本發(fā)明涉及一種用于齒輪制造機(jī)，優(yōu)選為齒輪打磨機(jī)的加工頭。

背景技術(shù)：

工具，特別是可拆卸式打磨工具必須經(jīng)過平衡才能達(dá)到高質(zhì)量的工作結(jié)果。根據(jù)是否工具心軸具有一個(gè)或一個(gè)以上圓盤形工具和/或一個(gè)或一個(gè)以上圓柱形工具，來決定這些工具必須在一個(gè)平衡面或兩個(gè)平衡面上來獲得平衡。

不平衡是隨旋轉(zhuǎn)體而出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)力，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量不對(duì)稱地分布在某一中心周圍時(shí)而出現(xiàn)。如果旋轉(zhuǎn)體繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，那么總會(huì)出現(xiàn)向外作用的離心力。如果旋轉(zhuǎn)體中質(zhì)量均勻分布，離心力彼此抵消，旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)期間仍保持在原地。相反地，如果質(zhì)量不均勻分布，那么附加力和扭矩作用于旋轉(zhuǎn)體，引起旋轉(zhuǎn)體相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)移動(dòng)。如果旋轉(zhuǎn)體固定，那么軸承上產(chǎn)生應(yīng)變。

有兩種類型的不平衡，即靜態(tài)不平衡和動(dòng)態(tài)不平衡，它們還可以組合存在。如果把質(zhì)量體看作具有質(zhì)量mi的小薄圓盤，那么質(zhì)量中心都具有相同的間距ri且在同一方向繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。靜態(tài)不平衡時(shí)的結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量中心不位于旋轉(zhuǎn)軸上，而是中心慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸平行，離旋轉(zhuǎn)軸的間距為e。離心力由此垂直于旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，且不能再被抵消。不平衡ui產(chǎn)生，定義為點(diǎn)質(zhì)量mi與其離旋轉(zhuǎn)軸間距ri的乘積。這一靜態(tài)不平衡已可以在穩(wěn)態(tài)下測(cè)量，例如使用針對(duì)打磨砂輪的不平衡標(biāo)尺。

動(dòng)態(tài)不平衡，旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量中心公認(rèn)地位于旋轉(zhuǎn)軸上，但慣性軸不與旋轉(zhuǎn)軸平行，而是成一個(gè)特定角度。原因是個(gè)體圓盤的質(zhì)量中心不位于旋轉(zhuǎn)軸上。單獨(dú)考慮時(shí)，這些小圓盤因此具有產(chǎn)生不平衡的離心力。不平衡力公認(rèn)地總計(jì)為0，也就是橫向方向上不產(chǎn)生力；然而，因?yàn)樗鼈兾挥谑┘拥钠叫芯€上，所以它們對(duì)旋轉(zhuǎn)體作用力矩載荷。在旋轉(zhuǎn)期間，由此產(chǎn)生所謂的的彎曲力矩。結(jié)果，產(chǎn)生不均勻的搖擺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)態(tài)不平衡僅能對(duì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于工業(yè)旋轉(zhuǎn)體來說，較典型地指的是一般動(dòng)態(tài)不平衡，也就是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)不平衡的組合。

當(dāng)設(shè)計(jì)、繪圖、材料、生產(chǎn)或安裝中存在缺陷時(shí)，工具支架出現(xiàn)不平衡。除所述的缺陷外，可拆卸的打磨工具也可能因不同的材料密度或打磨工具冷卻劑的不同高度地吸收而出現(xiàn)不平衡。

在加工中的多個(gè)考慮因素里具有較大不平衡的工具具有負(fù)面作用；特別是因工具支架的振動(dòng)、工具支架的振蕩、對(duì)可實(shí)現(xiàn)切割速度的限制、降低生產(chǎn)準(zhǔn)確度或縮短因不平的刀刃磨損所致的工具故障時(shí)間而在所加工的工件中產(chǎn)生較差的表面質(zhì)量。

