范成加工夹持在机床上的工件的设备以及制造具有齿轮的工件的方法

【技术领域】

本发明涉及一种加工固定在机床上的工件的设备，该设备包括滚铣刀和收容滚铣刀的滚铣刀收容装置，该滚铣刀去除工件上的材料以形成滚动外形，特别是通过滚刀铣或滚刀磨在工件上形成齿轮。此外，本发明涉及一种机床，特别是铣/车削机床、铣/钻床、车削/铣床或配备有本发明设备的通用加工中心。

此外，本发明涉及一种制造具有滚动外形的工件的方法，尤其是如通过滚刀铣和/或滚刀磨形成齿轮件，尤其通过加工固定在机床上的工件的设备形成齿轮，该设备包括滚铣刀和收容滚铣刀的滚铣刀收容装置，该滚铣刀通过滚刀铣和/或滚刀磨去除工件上的材料以形成齿轮件。

【背景技术】

现有技术揭露了在专门的滚铣机床上加工制造齿轮，这里通过滚铣去除工件上的材料以在工件上形成齿轮的滚铣刀收容在用于收容滚铣刀的滚铣刀收容装置中。

为了滚铣工件上的齿轮，滚铣刀被驱动绕转动轴旋转，从而可通过加工(尤其是滚铣加工)从工件上去除工件的材料。为此，现有技术揭露的滚铣刀的刀刃具有可通过滚铣形成工件的齿轮的形状。特别地，现有技术中揭露了通过上述滚铣加工具有滚动外形的不同工件，尤其是加工具有不同齿形(尤其是正齿、斜齿、圆弧齿、螺旋齿)的齿轮(例如正齿轮或锥齿轮)。特别地，通过滚铣加工滚动外形需要刀具的移动与工件的移动完全同步，从而能够制造出(尤其是齿轮上的)滚动外形所需的几何形状。

然而，在这个过程中，现有技术存在以下问题，利用滚铣刀收容装置中的滚铣刀来在工件上滚铣形成齿轮的专门机床只能用于在工件上形成齿轮。

因此，对可能需要初加工或再加工的工件而言，为了能够实现粗加工、中间加工、再加工及最后加工，可能分别需要多个高成本的机床。因而，这需要购买大量高成本的机床。

另外，在多台机床上进行加工的过程中，工件必须从第一台机床上取下再被固定到另一个第二台机床上，这样需要较长的加工时间或多次转换机床。

【发明内容】

为了避免现有技术中的设备或方法所存在的上述问题，本发明提供一种加工夹持在机床上的工件以在工件上形成滚动外形(尤其是齿轮)的设备，以及相对应的通过滚刀铣或滚刀磨加工具有滚动外形或齿轮的工件的方法。

此外，本发明提供一种加工夹持在机床上的工件的设备以及相对应的加工具有滚动外形或齿轮的工件的方法。相较于现有技术中所揭露的设备或方法，通过上述设备或方法能够更灵活有效地生产具有滚动外形或齿轮的工件并减少错误，尤其是涉及到所需的外形的几何形状或齿轮的几何形状。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种如权利要求1所述的加工夹持在机床上的工件的设备、一种如权利要求10所述的加工夹持在机床上的工件的机床以及一种如权利要求15所述的制造具有齿轮的工件的方法。

本发明的优选实施例和示例在附属权利要求中进行描述。

依据本发明，加工夹持在机床上的工件的设备包括：

滚刀，所述滚刀去除工件上的材料以通过滚铣在工件上形成滚动外形，尤其是齿轮；以及

滚刀收容装置，所述滚刀收容装置收容所述滚刀；

依据本发明，上述设备的特征在于所述设备还包括：

铣刀头固定装置，所述铣刀头固定装置用于固定上述机床的铣刀头的收容装置；

其中，所述机床包括至少5个轴。

这提供以下优势，加工夹持在机床上的工件的设备以通过范成加工在工件上形成滚动外形(尤其是齿轮)的设备，包括滚铣刀、铣刀头固定装置和用于收容滚铣刀的滚刀收容装置，铣刀头固定装置可将上述设备固定在至少5轴机床的铣刀头的收容装置中，尤其是将上述设备固定并锁定在至少5轴的铣/车削机床、铣/钻床、车削/铣床或者至少5轴的通用加工中心的刀具固定夹具中。

