專利名稱：傳動齒輪的輪齒的感應淬火的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于傳動齒輪的制造方法，其中將傳動齒輪毛坯夾緊在多軸機床的工件夾具中。
背景技術：
通常將大的傳動齒輪作為單件或以小批量生產方式制造。在現有技術中首先將傳動齒輪毛坯夾緊在專門的切齒機的工件夾具中。在這種情況下借助于銑頭在傳動齒輪毛坯上統出齒隙，因此通過將齒隙從傳動齒輪毛還中統出而制成具有輪齒的傳動齒輪。然后將預制的傳動齒輪從切齒機中取下并送入熔爐。在此將傳動齒輪作為一個整體加熱并-在通常情況下加入添加劑-使其淬火。然后在另外的加工機床中進行傳動齒輪的輪齒的再加工，例如精纟先或精磨。現有技術的操作方法費時、昂貴并且相對不精確。特別是由于傳動齒輪在齒隙的銑出和傳動齒輪的輪齒的再加工之間的運輸可能導致在調整傳動齒輪時的誤差。由出版于《切削加工，技術評論》2010年第4期上的專業論文《五軸銑切代替傳統的切齒》已知了用于傳動齒輪的制造方法，在此將傳動齒輪毛坯夾緊在多軸機床的工件夾具中。借助于在多軸機床的工具夾具中夾緊的銑頭在傳動齒輪毛坯上銑出齒隙，因此通過從傳動齒輪毛坯中銑出齒隙而制成具有輪齒的傳動齒輪。然后將傳動齒輪從工件夾具中松開、送到另一處地方并在那將其淬火。最終將傳動齒輪重新夾緊在工件夾具中，并借助于在工具夾具上夾緊的加工工具進行傳動齒輪的輪齒的再加工。所提到的專業論文中的多軸機床被設計成五軸的機床。由Marcus Nuding在《國際電熱》2009年3月第1/2009冊第24至26頁上的專業論文《用于感應的加熱過程的簡化的中頻變頻器技術》已知了通過變頻器給感應器供電。運行頻率和輸出功率可以通過CNC-`程序為變頻器預先確定。感應器特別可以用于不規則幾何形工件的淬火。由WO 2011/020952 Al已知了用于工件的感應的局部加熱的旋轉的永磁體。工件可以是齒輪。加熱可以在兩個加工步驟之間進行。工件可以留在機床中。用于產生感應電流的能量可以來自于機床的電動機。然而不進行對電磁的感應器的供給，而是進行永磁體的旋轉。由DE 10 2007 051 375 Al已知了借助于多軸的機床來銑切齒輪。由EP O 810 048 Al已知了緊湊的加工中心，其可以執行多個復雜的過程，例如像翻轉、鉆孔、打磨、齒輪制造、感應淬火等。提及的是，這里列舉的活動在將工件一次夾緊以后進行。EP O 810 048 Al另外提及，制造中心是五軸機器。其還提到將高頻感應線圈用于感應淬火。由DE 888 141 C已知了用于齒輪的輪齒的淬火的電磁的感應器。感應器具有單獨的導體回線。
發明內容
本發明的目的在于，提出一些可能的方法，借助于這些方法能實現無需額外的專門用于感應器的供電裝置的感應淬火。該目的通過具有權利要求1所述的特征的制造方法實現。根據本發明的制造方法的有利的設計方案是從屬權利要求2至9的內容。為了實現用于傳動齒輪的制造方法，根據本發明提出，-將傳動齒輪毛坯夾緊在多軸機床的工件夾具中，-借助于夾緊在多軸機床的工具夾具中的銑頭從傳動齒輪毛坯中銑出齒隙，由此通過從傳動齒輪毛還中 統出齒隙而制成具有輪齒的傳動齒輪，-工具夾具在從傳動齒輪毛坯中銑出齒隙期間借助于主軸驅動裝置旋轉，-將銑頭從工具夾具中松開，并將感應器夾緊在工具夾具中，-將感應器依次插入在傳動齒輪的每兩個直接相鄰的輪齒之間并借助于感應器感應加熱兩個直接相鄰的輪齒中的至少一個，-感應器在輪齒的感應加熱期間由主軸驅動裝置的供電裝置供給交流電流，-將感應器從工具夾具中松開，并將加工工具夾緊在工具夾具中，-借助于加工工具進行傳動齒輪的輪齒的再加工。 在根據本發明的操作方法中，淬火過程所需要的添加劑在通常情況下已經包含在傳動齒輪毛坯的材料中。