為避免這些負(fù)面作用，推薦依據(jù)技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)上合理的平衡精度，使工具支架平衡，或更好地是，用夾緊的工具使工具支架平衡。在調(diào)整平衡期間，只要要么附著質(zhì)量、要么移除質(zhì)量或要么轉(zhuǎn)移質(zhì)量，工具支架的不對(duì)稱質(zhì)量分布就得到補(bǔ)償。調(diào)整平衡的目的在于將軸承力、軸承振動(dòng)和波動(dòng)變形限制到容許值。

為了補(bǔ)償不平衡，首先必須使用測(cè)量工序分析確定不平衡。借助于振動(dòng)傳感器測(cè)量產(chǎn)生的離心力，并計(jì)算不平衡和所需的不平衡補(bǔ)償。然后使用數(shù)據(jù)對(duì)工具系統(tǒng)進(jìn)行所需的調(diào)適。在單獨(dú)的平衡機(jī)和/或制造機(jī)上使這類工具平衡。裝在制造機(jī)上的工具也因安裝工序而改變它們的平衡狀態(tài)。因此，在這種情況下，使仍在制造機(jī)上的這些工具平衡總是有利的。

ep1870198a1展示用于使設(shè)置在工具心軸中的打磨工具正下方的針對(duì)打磨砂輪調(diào)整平衡的平衡系統(tǒng)。工具的平衡狀態(tài)通過對(duì)應(yīng)的傳感器系統(tǒng)檢測(cè)并用處理單元評(píng)估。作為評(píng)估結(jié)果的控制信號(hào)輸出到平衡單元以據(jù)此調(diào)整平衡砝碼。

這一實(shí)施例非常適合于現(xiàn)有技術(shù)的寬工具和大螺桿直徑，因?yàn)楣ぞ呖椎某叽缱銐虼笄夜ぞ咝妮S有足夠的空間來進(jìn)行平衡頭的調(diào)節(jié)?？捎每臻g越小，所使用的平衡砝碼越小，最大的可補(bǔ)償?shù)牟黄胶鉁p少。然而，特別地，大的不平衡都必須常常用快速轉(zhuǎn)動(dòng)的工具校正。

此外，如果欲加工易于碰撞的工件，那么有必要使用具有極小直徑的打磨螺桿或具有極小打磨砂輪直徑的打磨砂輪或兩者的組合。這一系統(tǒng)通常在到達(dá)它的瓶頸，因?yàn)橛糜诮邮艽蚰スぞ叩墓ぞ咝妮S必須具有用于接受平衡頭的某一最小直徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的目的在于提供用于齒輪制造機(jī)的加工頭的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，所述加工頭包含用于齒輪加工或以此方式進(jìn)行的特別是易于碰撞的工件的加工的小尺寸工具或工具心軸的平衡系統(tǒng)。選擇小工具直徑，否則工具直徑太大會(huì)在所述工具與所述齒輪或工件中其它齒輪鄰接的直徑之間產(chǎn)生不期望的碰撞。

這個(gè)目的是由具有如權(quán)利要求1所述的特征的加工頭來實(shí)現(xiàn)。加工頭的有利實(shí)施例是主權(quán)利要求后面的從屬權(quán)利要求的主題。

本發(fā)明提供一種用于齒輪制造機(jī)的加工頭，所述加工頭包含至少一個(gè)用于接受工具心軸的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)主軸。本發(fā)明在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)主軸內(nèi)整合用于修正所述被接受工具的任何不平衡的平衡裝置。所述工具心軸的兩頭都會(huì)被接受，也就是，一方面，被馬達(dá)主軸接受，另一方面，被相對(duì)放置的副主軸接受。副主軸也包含至少一個(gè)整合的平衡裝置。馬達(dá)主軸和副主軸的平衡裝置優(yōu)選包含平衡砝碼或平衡頭，可以調(diào)節(jié)它們的位置來抵消不平衡。也就是，分布在馬達(dá)主軸和副主軸上的組件可以形成抵消不平衡的常見的雙面平衡系統(tǒng)。

