專利名稱：滾齒機的去毛刺設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及機床，更具體地，涉及用來切削齒輪和花鍵輪廓的滾齒機的去毛刺設備。
背景技術：
滾齒機為銑床的專用形式，可用來在齒輪毛坯中銑出齒輪齒，從而生成齒輪元件或花鍵元件。隨著滾刀工具與齒輪毛坯相接觸，滾齒機通過同步地旋轉齒輪毛坯以及刀具或滾刀工具而產生齒輪元件。當切削齒輪齒時，滾刀工具可在齒輪元件上產生毛刺。毛刺最好用去毛刺設備去除以提高齒輪元件的性能。在現(xiàn)有技術中，滾齒機中的去毛刺通過銳邊工具完成，例如鋼盤，其通過在鋼盤與齒輪毛壞的相交處的剪切作用去除毛刺。這種傳統(tǒng)形式的去毛刺設備不能很好地適應帶有凸起的止推面或復雜的邊沿倒角設計的齒輪毛壞工件。在這種情形下，需要額外的加工步驟以完成毛刺的去除，額外的加工例如倒角機、砂輪機/鋼絲輪機、噴丸處理以及磨粉漿去毛刺等。
因此，需要這樣一種滾機齒去毛刺設備，其無需上述額外的加工步驟就能有效地去除帶有凸起的止推面或復雜的倒角設計的齒輪毛坯工件的毛刺。

發(fā)明內容
本發(fā)明的滾齒機包括適于保持齒輪毛坯的夾具。電機可操作地連接到夾具，并構造成使夾具與齒輪毛坯一起以預定的速度旋轉?？尚D刀具可移動以與齒輪毛坯相接觸，并構造成切削齒輪毛坯，從而產生多個齒輪齒。去毛刺工具可移動以與齒輪毛坯相接觸，并構造成在切削齒輪齒時從齒輪毛坯去除毛刺。為了最優(yōu)化螺旋齒輪上的毛刺的去除，去毛刺工具的旋轉方向選為使去毛刺工具轉進入齒輪毛坯的齒輪輪廓的銳角側的方向。為便于該目的，電動軸可操作地連接到去毛刺工具，并構造成可驅動地使去毛刺工具以用戶預定速度和方向旋轉，以最優(yōu)化齒輪毛坯的毛刺去除。
去毛刺工具可包括外周邊，其銳利化以剪切并從而去除毛刺。
去毛刺工具可包括接觸表面，其構造成磨掉并從而去除毛刺。
結合附圖，從下面對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的詳細描述能夠容易地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的滾齒機的示意性側視圖；圖2為齒輪毛坯與去毛刺工具相接觸的示意性平面圖；圖3A為齒輪齒恰好與去毛刺工具接觸之前的示意性截面圖；圖3B為齒輪齒與去毛刺工具相接觸時的示意性截面圖；圖3C為齒輪齒與去毛刺工具相接觸之后的示意性截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明在齒輪毛坯中切出齒輪齒時給滾齒機上的齒輪毛坯去除毛刺的方法。
具體實施例方式
參考附圖，其中所有附圖中相同的附圖標記表示相同或相應的部分，圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直滾齒機10的示意圖。應當理解，垂直滾齒機10是為示意性目的示出的，本發(fā)明還可通過其它滾齒機結構完成，例如，水平滾齒機。優(yōu)選地，滾齒機10在夾具14與尾架16之間保持工件或齒輪毛坯12。齒輪毛坯12限定了中心孔18和外徑20，并包括底端面22和頂端面24。在加工齒輪毛坯12時，在外徑20上形成多個齒輪齒26。為示意性目的，齒輪齒26示為螺旋齒；但是，應當理解可設想到其它齒輪齒結構，例如直齒。
