在此部分中的陈述仅提供了涉及本披露的背景信息且可以组成或 可以不组成现有技术。
典型的内环齿轮包括一组外径花键齿和一组内径齿轮齿。花键齿形 成在环齿轮的外表面上，而齿轮齿形成在环齿轮的内径上。这些内环齿 轮使用在多种环境中，它们中的许多要求在外径花键齿和内径齿轮齿之 间的特定定向。
为满足高的产量需求，具有外径花键齿和内径齿轮齿的内环齿轮典 型地使用其中在切割机器上拉削花键齿和齿轮齿的方法来制造。然而， 利用此方法的制造系统不能生产其中齿轮齿具有相对于花键齿的特殊 定向的齿轮。因此，在现有技术中存在能定向内径齿轮齿与外径花键齿 的改进的齿轮制造系统的空间。
发明内容
提供了一种用于在齿轮的内表面上形成特征部的系统和方法。系统 和方法包括用于感测齿轮上的特征部的位置的传感器、具有用于在齿轮 的内表面上形成特征部的切割工具的切割站，和控制器。控制器可运行 以确定将齿轮或切割工具旋转为使得在相对于齿轮外表面上的特征部 的希望的定向处形成齿轮内表面上的特征部所需的旋转量。
本发明的系统的一个实施例包括具有用于在齿轮的内表面上形成 特征部的切割刃的切割设备、用于检测齿轮的外表面上的特征的传感器 和与传感器和切割设备通信的控制器。控制器具有用于确定齿轮的外表 面上的特征部相对于切割刃的角向的定向的第一控制逻辑，用于确定将 切割刃和齿轮的外表面上的特征部定位在希望的定向处所要求的旋转 量的第二控制逻辑，用于将切割刃和齿轮的至少一个旋转过将切割刃和 齿轮定向到希望的定向处所要求的量的第三控制逻辑，和将切割刃移动 通过齿轮使得切割刃将至少一个特征部形成在齿轮的内表面内的第四 控制逻辑。内表面上的特征部相对于外表面上的特征部定位在希望的定 位处。
在本发明的一个方面中，切割刃相对于齿轮旋转以将切割刃相对于 齿轮的外表面上的特征部定向到希望的定向处。
在本发明的另一个方面中，切割刃定位在切割工具上，切割工具具 有定位在相对于切割刃的固定定向处的平的部分，且第一控制逻辑通过 确定平的部分相对于齿轮的外表面上的特征部的定向来确定齿轮的外 表面上的特征部相对于切割刃的角向定向，且第二控制逻辑通过使用平 的部分相对于切割刃的固定定向到旋转量来确定将切割刃和齿轮的外 表面上的特征部定位到希望的定向处所要求的旋转量。
在本发明的再另一个方面中，切割设备包括具有孔的基部，孔定尺 寸为接收切割工具通过，且传感器靠近孔连接到切割设备。
在本发明的再另一个方面中，系统包括具有可延伸毂的定向设备， 其中可延伸毂可运行以接触齿轮且使齿轮相对于切割设备旋转过将齿 轮相对于切割刃定向所要求的旋转量。
在本发明的再另一个方面中，传感器连接到定向设备。
在本发明的再另一个方面中，系统包括具有可运行以接合齿轮的外 表面上的特征部的带齿部分的装载器，其中装载器可运行以将齿轮从定 向设备移动到切割设备，同时维持齿轮相对于切割设备的定向。
在本发明的再另一个方面中，希望的定向从齿轮的外表面上的特征 部的中心测量到切割刃。
在本发明的再另一个方面中，希望的定向是从齿轮的中心延伸到齿 轮的外表面上的特征部的中心的径向线和从齿轮的中心延伸到齿轮的 内表面上的特征部的中心的径向线之间的角度。
在本发明的再另一个方面中，齿轮的外表面上的特征部是花键和齿 轮齿的至少一个，且其中齿轮的内表面上的特征部是花键和齿轮齿的至 少一个。
本发明的方法的一个实施例包括如下步骤：确定齿轮的外表面上的 外特征部相对于切割工具上的特征部的位置，确定将齿轮的外特征部相 对于切割工具上的特征部定位到希望的定向处所要求的旋转量，将齿轮 和切割工具的至少一个旋转过将齿轮的外特征部相对于切割工具上的 特征部定向到希望的定向处所要求的旋转量，和将切割工具移动通过齿 轮使得切割工具将内特征部形成到齿轮的内表面内。
在本发明的一个方面中，切割工具上的特征部是切割刃，且其中当 切割工具移动通过齿轮时，切割刃将内特征部切割到齿轮内。
在本发明的另一个方面中，希望的定向是从齿轮的中心延伸到齿轮 的外特征部的中心的径向线与从齿轮的中心延伸到齿轮的内特征部的 中心的径向线之间的角度。
