專利名稱：生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生成用以控制包含至少五軸的機床上的特定刀具的控制數據的方法和設備，以加工夾入的工件。具體地，本發明涉及一種生成用于控制在包含至少五軸的CNC數控機床上的銑刀 的控制數據的方法和設備，具體地，銑刀是在CNC數控銑床、銑床/車床、車床/銑床或包含 至少五軸的CNC數控通用加工中心，例如通用銑鉆機床，用以加工夾持于機床中的工件，使 工件從胚料加工到具有期望的預定制成零件形狀的制成零件，具體到在機床上進行的直到 制成零件的整個加工操作，預定制成零件包括基體和由該基體伸出的至少一齒面部。本發 明具體涉及制成零件的成形或生產，例如齒輪，特別是具有內傳動裝置和/或外傳動裝置 的直齒輪、傘形齒輪、葉輪或葉盤。一般來說，本發明涉及具有任意基體和由該基體向外或 向內伸出的至少一齒面部的任意工件的生產。
背景技術：
眾所周知，NC數控機床和具體的CNC數控機床是眾所周知的用在各種不同的具體 實踐中的現有技術。此處CNC (Computerized Numerical Control)數控機床指的是機床通 過數字，即通過CNC程序控制機床導軌。機床設有從在加工中的工件移除廢料的刀具。該 刀具的控制，具體到刀具的移動和/或定向，通過CNC程序的CNC控制數據用控制裝置來實 現。此外，該CNC控制數據選擇性地控制工件的定向，例如，通過旋轉機床的工作臺來控制， 機床中的工件夾持于工作臺上。總而言之，通過CNC控制數據方式，基于CNC程序或CNC控 制數據的控制能夠對夾持于機床上的工件進行有效、靈活、精確及可重復的加工。在如今的現有技術中，CNC程序和CNC控制數據通過CAM (CAM表示“ Computer Aided Manufacturing")系統以軟件支持形式產生或生成。此處產生的CNC程序包括控制 數據，其相對于夾持于機床上的工件沿一個生成路徑控制使用刀具，當刀具經過該路徑時， 例如通過銑削加工或其它過程，將廢料從工件移除。此外的數字路徑計算是基于幾何參數及通過工件的預定期望的制成零件形狀自 我定向。然后，當刀具經過生成或計算的刀具路徑時，通過生成的控制數據沿路徑到路徑方 式從機床上的工件中移除廢料，直到獲得制成零件。另外，控制數據也可包括指示刀具改變 的數據，在工件在加工過程中，可選擇性地實現自動的刀具改變。當今機床通常能夠履行自 動的受程控的工件改變，其中，在第一工件加工后，在機床的工件夾持裝置上的第一工件換 為第二工件，由此加工第二工件。一個通用、靈活的具體使用可以是與CNC數控機床一起使用，該CNC數控機床包括 至少五軸，使刀具能夠進行穿過空間五個自由度的自由運動，以從工件中移除廢料。此處的 五自由度運動包括三維自由度(傳統上的正交可控的三維自由度，具體指X軸、y軸、Z軸) 以及兩個能使任意刀具定向的角自由度或旋轉自由度，該三維自由度可通過至少三個線性 軸控制。此處的兩個角自由度或旋轉自由度可由機床的兩個或以上的旋轉軸控制。具有至少五軸的如今的CNC機床能夠同時控制這五個自由度，以便提供相對被夾持工件的可能特 別復雜有效的刀具路徑。以上所述的CNC機床通常用于刀具建構，通過加工來產生具有復雜形狀的制成零 件。這個包括回轉對稱制成零件，例如葉輪或葉盤，其在順應預定幾何形狀方面提出更大的 要求。在機械工程上，具體到船舶建造，例如在環境技術中(如在風力發電廠的情形中)、在 飛機制造業和機床制造業上，有必要提供具有最具差異性輸出的傳動裝置，為此，根據在表 面光潔度、輪齒接觸圖案及滾動性能方面的不同需求，需要生產齒輪，具體為直齒輪、傘形 齒輪。此外，通常并非絕對必要的是獲得大量的項目，但重要的是不僅僅關于寬廣范圍的類 型的高度靈活性，具體是關于包括復雜齒側幾何形狀、齒面幾何形狀或刀片幾何形狀的各 個幾何形狀。為了生產這種具有基體部分及由該基體伸出的至少一齒面部的制成零件，具體為 齒輪，例如直齒輪、傘形齒輪、葉輪或葉盤，現有技術公開專門的機床，其設有專有刀具，以 生產用在各種不同實踐中的齒輪如直齒輪或傘形齒輪的齒廓，或者葉輪或葉盤的刀片或葉 片輪廓。為了生產齒輪的傳動機構，現有技術公開了專門的機床，具體為滾銑機器，其適于 在生成銑削過程中使用滾銑刀具供給工件傳動機構。例如，這種滾銑機器適于生產傳動機 構的具有柱狀基體和由其伸出的齒面部的直齒輪，或者傳動機構的具有錐形基體和由其伸 出的齒面部的傘形齒輪。這種專用機器，具體如上述描述的滾銑機器，在選購和維修方面是成本集約型的， 各個齒面輪廓的制造局限于專用刀具的形狀，例如，滾銑機器的滾銑刀具的刀刃特定形狀， 其已經預先定義可獲得或或制造的齒形狀和齒面形狀。此外，在上述專用機器上的各個齒 面輪廓的制造由于有限的自由度而限定為在工件和刀具之間可能的相對移動。為了實現高表面光潔度，可選擇性地，有必要于上述專用機器上(如在額外的成 本集約型的專用機器上)進行加工操作之后重新加工或拋光工件。為解決上述專用機器，具體如滾銑機器中的問題，為了生產齒輪，具體為直齒輪或 傘形齒輪、葉輪或葉盤，有益的是在包括至少五軸的CNC數控機床上生產這種齒輪，具體為 直齒輪或傘形齒輪、葉輪或葉盤。這樣就能夠使用標準刀具，用以生產這些制成零件，并利用可在至少五自由度上 控制的機床的高靈活性和寬廣的應用領域，能賦予齒輪，具體為直齒輪或傘形齒輪、葉輪或 葉盤或其它工件以最復雜的幾何形狀，具體為最復雜的齒面輪廓。在漢斯-彼得 斯科斯戈(Hans-Peter Schossig)發表的文章《在標準機床上的形成良好齒銑削高質量齒輪的簡易方法》(The easy way to good teeth-millhigh-quality gear wheels on standard machine)(德國《修改禾口 操作》期干Ij ( "fferkstatt und Betrieb"),卡爾澤爾出版社，德國慕尼黑，2007年版次，第4/28號，第28-32頁，ISSN 0043-2792)中描述一種生成用于控制在包含至少五軸的機床上的工件的控制數據的方法， 該控制數據也用于加工工件，以生產具有基體部分及由該基體伸出的至少一齒面部的預定 制成零件。上述文章描述一種利用包含至少五軸的機床生產齒輪的方法，具體處于用以生產 表面光潔度在按DIN3965(德國螺旋傘齒輪精度標準)標準質量等級為6的傘形齒輪配對的測試運行中。在上述方法中，根據DIN標準的傳動機構的所有必需的參數在最初就輸入。此與制成零件的幾何形狀的基本幾何形狀參數相對應。