阅读说明：本技术 拓扑展成磨削齿轮工件的方法和相应的磨削机 (Method for topologically generating a grinding wheel workpiece and corresponding grinding machine ) 是由 O·福格尔 于 2019-06-20 设计创作，主要内容包括：利用拓扑修形的磨削蜗杆(2)连续展成磨削至少两个齿轮工件(10)的方法,所述磨削蜗杆包括拓扑修形的蜗杆区域(5)用以磨削齿面,所述齿面在齿轮工件上进行拓扑修形,其中该方法至少包括以下步骤：a)提供第一齿轮工件,b)通过在第一齿轮工件和磨削蜗杆(2)之间进行相对运动来执行拓扑展成磨削操作,其包括：-相对进给运动；-相对轴向进给,所述相对轴向进给相对于工具旋转轴线(B)平行或倾斜地发生；和-相对移位运动,c)提供第二齿轮工件,d)执行相对跳跃运动,该相对跳跃运动相对于第二齿轮工件和磨削蜗杆(2)之间的所述工具旋转轴线(B)基本上平行或倾斜地延伸,e)对于第二齿轮工件重复步骤b)。(Method for the continuously generating grinding of at least two gear workpieces (10) with a topologically modified grinding worm (2) comprising a topologically modified worm region (5) for grinding tooth flanks which are topologically modified on the gear workpiece, wherein the method comprises at least the following steps: a) providing a first gear workpiece, b) performing a topologically generated grinding operation by relative movement between the first gear workpiece and a grinding worm (2), comprising: -a relative feed movement; -a relative axial feed, which occurs parallel or inclined with respect to the tool rotation axis (B); and-a relative displacement movement, c) providing a second gear workpiece, d) performing a relative jumping movement which extends substantially parallel or obliquely with respect to the tool rotation axis (B) between the second gear workpiece and the grinding worm (2), e) repeating step B) for the second gear workpiece.)

拓扑展成磨削齿轮工件的方法和相应的磨削机

技术领域

本发明的主题是一种用于多个齿轮工件的拓扑展成磨削的方法。特别地，本发明涉及一种用于利用多修整磨削蜗杆(a multi-dressable grinding worm)进行齿轮工件的拓扑展成磨削的装置和方法。本发明还涉及一种具有控制系统的磨削机，用于齿轮工件的拓扑展成磨削。

背景技术

图1示出了示例性磨削机100的元件，其中在该图示中仅标记了基本元件，即工具主轴1连同磨削工具2以及带有工件10的工件主轴3。此外，该图示出可用于工件10的展成磨削的轴线中的一些。这里涉及三个线性轴线X、Y和Z。还存在旋转轴线B，其能够使磨削工具2旋转。工具主轴1与磨削工具2一起可绕枢转轴线A枢转，以使磨削蜗杆2的螺距与工件10的螺旋角一致。此外，还有旋转轴线C(也称为工件轴线)，以便能够使工件10旋转。图1显示了整个一系列协调的线性、旋转和枢转运动是必需的，以便能够用磨削工具2进行工件10的展成磨削。

影响这种磨削机100的经济效率的因素之一是磨削工具2的使用寿命，磨削工具2在这里以磨削蜗杆的形式示出。工具2磨损得越快，可以用工具2加工的工件10越少。因此，对于尽可能经济地使用磨削蜗杆2，存在各种策略。

除其他外，使用不同的移位策略(shift strategies)。连续移位(有时也称为斜向移位)是这样的过程，其中磨削机100执行平行于Z轴线的连续移位运动，以使磨削蜗杆2相对于工件10移位。这种移位形式确保了使用磨削蜗杆2的具有新的或充分切割的磨粒的区域。移位不仅确保了齿轮工件的几何精度，而且还在很大程度上防止齿面的热损坏。

