出了与工件没有干扰。

具体实施方式

示例性渐开线齿轮切割器系统(下文称为“系统”)包括计算机数控(CNC)机床和变位齿比齿轮切割器(以下称为“切割器”)，该变位齿比齿轮切割器被构造成切割处于初始取向的齿轮以在多遍加工中从齿轮去除刨屑，以便生产处于其最终取向的精密齿轮。CNC机床包括卡盘和活动副轴，即通过CNC控制来控制旋转运动。切割器可安装在主轴上，并且处于初始构型的齿轮可附接到卡盘。更具体地，切割器可具有多个切割齿，并且切割齿中的每个切割齿可具有一对切割刃，该对切割刃被构造成切割处于初始取向的齿轮，以提供处于最终取向的齿轮。

在最终取向中，齿轮具有渐开线齿廓，该渐开线齿廓包括多个切割齿和其间的多个谷。切割刃可被构造成切割处于初始取向的齿轮，使得处于最终取向的齿轮包括彼此间隔开的有效剖面和操作节圆直径。因此，切割器可以沿齿轮的表面在单个或单侧方向上施加大致恒定的力，以增加在例如0.0010英寸公差内加工齿轮的精确度，而不需要特殊切割刀具或切割系统。

参考图1A至图3，示例性现有技术系统100包括计算机数控(CNC)机床102，该CNC车床局部具有卡盘104和主轴106。系统100还包括切割器108，该切割器附接到主轴106，该主轴继而被构造成使切割器108围绕切割轴线110旋转，以便切割处于初始取向的齿轮112(图1A)，并且生产处于最终取向的齿轮114(图1B)。该形式的切割器108是外齿轮，该外齿轮被构造成切割处于初始取向的内齿轮112以生产处于最终取向的内齿轮114。处于最终取向的内齿轮114具有多个切割齿116。齿116具有渐开线齿廓118，该渐开线齿廓包括有效剖面120，该有效剖面是每个齿表面的一部分，该部分被构造成接触啮合齿轮的相对齿。

处于初始取向的齿轮112安装到卡盘104，该卡盘被构造成使齿轮112围绕切割轴线122(图1A)旋转，使得切割轴线122与切割轴线110彼此间隔中心距离CD

系统100还可包括冲洗装置124，该冲洗装置被构造成在多遍加工中当主轴106使切割器108旋转以切割齿轮112时，将流体递送到齿轮112以从齿轮112去除刨屑、碎片或灰尘。流体还可从系统100中去除热量。在一个示例中，冲洗装置124是与贮存器128连通的流体管线126，以向外齿轮112供应水、氮气或另一流体。在最终取向中，齿轮114具有渐开线齿廓，该渐开线齿廓包括多个切割齿116和其间的多个谷。渐开线齿廓118包括有效剖面120，并且当齿轮114处于其最终取向时，操作节圆直径与有效剖面间隔开。现有技术刮削刀具的附加描述可见于共同拥有的美国专利10,016,827号中，其内容以引用方式明确地并入本文。

本公开使用当前方法使得之前不可能实现的齿轮齿刮削成为可能，因为本公开能够精确地切割工件，同时消除某些切割器/工件干扰。传统的刮削方法包括安装在与工件的轴线不同的轴线上的旋转齿轮切割器。传统的刮削方法在将切割刀具保持在其旋转横轴角时受到工件间隙的限制。齿轮切割器的横轴角产生生成切屑的切割动作。更大的横轴角允许更多的切割动作并且增加切屑形成。常规系统的期望横轴角通常为20度，但可以为较小的角，诸如15度或12度。在这样的设计参数下，刀具的间隙必须被考虑并且限制了刮削工艺的应用。

如本文将详细描述的，本公开允许工件的轴线和刀具的轴线是相同的或基本上相同的(在基本上一度与六度之间的范围内)，从而完全消除或大大减小横轴角。在切割器和工件几何形状之间存在小间隙的情况下，期望更小的横轴角。所提出的公开内容通过添加局部齿面角修改而允许非常小的横轴刀具角，该局部齿面角修改给出更好的切割动作，同时仍然允许非常小的操作横轴角。在这点上，最小化或消除刀具的横轴角消除了干扰点。最小化或消除横轴角允许刀具到达先前不可能的区域。