為此，例如，可輸入所想要的具有預 定或所需齒形的齒接觸圖案上的數量數據，或者在各個區域或遍及整個齒面部的所想要的 凸形的進一步數據。這些基本幾何形狀參數鍵入于一計算機終端，然后通過數學和/或數字計算在計 算機中生成所想要的齒幾何形狀的數學描述。利用一 CAD/CAM系統，基于該計算結構生成 NC程序，據此，五軸機床使用標準刀具如現有的端銑刀可產生所想要的制成零件。類似的方 法參考例如公開號為WO 2008/133517A1的國際專利申請。在上述方法中，制成零件，具體為齒側的齒面，用銑削操作(例如使用端銑刀或在 銑削操作中的另一回轉對稱的銑削刀具)使其成形。此銑削操作首先在計算機上數字模 擬，傳動機構的表面或側面利用CAD系統在計算機上進行近似(逼近)模擬。然而，由于近 似模組的輸出或CAD系統使用者的運用細心程度，這種利用CAD系統的近似模擬導致在設 定側面和模型側面或齒側幾何形狀之間產生偏差。然而，高質量現有的CAD/CAM 系統(例如 CATIA、UGS、EUKLID, Tebis, HyperMill) 或者專門的CAM系統(例如來自美國Concepts NREC公司的MAX-5、MAX-AB、MAX-SI)提供 功能以生成用于具有柱狀和凸面形狀的銑刀的控制數據。在這方面，就是為了真正生產齒輪(具體為直齒輪或傘齒輪)的齒側，對齒面進行 近似模擬，使其構建成用于上述專用機床，以產生齒輪或傘齒輪。此處，待生產的齒輪齒側 部的表面或者葉輪的刀片用所謂的等參數曲線(例如U-V曲線)描述，該曲線在數學上描 述表面的內部設計或表面的幾何外形。等參數曲線相對彼此及關于所期望的傳動機構外形 的位置極大依賴于預定數據輸入的排列，數據輸用于描述制成零件幾何形狀，具體為在CAD 系統中的數據輸入。依據現有技術，沿著期望的傳動機構外形的預定側的齒面的一系列等 參數曲線并未排列成垂直于齒輪的傳動機構的齒基底的均一行列。因此，生成的等參數曲 線并不能通過齒面或一系列齒基底的根部進行自我定向。當基于以上描述的、利用對齒側或齒面的近似模擬而生成的數學描述，使用現有 技術習知的CAD/CAM系統產生或生成用于齒面或刀刃面的加工的刀具路徑時，刀具或刀具 的定向沿著待滾銑表面的等參數曲線布置。這時，帶來如下問題，當刀具經過刀具路徑時，不規則的刀具定向或刀具相對待加 工表面的定位可能導致，也可能會帶來不利的樞軸和機床的不穩定的旋轉軸運動，以及引 起刀具由此產生的不穩定沿路徑的運動。另外，這也導致刀具相對側部或選擇性地相對滾 削刀具導向的不利傾斜，導致刀具相對運動方向沿著待成形的側部表面的刀具路徑的傾斜 變化。此外，不規則的刀具定位可能導致加工處于不利的形勢，這可能引起并不適當的表面 光潔度、幾何誤差以及可能增加刀具磨損。
發明內容
本發明的目的在于提供一種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制 數據的方法和設備，以機械加工工件，產生具有基體和由該基體伸出的至少一齒面部的預 定制成零件，其能優化現有技術中已知的方法和設備，避免刀具的固定轉軸運動以及增大 的刀具磨損，能夠獲得一個在齒面部表面上的較佳表面光潔度。
根據本發明，上述目的通過一種包括權利要求1或13的特征的方法和包括權利要求15或19的特征的裝置來實現。另外，本發明提供一種依據權利要求20的計算機程序產 品，其與數據處理設備相聯，適于實現本發明的方法。本發明有利的設計和較佳實施例通過附屬權利要求來描述。本發明涉及一種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的方法， 以機械加工工件，產生具有基體和由該基體伸出的至少一齒面部的預定制成零件。該方法 包括如下步驟-確定制成零件的幾何形狀的基本幾何形狀參數，該制成零件的幾何形狀與預定 制成零件的幾何形狀相對應，-通過基本幾何形狀參數生成制成零件的預定幾何形狀的幾何形狀數據，該制成 零件幾何形狀數據指示至少一齒面部的至少一表面的至少一幾何形狀，以及-利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，該路徑數據指示在齒面部的至少一 表面上的至少一刀具路徑，刀具穿過該路徑，使用路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料 從工件移除，刀具的定向與刀具的旋轉軸定向相對應，刀具關于刀具的旋轉軸旋轉以將廢 料從工件移除。根據本發明的該方法，其特征在于指示齒面部的至少一表面的幾何形狀的制成零 件幾何形狀數據包括在齒面部的至少一表面上的一組點的位置數據，該位置數據指示該組 點的各點的位置。該組點中的每個點都歸屬于一列點和一行點，一列的所有點位于一個共同平面， 該列點上的點共同平面基本上垂直于基體側表面的切向平面，優選為垂直于側表面和共同 平面的共同點的切向平面。生成這樣的路徑數據，使得該至少一刀具路徑大致平行于曲線延伸，該曲線延伸 經過第一行點的點，以及進一步生成這樣的路徑數據，使得在第一行點中的各點處，刀具的旋轉軸基本上 通過第一行的各個對應點的列方向上的共同平面進行自我定向，或可選擇性地最好位于共 同平面中。優選地，在第一行點的各點處，刀具的旋轉軸基本上進行自我定向，以便位于第一 行的各個對應點的列方向上的共同平面中。優選地，共同平面位于一導程凸輪上，導程凸輪在基體的側表面延伸。在工件包括 傳動機構的情形下，具體地，導程凸輪優選為在兩齒之間的齒根中延伸。此外，共同平面優選為大致垂直于導程凸輪。優選地，該方法應該用于生產具有回轉對稱基體的制成零件，如齒輪，諸如直齒輪 或傘形齒輪、葉輪或葉盤或其它具有任意基體和由該基體向內或向外伸出的至少一齒面部 的工件。根據本發明，如上概述，齒面部的待加工或成形的表面或其預定幾何形狀通過描 述該表面的生成制成零件幾何形狀數據來描述，或者通過位于該表面的點的定位數據來描 述齒面部的所述表面。根據本發明，制成零件幾何形狀數據包括該組點中的所有點的位置 數據，用于描述齒面部的至少一表面的幾何形狀，該位置數據包括或者至少可變形為在具 有三個坐標值的三維空間中的至少一位置，用于該至少五軸機床的三個平移的自由度。