在馬達(dá)主軸或副主軸內(nèi)整合進(jìn)平衡裝置允許接受不同的工具心軸或使用不同的工具，而不需考慮它們的直徑。由此，具有極小直徑的工具，特別是打磨砂輪或打磨螺桿，可以特別用于制造易于碰撞的工件上的齒輪。就這一點(diǎn)，最小的工具孔徑取決于欲實(shí)現(xiàn)的所需的平衡容量。所需的容量越大，平衡系統(tǒng)的安裝孔必須越大。就這一點(diǎn)，低于50mm的工具孔徑例如不再適合在工具心軸中整合現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)平衡系統(tǒng)。

不僅通過在馬達(dá)主軸或副主軸內(nèi)整合進(jìn)平衡裝置，使得使用具有特別小直徑的不同工具心軸成為可能，而且可以忽略因?yàn)樵诠ぞ咝妮S處或周圍布置平衡裝置而可能產(chǎn)生的任何突出邊緣。整合的平衡裝置尤其不會(huì)影響工具或工具心軸在v方向上，也就是沿著工具旋轉(zhuǎn)軸的可能的位移路徑。這在齒輪制造加工或齒輪打磨加工中特別有利，因?yàn)榇颂幵趘軸方向上會(huì)移動(dòng)工具的不同區(qū)與工件嚙合。同樣地，可想得到在工具心軸上設(shè)置多個(gè)相同的工具，亦或不同的工具，諸如打磨砂輪或打磨螺桿，它們可以通過位移運(yùn)動(dòng)交替地與工件嚙合。在馬達(dá)主軸或副主軸內(nèi)平衡裝置的完全整合并不影響最大的位移運(yùn)動(dòng)。

理想地馬達(dá)主軸和/或副主軸的平衡裝置十分完全地或至少幾乎完全地被包圍在馬達(dá)主軸或副主軸的外罩內(nèi)。舉例來說，馬達(dá)主軸的平衡裝置可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子內(nèi)，而副主軸的平衡裝置位于被旋轉(zhuǎn)地支撐在那的主軸軸內(nèi)。

馬達(dá)主軸和/或副主軸的平衡裝置各可包含一個(gè)或一個(gè)以上平衡砝碼，例如在各自主軸的徑向上可調(diào)節(jié)，以便可以視所測(cè)量的振動(dòng)而通過平衡砝碼的徑向位移進(jìn)行補(bǔ)償。同樣地，可想得到具有多個(gè)徑向設(shè)置的具有不同的液體數(shù)量的腔室的實(shí)施例?？梢酝ㄟ^受控地改變液體腔室的裝填量來改變主軸的平衡狀態(tài)。

平衡裝置的替代性實(shí)施例可以基于每平衡裝置/平衡面至少一個(gè)平衡法碼，所述平衡法碼借助于至少一個(gè)馬達(dá)而可繞中間軸電動(dòng)機(jī)械地調(diào)節(jié)。從而可以實(shí)施兩個(gè)平衡面中的平衡。

特別優(yōu)選在前主軸軸承后面或底下的馬達(dá)主軸內(nèi)或副主軸內(nèi)設(shè)置平衡裝置。前主軸軸承對(duì)應(yīng)于空間上更接近工具心軸而設(shè)置的軸承。