因此，本发明提供一种可在具有固定铣钻刀的夹具的至少5轴机床上加工工件的设备，其中，在机床上利用上述设备的滚刀来范成加工(例如，滚刀铣或滚刀磨)形成工件的滚动外形(尤其是齿轮)。特别地，上述设备具有固定装置，通过上述固定装置上述设备可被收容到上述机床的刀具夹具并被锁定。

当工件被加工以通过范成加工(尤其是滚刀铣或滚刀磨)在工件上形成滚动外形(尤其是齿轮)时，为了有效、高效并精密地在工件上成形许多不同的齿轮形状，尤其是减少错误，可利用在至少5轴机床的铣刀头的控制下灵活的运动自由度来实现。特别地，也可制造具有局部滚动外形或局部齿轮的工件和具有完整齿轮的工件，这里还可制造偶数和奇数齿轮。

收容在滚刀收容装置中的滚刀可为滚铣刀，例如圆柱形滚刀。而且，滚刀也可为侧铣刀，或者包括几个侧铣刀。此外，滚刀还可为滚磨刀，例如，具有收容在滚刀收容装置内的一个或多个线条轮磨削刀或者一个或多个碟形轮磨削刀的滚磨刀，或者滚磨蜗杆，尤其是收容在滚刀收容装置中的环面或圆柱形磨削蜗杆。如果滚刀为一个或多个侧铣刀或者一个或多个滚磨刀，侧铣刀或滚磨刀的一侧或两侧可具有根据将成形的齿面形状的几何形状，从而齿面形状可在一侧或两侧一步形成。

这里，至少5轴机床可以以一种特别有利的方式在机床上被同心或偏心夹持的工件上制造齿轮，对至少5轴机床的控制使在形成滚动外形(尤其是完全依据指导书的齿轮)时刀具的运动与工件的运动可精确同步，无论工件被同心还是偏心夹持。为此，刀具在至少一个转轴上的运动的可与工件在至少一个转轴上的运动精确同步，并可与至少一个线性轴精确同步。这种同步确保滚刀相对夹持工件的运动被控制，从而齿轮可完全按照说明书中成形。此外，在刀具的控制过程中，由于工件的偏心夹持对工件运动的影响可被相应的平衡运动以及其它轴的相应同步所平衡，从而滚刀相对夹持工件的运动被控制，完全按照指导书来成形齿轮。即使工件的工件轴相对工件被夹持的回转工作台的转轴倾斜，也可因至少5轴的高度灵活性被校正，而无需重新夹持工件或调整工件。这里，能够通过感测元件或测量装置来测量夹持状况，从而对各个轴的控制可按照实际的夹持状况来进行。

特别地，机床的至少5轴提供五个自由度，优选地，即至少三个平移或线性自由度和二个旋转自由度。这提供以下优势，利用机床的至少三个线性轴和至少二个旋转轴，包含滚刀的设备可相对工件被迅速并精确地移动至所需位置和方向，尤其是在刀具控制和工件控制精确同步的情况下。因此，上述设备或滚刀能相对工件在五个自由度上被定位或驱动，尤其是在相对工件的任何倾斜位置上。因此，根据待加工的正齿轮或锥齿轮的斜齿所预设的角度，以便利灵活的方式来相对工件调整上述设备的倾斜位置。此外，在制造锥齿轮的过程中上述设备相对工件的倾斜放置可被灵活应用于锥齿轮的预设斜角。因此，由于5个自由度的灵活定位，利用至少5轴可制造具有任何斜角的锥齿轮。因此，相较于在至多3个线性轴及1个转轴的传统滚齿机上进行加工，在至少5轴机床上利用本发明的设备通过范成加工(例如滚刀铣或滚刀磨)来加工工件以在工件上性形成齿轮更加灵活。