根據本發明，該組點分成列點和行點，在齒面部的至少一表面的該組點的每個點 被歸屬于一列點和/或一行點。此外，根據本發明，生成這樣路徑數據，使得描述的刀具路徑大致平行于曲線延 伸，該曲線延伸經過該組點的各行點中的一行點的點。這就能通過用延伸經過一行的所有 點的曲線來計算刀具路徑，使刀具路徑的計算過程以一個簡單的方式進行，這些點通過位 置數據精確設定。另外，齒面部的至少一表面的幾何形狀用一組點來描述，在該組點中，每列點包括 所有位于共同平面內的點，該共同平面大致垂直于基體。這就意味著一列點的這些點的共 同平面大致垂直于基體的一側表面。如果基體設定為一曲表面或曲外表面或曲側表面，那 么一列點的這些點的共同平面因此大致垂直于相對于基體的曲側表面的虛擬切向平面。此 處基體描述有選擇性回轉對稱基體的幾何形狀，例如錐形或圓柱形或其它回轉對稱幾何形 體。應該注意的是，當略去齒面部(假定移除)時，基體具有與制成零件的幾何形狀相對應 的幾何外形。在直齒輪的情形時，基體由此相對應于圓柱形狀或中空圓柱形狀(可選擇地 是在具有內傳動機構的直齒輪情形時)。在傘形齒輪的情形時，基體由此相對應于錐形或回 轉對稱錐形部分形狀(可選擇地是在具有內傳動機構的直齒輪情形時)。根據本發明，進一步生成這樣路徑數據，使得刀具的旋轉軸由上述的一列點的這 些點的共同平面定向。具體地，刀具的旋轉軸由基本上在一行的對應列點的共同平面中的 該行點中的這些點的每個點定向。這樣就賦予這樣的優點，即用于從工件移除廢料以成形由基體伸出的至少一齒面 部的至少一表面的刀具路徑的路徑計算能通過在齒面部的至少一表面的一組點，以簡易及 數學精確的方式進行自我定向。因此，當經過生成路徑時，刀具定向并不能利用可能歪斜或 傾斜的等參數曲線進行自我定向，但是可用始終垂直于基體或垂直于基體外表面或至少垂 直于基體的切向平面的一平面來進行自我定向。如此，有效的防止了不必要的刀具傾斜或傾斜變形，以避免機床上的不穩定的旋 轉軸運動。另外，這樣能通過避免刀具的傾斜來減少刀具上的加工區域或施用區域，由此減 少刀具磨損。進一步的優點是對至少一齒面部的表面或至少一表面的齒接觸圖案進行的改 良的、更精確的成形。齒接觸圖案的更精確成形也能實現，例如生產齒輪或具有優化滾動性 能的齒輪對，以便也有利于如減少滾動運動期間的噪音擴大。例如，需要考慮但不作為限制的，該組參數的一個或一個以上的參數適合作為基 礎幾何參數基體的外形、基體的半徑和周長、基體的高度、突伸的齒面部的外形、突伸的齒 面部的數量、突伸的齒面部的高度或突伸的齒面部的縱向延長(選擇性地關于基體的徑向 延長)。優選地，在本方法中生產或加工的預定制成零件是齒輪，具體是傘形齒輪或直齒 輪、副齒輪、葉盤或葉輪，或者是其它具有任意基體和由該基體向內或向外伸出的至少一齒 面部，至少一齒面部可以是齒輪齒面，副齒輪的齒面，也可以是葉輪或葉盤的刀刃。這賦予這樣的優點，即該方法可用于具體如生產齒輪、傘形齒輪或直齒輪、副齒 輪、葉盤或葉輪，該方法還適于有利地生產所有普遍使用的復雜幾何形狀，選擇性地，該復 雜幾何形狀不能在傳統的方法中生產。具體地，在齒輪、直齒輪、傘形齒輪及副齒輪的情形下，此包括所有已知的傳動機構形狀和傳動機構延長，例如漸開線傳動機構、擺線傳動機構或螺旋線傳動機構或其它在一側或各側具有與呈凸曲率或凹曲率的自由形式表面相對應 的齒面部表面的傳動機構類型等都可行。在齒輪縱方向上，該方法能實現所有普遍使用的 齒輪類型，具體如直傳動機構、曲傳動機構、人字形傳動機構、斜齒傳動機構、螺旋傳動機構 或漸開線傳動機構或其它可能的傳動機構類型。機床優選為銑床、銑床/車床、車床/銑床，回轉對稱刀具為端銑刀、櫻桃狀銑刀、 環形曲面銑刀、鼓形銑刀或其它回轉對稱刀具。這賦予這樣的優點，即該方法可用于具有通用的回轉對稱標準刀具(如端銑刀、 櫻桃狀銑刀、環形曲面銑刀、鼓形銑刀或其它通用的回轉對稱刀具)的銑床。至少一齒面部的至少一表面優選為在至少一側面為外凸和/或內凹形式彎曲的 表面或者任意自由形式彎曲的表面。根據本發明的方法，能實現在至少一側面呈外凸或內凹彎曲表面的成形，特別是 在各側面具有單獨的外凸和/或內凹曲率的表面或者任意曲率形狀。為指示至少一齒面部的至少一表面的幾何形狀，制成零件幾何形狀數據也優選為 包括相關該組點的至少一個第一點的法向數據，該法向數據指示在第一點的至少一齒面部 的至少一表面的法向失量的至少一方向或至少一定向，路徑數據優選為生成這樣的，使得 在第一點處，刀具的旋轉軸大致垂直于第一點處的法向失量。這賦予這樣的優點，即利用制成零件的幾何形狀數據的路徑計算可通過齒面部的 至少一表面上的一組點的這些點的位置數據和法向數據，按特別簡易且精確的方式算出。 對刀具的定向或有利的定向是可按照在這些點上的法向失量的方向，精確地排列在該組點 的一點處，以便實現刀具在預定表面或表面幾何形狀上的精確垂直定位。這樣能實現精確 的路徑計算按特別簡易且精確的方式進行，在機床上的至少三平移自由度通過該組點的這 些點的位置數據自我定向，二個自由度的刀具定向或刀具旋轉定位通過在這些點的法向數 據描述，并適于在這些點之一上的法向失量的法向數據和一列點上的這些點的共同平面進 行自我定向。在第一點處，至少一齒面部的至少一表面的法向失量優選為定向為這樣，使得它 位于第一點所屬的那列的點的共同平面內。有利的是，這就意味著該組點這樣描述齒面部的至少一表面，使得一列點恰好排 列成使得在該列的點中一個點上的至少一法向失量位于這列點的共同平面內，該列點相應 地垂直于回轉對稱的基體。因此，有利的是，刀具的定向按簡易、數學精確的方式排列在一 平面中，該平面垂直于回轉對稱的基體。為指示至少一齒面部的至少一表面的幾何形狀，制成零件幾何形狀數據也優選為 包括相關自該組點的第一列點的每個點的進一步的法向數據，此第一點優選為屬于該第一 列，以便該法向數據進一步指示在第一列的每個點處的至少一齒面部的至少一表面的對應 法向失量的方向或定向，在各種情形下，優選為在第一列的點上的法向失量位于第一列的 點的共同平面內。這使得這樣成為可能，即制成零件幾何形狀數據盡可能以數學精確的方式通過指 示一組點的位置數據以及隨后的相關每個點處的表面的法向失量的法向數據，來指示該至 少一表面幾何形狀，以便能夠以數學精確的方式指示每一點處的表面的位置和定向，并以盡可能精確的方式實現在這些點的位置數據和法向數據的路徑計算。優選地，路徑數據提供沿著該至少一齒面部的至少一表面的多個刀具路徑，優選為同樣數量的點歸屬于這組點的每列，多個刀具路徑中的每個都優選為大致平行于這些行 點中的一行方向延伸。這賦予這樣的優點，即這組點的每一列都有同樣的點數量，因此，每個點可歸屬于 一行并確切為一行，這些行沒有交疊，并有利地的是，可在每種情形中沿著這些行點中的一 行點，按照簡易、數學精確的方式生成刀具路徑。通過走完該多個刀具路徑，該方法能用標準刀具沿著該多個刀具路徑，實現具有 外凸曲率或內凹曲率的任意形狀的表面的成形，表面在一側或各側都彎曲。