當將多軸機床設計成至少為五軸的機床時，該制造方法的加工步驟能特別簡單地實現。優選地提出，在感應的加熱結束之后，借助于冷卻劑主動冷卻分別至少一個被感應加熱的輪齒，并且在至少一個被感應加熱的輪齒的主動冷卻期間將感應器插入在傳動齒輪的另外兩個直接相鄰的輪齒之間，以及借助于感應器感應加熱后提到的兩個直接相鄰的輪齒中的至少一個。該操作方法實現了傳動齒輪的特別省時的制造。優選地提出，交流電流具有在5k須z和40kHz之間的頻率。該操作方法在加熱傳動齒輪的輪齒時實現良好的能源利用。當交流電流的頻率為至少16kHz，優選為至少32kHz時，這是特別合適的。感應器的供電裝置的交流電流的頻率優選地由多軸機床的控制裝置預先確定。交流電壓在輸送至感應器之前優選地借助于變壓器往低轉換。通過該設計方案可以將供電裝置自身設計成特別緊湊的。當變壓器的變壓比在5:1和20:1之間時，這是特別合適的。在現有技術中，由供電裝置為感應器供給單相的交流電流是常見的。這種設計方案在本發明的范疇中也是可能的。然而特別優選的是，為感應器供給三相的交流電流。
本發明的上述的性質、特征和優點以及實現這些性質、特征和優點的方式和方法結合對實施例的下面的說明而更明確和更清楚易懂，結合附圖來進一步說明這些實施例。在此示出圖1示出在第一運行狀態下的多軸機床，
圖2示出流程圖，圖3示出傳動齒輪的截面和感應器，圖4示出在第二運行狀態下的根據圖1的多軸機床，圖5示出在第三運行狀態下的根據圖1的多軸機床，和圖6和7分別示出感應器和感應器至供電裝置的連接。
具體實施方式
根據圖1，多軸機床由控制裝置1控制。多軸機床可以根據需要設計。根據圖1將多軸機床設計為至少五軸的機床，意即其具有至少五個位置被調節的軸。這在圖1中由此表明，即控制裝置I向機床輸出三個位置值X，Y, Z和兩個方位值α，β。控制裝置I設計為可用軟件編程的控制裝置、特別是CNC。控制裝置I的工作方式(及由此還有多軸機床的運行方式共同)由控制程序2確定，利用該控制程序對編程控制裝置I進行編程。控制程序2包括可由控制裝置I直接處理的機器代碼3。機器代碼3通過控制裝置I的處理使得控制裝置I按照以下結合圖2詳細說明的制造方法來控制多軸機床。補充性地可結合圖2的說明一起考慮圖1，3，4和5。根據圖2，首先在步驟SI中將傳動齒輪毛坯4夾緊在多軸機床的工件夾具5中。在工件夾具5中借助于適當的夾緊裝置5'將其保持住。夾緊動作通常由一個人(或多個人)或一個機器人實施。步驟SI在圖2中只用虛線示出，以表明該步驟是通常不由控制裝置I執行的步驟。在步驟S2中將銑頭6夾緊在多軸機床的工具夾具7中。步驟S2可以由一個人完成。在通常情況下，步驟2由控制裝置I在控制程序2的機器代碼3的處理范圍內自動控制。在步驟S3中，借助于銑頭6從傳動齒輪毛坯4中銑出齒隙(見圖3)。通過從傳動齒輪毛還4中統出齒隙,可由傳動齒輪毛還4制成了傳動齒輪4'。傳動齒輪4'具有輪齒
8。在從傳動齒輪毛坯4中銑出齒隙期間，工具夾具7 (并且銑頭6和該工具夾具一起)借助于主軸驅動裝置9旋轉。主軸驅動裝置9具有電動機10和轉換器11。轉換器11相當于用于主軸驅動裝置9的供電裝置。步驟S3由控制裝置I自動控制。步驟3在控制程序2范圍內的執行是專業技術人員所熟悉的。在步驟S4和S5中，首先將銑頭6從工具夾具7中松開。然后將感應器12夾緊在工具夾具7中。圖4示出多軸機床的相應的狀態。與步驟S2類似地，步驟S4和S5可以由人完成。步驟S4和S5優選地由控制裝置I在控制程序2的機器代碼3的處理的范圍內自動控制。控制裝置I在步驟S6中選擇傳動齒輪4'的第一對直接相鄰的輪齒8。在步驟S7中,將感應器12導入這兩個輪齒8之間的齒隙中。