在本发明的再另一个方面中，外特征部的位置通过使用传感器感测 外特征部的位置来确定。
在本发明的再另一个方面中，旋转齿轮和切割工具的至少一个的步 骤包括旋转切割工具且旋转上固定齿轮的步骤。
在本发明的再另一个方面中，旋转齿轮和切割工具的至少一个的步 骤包括旋转齿轮且旋转上固定切割工具的步骤。
在本发明的再另一个方面中，由定向设备旋转齿轮，定向设备具有 可延伸的毂，其中毂延伸到齿轮内且将齿轮旋转过将齿轮的外特征部相 对于切割工具上的特征部定向到希望的定向处所要求的旋转量。
在本发明的再另一个方面中，方法包括在齿轮已旋转后将齿轮定位 在切割工具下方的步骤。
在本发明的再另一个方面中，使用具有可运行以接合外特征部的花 键的装载器将齿轮定位在切割工具下方，以在将齿轮定位在切割工具下 方的步骤期间防止齿轮旋转。
在本发明的再另一个方面中，切割工具上的特征部是平的部分。
在本发明的再另一个方面中，外特征部是花键和齿轮齿的至少一 个，且其中内特征部是花键和齿轮齿的至少一个。
进一步的应用领域将从在此提供的描述中变得显见。应理解的是， 描述和特定的例子仅意图于例证的目的且不意图于限制本披露的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于图示目的且不意图于以任何方式限制本披 露的范围。
图1是根据本发明的原理制造的典型齿轮的透视图；
图2是根据本发明的原理制造的典型齿轮的部分的放大的示意性侧 视图；
图3A是本发明的处于第一位置的齿轮切割系统的示意性顶视图；
图3B是本发明的处于第一位置的齿轮切割系统的示意性侧视图；
图3C是本发明的处于第二位置的齿轮切割系统的示意性顶视图；
图3D是本发明的处于第二位置的齿轮切割系统的示意性侧视图；
图3E是本发明的处于第三位置的齿轮切割系统的示意性顶视图；
图3F是本发明的处于第三位置的齿轮切割系统的示意性侧视图；
图3G是本发明的齿轮切割系统的部分的放大的示意图；
图4A是本发明的齿轮切割系统中使用的切割站的放大的示意性顶 视图；
图4B是切割站的示意性侧视图；
图5A是使用在切割站内的拉削工具的放大的示意性底视图；
图5B是拉削工具的示意性侧视图；
图6A是根据本发明的另一个实施例的处于第一位置的齿轮切割系 统的示意性顶视图；
图6B是根据本发明的另一个实施例的处于第二位置的齿轮切割系 统的示意性顶视图；
图6C是根据本发明的第二实施例的齿轮切割系统的实施例中使用 的切割站的放大的示意性顶视图。

如下的描述在本质上仅是典型的且不意图于限制本披露、应用或使 用。
现在参考图1，典型的环齿轮由参考数字10指示。环齿轮10一般 地在形状上是环形的且限定了环形腔11。环齿轮10进一步包括外表面 12和内表面14。多个外构件或花键16沿环齿轮10的外径形成在外表 面12上。多个内构件或齿轮齿18沿环齿轮10的内径形成在内表面14 上。齿轮齿18以相对于花键16的角度形成。齿轮齿18和花键16典型 地与另外的齿轮(未示出)上的另外的花键和齿轮齿协作，以形成可运 行以传递转矩的齿轮组。然而，应认识到的是，环齿轮10可以使用在 任何环境中而不偏离本发明的范围。此外，可以使用与环齿轮不同的齿 轮类型而不偏离本发明的范围。
参考图2，齿轮齿18径向地相对于花键16分开了由参考数字20指 示的径向定向距离。径向定向20从一个花键16的中心测量到一个齿轮 齿18的中心，以圆周距离或角度进行测量。例如，径向定向20可以测 量为从花键16的中心到齿轮10的中心的径向线和从齿轮齿18的中心 到齿轮10的中心的径向线之间的角度。在所提供的特定的例子中，径 向定向20在邻近的花键16和齿轮齿18之间测量，但应认识到的是， 径向定向20可以从任何特定的花键16和齿轮齿18测量，只要特定的 花键16和齿轮齿18在贯穿环齿轮10的制造中一致地使用，如在下文 中更详细地描述。径向定向20的量由描述了其中使用了环齿轮10的环 境的特定的参数控制。虽然在所提供的特定的例子中环齿轮10具有内 齿轮齿和外花键，但应认识到的是，本发明可以用于制造具有内特征部 和外特征部的多种组合的环齿轮，例如外齿轮齿和内花键、外齿轮齿和 内齿轮齿以及外花键和内花键，它们每个在内特征部和外特征部之间具 有特定的径向定向。