此外，該多個刀 具路徑可按簡易且數學精確方式生成或計算出，因為每個刀具路徑大致平行于這些行點中 的一行，這些行點沒有交疊。優選地，該方法還包括步驟給該至少一齒面部的至少一表面的該組點確定一個 或一個以上點密度閾值，在該確定制成零件幾何形狀數據的步驟中，該制成零件幾何形狀 數據優選為這樣生成，使得在各情形中，該組點的一行點中的相鄰點之間和/或組點的一 列點中的相鄰點之間的最小和/或平均距離不低于確定的一個或一個以上點密度閾值中 的至少一個，和/或在各情形中，該組點的一行點中的相鄰點之間和/或組點的一列點中的 相鄰點之間的最大和/或平均距離不超過確定的一個或一個以上點密度閾值中的至少一 個。這賦予這樣的優點，即可通過用指示點密度閾值來確定該組點的密度這樣的方式 來輸入參數，點密度閾值為一行點和/或一列點的相鄰點之間的距離設定閾值。此包括例 如下面組中的一個或一個以上的參數作為行中相鄰點之間距離的最大值的第一點密度閾 值、作為行中相鄰點之間距離的最小值的第二點密度閾值、作為行中相鄰點之間距離的最 大平均值的第三點密度閾值、作為行中相鄰點之間距離的平均值的最小值的第三點密度閾 值以及相應的作為列中相鄰點之間距離的最大值、最小值、最大平均值和最小平均值的第 五到第八點密度閾值。這能在按照期望的表面光潔度和/或一個或一個以上的刀具路徑的 路徑數據計算精確度來制成零件幾何形狀數據生成時，實現盡可能具體和有益的點密度調 節。優選地，刀具是包含圓角半徑的刀具，優選為包含圓角半徑的端銑刀，路徑數據優 選為這樣生成，使得在該至少一齒面部和刀具的基體之間的圓形過渡區域在途經基于根據 圓角半徑而得的路徑數據的至少一刀具路徑的過程中形成。具體地，路徑數據這樣生成，使 得除了在通過路徑數據方式途經刀具路徑期間，形成圓形過渡區域之外，還在輪齒齒面部 的圓形過渡區域和嚙合有效齒面區域之間形成切向部分。這賦予這樣的優點，即當在處于齒面部和基體之間的過渡區域中的齒面部的基礎 上加工路徑，齒面部表面和與端銑刀的圓角半徑對應的圓形過渡區域可形成于齒面部和基 體之間。因此，優選地，提供一種方法，其利用標準刀具，如包含圓角半徑的端銑刀，既能在 沒有刀具變化就形成該至少一齒面部的表面，又同時在途經路徑期間將基體和齒面部之間 的過渡區域成形為圓的形式。當具有數個齒面部的制成零件產生時，這也能實現在兩齒面部之間的最小距離、 根據標準刀具的直徑的齒面部之間的距離。在這種情況下，可生產的或可加工的制成零件限于只能通過標準刀具的尺寸選定的可行尺寸比例，否則會有關于可變形的幾何外形的特 別有利的靈活性。此處的“嚙合有效齒面部”用語意指齒面部的表面的一部分，該部分具有相應的齒 形狀的曲率，并在傳動齒輪和嚙合傳動齒輪或齒面和嚙合齒面相互滾動離開的情形下，基 本上與對應嚙合的齒面接觸，加上選擇性的一進一步安全區域，在該進一安全區域，傳動齒 輪形狀曲率進一步延續一短距離，以形成一安全區域。此另外加工的切向部分優選為在底 側直接以大致切向的形式變成圓的過渡區域，以及在頂側直接以大致切向的形式變成嚙合 有效齒面部。此處，端銑刀優選為以大致切向的形式定位于嚙合有效齒面部的最低點，在嚙 合有效齒面部處以在途經計算好的、由導程凸輪定向的最低行或路徑時，同時成形或加工 切向部分以及圓形區域。切向部分的高度，即在圓形過渡區域和嚙合有效齒面部之間的距 離可作為路徑計算預設而任意選定或調節。優選地，當端銑刀只經過一個刀具路徑時，切向部分可按照迅速有效的形式與圓 形區域一起成形。此外，這樣的齒根輪廓，其只有以切向形式大致上相互并入的部分，相當 有利的是在于其賦予輪齒的更高剛性和穩定性。此外，刀具優選為具有沿著刀具旋轉軸的縱向延長，路徑數據優選為這樣生成，使 得當刀具經過由第一行的點定向的多個刀具路徑的第一刀具路徑時，與刀具經過由第二行 的點定向的多個刀具路徑的第二刀具路徑的路途相對，此刀具在刀具旋轉軸的方向上相對 各自的行點進行位移和/或旋轉，使得當廢料沿第二刀具路徑從工件移除時，在刀具的外 周向表面上的銑削區域、切削曲線或切削線在刀具旋轉軸的方向上相對于沿第一刀具路徑 從工件移除廢料發生位移。為此，大致圓柱形刀具優選為大致平行于旋轉軸發生移位。為此，大致錐形刀具優 選為大致平行于待加工的工件表面的切向平面發生移位。為此，刀具的旋轉軸也可選擇性 地是旋轉的。這賦予這樣的優點，即在途經多個刀具路徑的不同刀具路徑的期間，在各種情況 下，刀具的磨損可能進一步通過刀具相對根據預定的旋轉軸在旋轉軸方向上的定向的一個 定位移位來減少，以便在途經第一刀具路徑的期間，相對于第二刀具路徑的途程，轉移刀具 在其周向側的施用區域或銑削區域或刀具的切削線，并用在各種情形中，別的或者刀具移 位的施用區域。因此，刀具的磨損可能通過改變旋轉的刀具周向側的刀具的操作區域獲得減少， 因為對于每個刀具的施用區域和沿著刀具的外周表面產生的切削磨損沿著刀具的刀片分 布在或分布于整個進一步區域。這賦予這樣的優點，即實現基本上更長的刀具壽命，這導致刀具成本降低及停工 時間的減少，例如必要的刀具改變時間，以及由于磨損減少而產生更好的表面光潔度，以及 在工件的表面獲得更低的幾何形狀誤差。另外，所需的刀具改變上的減少用以在刀具改變 期間，避免由于人為誤差的刀具改變所引起的可能誤差，例如，通過在調換時給了錯誤的替 代刀具或者在調換時最新設定的刀具參數定義時輸入錯誤。以上所述的刀具沿著其旋轉軸的施用區域的移位也可獨立于上述特征而用來解 決本發明的問題，即，與現有技術相比，提供一種能實現更好的表面光潔度、更少幾何形狀 誤差和低刀具磨損的方法。
因此，根據本發明的另一種可選的方案，提供一種用于生成用于控制在包含至少 五軸的機床上的刀具的控制數據的方法，用以加工工件，通過滾銑工件生產出預定制成零 件，該方法包括以下步驟-生成制成零件的預定幾何形狀的制成零件幾何形狀數據，該制成零件幾何形狀提供制成零件的幾何形狀，-利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，該路徑數據提供至少兩刀具路徑，刀 具穿過該路徑，使用路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，刀具的定向與刀 具的旋轉軸定向相對應，刀具關于刀具的旋轉軸旋轉以將廢料從工件移除，刀具有沿著其 旋轉軸的縱向延長。根據本發明的該方法，其特征在于路徑數據這樣生成，使得當刀具經過兩刀具路 徑的第一刀具路徑時，與刀具經過兩刀具路徑的第二刀具路徑的路途相比，此刀具基本上 在刀具旋轉軸的方向上進行相對位移和/或旋轉，使得當廢料沿第二刀具路徑從工件移除 時，位于刀具的外周向表面上的銑削區域、切削曲線或切削線基本上在刀具旋轉軸的方向 上相對于沿第一刀具路徑從工件移除廢料發生位移。