还存在非连续移位策略，其基于例如磨削蜗杆2被分成用于粗加工和用于精加工工件10的不同区域的事实。

还有其中在工件10的每次加工之后进行移位的移位策略，例如，以便能够使用磨削蜗杆2的不同区域来加工下一个工件。

在图5A中，磨削蜗杆2的齿侧(蜗轮侧面)6的展开以放大的图示以强烈示意的形式示出，其中理论接触线tKl以示意形式表示，其由4个工件10.1-10.4的传统磨削得出。4个工件10.1-10.4的接触线tKl由长虚线、连续线、点线和短虚线的曲线组示意性地表示。这些曲线组中的每一组都分配给不同的工件10.1-10.4。可以看出，由于对于4个工件10.1-10.4中的每一个的移位，使用了磨削蜗杆2的具有新的或充分切割的磨粒的区域。图5A中所示的接触线tKl是具有边长h0(齿高)和l0*(参考螺旋长度)的矩形上的轧制线。

这涉及所谓的拓扑展成磨削。齿轮工件10的拓扑展成磨削使用磨削蜗杆2，该磨削蜗杆2包括至少一个拓扑修形的蜗杆区域。利用拓扑修形的蜗杆区域，齿轮工件10的齿面可以在一定限度内具有修形的齿面形状。齿面的所需几何形状在磨削蜗杆侧表面上以扭曲的形式预先确定，并通过在磨削蜗杆2和在其齿面上矫正的齿轮工件10之间的精确控制的CNC控制的相对运动进行映射。

在齿轮工件10的拓扑展成磨削期间，使用整个拓扑修形的蜗杆区域，以便能够在齿轮工件10上产生修形的齿面形状，例如具有修形的压力角的齿面。

磨削工具2可包括粗加工和精加工区域。如果拓扑修形的蜗杆区域是精加工区域，则可以使用拓扑修形的蜗杆区域完成精加工，而之前粗加工是按常规完成的。

除了为了使用整个拓扑修形的蜗杆区域而进行移位之外，还在展成磨削期间执行磨削行程，这对于能够使工件10(参见例如图1或图2)在它们的整个齿宽b2上磨削是必要的。如图1所示，直齿圆柱齿轮10的磨削行程包括磨削蜗杆2平行于机器100的X轴线的线性运动。

此外，执行进给运动以允许磨削蜗杆2的齿***齿轮工件10的齿隙中的最终深度。在图1的示例中，进给运动平行于机器100的Y轴线。

需要使用磨削蜗杆进一步优化拓扑展成磨削。最重要的是，提高磨削蜗杆的使用寿命是研究的一个重要方面。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种拓扑展成磨削的方法，该方法比先前的拓扑展成磨削方法更有效。

本发明的目的还在于开发一种用于磨削机的控制系统或软件设备，以用于通过拓扑展成磨削来加工齿轮，这允许磨削加工的可再现的高精度并且仍然具有高效率。此外，将提供适当的方法来帮助提高效率。

特别地，本发明的目的是提供一种用于正齿轮的拓扑展成磨削的磨削机，其能够以一致的高精度对一系列工件进行磨削加工，并且具有优化的磨削工具的使用寿命。

本发明的相应方法的特征在于权利要求1的特征。

本发明的方法设计用于使用拓扑修形的磨削蜗杆连续进行至少两个齿轮工件展成磨削，该磨削蜗杆包括拓扑修形的蜗杆区域，以磨削在齿轮工件上进行拓扑修形的齿面。该方法至少包括以下步骤：

a)提供第一齿轮工件，

b)通过在第一齿轮工件和磨削蜗杆之间进行相对运动来执行拓扑展成磨削操作，包括：

-相对进给运动，

-与工具旋转轴线平行或倾斜的相对轴向进给，和

-相对移位运动，

c)提供第二齿轮工件，

d)执行相对跳跃运动，该相对跳跃运动在第二齿轮工件和磨削蜗杆之间相对于工具旋转轴线基本上平行或倾斜地延伸，

e)重复步骤b)，对第二齿轮工件进行拓扑展成磨削操作。

上述相对移位运动例如可以以已知的方式定义为工具每转一圈(per toolrevolution)的移位路径。

在至少一些实施例中，相对跳跃运动以这样的方式执行：第一齿轮工件的拓扑展成磨削操作相比第二齿轮工件的拓扑展成磨削操作在磨削蜗杆的不同接触区域中开始。

对于至少一些实施例，执行相对跳跃运动，使得其相对于拓扑修形的蜗杆区域的延伸(长度)较小，以避免通过执行相对跳跃运动和拓扑磨削操作而离开拓扑修形的蜗杆区域。特别地，涉及的相对跳跃运动小于工具每转一圈所使用的移位路径，其预先确定用于通过拓扑展成磨削进行的加工。