现在转到图3A，用于制造具有以上所述的特定的径向定向20的环 齿轮10的齿轮切割系统一般地由参考数字50指示。齿轮切割系统50 包括装载站52。装载站52包括用于将工件56定位在定向设备58下方 的传送器54。工件56类似于环齿轮10(图1)且包括形成在外表面12 上的花键16、环形腔11和内表面14。然而，齿轮齿18尚未形成在工 件56的内表面14上。
齿轮切割系统50也包括仅示出了其部分的梭装载器60。梭装载器 60定位在定向设备58下方且在装载站52上方。梭装载器60包括第一 臂62和第二臂64。第一臂62和第二臂64联接到梭装载器60的壳体(未 示出)。臂62和64协作以抓紧工件56，如在下文中更详细地描述。
参考图3B，定向设备58如上所述定位在装载站52上方。定向设备 58包括壳体68，壳体68具有向工件56延伸的毂70。毂70在轴向方向 上可移动，如通过由参考数字72指示的箭头示出。毂68定尺寸为配合 在工件56的环形腔11内。
传感器臂74从壳体68平行于毂70向工件56和装载站52延伸出。 传感器76位于传感器臂74的端部。传感器76定位为使得传感器76指 向毂70。传感器76优选地是光学传感器，但可以使用多种其他类型的 传感器。如将在下文中进一步描述，传感器76可运行以检测工件56的 花键16。
转回到图3A，齿轮切割系统50进一步包括切割机器或切割站80。 切割站80可运行以在工件56的内表面14上形成齿轮齿18，如将在下 文中更详细地描述。切割站80一般地包括仅示出了其部分的工作表面 82。切割孔84形成在工作表面82内。环形环86围绕切割孔84定位。 环形环86从工作表面82延伸出且定尺寸为在其上接收工件56。装载斜 面88从切割孔84向装载站52延伸出。
切割系统50进一步包括控制器95。控制器95优选地是电子设备， 该电子设备具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑、用于存储数据 的存储器和至少一个I/O外设。然而，可以使用其他类型的控制器而不 偏离本发明的范围。控制器95与定向设备58、传感器76和切割站80 通信。更特定地，控制器95构造为接收来自传感器76的数据信号且将 控制信号发送到定向设备58和切割站80。
参考图3A至图3F，现在将描述用于使用齿轮切割系统50制造环 齿轮10的方法。首先，工件56由传送器54在由参考数字55指示的箭 头的方向定位，使得工件56定位在定向设备58下方，如在图3A和图 3B中可见。联接到装载站52的止动件57运行以将工件56定位在定向 设备58下方。
然后，定向设备58拾取工件56，如在图3C和图3D中可见。更特 定地，定向设备58的毂70向下延伸到工件56的环形腔11内，使得毂 70造成了与工件56干涉配合。毂70然后携带工件56向壳体68向上向 回延伸，使得工件56定位为与传感器76相对。传感器76扫描工件56 且检测花键16的至少一个的位置。将花键16的位置通信给控制器95。 控制器95确定将工件56相对于切割站80定位所必需的旋转量，使得 当在齿轮10内切割内齿18时，内齿18将具有希望的径向定向20。定 向设备58的毂70然后将工件56相对于切割站80旋转过由控制器95 确定的量。定向设备58然后将工件56下降回到装载站52上。梭装载 器60的臂60和臂62然后抓紧工件56且保持工件56静止。
一旦工件56已相对于切割站80定向，则梭装载器60将工件56向 切割站80传递到装载斜面88上，如在图3E和图3F中可见。在此传递 期间通过位于梭装载器60的第一臂62上的多个沟槽90和齿92维持工 件56的径向定向。这些沟槽90和齿92与形成在工件56上的花键16 协作，以保持工件56在从装载站52传递到切割站80期间不旋转。