這賦予這樣的優點，即在一個加工方法中，在途經數個刀具路徑期間，尤其是在基 本垂直于刀具旋轉軸或至少相對刀具的旋轉軸傾斜的刀具供給中，上述現有技術中的問題 可解決。該方法能實現刀具磨損的減少、這樣得到的可達成的表面光潔度的改進和這樣得 到的提供優化齒接觸圖案的可能。此方法可選擇性地與另一可選方法(即附屬權利要求的 特征或上述特征)的優選實施例相組合。優選地，此處的機床是銑床、車床/銑床、銑床/車床，回轉對稱刀具優選為銑刀或 其它回轉對稱刀具，具體是有圓柱形或錐形回轉對稱形狀。這些可為回轉對稱標準刀具，例 如端銑刀、鼓形銑刀環形曲面銑刀、櫻桃狀銑刀、或其它回轉對稱標準銑刀。此外，本發明提供適于實現上述方法之一的設備。具體是一種生成用于控制在包 含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的設備，用以加工工件，生產具有基體和由該基體 伸出的至少一齒面部的預定制成零件，包括-幾何形狀參數感測裝置，用于確定或測定制成零件幾何形狀的基本幾何形狀參 數，該制成零件的幾何形狀與預定制成零件的幾何形狀相對應，-制成零件幾何形狀數據生成裝置，用于利用基本幾何形狀參數確定或生成制成 零件的預定幾何形狀的制成零件幾何形狀數據，該制成零件幾何形狀數據提供該至少一齒 面部的至少一表面的至少一幾何形狀，以及-路徑數據生成裝置，用于利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，該路徑數據 提供沿著該齒面部的至少一表面的至少一刀具路徑，刀具穿過該路徑，使用路徑進行相對 工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，刀具關于刀具的旋轉軸旋轉以將廢料從工件移除。根據本發明，用于生成控制數據的設備，其特征在于，用于指示該至少一齒面部的 至少一表面的幾何形狀的制成零件幾何形狀數據包括在該齒面部的至少一表面上的一組 點的位置數據，該位置數據指示該組點的點的位置。該組點中的每個點都歸屬于一列點和一行點，所有列的點位于一個共同平面，列 點上各點的共同平面基本上垂直于基體側表面的切向平面。生成這樣的路徑數據，使得該至少一刀具路徑大致平行于曲線延伸，該曲線延伸經過第一行點的點，以及進一步生成這樣的路徑數據，使得在第一行點中的各點處，刀具的旋轉軸基本上通過第一行的特定點的列方向上的共同平面進行自我定向。根據本發明另一可選的方案，提供一種用于生成用以控制在包含至少五軸的機床 上的刀具的控制數據的設備，用以加工工件，由工件生產預定制成零件，包括-制成零件幾何形狀數據生成裝置，用于確定制成零件的預定幾何形狀的制成零 件幾何形狀數據，該制成零件幾何數據提供制成零件的幾何形狀，-路徑數據生成裝置，用于利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，該路徑數據 指示沿著齒面部的至少一表面的至少兩刀具路徑，刀具穿過該路徑，使用路徑進行相對工 件的刀具定向，以將廢料從工件移除，刀具關于刀具的旋轉軸旋轉以將廢料從工件移除，刀 具有沿著其旋轉軸的縱向延長。用于生成控制數據的設備，其特征在于路徑數據進一步這樣生成，使得當刀具經 過兩刀具路徑的第一刀具路徑時，與刀具經過兩刀具路徑的第二刀具路徑的路途相比，此 刀具基本上在刀具旋轉軸的方向上進行相對位移和/或旋轉，使得當廢料沿第二刀具路徑 從工件移除時，位于刀具的外周向表面上的銑削區域或切削線基本上在刀具旋轉軸的方向 上相對于沿第一刀具路徑從工件移除廢料發生位移。上述設備適于實現一個或一個以上的包括一個或一個以上的上述優選特征的上 述方法。為此，用于生成控制數據的設備，還優選為包括至少一點密度閾值確定裝置，用于 確定點密度閾值，以指示來自于至少一齒面部的至少一表面的該組點的行點和/列點的兩 相鄰點之間的距離的閾值。此外，本發明提供一種計算機程序產品，其包括計算機可讀介質和儲存于其中的 計算機程序，該計算機程序以與適于被數據處理設備的數據處理裝置處理的的命令相對應 的狀態序列的形式儲存，使得組合有該計算機程序產品的數據處理設備適于實現根據至少 一個上述方法中的一種方法。因此，組合有該計算機程序產品的數據處理設備具體提供根 據本發明的一種設備的有創造力的實施例。
圖1顯示與示例性的預定制成零件幾何形狀相對應的至少一齒面部的表面的示 例性示意圖。圖2顯示圖1所示的齒面部的表面的示例性示意圖，以及顯示其面向制成零件幾 何形狀的基體表面自我定向。圖3顯示圖2所示的表面的示例性示意圖，其包括根據本發明的用于生成控制數 據的方法的實施例的一組點的示例性示圖。圖4顯示在根據本發明的用于生成控制數據的方法的實施例的該組點的列點共 同平面內的圖案的示例性示意圖。圖5顯示與具有垂直于根據本發明的用于生成控制數據的方法的實施例的某點 處法向失量的定向的該組點中的一點對應的表面上的刀具定位的示例性示意圖。圖6顯示與圖5所示的定位相比已改變的刀具定位中的齒面部的表面處的刀具定 位的示例性示意圖，該刀具定位是平行于根據本發明的用于生成控制數據的方法的實施例的刀具旋轉軸進行移位。
圖7A和圖7B顯示具有根據本發明的用于生成控制數據的方法的實施例的具有用 于成形位于至少一齒面部和基體之間的圓形過渡區域的圓角半徑的端銑刀的定位的示例 性示意圖。圖8顯示根據本發明的一個實施例中用于生成控制數據的設備的一個實施例。
具體實施例方式以下通過實施例和附圖對根據本發明的用于生成控制數據的方法和設備進行詳 細描述和解釋。下面參照制成零件的生產，對用于生成用以控制包含至少五軸機床上的刀具的控 制數據的方法的較佳實施例的描述，制成零件具有基體1和由基體1伸出的、具有簡略幾何 形狀的齒面部2。如圖1所示，顯示具有基體1和由基體1伸出的齒面部2的示例性制成零件的一 部分。該由基體1伸出的齒面部2具有表面3。作為示例，如圖1所示，此表面3具有相關 于齒面部高度延長上的外凸曲率，換句話說，是在齒面部2由基體1伸出方向上的外凸。然 而，作為示例的表面3沒有相關于圖1中的齒面部2的縱向延長上的曲率。然而，本發明并不局限于這種由基體1伸出的齒面部2的幾何形狀。任意具有基 體1 (具體如回轉對稱基體1)和任意幾何形狀的齒面部2的工件都可由本發明的方法來生 產。具體地，本發明能實現直齒輪或傘形齒輪、葉盤或葉輪的生產，這些齒輪每個都具有復 雜的預定幾何形狀。在這些情形中，每個齒面部2與齒輪的傳動機構或者葉輪或葉盤的刀片相對應。 