在至少一些实施例中，相对跳跃运动仅在第一齿轮工件的拓扑展成磨削和第二齿轮工件的拓扑展成磨削之间的精加工过程中执行。

在至少一些实施例中，相对跳跃运动由跳跃距离限定，跳跃距离又由接触密度确定，其中该接触密度是表征当使用同一个磨削蜗杆生产多个工件时在磨削蜗杆上的负载分布的度量。

在至少一些实施例中，相对跳跃运动由恒定的跳跃宽度限定。这意味着在例如第二齿轮工件的拓扑展成磨削之前执行的跳跃运动与在例如第十齿轮工件的拓扑展成磨削之前执行的跳跃运动具有相同的跳跃宽度。

进一步优选的实施例可以在相应的从属权利要求中找到。

附图说明

下面借助于实施例并参考附图来描述本发明的进一步细节和优点。

图1示出了现有技术的磨削机的示意性透视图，该磨削机设计成用于利用磨削工具磨削工件。

图2示出了现有技术的具有直齿的示例性正齿轮的示意性侧视图，其中基于该视图定义了基本术语。

图3示出了示例性现有技术的磨削蜗杆的示意性侧视图，其中基于该视图定义了基本术语。

图4A示出了本发明方法的步骤的高度示意性图形表示，其中执行这些步骤以用于第一齿轮工件的拓扑展成磨削。

图4B示出了本发明方法的步骤的高度示意性图形表示，其中执行这些步骤用于第二齿轮工件的拓扑展成磨削。

图5A以放大的视图示出了磨削蜗杆的齿面的高度示意性的展开，其中理论接触线以示意图的形式表示，其由4个工件的传统展成磨削得出。

图5B以放大的视图示出了拓扑磨削蜗杆的齿面的高度示意性的展开，其中理论接触线以示意形式示出，其在4个齿轮工件的拓扑磨削期间出现，如果在每种情况下相对跳跃的话，根据本发明，其在磨削每个后续齿轮工件之前进行。

图6示出了根据本发明的一个实施例的磨削机的示意性透视图。

具体实施方式

结合本说明书，使用了也用于相关出版物和专利的术语。然而，应该注意，这些术语的使用仅是为了方便起见。专利权利要求的发明构思和保护范围不应受具体术语选择的解释限制。本发明可以容易地转移到其他概念体系和/或领域。这些术语将在其他专业领域中类似地使用。

众所周知，在连续磨削过程中的拓扑展成磨削可用于生产具有经过特殊修形的齿面的齿轮工件10。通过使用包括拓扑修形的蜗杆区域5(例如参见图3)的磨削蜗杆2，例如可以产生齿轮工件10的齿面LF和RF的凸面(crowning)(参见例如图2)。通过提供合适的凸面，当安装齿轮10时，可以降低对位置误差的灵敏度。另外，可以有利地影响噪声发射。

原则上可以使用拓扑展成磨削来减少或完全防止由于接触线的连续变化位置而在利用磨削蜗杆2的磨削期间发生的偏差(也称为交错)。这是通过以精确控制的方式使用磨削蜗杆2的适当修形的蜗杆区域5来实现的。这需要磨削机100的高精度机座(参见例如图6)和优化的驱动器，它们以高重复精度相对于齿轮工件10定位和移动磨削蜗杆2。

可以与这里描述的方法结合使用的磨削蜗杆2具有至少一个拓扑修形的蜗杆区域5，如图3所示。该拓扑修形的蜗杆区域例如可以在蜗杆区域5的宽度bm范围上具有不同的轮廓角度。在图3所示的示例中，拓扑修形的蜗杆区域5在螺旋宽度b0的大约一半上延伸。磨削蜗杆2的直径用d0表示。随着时间的推移，该直径d0减小，因为在磨削蜗杆2的修整过程中材料被移除。