夾具14包括突起28，其可插入齒輪毛坯12的中心孔18，以定位和保持齒輪毛坯12。尾架16從夾具14縮回離開，以允許齒輪毛坯12裝載到夾具14上。然后齒輪毛坯12裝載到夾具14上，使得突起28插入中心孔18。此后，尾架16沿著負Y方向移動而與齒輪毛坯12相接合，使得齒輪毛坯12安放到夾具14上，齒輪毛坯12牢固地保持在尾架16與夾具14之間。電機30使夾具14旋轉，使得夾具14、齒輪毛坯12和尾架16以預定速率一起旋轉，其中所述預定速率通常相對于靜止物體產生在7-8M/m范圍內的表面速度?？刂破?1控制電機30的輸出，使得齒輪毛坯12旋轉的速率是可編程的。
滾齒機10包括通常為圓柱形的滾刀工具或刀具32，其具有多個齒34和中心線36。刀具32可繞著中心線36旋轉，并可在電機30或單獨的電機(未示出)的動力下沿著X和Y方向移動。在齒輪毛坯12以上述方式裝置到夾具14上之后，刀具沿著X方向移動與齒輪毛坯12的底部(在底端面附近)相接觸，然后沿著正Y方向向上移動，從而切削齒輪毛坯12的外徑20，以產生多個齒輪齒26。本領域中眾所周知，刀具32與齒輪毛坯12的轉速由控制器31同步，以產生預定的齒輪齒結構。
當切削齒輪齒26時，刀具32會產生靠近齒輪齒26的底端面22的毛刺40和/或靠近齒輪齒26的頂端面24的毛刺42。傳統(tǒng)的去毛刺工具由具有銳邊的工具組成，其中所述銳邊設計成剪切這種毛刺。傳統(tǒng)的去毛刺工具通常固定到沒有動力的軸上，并構造成在由齒輪毛坯施加的拖拽力的影響下旋轉。由于旋轉的齒輪毛坯的表面速度通常比較低(也就是大約7-8米/分鐘或M/m)，所以傳統(tǒng)去毛刺工具的切削邊與毛刺相接觸的相對速度也低。這種類型的去毛刺通常在齒輪齒上留下相當于0.25mm大的毛刺，需要額外的加工來更完整地去除。
已經發(fā)現(xiàn)，去毛刺工具與毛刺之間大約60M/m的相對表面速度是使用剪切作用去除毛刺的最佳速度。另外，通過提供可變的相對表面速度，去毛刺作用不限于更傳統(tǒng)的剪切作用。例如，可利用具有磨削作用或銑銷作用的去毛刺工具替代或添加到剪切作用上。因此，滾齒機10包括具有去毛刺工具52的電動軸或支撐50，將在下文具體描述。
優(yōu)選地，電動軸50可操作地連接到電機54上，電機54構造成使電動軸50以及安裝在電動軸50上的去毛刺工具52旋轉?？蛇x擇地，電動軸50可由電機30驅動。電動軸50還可沿著X和Y方向移動?？刂破?1控制電機54，使得電動軸旋轉速率和電動軸50平移的速率是可編程的。優(yōu)選地，當?shù)毒?2切削齒輪齒26時，電動軸50移進圖1所示的接觸位置，使得去毛刺工具52與齒輪毛坯12相接觸，并能夠從那里去除所有的毛刺(例如，毛刺40)。去毛刺工具52旋轉的速率(或速度)和方向可通過控制器31編程，并且可選擇為使毛刺的去除最優(yōu)。去毛刺工具52的最佳轉速依賴于實現(xiàn)的工具的具體形式，將在下文具體描述。
參考圖2，示出了去毛刺工具52與齒輪毛坯12相接觸的平面圖。去毛刺工具52通常為圓形，并限定了中心孔60，去毛刺工具52通過中心孔60安裝到電動軸50(圖1中所示)上。去毛刺工具52包括環(huán)狀接觸表面62，其構造成與齒輪毛坯12相接觸，并從那里去除所有的毛刺(例如，毛刺40)。接觸表面62的成分可選擇為符合特定應用的需要，可依據(jù)，例如，齒輪毛坯材料和/或最大可允許毛刺尺寸。本發(fā)明的電動軸50及可旋轉地驅動的去毛刺工具52無需額外的加工操作，就能有效地給具有凸起止推面或復雜倒角設計的齒輪毛坯去除毛刺。