提供至少一個(gè)振動(dòng)傳感器，優(yōu)選地至少一個(gè)加速度傳感器來檢測(cè)任何不平衡，理想地每個(gè)平衡面一個(gè)振動(dòng)傳感器，由此分別地馬達(dá)主軸一個(gè)振動(dòng)傳感器，副主軸另一個(gè)振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器優(yōu)選地用于記錄齒輪制造加工期間的振動(dòng)，理想地工具心軸、被接受的工具和主軸的整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)。振動(dòng)傳感器優(yōu)選地可以與控制器通信連接?？刂破鲝恼駝?dòng)信號(hào)測(cè)定控制脈沖以設(shè)定平衡系統(tǒng)，所述控制脈沖必須通過信號(hào)傳輸機(jī)無接觸地傳輸?shù)狡胶庋b置中。

可以提供一個(gè)或一個(gè)以上信號(hào)傳輸機(jī)以在不平衡信號(hào)在控制器內(nèi)被轉(zhuǎn)化為校正值后將控制器中測(cè)定的校正信號(hào)傳輸回平衡裝置。信號(hào)傳輸機(jī)例如可以設(shè)置在馬達(dá)主軸或副主軸的后端，也就是位于工具心軸對(duì)面的端。

可以特別設(shè)計(jì)加工頭以使副主軸與馬達(dá)主軸之間的間隙可以可變地設(shè)定。由于加工頭可以根據(jù)工具長(zhǎng)度或工具心軸長(zhǎng)度可變地調(diào)節(jié)，它由此可以適用于不同的工具長(zhǎng)度。這一靈活的構(gòu)造可能性首先產(chǎn)生，只要平衡裝置包圍在馬達(dá)主軸或副主軸中，而不是連接到工具心軸或在工具心軸本身內(nèi)。

特別設(shè)定加工頭尺寸以用于極小的打磨砂輪或小的打磨螺桿。這樣的小尺寸工具優(yōu)選地在高速回轉(zhuǎn)下工作。因此，馬達(dá)主軸優(yōu)選地設(shè)計(jì)用于超過每分鐘8,000轉(zhuǎn)數(shù)的主軸轉(zhuǎn)速。

除加工頭外，本發(fā)明同樣還涉及一種使用至少一個(gè)本發(fā)明或本發(fā)明有利的實(shí)施例的加工頭打磨齒輪的齒輪制造機(jī)。因此，齒輪制造機(jī)的特征在于與本發(fā)明的加工頭相同的優(yōu)點(diǎn)和性質(zhì)，所以在此不再贅述。

齒輪制造機(jī)包含至少一個(gè)控制器，所述控制器可以通信式地與一個(gè)或一個(gè)以上振動(dòng)傳感器和加工頭的信號(hào)傳輸機(jī)或?qū)?yīng)的評(píng)估電子設(shè)備連接?？刂破魈貏e適合于從振動(dòng)傳感器接收一個(gè)或一個(gè)以上振動(dòng)參數(shù)并且根據(jù)所接收的振動(dòng)參數(shù)生成用于馬達(dá)主軸和/或副主軸的所述一個(gè)或一個(gè)以上平衡裝置的對(duì)應(yīng)的調(diào)整值。理想地同樣依賴于馬達(dá)主軸的當(dāng)前主軸轉(zhuǎn)速和/或馬達(dá)主軸/副主軸的當(dāng)前角位置生成控制參數(shù)以補(bǔ)償借助于振動(dòng)傳感器檢測(cè)到的不平衡。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和性質(zhì)將參考各種實(shí)施例在下文中更詳細(xì)地說明。

附圖說明

圖1：現(xiàn)有技術(shù)的加工頭；

圖2a：本發(fā)明的加工頭的橫截面表示法；

圖2b：具有小尺寸打磨工具的如圖2a的加工頭；

圖3a：具有替代的打磨工具的本發(fā)明加工頭的另一表示法；

圖3b：具有替代的工具構(gòu)造的本發(fā)明加工頭的另一表示法；

圖3c：具有不同的打磨砂輪的多倍負(fù)荷的工具心軸的本發(fā)明加工頭的表示法；以及

圖4：圖解說明齒輪制造加工中可能的突出邊緣的本發(fā)明加工頭的另一表示法。

具體實(shí)施方式

首先，參考圖1再次回顧現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)實(shí)施例。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的用于由平衡裝置接受的打磨螺桿的機(jī)器的打磨頭10。工具，在此情況下打磨螺桿70，的驅(qū)動(dòng)在實(shí)施例中通過設(shè)計(jì)成nc軸(b1軸)的馬達(dá)主軸40進(jìn)行。工具70通過工具安裝接口50夾在馬達(dá)主軸40與副主軸30之間。