传统的齿轮刮削刀具以与刮削机器的横轴角相等的螺旋角生产。这种现有技术可容易地商购获得。切屑的形成是在切割器的横轴角扫过工件齿并且切下材料时产生的。横轴角产生这种切割动作，并且通过机器(齿轮切割器)的交叉动作成为可能。本公开将横轴角从宏观水平工件和机器轴线移动到在齿轮切割器自身上的每个齿局部的微观水平。这允许切割器被保持在接近零度的横轴角，同时通过利用切割器的每个齿上的局部横轴角仍然提供切屑形成所必需的横轴。如本文所用，接近或基本上为零用于指一度与六度之间的角。这样做的好处是，刀具可以移动得更靠近工件上的干扰位置，这在以前是不可能的。就这一点而言，本公开开创了对更多类型的工件、肩部工作和间隙挑战应用的刮削。此外，本公开为在工件与切割刀具轴线之间没有横轴的机器开创了刮削工艺。与定制的刮削机器相比，通过利用标准机床可以显著地降低机床成本。

现在参考图4，示出了根据一个现有技术示例构造的齿轮切割器或切割刀具，并且该齿轮切割器大体以参考标号208标识。齿轮切割器208包括多个齿232。每个齿232限定齿面241，该齿面具有相对于工件212的齿面角242。横轴角250被限定在齿轮切割器208的纵向旋转轴线252与穿过工件212的横向轴线254(在本文中也被称为工件212的旋转轴线)之间。齿轮切割器208的横轴角250在工件212的某些位置258产生小间隙距离。最大横轴角取决于工件几何形状和间隙。如图4所示，齿面角242平行于工件212的面。在270处通过齿232切割工件212。在切割期间，齿轮切割器208和工件212两者都旋转(齿轮切割器208围绕纵向切割轴线282旋转，工件212围绕旋转轴线254旋转)，但每分钟转数(RPM)不同。

参考图5和图6，示出了根据本公开的一个示例构造的齿轮切割刀具，并且该齿轮切割刀具通常以参考标号308标识。齿轮切割器308包括多个齿332。每个齿332限定齿面341。每个齿332具有定位于每个齿332而不是整个切割器308的横轴齿角350。横轴角350不为零，并且被定义为齿面341与横向于齿轮切割器308的纵向轴线(或旋转轴线)354的线352之间的角。根据本公开，已经示出了提供在一度与十五度之间的齿角350，齿轮切割刀具308可以以改进的角(相对于工件)布置以到达工件的先前不可能的区域。

通过在每个齿332处产生局部横轴齿角350，限定在齿轮切割器308的纵向轴线354与工件312的旋转轴线374之间的横轴刀具角372可大大地减小至接近零度。同样，已经示出了可以使用在一度与六度之间的角来实现成功的切割以及改进的刀具可到达范围。就这一点而言，齿轮切割器308的纵向轴线354可布置成与工件312的旋转轴线374成平行关系或接近平行关系。不是要求整个齿轮切割器308倾斜(参见图4，现有技术)，而是每个齿面341是其自身的局部横轴角350。因此，刮削可以成功地进行，直达工件312的肩部。此外，切割刀具308的路径可进一步穿透到工件312的先前由零件几何形状限制的区域中。在370处(图5工件的内花键)通过齿332切割工件312。在切割期间，齿轮切割器308和工件312两者都旋转(齿轮切割器308围绕纵向切割轴线372旋转，工件312围绕旋转轴线274旋转)，但RPM不同。

图7示出了现有技术的齿轮切割器208和工件212与根据本公开的齿轮切割器308和工件312的比较。应当理解，在图7中，横轴刀具角372被更准确地示出为在一度与六度之间(并且与图5中相同角的夸大描绘相比，其更难以看到)。值得注意的是，在与工件312干扰之前，附加间隙380设置在齿轮切割器308上。图8A示出了常规齿轮412的剖视图。图8B示出了以6度横轴角示出的常规齿轮切割器408，其示出了当齿轮切割器408沿着进给轴线438前进时，在参考标号434处与工件412的干扰。如图所示，由于齿轮切割器408和工件412之间的干扰434，刮削是不可能的。图9A示出了常规齿轮512的剖视图。图9B是根据本公开构造的并且当齿轮切割器308沿着进给轴线538前进时以基本上接近零度的横轴角示出的齿轮切割器308的剖视图，其示出了与工件没有干扰。

对于传统的刮削机器，机器必须具有提供横轴的能力。就这一点而言，与简单的水平铣床不同，刮削机器还必须向用户提供具有第五轴台或其他倾斜轴线以实现期望的横轴的能力。本公开消除了这种要求，使得最终结果可以在不提供附加调节轴线的便宜得多的装备上实现。

已出于说明和描述的目的提供了许多示例的上述描述。并非意图是详尽的或限制本公开。特定方面的各个元件或特征部通常不限于该特定示例，而是在适用的情况下可互换并且可用于所选示例中，即使未具体示出或描述也是如此。其可也按许多方式进行改变。此类变型形式不应被视为脱离了本公开，并且所有此类修改形式都旨在被包括在本公开的范围内。