典型的接觸表面62成分可包括高速鋼(HSS)、碳化物或如氧化鋁或立方氮化硼(CBN)的研磨材料。如前所述，去毛刺工具52的最佳轉速依賴于所實現(xiàn)的工具的具體形式。已經發(fā)現(xiàn)，具有由HSS組成的接觸表面62的去毛刺工具52在60M/m的表面速度最佳地去除毛刺。類似地，碳化物成分的最佳表面速度為150M/m，研磨材料成分的最佳表面速度為1200M/m，CBN成分的最佳表面速度為2700M/m?？蛇x擇地，接觸表面62可形成為包括適于切削所有毛刺的鋸齒狀突起或齒。
除了由接觸表面62完成的毛刺研磨或切削之外，去毛刺工具52還可包括被銳利化以便于去除毛刺的外周邊64。外周邊64使用剪切作用去除毛刺，但是由于外周邊64與毛刺接觸的相對速度可比先前可能的速度更快，所以能更有效。并且，在一些應用中，外周邊64的剪切作用可補充接觸表面62的磨削或銑削作用，以進一步優(yōu)化毛刺去除。根據(jù)可選實施例，外周邊64可被倒圓，以匹配齒輪毛坯12中的倒角或臺階(未示出)。
如圖2中所示，三個區(qū)域(區(qū)域1、區(qū)域2和區(qū)域3)被突出以顯示在將毛刺從單個的齒輪齒去除期間的一系列步驟。圖3A-3C中更詳細地示出了區(qū)域1、2和3，將在下文具體描述。
參考圖3A，示出了區(qū)域1的截面圖。更精確地，區(qū)域1示出了齒輪齒部分26A恰好與去毛刺工具52接觸之前的截面圖。齒輪齒部分26A包括銳角側或側緣70、鈍角側或側緣72、頂端面74和底端面76。齒輪齒部分26A還包括在刀具32(圖1中所示)切削齒輪齒26(圖1中所示)時形成的比較大的毛刺40A和比較小的毛刺40B。如本領域內所公知的，較大的毛刺40A通常形成在齒26的銳角側70上，較小的毛刺40B通常形成在齒26的鈍角側72上。去毛刺工具52示出為帶有尖銳的外周邊64，并構造成通過與外周邊64相接觸期間的剪切作用，以及與接觸表面62相接觸期間的可能補充的磨削或銑削作用去除毛刺40A和40B?？蛇x擇地，如果只使用接觸表面62來去除毛刺40A和40B，那么外周邊64可被倒圓或鈍化。
參考圖3B，示出了區(qū)域2的截面圖。更精確地，區(qū)域2示出了在去毛刺工具52已與齒部分26A的銳角側70相接觸之后，但在去毛刺工具60與齒部分26A的鈍角側72相接觸之前的齒輪齒部分26A的截面圖。可以看出，通過外周邊64與接觸表面62以上述方式的接觸已去除了毛刺40A。
參考圖3C，示出了區(qū)域3的截面圖。更精確地，區(qū)域3示出了去毛刺工具52已經經過齒部分26A的銳角側70和鈍角側72之后的齒輪齒部分26A的截面圖?？梢钥闯?，通過外周邊64與接觸表面62以上述方式的接觸已去除了毛刺40A和40B。
再參考圖1，根據(jù)可選實施例，電動軸50可適用于從齒輪毛坯12的頂端面24以及底端面22去除毛刺。因此，電動軸50還包括間隔裝置80和第二去毛刺工具82。間隔裝置80適于將第二去毛刺工具82定位在去毛刺工具52上方一預定距離處，使得去毛刺工具52、82可分別與齒輪毛坯12的底端面22和頂端面24相接觸。第二去毛刺工具82與去毛刺工具52相類似，但包括面向下方的接觸表面84，以與齒輪毛坯12的頂端面24相接觸。根據(jù)另一個可選實施例，可使用單獨的類似于電動軸50的電動機驅動軸(未示出)，以驅動第二去毛刺工具82。