在各主軸馬達(dá)主軸40和副主軸30中整合單獨(dú)的振動(dòng)傳感器65，并通過它記錄與各自的振動(dòng)平面有關(guān)的信號(hào)。所記錄的振動(dòng)信號(hào)連同與馬達(dá)主軸的角位置和速度有關(guān)的數(shù)據(jù)一起在控制器(nc)中評(píng)估，然后轉(zhuǎn)化為校正值，這些校正值隨后通過數(shù)據(jù)接口60以設(shè)定值發(fā)送到設(shè)置在工具心軸75中的雙面平衡頭81、82。

這一實(shí)施例非常適合現(xiàn)有技術(shù)的寬工具70和大螺桿直徑，因?yàn)楣ぞ呖椎某叽缱銐蚪邮芫哂衅胶庋b置81、82的工具心軸。然而，如果欲加工易于碰撞的工件，那么需要使用具有較小直徑的打磨螺桿、較小打磨砂輪直徑或兩者的組合。系統(tǒng)在此碰到瓶頸，因?yàn)榻邮艽蚰スぞ叩墓ぞ咝妮S75繼而小于接受平衡頭81、82所需的最小直徑。

本發(fā)明的加工頭如圖2a中所示。打磨砂輪70位于工具心軸75上，并且同樣通過接口夾在具有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)41的馬達(dá)主軸40與副主軸30之間。根據(jù)工具長(zhǎng)度或工具接受心軸75的長(zhǎng)度，副主軸30相應(yīng)地設(shè)置在它的位置上只要它在v1方向上移動(dòng)或移位。通過a1軸實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)工具樞軸角。工具位置由此適應(yīng)齒輪的螺旋角，另外用螺桿型工具適應(yīng)它的導(dǎo)程角。在齒輪制造加工中，出于質(zhì)量的原因，在工具與工件(c1軸)或加工的齒距之間理想的位置依賴性總是很重要。出于此原因，通過nc軸進(jìn)行軸向移動(dòng)，位置取向彼此相對(duì)。工具可以通過v1軸與工件成切線移動(dòng)(移位)。工具因此可以在整個(gè)寬度上被使用，而不存在突出輪廓。

平衡裝置的平衡頭31、32位于馬達(dá)主軸40外罩和副主軸30外罩內(nèi)。它們特別位于馬達(dá)主軸40的轉(zhuǎn)子42和副主軸30的可旋轉(zhuǎn)軸34內(nèi)。轉(zhuǎn)子42和軸34在它們的外罩內(nèi)各自通過主軸軸承23、24支撐。振動(dòng)信號(hào)被記錄并借助于馬達(dá)主軸和副主軸30、40的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器傳輸?shù)烬X輪制造加工的控制器。所記錄的振動(dòng)信號(hào)隨后連同與馬達(dá)主軸40的角位置和速度有關(guān)的數(shù)據(jù)一起在控制器(nc)中評(píng)估，然后轉(zhuǎn)化為校正值，這些校正值隨后通過數(shù)據(jù)接口以設(shè)定值發(fā)送到設(shè)置在馬達(dá)主軸40和副主軸中的雙面平衡頭31、32。

所記錄的振動(dòng)信號(hào)隨后連同與馬達(dá)主軸40的角位置和速度有關(guān)的數(shù)據(jù)一起在控制器(nc)中評(píng)估，然后轉(zhuǎn)化為校正值，這些校正值隨后通過數(shù)據(jù)接口以設(shè)定值發(fā)送到設(shè)置在馬達(dá)主軸40和副主軸中的雙面平衡頭31、32。