由于至少5轴机床的自由度所带来的高度灵活性，滚铣或滚磨设备及上述设备的滚刀可分别向被夹持在机床上的工件移动，尤其是以任何角度或在任何倾斜位置上。这里，依据本发明，在根据预设齿轮形状进行范成加工过程中，为能相对被夹持工件滚刀移动，所有的轴可被同时移动并相互同步。在此过程中，可相对被夹持工件同步移动滚刀，相反，由于运动轴的数目较少，在传统的滚铣机床不能实现。这里，如果工件被夹持在机床上绕转轴转动，此转轴可与控制加工工件的设备的其它轴能够同步。同样，滚刀的转速可与工件的转速同步。

特别地，由于5轴机床的自由度，其可灵活精确地制造任何齿轮形状，例如，包括以传统方式(即没有5轴的自由度)不能加工的弓形或螺旋齿，或者通过倾斜设备来加工齿轮的凸面，这也不能在没有5轴自由度的传统机床上进行加工。

优选地，上述铣刀头固定装置还用于通过锁定来将上述设备固定在机床的铣刀头的收容装置内。

这提供以下优势，上述设备可利用上述铣刀头固定装置通过锁定被固定在机床的铣刀头的收容装置内，其中，锁定上述设备到上述收容装置可与收容刀具的通用设备锁定到机床的铣刀头的收容装置的方式类似。

上述设备能采用与用于收容刀具的通用设备相类似的方式被固定或锁定在铣刀头的收容装置内。因此，夹持在本发明的机床上进行加工的工件可被固定并锁定至至少5轴的通用机床的铣刀头，尤其是自动和/或通过程序控制更换并锁定上述设备。

优选地，如果本发明的设备被固定在机床的铣刀头的收容装置上，上述设备的铣刀头固定装置可通过解锁从机床的铣刀头的收容装置上释放所述设备。

述设备可从上述铣刀头的收容装置上解除固定，从而上述设备可通过换上机床的通用刀具收容设备或刀具而被交换或替换。

依据本发明，优选地，上述装置进一步包括齿轮组，当上述装置被固定在上述铣刀头的收容装置内时，上述齿轮组可将转动从机床的工作主轴传递至滚刀从而驱动滚刀。

驱动滚刀收容装置内的滚刀可以滚铣方式从工件上去除材料。为此，如果上述设备被固定在上述铣刀头的收容装置内，上述齿轮组可利用机床的工作主轴将转动经由上述齿轮组从工作主轴传递至滚刀。为此目的，上述齿轮组优选包括上述铣刀头固定装置的部分或至少与上述铣刀头固定装置协作的装置，从而，一旦上述铣刀头固定装置将上述设备固定和/或锁定在机床的铣刀头的收容装置内，机床的工作主轴的转动就能被传递。

这提供以下优势，用于驱动机床的刀具(尤其是铣或钻刀)的工作主轴也能用于驱动上述加工夹持在机床上的工件的设备的滚刀。因此，机床内无需提供另一主轴或用于驱动滚刀的专门装置。

优选地，上述齿轮组包括锥齿轮副或上述齿轮组是锥齿轮副。

因为本发明所提供的设备中的滚刀的转轴可本质上与主轴或机床的铣刀头的驱动轴正交，机床的工作主轴的转动可以一种特别有效并空间便利的方传递至滚刀。

可替代地，在本发明的一个优选实施例中，上述齿轮组也可包具有销的支撑件，上述销为滚刀提供旋转导轨，经由上述齿轮组，滚刀可被工作主轴驱动旋转。本发明的优势可通过与具有销的支撑件相结合的简单结构来体现。