感應器12的相應的狀態在圖3中示出。在步驟S8中，為感應器12加載交流電流I。交流電流I在相應的輪齒8的對的至少一個輪齒8中產生渦電流。通過渦電流結合相應的輪齒8的歐姆電阻加熱相應的輪齒8。對應于圖3中的描繪，感應器12有可能布置在相對于另一個輪齒8而言更靠近相應的輪齒8的對的其中一個輪齒8的位置。在這種情況下，基本上兩個輪齒8中僅有一個得到顯著程度的加熱。可替換地，感應器12有可能-精確地或者至少大概地-位于相應的輪齒8的對的兩個輪齒8之間的中心處。在這種情況下，兩個輪齒8或多或少地平均受熱。在將感應器12導入各個齒隙中之后，感應器12通常對應于各個齒面移動，以便逐步加熱整個齒面-參見圖3中的箭頭A。然而這不是始終且絕對必要的。當-針對各個齒隙-各個加熱過程結束之后，根據圖2在步驟S9中將感應器12從相應的齒隙中取出。控制裝置I在步驟SlO中檢查，是否應當終止感應加熱。控制裝置I特別地可以在步驟10中驗證，是否已經加熱了所有要加熱的輪齒8。當感應加熱不應結束時，控制裝置I轉到步驟S11，其中它選擇了下一對輪齒8。“下一”這個概念就此而言針對在時間上作為下一對被選擇的輪齒8。其在針對之前被選擇的輪齒對8上來看可以是幾何學上的下一對輪齒8。然而這不是強制必需的。控制裝置I從步驟Sll返回到步驟S7。步驟S6至Sll由控制裝置I自動控制。它們是控制程序2的組成部分。當感應加熱應該完全結束時，會轉到步驟S12和S13。在步驟S12中將感應器12從工具夾具7中松開。在步驟13中將加工工具13夾緊在工具夾具7中(見圖5)。加工工具13例如可以是銑頭或磨頭。銑頭可以是指在步驟S3的執行范圍內用到的同一個銑頭6。可替換地，其可以是指另外的銑頭。關于步驟S12和S13，上面的用于步驟S4和S5的實施方式同樣適用:它們可以由人完成，然而通常由控制裝置I在控制程序2的執行范圍內自動控制。在步驟S14中借助于加工工具13對傳動齒輪4'的輪齒8進行再加工。步驟S14由控制裝置I在機器代碼3的處理的范圍內自動控制。最后，在步驟S15中將傳動齒輪4'從多軸機床的工件夾具5中松開。在通常情況下，松開動作由一個人(或多個人)或機器人實施。步驟S15在圖2中僅以虛線示出，以表明該步驟-與步驟SI相似-是不由控制裝置I完成的步驟。正如由圖6和7可見，用于感應加熱各個輪齒8(或者更確切地說各個輪齒8的對)的感應器12由轉換器14供給交流電流I。交流電流I具有額定電流強度和基本頻率f。基本頻率f通常位于5kHz和40kHz之間。其優選地為至少16kHz，特別為至少32kHz。基本頻率f可以被預先確定。優選地由控制裝置I為轉換器14 (=感應器12的供電裝置)預先確定基本頻率f。交流電流I的額定電流強度很大。該額定電流強度可以大于lkA。相反地，所需的交流電壓U相對較低(通常為40V到100V)。因此優選地在供電裝置14和感應器12之間布置有變壓器15。通過變壓器15將由供電裝置14輸出的交流電壓-例如400V或690V-在輸送至感應器12之前往低轉換。與此對應地將電流強度相應地往高轉換。變壓器15具有變壓比。該變壓比可以根據需要選擇。其通常在5:1和20:1之間，例如在8:1和12:1之間。在現有技術中，通常將感應器12設計成單獨的導體回線16，其由感應器12的供電裝置14供給單相的交流電流。這種設計方案在本發明的范疇中也是可能的并在圖6中示出。然而感應器12優選地由三個導體 回線16組成。這種設計方案在圖7中示出。在這種情況下感應器12可以由供電裝置14供給三相的交流電流I。這三個導體回線16優選地無重疊地與彼此鄰接。這三個導體回線16位于同一平面內。其優選地-亦即單獨地以及一起地-圍成凸出的表面，例如單獨分別是四角形并且一起是六角形。