在此處所使用的工具心軸75的情況下，歸因于此處所使用的工具心軸直徑，在心軸75內(nèi)設(shè)置平衡單元將不是問題；相反，使用圖2b的工具心軸75，情況就不同。圖2b、3a、3b、3c和4顯示圖2a的本發(fā)明加工頭，但使用不同的工具心軸75以用于不同的打磨工序。

在圖2b中，具有小外徑的打磨螺桿71放置在具有相應(yīng)較小直徑的工具心軸75上。當(dāng)螺桿直徑71因工件處存在碰撞輪廓而必須減小時(shí)，使用這些打磨螺桿71，以便即使有突出輪廓下，工件也可以被打磨在這一直徑或甚至更小的工具心軸直徑的情況下，心軸75內(nèi)不再有任何間隙用于對(duì)應(yīng)的平衡單元，尤其是當(dāng)仍要提供足夠的平衡容量時(shí)。

在圖3a中，顯示使用極小的打磨砂輪直徑，諸如具有極小工件直徑、特別是具有突出輪廓的工件90的齒輪制造中通常使用的極小的打磨砂輪直徑。打磨螺桿73和打磨砂輪72的圖3b中所示的組合工具同樣用于具有具突出輪廓的極小工件直徑的工件90的加工。在此情況下粗加工用打磨螺桿73進(jìn)行，而且這由此可以比用打磨砂輪72單個(gè)加工每個(gè)齒間隙快得多。對(duì)齒輪，尤其是齒線處的表面粗糙度的質(zhì)量要求則可通過用精磨砂輪72或精磨砂輪組件加工來實(shí)現(xiàn)。

圖3c顯示具有四個(gè)獨(dú)立的打磨砂輪72的工具心軸，諸如兩個(gè)齒輪系統(tǒng)通常所使用的工具心軸。每個(gè)一個(gè)砂輪對(duì)72用于加工一個(gè)齒輪。通常是粗制砂輪或精磨砂輪。然而，使用砂輪組件，所謂的多個(gè)砂輪同樣將是可能的。

圖4描繪齒輪制造機(jī)相對(duì)于其他機(jī)器工具的特殊特征。在齒輪制造機(jī)和螺桿型工具71的情況下，整個(gè)工具71在它的整個(gè)寬度上被使用。一旦工件被加工好，工具71一般在v1方向上被移位/移動(dòng)特定值。在此過程中，工具71均勻地磨損或在干燥生成中工具均勻地變熱。

在有些情況下，特別改動(dòng)的工具71在打磨期間對(duì)角移動(dòng)，同時(shí)加工工件90以使工件90被加工成特定的幾何形狀。由此產(chǎn)生的狀況，特別是在邊緣工具區(qū)中，根據(jù)齒輪的螺旋角，必須將主軸承和副軸承30、40作為額外的突出輪廓來進(jìn)行考慮。兩個(gè)區(qū)91表示的區(qū)應(yīng)盡可能保持不含突出輪廓。然而，出于工具心軸穩(wěn)定性的原因，因此它們必然不可以變得太長(zhǎng)以具備足夠的穩(wěn)定性，特別是在細(xì)長(zhǎng)工具71、72，或細(xì)長(zhǎng)工具心軸75的情況下。用于控制器與心軸中平衡單元之間信息的數(shù)據(jù)交換的傳輸單元，諸如現(xiàn)有技術(shù)機(jī)床中所知的傳輸單元在小工具和工件直徑下在此將極具破壞性，并將限制許可的移動(dòng)范圍，因?yàn)楸仨氃诠ぞ咝妮S周圍輻射狀地提供對(duì)應(yīng)的構(gòu)造間隙以用于旋轉(zhuǎn)傳輸。