拓扑修形的蜗杆区域5例如可以通过改变螺距高度以凸起(crowned)方式进行修形，以仅给出磨削蜗杆2的拓扑结构的可能修改的一个示例。然而，磨削蜗杆2的相应修改通常很小，以致几乎看不见。在图3中，拓扑修形的蜗杆区域5以灰色突出显示，以使其完全可见。

图2示出了示例性直齿正齿轮10的示意性侧视图。然而，本发明也可以应用于螺旋齿齿轮工件10。在图2的齿轮工件10上，齿隙特别明显，齿隙的左侧由齿侧LF限定，右侧由齿侧RF限定。齿根ZG显示为灰色。齿宽由附图标记b2表示。

本发明方法的至少一些实施例涉及一种用于对一系列齿轮工件中的至少两个齿轮工件10.1、10.2进行连续展成磨削的方法。相应方法步骤的细节在图4A和4B以强烈地示意性的形式表示。使用拓扑修形的磨削蜗杆2，其包括至少一个拓扑修形的蜗杆区域5，如图3中的示例所示。执行连续展成磨削的过程，使得在齿轮工件10.1、10.2上拓扑修形的齿面LF、RF被磨削。如图4A和4B所示，工具(旋转)轴线B与Z轴线(移位轴线)重合。

本发明的方法至少包括以下步骤，其中字母a)、b)、A等的使用不一定意味着步骤的相应时间顺序：

a)提供第一齿轮工件10.1，其例如可以从零件存储器中取出并夹紧至磨削机100的第一工件主轴3。

b)通过在第一齿轮工件10.1和夹紧至磨削机100的刀具主轴1上的磨削蜗杆2之间进行相对运动来执行拓扑展成磨削操作。该拓扑展成磨削操作至少包括以下步骤：

A.相对进给运动Sz1使磨削蜗杆2与齿轮工件10.1啮合。为了能够将磨削蜗杆2的齿干净地***第一齿轮工件10.1的齿隙中，在进给期间或进给之前执行定心Se1。在图4A中，定心Se1由双箭头示意性地表示，该双箭头在此横向于进给运动Sz1的方向延伸。

B.相对轴向进给Sa1相对于工具旋转轴线B平行或倾斜。在图4A的示例中，轴向进给Sa1平行于工具旋转轴线B延伸，在该示例中，工具旋转轴线B与Z轴线重合。

C.包括移动和扭转的相对移位运动(在图4A中看不到扭转)。

在第一齿轮工件10.1上的展成磨削操作结束时，通常执行缩回运动Sr1以取消齿轮工件10.1和磨削蜗杆2之间的啮合。

在完成第一齿轮工件10.1之后，提供一系列齿轮工件的另一个齿轮工件(例如，第二齿轮工件10.2)。第二齿轮工件10.2的加工如图4B所示。该拓扑展成磨削操作至少包括以下步骤：

c)提供第二齿轮工件10.2，其例如可以从零件存储器中取出并夹紧在磨削机100的第一工件主轴3上。

d)执行基本上平行于或倾斜于工具旋转轴线B延伸的相对跳跃运动，其中通过移动磨削机100的至少一个轴线在第二齿轮工件10.2和磨削蜗杆2之间执行所述跳跃运动。下面详细解释执行相对跳跃运动的目的。在图4A和4B之间的区域中，相对跳跃运动由跳跃宽度ΔS表示。跳跃距离ΔS以夸张的大的方式示出，以使其完全可见。

e)重复步骤b)用于第二齿轮工件10.2，以使第二齿轮工件10.2经受拓扑展成磨削操作。该拓扑展成磨削操作至少包括以下步骤：

A.相对进给运动Sz2使磨削蜗杆2与齿轮工件10.2啮合。为了能够将磨削蜗杆2的齿干净地***第二齿轮工件10.2的齿隙中，在进给范围内或在进给之前执行定心Se2。在图4B中，定心Se2由双箭头示意性地表示，该双箭头在此横向于进给运动Sz2的方向延伸。