优选地，上述设备的特征在于上述机床为CNC机床，如果上述设备被固定在上述机床的铣刀头固定装置内，可利用程序控制相对夹持在上述机床上的工件在5个自由度上同时移动滚刀。

这提供以下优势，通过程序控制，滚刀可相对工件以快速并精确的方式移动，尤其是在5个运动自由度(具体而言，三个线性自由度和二个转动自由度)上同时移动。因此，本发明的设备中的滚刀可执行复杂的程序控制刀具路径。因而，在至少5轴CNC机床上进行精确的程序控制加工可制造复杂的几何形状，而且通过滚铣在工件上制造齿轮可以更有利的方式进行。

此外，这种CNC机床可在工件的加工过程中交换或替换在上述铣刀头或上述机床的铣刀头的收容装置所使用的刀具，尤其是通过程序控制来交换或替换。因此，除了利用滚刀来滚铣或滚磨加工工件的齿轮外，也可，优选地自动或通过程序控制，利用其它刀具(可选机床的标准刀具)执行粗加工、中间加工、再加工和最后加工，尤其是以一种能够省时并减少传递次数的方式进行。

为此，优选地，上述设备可被自动移动至上述铣刀头的收容装置内，其中，至少5轴机床的灵活功能性可通过程序控制自动交换和/或替换刀具或收容刀具在上述机床的铣刀头的收容装置中的设备。

优选地，直至上述设备被固定在上述铣刀头的收容装置内和/或在上述设备从上述铣刀头的收容装置上解除后，本发明的设备可被保存在刀具库或上述机床的刀具库中。

在至少5轴机床上加工工件的过程中，如果加工由机床的其它刀具或收容刀具的其它设备来执行，上述设备可被保存在刀具库或或上述机床的刀具库中。

优选地，收容在本发明的设备的滚刀收容装置内的所述第一滚刀可被，优选地通过程序控制，自动更换为第二滚刀。

这提供以下优势，除了上述铣刀头的收容装置内的本发明的设备的更换外，本发明的设备的滚刀收容装置内的滚刀也被更换。这使得将第一滚刀更换为第二滚刀时无需更换上述机床上的本发明的设备，第一滚刀和第二滚刀可具有不同的刀刃形状以在一个或多个工件上成形不同的滚动外形或齿轮形状。

此外，本发明提供一种加工夹持在至少5轴机床上的工件的机床，其包括：

铣刀头，所述铣刀头包括收容刀具和/或收容具有刀具的刀具设备的收容装置；

工作主轴，所述工作主轴驱动收容在所述铣刀头的所述收容装置内的刀具；

依据本发明，上述机床的特征在于：

所述机床配备有如前所述的加工夹持在机床上工件的设备。

优选地，本发明的机床可自动上述设备固定到上述铣刀头的收容装置上。这使得本发明的设备可通过程序控制被自动固定到上述铣刀头的是收容装置上，并可锁定和/或解锁以将本发明的设备更换成刀具或收容刀具的设备。

为此，优选地，上述机床可自动被更换或被收容在上述铣刀头的上述收容装置内的另一刀具替换，和/或被具有刀具并收容在上述铣刀头的上述收容装置内的刀具设备替换。优选地，这些通过程序控制来完成。

优选地，本发明的机床进一步包括刀具库，上述刀具库可收容一个或多个上述设备直至上述设备被固定到上述铣刀头的上述收容装置上，和/或收容一个或多个滚刀，例如滚铣刀和/或滚磨刀。

这提供以下优势，除通用刀具或标准刀具(例如钻铣刀)外，刀具库或上述机床的刀具库还可收容一个或多个滚铣刀和/或滚磨刀，以用在一个设备和/或多个设备上并可在加工夹持工件的过程中优选地通过程序控制交换或替换它们。