工具夾具7由主軸驅動裝置9驅動，見圖1。特別地，工具夾具7在從傳動齒輪毛坯4中銑出齒隙期間借助于主軸驅動裝置9旋轉。通常情況下也在再加工期間借助于加工工具13實現工具夾具7的旋轉。主軸驅動裝置9的轉換器11( =其供電裝置)通常為電動機10供給三相的交流電流。主軸驅動裝置9的供電裝置11和感應器12的供電裝置14有可能是彼此不同的裝置。然而根據圖1和3中的描繪-見轉換器11在圖1中的布置和轉換器14在圖4中的布置處在同一個位置上并且圖4中的附圖標記11與14等同-感應器12在輪齒8的感應加熱期間優選地由主軸驅動裝置9的供電裝置11供給交流電流I。如果為感應器12供給三相的交流電流I，那么這種設計方案是特別有利的。如同上面說明的，在根據本發明的制造方法中單獨地或成對地感應加熱傳動齒輪4'的輪齒8。在感應加熱結束之后優選地借助于冷卻劑(壓縮空氣或-優選地-水)主動地冷卻輪齒8。出于這個原因，在圖4中一起示出冷卻裝置17，其在圖4中示意性地示作噴嘴。借助于冷卻裝置17將冷卻劑輸送到相應的輪齒8上。冷卻劑的輸送也通過由控制裝置I相應控制多軸機床來實現，就是說在控制程序2的機器代碼3的處理的范圍內。為了實現在感應加熱之后的主動冷卻，可將冷卻裝置17布置在多軸機床的預先確定的位置上并且通過工件夾具5的相應的控制將齒輪4'分別對應地定位。可替換地，冷卻裝置17有可能可以由控制裝置1-至少在一定的限度內-定位和跟蹤。可能的是，在所有輪齒8的感應加熱之后才主動冷卻輪齒8。也可能的是，間歇地實施輪齒8的感應加熱和輪齒8的主動冷卻，也就是說加熱一個輪齒8或兩個輪齒8,然后冷卻這個輪齒8或這兩個輪齒8，接著加熱另外一個輪齒8或另外兩個輪齒8等等。然而優選地同時進行感應加熱和主動冷卻。因此優選地在一個之前剛剛加熱了的輪齒8或兩個之前剛剛加熱了的輪齒8的主動冷卻期間，將感應器12導入另外兩個輪齒8之間的齒隙中，在那里，感應器12感應加熱兩個后提到的輪齒8中的至少一個。
本發明具有很多優點。最大的優點在于，全部的加工可以在不需要將傳動齒輪4'在此期間從工件夾具5中松開并稍后再夾緊的情況下完成。所以，傳動齒輪毛坯4在銑出齒隙之前被夾緊在工件夾具5中并在那里保持夾緊，直到在輪齒8的再加工結束之后將傳動齒輪4'從工件夾具5中松開。因此由傳動齒輪毛還4在唯次撐開時以及在唯
個多軸機床內制造出傳動齒輪4'是可能的。控制程序2特別地可以設計成實現根據圖2的整套步驟的統一的控制程序，也就是說，既實現步驟3的銑出又實現步驟S6至Sll的淬火，以及還執行步驟S14的再加工，并且如有可能還實現步驟S2，S4，S5，S12和S13。另外，通過感應器12的交流電流I的頻率調節可以控制穿透深度，因此-與齒輪4的全體積的加熱相比-有另外的用于優化的控制參數可供使用。根據本發明的操作方法一方面使得傳動齒輪4,的制造加快并且另一方面使得制造精度改進。此外不再需要齒輪4,的全體積的徹底加熱，因此還能實現能源節約。另外，基于傳動齒輪4的輪齒8的僅局部的加熱-與傳動齒輪4'的全體積的加熱相比降低了所謂的淬火延時，因此能以更小的加工余量實現齒隙的銑出并由此能更簡單地和更快地進行再加工。盡管詳細地通過優選的實施例進一步地圖解和描述了本發明，但是本發明不由公開的實施例所限制并且專業技術人員可以在不離開本發明的保護范圍的情況下由此推導出其它的變體。
權利要求