在圖4上扼要概述了本文前面描述的方法步驟，其示出了在齒輪毛坯中切出齒輪齒時，將滾齒機上的齒輪毛坯上的毛刺去除的方法。該方法在步驟102開始，將尾架16從夾具14縮回離開。在步驟104，齒輪毛坯12裝載進夾具。在步驟106，尾架16向外延伸，以將齒輪毛坯12夾進夾具14。在步驟108，電機30轉動夾具14，以在預定速度可旋轉地驅動齒輪毛坯12。在步驟110，滾刀工具或刀具32移動與齒輪毛坯12相接觸，以切削齒輪毛坯的外徑，從而形成齒輪齒，切削加工還在齒輪毛坯的端表面上產生毛刺。在步驟112，選擇去毛刺工具的旋轉速度和旋轉方向，其速度和方向選為最優(yōu)化毛刺的去除。在步驟114，至少一個電動的或其它方式驅動的去毛刺工具(52或82)與齒輪毛坯12相接觸，以從齒輪毛坯12的至少一個端面(22或24)去除毛刺。
盡管已經詳細描述了實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明所屬領域的技術人員會認識到，在所附權利要求范圍內的用來實現(xiàn)本發(fā)明的各種可選設計和實施方式。
權利要求
1.一種滾齒機，包括可旋轉的夾具，其適于保持齒輪毛坯；可旋轉的刀具，其可移動以與所述齒輪毛坯相接觸，所述刀具構造成切削所述齒輪毛坯，從而產生多個齒輪齒和潛在的毛刺；第一可旋轉去毛刺工具，其可移動以與所述齒輪毛坯的第一端面相接觸，所述去毛刺工具構造成在所述齒輪毛坯被切削時從所述齒輪毛坯的所述第一端面去除所述毛刺；以及動力軸，其可驅動地連接到所述去毛刺工具，并可操作以使所述去毛刺工具以預定速度和方向旋轉，該速度和方向選擇為最優(yōu)化所述毛刺的去除。
2.如權利要求1所述的滾齒機，其中所述去毛刺工具包括外周邊，所述外周邊被銳利化以剪切并從而去除一部分所述毛刺。
3.如權利要求1所述的滾齒機，其中所述去毛刺工具包括接觸表面，所述接觸表面構造成磨掉并從而去除其它的毛刺。
4.如權利要求3所述的滾齒機，其中所述接觸表面可包括下述組分高速鋼、碳化物、或諸如氧化鋁或立方氮化硼的研磨材料組分。
5.如權利要求1所述的滾齒機，還包括電機，以為所述動力軸提供動力。
6.如權利要求1所述的滾齒機，包括第一電機，其可操作地連接到所述夾具，以使所述夾具和所述齒輪毛坯以預定速度旋轉；以及第二電機，以為所述去毛刺工具軸提供動力。
7.如權利要求6所述的滾齒機，還包括控制器，其控制所述第二電機的輸出，其中所述去毛刺工具軸的預定速度和方向可通過所述控制器編程。
8.如權利要求7所述的滾齒機，其中所述第一去毛刺工具軸可在包括相對于所述端面的第一接觸位置和相對于所述端面的第二接觸位置的兩個或多個位置之間移動，并且其中位置移動可通過所述控制器編程。
9.如權利要求8所述的滾齒機，還包括第二去毛刺工具，其可移動以與所述齒輪毛坯的第二端面相接觸，所述第二去毛刺工具構造成在所述齒輪齒被切削時，從所述齒輪毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及間隔裝置，其適于將所述第二去毛刺工具定位在距所述第一去毛刺工具預定距離處，所述間隔裝置在一端處固定到所述動力軸，所述間隔裝置在相反的第二端處固定到所述第二去毛刺工具，以使所述第二去毛刺工具與所述第一去毛刺工具同步旋轉，所述間隔裝置的所述預定距離被選擇為使得當所述第一去毛刺工具與所述第一端面相接觸時，所述第二去毛刺工具與所述齒輪毛坯的所述第二端面相接觸，以從所述齒輪毛坯的所述第一端面和所述第二端面去除毛刺。
10.如權利要求8所述的滾齒機，還包括第二去毛刺工具，其可移動以與所述齒輪毛坯的第二端面相接觸，所述第二去毛刺工具構造成從所述齒輪毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及第二動力軸，其可操作地連接到所述第二去毛刺工具上，所述第二動力軸構造成使所述第二去毛刺工具以預定的速度和方向旋轉，該速度和方向選擇為最優(yōu)化毛刺的去除，其中所述第二去毛刺工具的所述預定轉速可通過所述控制器編程。