优选地，本发明的机床可将已收容在上述设备的上述滚刀收容装置内的第一滚刀自动更换成第二滚刀。

除交换或更换本发明的设备外，也可将上述设备上的第一滚刀交换或更换为第二滚刀，优选地，第一滚刀和第二滚刀具有不同的刀刃形状以在工件上形成不同的齿轮形状。这里，也可将股滚铣刀更换为滚磨刀。

最后，本发明进一步提供一种通过滚铣制造具有齿轮的工件的方法，上述工件利用前述本发明的设备之一在至少5轴机床上加工以形成齿轮，也可能利用具有一个前述优选特征或前述优选特征的组合的设备在至少5轴机床上加工以形成齿轮。

【附图说明】

图1为本发明的机床的一个实施例的示意图。

图2为本发明的设备的一个实施例的示意图，尤指滚铣设备。

【具体实施方式】

在下文中，本发明将通过结合本发明的机床的一个实施例及示例性附图的方式来进行详细描述和解释，尤其是配备有加工固定在机床上的工件的设备的机床。在这个过程中，将对具有齿轮的工件的制造进行特别详细的描述。然而，应当指出的是，本发明并不限于在工件上形成齿轮，也可通过使用适当的滚铣刀或滚磨刀或者具有适当的刀刃形状或外形形状的滚铣刀或滚磨刀来在工件上形成任何滚动外形。这里，滚动外形包括现有技术中滚铣机床不能加工的滚动外形，且该滚动外形只能在具有灵活运动自由度的至少5轴机床上才能加工。

图1所示的机床200包括铣刀头210和回转工作台240，该回转工作台240具有将工件100加紧在回转工作台240上的装置(图未示)。此外，图1所示为加工夹持在机床200上的工件100的设备300的一个实施例，该设备300使用滚铣刀310通过滚铣去除工件100上的材料来在工件100上形成齿轮。

在本实施例中，图示的机床200为数控机床(CNC机床)，其具有5个轴，具体地而言，相对被夹持的工件移动铣刀头的3个线性轴及2个旋转轴。然而，本发明并不限于5轴机床，也可能应用于能通过程序控制同时驱动5轴以上的机床，例如，具有至少3个平移线性轴和至少3个转动旋转轴的机床。

这里，机床的至少5个轴使得刀具或滚铣刀可在刀具导轨或滚铣刀导轨内可在5个自由度上运动，5个自由度包括3个平移自由度和2个转角自由度(具体而言，转动自由度)，从而使得刀具轴可自由定向。

图1中的机床200的铣刀头210与设备300一同放大显示在图2中。图2所示为铣刀头210和整合在铣刀头210内的收容装置211，该铣刀头210适于收容刀具收容装置和设备300，刀具收容装置尤其指铣刀收容装置。此外，图2中所示的发明设备300的一个实施例，下文称为滚铣设备300，其包括收容滚铣刀310的滚铣刀收容装置320。

此外，图2中所示为示例性工件100的已完成部分，其具有齿轮110，这里以具有斜齿的正齿轮作示例，为了制造图示的齿轮110，图示的滚铣设备300的位置使工件100的加工通过导引铣刀头210可完成。图2并未示出机床200上用于夹持工件100的夹持装置(具体而言，回转工作台240)，该夹持使工件100可绕转动轴转动。

综上所述，由于机床具有5个自由度，具有滚铣刀310的滚铣设备300可相对被夹持的工件100在任何方向和运动路径上移动以在工件100的各个面上加工出齿轮110。

图中未示出整合在滚铣设备300的壳体内的齿轮组，当滚铣设备300被固定在铣刀头210的收容装置211内时，为了能驱动滚铣刀310以通过滚齿来从工件100上去除材料，该齿轮组将机床200的工作主轴220的转动从工作主轴220传递到滚铣刀310。

在本设备的实施例中，齿轮组的传动装置的转动轴与滚铣刀的转动轴正交，因此本实施例中的齿轮组为锥齿轮副。

然而，本发明并不限于锥齿轮，在其它可选实施例中也可采用当滚铣设备300被固定后可将机床200的工作主轴220的转动传递到滚铣刀310的其它齿轮组。而且，滚铣刀310的转速可通过程序控制或其它传动装置来控制。