具體地，根據本發明的方法能夠實現具有內傳動機構或外傳動機構的直齒輪或具有任意 傳動機構的傘形齒輪，具體如包含直傳動機構、斜傳動機構、雙斜傳動機構或人字形傳動機 構、圓弧狀傳動機構、螺旋形傳動機構或漸開線傳動機構，齒面部能包括任意曲率的外凸和 /或內凹形狀，例如采用漸開線形式。具體地，可用根據本發明的方法成形任意表面，這些表面在一側或各側可具有任 意外凸和/或內凹的曲率，例如還可以是具有固定曲率的任意自由形式的表面。利用制成零件來描述根據本發明的用于生成控制數據的方法的一個實施例，作為 舉例，制成零件的預定幾何形狀包括基體1和由基體1伸出的齒面部2，如圖1所示。本發 明的用于生成控制數據的方法的原理在此通過該實例來具體描述。作為舉例，此處齒面部2 與出現在如直齒輪的齒輪中的齒面形狀相對應。相應地，齒面部2的圖1所示的表面3在長 度方向上是線性的，并且在些長度方向上沒有曲率。在齒面部2的高度方向上，作為示例， 表面3是外凸彎曲的。為簡化起見，圖中基體1讓齒面部2的伸出區域的部分具有平面形狀。然而，本發 明并不限于基體的這種形狀，而且基體1可選擇性地不僅與回轉對稱基本形狀相對應，齒 面部2可由基體1彎曲的外表面延伸出。在直齒輪的情形下，基體1例如可由柱狀基體制 成，在傘形齒輪的情形下，基體1例如可由錐狀基體或至少由回轉對稱分度錐體制成。當生產齒輪，具體如直齒輪或傘形齒輪時，工件實際上具有多個齒面部，以形成多 個齒面。此處，在各種情形中，各個齒面部2基本上具有等同的幾何形狀或幾何外形。然而，本發明并不限于生產齒輪，尤其是直齒輪或傘形齒輪，其不僅能成形具有基體和由其伸 出的齒面部的工件，每個工件都有不同幾何形狀或幾何外形，例如葉輪或葉盤的刀片。一般來說，本方法可應用于具有基體1和由基體1伸出的齒面部2的工件，這就是 下面以圖1所示的制成零件作為示例來描述本方法的實施例，該制成零件即是具有一包含 表面3的齒面部2。
表面3的外形通過夾持于包含至少五軸的機床上的刀具沿著數字化生成的刀具 路徑加工，以從工件移除廢料，直到達到所需的制成零件的形狀。為此，有必要生成或算出刀具由其導向的刀具路徑，以從工件移除廢料，使得表面 3按照預定的表面3的幾何外形成形。根據本發明，制成零件的基本幾何形狀參數首先確定，以能夠實現生成制成零件 幾何形狀數據，該數據指示齒面部2的表面3的幾何外形。這些基本幾何形狀參數包括如 齒面部2的高度和長度延伸度、表面3在齒面部2的長度和高度延伸上的曲率形狀、齒面部 2的寬度，還可選擇性地包括表面期望的凸度。基本幾何形狀參數可手動輸入于計算機內，例如，和/或用機械導線計算，例如采 用CAD/CAM系統、計算機輔助的方式。作為示例形式，圖2顯示圖1所示的齒面部2的表面3的期望的幾何外形，以及相 關于圖ι所示的基體1的幾何側表面4定向的表面3的相對定向，側表面4在圖2中以虛 線顯示。圖3 —并顯示圖2的表面3的幾何外形和表面3上的一組點，根據本發明，該組點 可準確地以數學精確的形式描述表面3的幾何外形。根據本發明，該組點以這樣的形式排 列于齒面部2的表面3上，使得該組點中的每個點都歸屬于行點或列點。如圖3所示，該組點以這樣的形式排列于齒面部2的表面3上，使得歸屬于一列 的點位于一共同平面5內，而共同平面5與基體1的側表面4的定向相垂直。當生產齒輪 時，基體1的幾何外表面4通常是在至少一側呈彎曲狀，并不同于圖示，如在直齒輪的情形 時，與柱形或中空柱形的幾何側表面4相對應，在傘形齒輪情形時，與錐形或回轉對稱分度 錐體的幾何側表面4相對應。在這種情況下，該組點的點按照這樣的形式排列于齒面部2 的表面3上，使得列點的所有點所在的共同平面5垂直于基體1的幾何外表面的切向平面。 為此，此切向平面是一個同屬于基體的側表面和共同平面5的共同點10的切向平面。有利 地是，共同平面的定向可設為垂直于導程凸輪9，該導程凸輪9為一沿著基體的側表面延伸 的曲線。當生產齒輪時，導程凸輪可以齒基底以特別有利的方式延伸在兩傳動機構的兩輪 齒之間。在生成制成零件幾何形狀數據的步驟中，生成位置數據，該位置數據指示表面3 上的所有點的準確幾何位置，關于該組點上的每個點的位置數據提供三維空間上的關于點 的位置信息。此外，根據本發明用于生成控制數據的方法實施例，還生成在各個點上的法向 數據，其伴隨位置數據，并是關于該組點的每個點的數據，還具有表面3的法向失量。圖4顯示了此方面，在圖4中，作為示例，顯示了點5a、5b、5C、5d、5e和5f，所有這 些點都屬于同一列上的點，并位于一共同平面5內，其對應為圖4的投影平面。圖4還顯示 共同平面5和表面3的相交曲線。法向失量η (5a)-n (5f)代表點5a_5f處的各自法向失量， 在點5a-5f處的這些法向失量垂直于表面3，因此描述了表面3在點5a-5f處的定向。因此，制成零件幾何數據包括提供點的位置的位置數據和提供表面3上這些點處的定向的法向數據。這樣就能以特別簡易和數學精確的方式實現數據的提供，通過該數據，可較為有 利地計算出路徑數據以控制刀具6。作為示例，此顯示在圖5中的點5d上。顯示了點5a-5f 處表面3和共同平面5的相交曲線，圖5的投影平面與共同平面5相對應。刀具6相對其旋 轉軸7轉動以從工件移除廢料，刀具6可通過制成零件幾何形狀數據來以數學精確方式確 定，因為刀具位置能通過位置數據精確自我定向，該位置數據提供點5b的位置，其中，除了 刀具的位置之外，還可通過控制刀具垂直于法向失量n(5b)，利用法向數據設置與在點5b 處刀具6的旋轉軸7的定向對應的刀具定向，使得旋轉軸7垂直于點5b處的法向失量，也 即平行于表面3在點5b處的切向平面。當根據本發明，刀具定向位于本發明實施例的共同 平面5上時，刀具導向可以以數學精確的方式利用點5b的位置數據和隨同的法向數據進行 設置。為生成控制數據，然后計算或生成路徑數據，將路徑精確計算出，以便導引刀具6 平行于曲線，該曲線穿過表面3上的該組點的一行中的所有點。由于位置數據和法向數據 是相關于一行中的所有點而生成的，沿一行點的路徑計算可以數學精確和簡易的方式生 成。因此，計算出多個加工路徑或生成多個刀具路徑的路徑數據，每個刀具路徑被導 向為平行于表面3上的該組點中一行點。相應地，刀具路徑的數量等于點的行數。因此，該 組點包括列點，每個列的點包括同樣數量的點，使得每個點可歸屬于一行而沒有行與行相交疊。在生成制成零件幾何數據之前，也可輸入點密度閾值，通過點密度閾值，確定該組 點的行上和/或列上兩相鄰點之間距離的最小和/或最大的閾值，以及為該組點上的行上 和/或列上兩相鄰點之間平均距離的最小和/或最大值確定閾值。