1.一種用于傳動齒輪(4')的制造方法， -其中，將傳動齒輪毛坯(4)夾緊在多軸機床的工件夾具(5)中， -其中，借助于夾緊在所述多軸機床的工具夾具(7)中的銑頭(6)從所述傳動齒輪毛坯(4)中銑出齒隙，由此通過從所述傳動齒輪毛坯(4)中銑出所述齒隙而制成具有輪齒(8)的傳動齒輪(4'), -其中，所述工具夾具(7)在從所述傳動齒輪毛坯(4)中銑出所述齒隙期間借助于主軸驅動裝置(9)旋轉， -其中，將所述銑頭(6 )從所述工具夾具(7 )中松開，并將感應器(12)夾緊在所述工具夾具(7)中， -其中，將所述感應器(12)依次插入在所述傳動齒輪(4')的每兩個直接相鄰的所述輪齒(8 )之間并借助于所述感應器(12)感應加熱所述兩個直接相鄰的輪齒(8 )中的至少一個， -其中，所述感應器(12)在所述輪齒(8)的感應加熱期間由所述主軸驅動裝置(9)的供電裝置(11)供給交流電流(I)， -其中，將所述感應器(12)從所述工具夾具(7)中松開，并將加工工具(13)夾緊在所述工具夾具(7)中， -其中，借助于所述加工工具(13)進行所述傳動齒輪(4')的所述輪齒(8)的再加工。
2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述多軸機床設計為至少五軸的機床。
3.根據權利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在感應加熱結束之后，借助于冷卻劑主動冷卻分別至少一個被感應加熱的所述輪齒(8)，并且在至少一個被感應加熱的所述輪齒(8)的主動冷卻期間將所述感應器(12)插入在所述傳動齒輪(4')的另外兩個直接相鄰的所述輪齒(8)之間，以及借助于所述感應器(12)感應加熱后提到的所述兩個直接相鄰的輪齒(8)中的至少一個。
4.根據權利要求1，2或3所述的制造方法，其特征在于，所述交流電流(I)具有在5kHz和40kHz之間的頻率(f)。
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述交流電流(I)的所述頻率(f)為至少16kHz，優選為至少32kHz。
6.根據權利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述主軸驅動裝置(9)的所述供電裝置(14)的所述交流電流(I)的所述頻率(f )由所述多軸機床的控制裝置(I)預先確定。
7.根據前述權利要求中任一項所述的制造方法，其特征在于，交流電壓在輸送至所述感應器(12)之前借助于變壓器(15 )往低轉換。
8.根據權利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述變壓器(15)的變壓比在5:1和20:1之間。
9.根據前述權利要求中任一項所述的制造方法，其特征在于，為所述感應器(12)供給單相的或三相的交流電流(I)。
全文摘要
本發明是傳動齒輪的輪齒的感應淬火。其涉及一種用于傳動齒輪的制造方法。將傳動齒輪毛坯(4)夾緊在多軸機床的工件夾具(5)中。借助于夾緊在多軸機床的工具夾具(7)中的銑頭(6)從傳動齒輪毛坯(4)中銑出齒隙并由此制成具有輪齒(8)的傳動齒輪(4′)。將銑頭(6)從工具夾具(7)中松開，并將感應器(12)夾緊在工具夾具(7)中。將感應器(12)依次插入在傳動齒輪(4′)的每兩個直接相鄰的輪齒(8)之間。此外，借助于感應器(12)感應加熱兩個直接相鄰的輪齒(8)中的至少一個。將感應器(12)從工具夾具(7)中松開，并將加工工具(13)夾緊在工具夾具(7)中。借助于加工工具(13)進行傳動齒輪(4′)的輪齒(8)的再加工。
文檔編號C21D9/32GK103160677SQ20121054610
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者延斯·哈曼, 漢斯-喬治·克普肯, 比約恩·羅森鮑姆, 安德烈亞斯·烏赫里希 申請人:西門子公司