特别地，本发明的优点在另一个实施例中通过滚铣设备来体现，该滚铣设备具有支撑件结构，支撑件包括销，该销固定滚铣刀并使其能绕滚铣刀的轴线旋转。在这种情况下，该设备包括能驱动滚刀绕工作主轴或其它轴旋转的齿轮组。此外，该设备可被铣刀头固定装置固定到机床的收容装置上。

这种收容装置，尤其是图2中所示的铣刀头210的收容装置211，通过锁定分别将滚铣设备300和滚铣设备的铣刀头固定装置330固定在铣刀头210上的收容装置211内。因此，该收容装置211及铣刀头固定装置330也可通过解锁将滚铣设备300从铣刀头210上放开。

此外，在本发明的当前实施例中的机床200包括刀具库(图未示)，该刀具库包括机床的多个铣刀和钻刀，该刀具库还包括适于收容铣刀或钻刀的刀具装置。该刀具库适于进一步存放加工工件100时不需要的一个或多个滚铣设备300。

在本发明的当前实施例中，对至少5轴机床的控制是通过CNC控制数据来实现，CNC控制数据通过程序控制来控制刀具沿预设路径运动，该刀具路径能相对工件100在5个自由度上运动。因此，通过同时驱动机床200的所有轴或部分轴，CNC控制数据可控制已完成部分100的数控加工。

在加工过程中，为了执行加工工件100的下一工步，机床200可执行CNC控制数据，该控制数据发出为了加工工件100更换刀具或收容刀具的设备的指令。因此，为了能在机床200上加工出工件100，其中至少一个工步通过滚铣并利用滚铣刀固定装置310自动收容、插入和/或锁定具有滚铣刀310的滚铣设备300到铣刀头210的收容装置211，从而在工件100上加工出齿轮110。

而且，为了进入另一加工路径来加工工件100，机床200可通过收容刀具的刀具收容装置来更换滚铣设备300。

此外，本发明的实施例滚铣设备300能将第一滚铣刀310更换为第二滚铣刀或滚磨刀，该第二滚铣刀具有在工件100上加工不同形状齿轮110的不同刀刃形状，在本实施例中，将第一滚铣刀310更换为第二滚铣刀无需更换铣刀头210上的滚铣设备300.

总而言之，本发明提供机床200、滚铣设备300及在至少5轴机床200上加工具有齿轮110的工件100的方法，通过5轴机床200上的程序控制使得加工具有齿轮的工件100更高效、更精密，尤其是加工齿轮，例如正齿轮或各种齿型的锥齿轮(例如正齿、斜齿、圆弧齿、渐开线齿、螺旋齿等)。而且，本发明可加工任何滚动外形。因此，不能在只有最多3个线性轴和1个转动轴的传统滚铣机床上加工的齿形，可通过本发明的机床、滚铣设备或方法进行加工。

相当有利的是，本发明可使用标准的5轴通用铣钻床或其它至少5轴机床制造具有滚动外形的工件，尤其是齿轮，而无需其它昂贵的专用机器，例如专门的滚铣机床。这里，本发明的滚铣设备可通过程序控制自动更换和/或以类似方式自动锁定到例如附件轴上。

依据本发明，驱动滚铣刀310旋转以从工件100上去除材料来形成齿轮110可通过齿轮组来实现。经由可被整合到滚铣设备300的壳体的锥齿轮副，该齿轮组可被工作主轴驱动。

在此，本发明提供一种加工夹持在机床200上的工件100以通过滚铣在工件100上成形齿轮110的设备，尤其是一种在工件100上形成齿轮(例如正齿轮或锥齿轮)的设备。该设备300包括至少5轴机床上的滚铣刀310，可通过机床的至少3个线性轴及至少2个转动轴相对工件100被移动到任何需要的位置和/或方向。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。