可能必要的是，輸入或預定義這樣的點密度閾值，因為在較復雜幾何外形、可選擇 性地在各個不同方向上具有外凸或內凹曲率的表面3的情形下，行點和/或列點可在各種 情形中跟著距離而變化，一般不能如同圖3所示例的情形中采用相等或恒定距離來生成這 些點。因此，根據本發明，較為有利的是，確保刀具導軌利用生成路徑數據以這樣的方式 來實現，使得刀具定向始終位于與基體1相垂直的平面內。因此，當刀具6并不像由計算好 的刀具路徑進行自我定向的方法那樣穿過計算的刀具路徑時，這樣也可能防止刀具6于不 必要地采用相對基體傾斜的位置和/或相對路徑軸線或路徑切線恒定地或持續地改變成 傾斜的定向。因此，與現有技術中采用等參數曲線自我定向的方法相比，根據本發明的方法賦 予這樣的優點，即當刀具6穿過計算好的刀具路徑時，能夠避免或防止不必要和不連續的 旋轉軸運動，從而額外以有利的方式達到優化的表面光潔度。這樣能實現具有精確定位的 所期望的齒接觸圖案的表面3的精密成形，使得尤其在齒輪的生產中，齒面可成形為使其 在嚙合齒輪的齒面上的齒輪滾動運動期間有優化的滾動性能，從而還能在嚙合齒輪上的按 此方式產生的齒輪滾動運動期間，使得運行噪音以減低噪音或噪音優化的方式出現。在根據本發明的用于生成控制數據的方法的一個進一步實施例中，多個加工路徑被計算出，每個加工路徑被導引為沿著該組點的一行點，每個路徑這樣計算，使得沿該路 徑，刀具以始終數學精確的方式安置在表面3的行中的這些點處，如上所述，在行上的點位 置數據和法向數據算出時，關于這些點的路徑同時計算出。然而，在這種實施例中，在計算了第一刀具路徑和第二刀具路徑，并相比第一和第 二刀具路徑時，面對或平行于刀具6的旋轉軸7的相對刀具位置發生平移。此示例于圖5 和6，作為示例，圖5顯示在點5b處刀具6的位置，圖6顯示了在點5c處刀具6的位置。在 圖5中，刀具6的位置定向成這樣，使得刀具的底邊置于與點5b同一水平線上。由于表面 3具有曲率，在外凸曲率的示例中，當刀具6沿著點5b所屬的那行的點穿過路徑時，刀具6 的施用區域限制于刀具6的較低區域，由于表面3的曲率，刀具6可選擇性地在其上部區域 沒有負載或負載少于其較低部分。圖6顯示點5c處的刀具定位，刀具6相對于點5c的位置平行于刀具6的旋轉軸 7進行平移，使得刀具6的施用區域平行于刀具6的旋轉軸7進行平移。換句話說，路徑計 算是這樣實現的，使得在相比沿第二行點的路徑導軌的沿第一行點的路徑導軌中，刀具6 面對刀具的旋轉軸7進行相對平移，使得施用區域或切削線在刀具6的外圍側上進行平移。 因此，路徑數據以這樣的方式生成，使得當刀具穿過第一路徑時，選擇性地，刀具6的其它 區域如同穿過第二路徑一樣負載，以便減少刀具6的磨損，因為磨損是分布于刀具6的縱向 延伸方向上。
換句話說，每個刀具路徑的施用區域進行切換，刀具6的刀片磨損從敏感位置的 單個位置如刀具的頂端到刀片上的更寬范圍進行分布。上述實施例可用于大致呈柱狀的刀具。如上所述，在大致呈錐形的刀具的情形下， 由于刀具形狀，不能實現根據本發明的平行于刀具旋轉軸的平移，以達到類似的效果，但是 依靠刀具大致面向其旋轉軸(甚至選擇性地與旋轉軸相連)的刀具定位角度，大致平行于 待加工表面的切換可實現。總的來說，上述方法優選為能夠實現顯著加長的使用壽命和由此產生的刀具成本 的減少以及停工時間的減少，例如由于磨損增大而必需變換刀具所帶來的停工時間。此外， 這額外能夠實現表面光潔度的優化，因為表面光潔度受到刀具6的磨損狀態影響，從而額 外能避免由于工件磨損而引起的幾何誤差。此外，這也避免由于人力誤差引起的手工誤差 帶來的問題，例如在調換時給了錯誤的替代刀具或者在調換時設定的刀具參數定義時輸入 錯誤。盡管上面描述了利用該組點來生成路徑數據，圖5和6之間的比較顯示，當生成用 于沿至少兩個計算好的刀具路徑進行銑削操作的控制數據時，本發明還能通過將穿過第一 刀具路徑和穿過第二刀具路徑之間的刀具位置相對刀具6的旋轉軸7進行一般的切換，而 實現上述效果。在用于生成控制數據的一個特定實施例中，作為示例，還可采用頂端具有圓角半 徑的端銑刀，如圖7A所示。這能實現路徑的計算，以便計算平行于齒面部2的表面3的根部過程的最后或最 深的刀具路徑，當端銑刀的圓角半徑同時穿過該路徑時，圓形過渡區域8可同時成形于齒 面部2與基體1之間。圓形過渡區域8的半徑通過對具有相應選定的圓角半徑的端銑刀的 合適選擇來確定，因為圓形過渡區域8的半徑基本上與圓角半徑的半徑相對應。
圖7B顯示用于生成控制數據的方法的一個優選實施例，其中，通過圓形端銑刀將 用于端銑刀6的最后或最低的刀具路徑按這樣的方式計算出，使得當端銑刀6穿過路徑，由 在齒底和齒面之間過渡處的導程凸輪9定向時，其成形或加工圓形過渡區域8，以及加工在 位于基體1與嚙合有效齒面部3a之間的齒面部2的表面3上的切向部分3b。此處的嚙合 有效齒面部描述的基本上是齒面部2的表面3的一部分，在傳動齒輪和嚙合傳動齒輪或齒 面和嚙合齒面相互滾動離開的情形下，該部分與相應的嚙合齒面相接觸，并具有與各自齒 形相對應的曲率。優選地，可另外提供一安全區域，在傳動齒輪和嚙合傳動齒輪或齒面和嚙合齒面 相互滾動離開的情形下，其接續依照齒形的曲率超出與相應的嚙合齒面接觸的那部分。在如圖7B所示的橫截面中，切向部分3b基本上與直線相對應，在底側直接變化成 為圓形過渡區域8，而在頂側直接變化成為嚙合有效齒面部3a。這里，根據這個優選的實施 例，當端銑刀6經過計算好的由導程凸輪9所定向的最低線或路徑時，端銑刀6以相切的形 式定位于嚙合有效齒面部3a的最低點5g，在嚙合有效齒面部3同時成形或加工切向部分 3b以及圓形區域8。切向部分3b的高度，也即，在圓形過渡區域8和嚙合有效齒面部3a之 間的距離可作為路徑計算預設而任意選定或調節。另外，圖7B示例性顯示另一切向部分11 在齒根的相對兩側的兩圓形過渡區域之間成形，切向部分11基本上相切地結合于其兩側 的圓形過渡區域8。這樣的齒廓賦予有利的更高的剛性。因此，可加工含有另一位于嚙合有效齒面部3a下面的切向部分3b的齒面，有利的 是，當端銑刀只經過一刀具路徑時，其可與圓形過渡區域8 —起迅速有效地成形。總之，根據上述方法，尤其是齒輪在五軸機床上的成形，能夠實現高度靈活性，還 可在一個區域中自由地成形在兩齒面之間的間隙，該區域是在銑削和/或滾銑相關的區域 之外(在滾銑運動期間，在該區域存在與嚙合齒輪齒面的接觸)。為了實現上述用于生成用以控制在包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的 方法，還提供一種用于生成控制數據的設備800，其適于實現至少一種上述用于生成控制數 據的方法的實施例。