现在转到图4A和图4B，工件56通过梭装载器60定位在环形环86 顶上，使得工件56的环形腔11与切割站的切割孔84同心。切割站80 进一步包括用于在工件56上形成齿轮齿18(图1)的切割工具100。
参考图5A和图5B，切割工具100包括具有头部分104的一般地圆 柱形主体102。头部分104包括倾斜的拉面106。在沿切割孔84的轴线 的切割过程期间，倾斜的拉面106用作定位器。头部分104进一步包括 形成在其上的驱动平面107。驱动平面107由驱动器(未示出)抓紧， 在切割过程期间驱动器旋转且移动切割工具100。圆柱形主体102也包 括在与头部分104相对的端部处的齿切割部分108。齿切割部分108包 括多个齿切割行或齿切割刃110。倾斜的拉面106和齿切割行110的第 一行之间的距离用于控制切割工具100相对于工件56的轴向位置。另 外，驱动平面107和齿切割行110之间的径向距离用于控制切割工具100 相对于工件56的径向位置。
转回到图4A和图4B，切割工具100延伸通过环形腔11和切割孔 84。切割工具100由驱动器(未示出)旋转和定位，驱动器由从控制器 95通信来的控制信号控制。控制器优选地使用计算机数字控制(CNC) 螺旋生成轴线软件或控制逻辑在由切割工具100切割齿轮齿18前将切 割工具100相对于工件56旋转和定位。控制器95控制切割工具100和 工件56的径向定向。控制器95使用工件56的已知的定向或旋转定位、 齿切割行110相对于倾斜的拉面106的已知的轴向距离和齿切割行110 相对于驱动平面107的已知的旋转位置来在切割前将切割工具100相对 于工件56旋转地定位。通过已知花键16相对于切割工具100的定向且 通过控制切割工具100开始形成内齿轮齿18(图1)的时间，可以特别 地设定花键16和齿轮齿18之间的径向定向20。
一旦切割工具100已正确地相对于工件56定位以造成希望的径向 定向20，则驱动器(未示出)旋转且移动切割工具100，且齿切割行110 将齿轮齿18(图1)切割在工件56的内表面14内。当齿轮齿18已形 成在工件56内时，切割工具100收回，工件56通过梭装载器60传递 回到装载站52，在此处工件56由传送器54从齿轮切割系统50移除。
现在转到图6A至图6C，第二齿轮切割系统一般地通过参考数字 200指示。第二齿轮切割系统200类似于齿轮切割系统50且包括装载站 202、梭装载器204、切割站206和控制器207。然而，第二齿轮切割系 统200不包括定向设备58。作为替代，第二齿轮切割系统200包括多个 安装在环形环210上的传感器208。传感器208与控制器207通信。虽 然在所提供的特定的例子中使用了两个传感器208，但应认识到的是， 可以使用任何个数的传感器208而不偏离本发明的范围。
使用第二齿轮切割系统200制造环齿轮10的方法开始为由装载站 202将工件56定位在梭装载器204内，如在图6A中示出。然后，梭装 载器204抓紧工件56且将工件56移动到切割站206的装载斜面212上， 如在图6B中示出。最后，工件56定位在切割站206的环形环210上， 如在图6C中示出。传感器208定位为使得它们可感测或扫描工件56的 外花键16的定向或旋转位置。控制器207然后基于外花键16的旋转位 置和在切割工具100上的切割行110的旋转位置确定造成希望的径向定 向20所需的旋转量。控制器207然后将切割工具100旋转在外花键16 和内齿轮齿18之间造成径向定向20所需的已确定的量。然后以类似于 对齿轮切割系统50所描述的方式进行内齿轮齿18的切割。
本发明的描述在本质上仅是典型的，且不偏离本发明的主旨的变化 意图于在本发明的范围内。这样的变化不视作偏离本发明的精神和范 围。
相关申请的交叉参考
本申请要求了2007年3月2日提交的美国临时专利申请No 60/892,708的优先权。以上申请的披露在此通过参考合并。