B.相对轴向进给Sa2平行于或倾斜于工具旋转轴线B出现。在图4B的例子中，轴向进给Sa2平行于工具旋转轴线B延伸。

C.相对移位运动，包括移位和扭转(在图4B中看不到扭转)。

在第二齿轮工件10.2上的展成磨削操作结束时，通常执行缩回运动Sr2以取消齿轮工件10.2和磨削蜗杆2之间的啮合。

在已经完成第二齿轮工件10.2的磨削之后，可以提供并加工该系列齿轮工件的另一个齿轮工件(例如齿轮工件10.3、10.4)。但是，加工过程也可以在这里终止。

在不执行相对跳跃运动的情况下，第一齿轮工件10.1的拓扑展成磨削操作将与第二齿轮工件10.2和其他齿轮工件的展成磨削操作在磨削蜗杆2的相同的位置处开始。这里简要参考图5B。在不进行相对跳跃运动的情况下，沿着相同的理论接触线tKl(例如，沿着图5B中的实线示出的接触线)执行一系列齿轮工件的所有齿轮工件的拓扑展成磨削。

在所有实施例中，在后续齿轮工件的拓扑展成磨削之前(例如，在第二齿轮工件10.2的展成磨削之前)执行相对跳跃运动，其可以例如通过跳跃宽度ΔS(如图4A和4B之间或图5B中的区域中示意性地示出)限定。该跳跃运动始终发生在磨削蜗杆2的拓扑修形的蜗杆区域5内，即，该跳跃运动优选地仅在如下的情况下执行：拓扑修形的蜗杆区域5用于磨削后续的齿轮工件并且该相对的跳跃运动以拓扑磨削不脱离修形的蜗杆区域5的方式执行。

通过指定和执行相对跳跃运动，确保后续齿轮工件的展成磨削操作在磨削蜗杆2的拓扑修形的蜗杆区域5中的不同位置处开始并且遵循不同的理论接触线tKl，如图5B所示。然而，由于它是包括拓扑修形的蜗杆区域5的磨削蜗杆2，因此相对的跳跃运动导致第一齿轮工件10.1在几何上与第二齿轮工件10.2差异最小。然而，这些差异非常小，以至于它们对相应的磨削齿轮工件10.1、10.2、10.3、10.4的运行性能没有影响。

对于至少一些实施例，相对跳跃运动由接触密度EgD限定，其中接触密度EgD可以是工具特定参数，即，对于不同尺寸和/或不同设计(例如，不同涂覆的磨削蜗杆)的磨削蜗杆2，接触密度EgD也可以不同。

对于至少一些实施例，接触密度EgD被假定为上限值的量度，已经证明其成功地用在具有其最小有效直径d0的磨削蜗杆2中以进行齿轮工件的展成磨削。参见2018年4月17日以Klingelnberg GmbH名义提交的德国专利申请DE 102018109067.6。由于相对跳跃运动，如本文件中所描述和要求保护的，当使用磨削蜗杆2的拓扑修形的蜗杆区域5时可以确保磨削蜗杆2的侧面以这样的方式使用，即没有大于该上限累积的接触密度。然而，这样的上限值也可以以其他方式确定(例如，通过实验方式)。

如上述德国专利申请DE 102018109067.6中所述，该接触密度EgD可以沿着螺旋线或齿纵长方向考虑，并且被定义为磨削蜗杆2的工具每转一圈的螺旋路径的倒数值(reciprocal value)(在图5A中，工具每转一圈的该螺旋路径被指定为ΔC)。这意味着在这种情况下，接触密度EgD定义了每个螺钉行程的干预次数。

如德国专利申请DE 102018109067.6中所述，相比对于在磨削蜗杆2多次修整之后实现的最小磨削蜗杆直径而言，对于最大磨削蜗杆直径，接触密度EgD显著较低。

对于至少一些实施例，在预备方法步骤中计算相对跳跃运动的跳跃宽度ΔS，例如，使用软件或软件模块SM。在这些实施例中，步进宽度ΔS限定了几个齿轮工件10.1、10.2、10.3和10.4的拓扑磨削中的轧制线(或图5B中的理论接触线tKl)的相对位置。