11.一種用來在齒輪毛坯中切出齒輪齒的滾齒機，包括可旋轉的夾具，其適于保持齒輪毛坯；第一電機，其可操作地連接到所述夾具，以使所述夾具和所述齒輪毛坯以預定速度旋轉；可旋轉的刀具，其可移動以與所述齒輪毛坯相接觸，所述刀具構造成切削所述齒輪毛坯，從而產生多個齒輪齒和潛在的毛刺；第一可旋轉去毛刺工具，其可移動以與所述齒輪毛坯的第一端面相接觸，所述去毛刺工具構造成在所述齒輪毛坯被切削時從所述齒輪毛坯的所述第一端面去除所述毛刺；動力軸，其可驅動地連接到所述去毛刺工具，并可操作以使所述去毛刺工具以預定速度和方向旋轉，該速度和方向選擇為最優(yōu)化所述毛刺的去除；第二電機，其為所述去毛刺工具軸提供動力；以及控制器，其控制所述第二電機的輸出，其中所述去毛刺工具軸的預定速度可通過所述控制器編程，其中所述第一去毛刺工具軸可在包括相對于所述端面的第一接觸位置和相對于所述端面的第二接觸位置的兩個或多個位置之間移動，并且其中位置移動可通過所述控制器編程。
12.如權利要求11所述的用來在齒輪毛坯中切出齒輪齒的滾齒機，還包括第二去毛刺工具，其可移動以與所述齒輪毛坯的第二端面相接觸，所述第二去毛刺工具構造成在所述齒輪齒被切削時，從所述齒輪毛坯的所述第二端面去除毛刺；以及間隔裝置，其適于將所述第二去毛刺工具定位在距所述第一去毛刺工具預定距離處，所述間隔裝置在一端處固定到所述動力軸，所述間隔裝置在相反的第二端處固定到所述第二去毛刺工具，以使所述第二去毛刺工具與所述第一去毛刺工具同步旋轉，所述間隔裝置的所述預定距離被選擇為使得當所述第一去毛刺工具與所述第一端面相接觸時，所述第二去毛刺工具與所述齒輪毛坯的所述第二端面相接觸，以從所述齒輪毛坯的所述第一端面和所述第二端面去除毛刺。
13. 一種在齒輪毛坯中切出齒輪齒時在滾齒機上的齒輪毛坯上去除毛刺的方法，包括將尾架從夾具縮回離開；將齒輪毛坯裝載進所述夾具；將所述尾架延伸出以將所述齒輪毛坯夾在所述夾具上；以預定速度可旋轉地驅動所述齒輪毛坯；移動可旋轉的刀具與所述齒輪毛坯相接觸，以在齒輪毛坯中切出齒輪齒，其中切削所述齒輪齒在所述齒輪毛坯的至少一個端面上產生毛刺；選擇去毛刺工具的旋轉速度和旋轉方向以最優(yōu)化毛刺的去除；和驅動至少一個可旋轉地驅動的去毛刺工具與所述齒輪毛坯相接觸，其中所述去毛刺工具可操作以從所述齒輪毛坯去除毛刺，其中所述去毛刺工具可由電機以選擇的速度和方向旋轉地驅動，該速度和方向選擇為最優(yōu)化毛刺的去除。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種滾齒機。滾齒機包括適于保持齒輪毛坯的夾具。電機可操作地連接到夾具，并構造成使夾具與齒輪毛坯一起以預定的速度旋轉?？尚D刀具可移動以與齒輪毛坯相接觸，并構造成切削齒輪毛坯，從而產生多個齒輪齒。去毛刺工具可移動以與齒輪毛坯相接觸，并構造成在齒輪齒被切削時從齒輪毛坯去除毛刺。電動軸可操作地連接到去毛刺工具，并構造成為去毛刺工具提供動力并使其以預定速度旋轉，以最優(yōu)化毛刺的去除。
文檔編號B23Q5/04GK101015871SQ20071000510
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權日2006年2月10日
發(fā)明者J·R·李, F·H·凱斯, T·M·湯普森, S·D·道布勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司