在至少一些实施例中，选择相对跳跃运动，使得跳跃运动不会导致随后的拓扑展成磨削操作(包括移位)从拓扑修形的蜗杆区域5出来。

优选地，对于至少部分实施例，路径长度对应于工具每转一圈的移位路径的一部分。优选地，对于至少部分实施例，路径长度小于修形的蜗杆区域的宽度的1％。

代替通过平行于工具旋转轴线B的路径长度限定跳跃运动，它也可以由另一个变量(例如，通过平行于磨削蜗杆2的缠绕齿面线的路径)限定。

在至少一些实施例中，平行于工具旋转轴线B的相对跳跃运动被限定和/或执行，使得随后的拓扑磨削操作仅可在拓扑修形的蜗杆区域5内执行。为此目的，例如，拓扑修形的蜗杆区域5的极限值可以通过控制器110中的和/或磨削机100的软件或软件模块SM中的相对值或绝对值来定义。

磨削机100用于至少一些实施例，如图6中的示例所示。磨削机100包括工具主轴1，工具主轴1设计成拾取并旋转地驱动磨削蜗杆2围绕工具旋转轴线B运动。它还包括工件主轴3，工件主轴3设计成拾取并旋转地驱动来自一系列齿轮工件10.1、10.2的齿轮工件10。

磨削机100还可以包括修整装置112，修整装置112设计成用于拾取并旋转地驱动修整器(dresser)4。此外，磨削机100具有多个NC控制的轴线，用于执行磨削蜗杆2和齿轮工件10之间的相对运动，该相对运动是齿轮工件10的拓扑展成磨削和修整所需的。此外，磨削机100包括可连接到磨削机100的控制器110(例如，经由内部或外部通信链路111)，使得在一系列齿轮工件的第一齿轮工件10.1拓扑展成磨削之后并且在该一系列齿轮工件的第二齿轮工件10.2的拓扑展成磨削之前，可以执行相对的跳跃运动。如已经解释的那样，该跳跃运动是工件主轴3与工具主轴1之间或者工件10.2与磨削蜗杆2之间的小的相对运动。跳跃运动基本上平行于或倾斜于工具旋转轴线B延伸。

对于至少一些实施例，磨削机100可以包括用于用户输入的装置30(例如便携式装置)和/或软件模块SM，其使得用户能够选择或输入参数，优选地接触密度EgD，其中基于参数、相应地基于接触密度EgD执行相对跳跃运动。

在至少一些实施例中，磨削机100可包括用于用户输入的装置30(例如，便携式装置)和/或软件模块SM，其使得用户能够选择或输入相对跳跃运动的跳跃宽度ΔS。

图4A和4B示出了相对跳跃运动改变了磨削蜗杆2相对于齿轮工件位置的位置。另外，由于第一齿轮工件10.1的夹紧和第二齿轮工件10.2的夹紧，相对位置可能已经改变。因此，优选在齿轮工件10.1和10.2的展成磨削之前进行定心Se1或Se2。

如图5A所示，在开始时已经描述了放大形式的磨削蜗杆2的齿侧6的强烈示意性的展开。这里，理论接触线tKl以示意图的形式表示，其由4个工件10.1、10.2、10.3和10.4的常规展成磨削得到。

另一方面，图5B示出了本发明的细节。图5B示出了放大形式的拓扑磨削蜗杆2的齿侧6的强烈示意性展开。这里，理论接触线tKl1、tKl2、tKl3、tKl4以示意图的形式表示，如果根据本发明的相对跳跃运动在每种情况下在每个后续齿轮工件的磨削之前进行，则这些理论接触线在4个齿轮工件10.1、10.2、10.3和10.4的拓扑磨削期间出现。工具每转一圈的螺旋行程在图5B中用ΔD表示。工具每转一圈的螺旋行程ΔD显著大于对于传统的展成磨削在图5A中所示的工具每转一圈的螺旋行程ΔC。

关于图5A和5B，应该最后提到的是，谨慎地示出的接触线是理论线。实际上，由于力的相互作用，接触区实际上是重叠的。

附图标记