圖8顯示設備800的一個實施例。設備800包括幾何形狀參數確定裝置801，用于確定制成零件的幾何形狀的基本 幾何形狀參數，該幾何形狀參數確定裝置801適于輸入制成零件的幾何形狀的基本幾何形 狀參數和/或通過輸入來生成參數。設備800還包括制成零件幾何形狀數據生成裝置802，其適于利用基本幾何形狀 參數生成預定制成零件的幾何形狀數據，制成零件幾何形狀數據生成裝置802尤其適于包 括通過一組點來描述齒面部2的表面3的制成零件幾何形狀數據，如上所述，該制成零件幾 何形狀數據包括位置數據和法向數據。此外，設備800還包括路徑數據生成裝置803，用于利用根據上述至少一個實施例 的用于生成控制數據的方法中的制成零件幾何形狀數據生成路徑數據。具體地，路徑數據 生成裝置803適于利用制成零件幾何形狀數據中的位置數據和法向數據來計算一個或一 個以上的刀具路徑，刀具沿刀具路徑的定位通過點的位置數據進行自我定向，刀具定向通 過點的法向數據進行設置，如上所述，刀具定向還沿該組點中的列點的共同平面來設置。另外，設備800還包括至少一點密度閾值確定裝置804，用于確定點密度閾值，例 如通過手工輸入，利用其可確定行點或列點的相鄰點之間的距離最小和最大值和/或還適于如用手工輸入來確定點密度閾值，其能實現該組點的行點和/或列點的兩相鄰點之間的 平均值的最小或最大值。最后，設備800還包括接口 805，其能實現將計算的或生成的路徑數據作為控制數 據或控制數據的部分傳送到機床或儲存裝置，使得控制數據能傳送到機床的控制裝置以通 過路徑數據或控制數據來控制用在機床上的刀具，以加工夾持于機床上的工件。總之，根據本發明提供方法和設備，用于生成用以控制包含至少五軸的機床上的 刀具的控制數據，用以加工工件，以生產具有基體1和由基體伸出的齒面部的預定制成零 件，其通過專門的新計算算法來模擬銑削操作，還可能在可調整的距離，計算在齒面的表面 上的精確的點失量系列，利用其能實現以數據上精確和簡易的方式對用于機床上的刀具的 路徑計算。刀具位置和刀具沿表面(其可選擇性地與任意自由形式的表面相對應)的定位或 定向并不能通過逼近法或近似模擬法計算，在以數學精確的方式基于確定的點和法向失量 的位置來計算。因此，表面，例如齒面，能通過根據本發明的刀具以有效且靈活的方式用包 含至少五軸的機床上的標準刀具進行加工，其中，與傳統在傳統齒輪銑床上的加工操作相 比，任意所期望的，可選擇性的如多部分輪齒接觸圖案也可以特別有利的方式生產。具體地，根據本發明的用于生成用以控制加工工件的刀具的控制數據的方法，以 生產具有基體和由基體伸出的齒面部的預定制成零件，該方法優化現有技術在已知的CAD/ CAM系統上生成控制數據的方法，在傳統方法中，刀具定向通過表面上垂直等參數曲線來設 置。可避免與基體的側表面相比不必要的刀具傾斜的改變，以便與現有技術相反，根據本 發明的方法能避免不必要的、不規則的刀具定位(這也是關于加工不利的)，此定位是相對 于待加工表面的，這帶來了不足的表面光潔度、幾何誤差和增大的刀具磨損。同時，可避免 樞轉運動，該運動會導致銑床不穩定的旋轉軸運動和由此產生的不穩定的刀具沿路徑的運 動。與現有技術已知的方法和設備相比，以上所述的用于生成控制數據的方法和相應的設備對應地代表優化的方法和優化的設備。
權利要求
一種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的方法，用于加工工件，生產具有基體(1)和由所述基體(1)伸出的至少一齒面部(2)的預定制成零件，其中，所述方法包括如下步驟-確定制成零件的幾何形狀的基本幾何形狀參數，所述制成零件的幾何形狀與預定制成零件的幾何形狀相對應，-通過基本幾何形狀參數生成制成零件的預定幾何形狀的幾何形狀數據，所述制成零件幾何形狀數據指示齒面部(2)的表面(3)的幾何形狀，以及-利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，所述路徑數據指示沿齒面部(2)的表面(3)的刀具路徑，所述刀具穿過所述刀具路徑，使用路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，所述刀具(6)的刀具定向與刀具(6)的旋轉軸(7)定向相對應，所述刀具(6)關于刀具(6)的旋轉軸旋轉以將廢料從工件移除，其特征在于，用于指示齒面部(2)的表面(3)的幾何形狀的制成零件幾何形狀數據包括在齒面部(2)的表面上(3)的一組點的位置數據，所述位置數據指示所述組點的點位置，所述組點的每個點歸屬于列點或行點，列點上的所有點位于共同平面(5)內，列點上的點的共同平面(5)基本上垂直于基體(1)的側表面的切向平面(4)，所述基體(1)的切向平面(4)為相對于基體(1)的側表面、在共同平面5和基體(1)的側表面的共同點(10)上的切向平面，所述路徑數據是這樣生成的，使得刀具路徑是基本平行一曲線，所述曲線延伸經過第一行點的點，以及所述路徑數據進一步是這樣生成的，使得在所述第一行點的每個點(5b)處，所述刀具(6)的旋轉軸(7)基本上通過第一行的對應各個點(5b)的所在列的共同平面(5)自我定向。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一行點的每個點(5b)處，所述刀具 (6)的旋轉軸(7)基本上位于所述第一行的對應各點(5b)的所在列的共同平面(5)內。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共同點(10)位于一導程凸輪(9) 上，所述導程凸輪(9)在所述基體(1)的側表面延伸。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述共同平面(5)進一步基本上垂直于所述 導程凸輪(9)。
5.如權利要求1至4至少一項所述的方法，其特征在于，所述預定制成零件是齒輪、葉 輪或葉盤，所述至少一齒面部(2)是齒輪的齒面，或是葉輪或葉盤的刀刃面，或者所述預定制成零件包括任意基體(1)，所述任意基體(1)具有由其向內或向外伸出的至少一齒面部 ⑵。
6.如權利要求1至5至少一項所述的方法，其特征在于，所述機床是銑床、銑床/車床、 車床/銑床，回轉對稱的刀具(6)為端銑刀、櫻桃狀銑刀、環形曲面銑刀、鼓形銑刀或別的回 轉對稱刀具。
7.如權利要求1至6至少一項所述的方法，其特征在于，所述齒面部(2)的表面(3)在 各種情形中在一個或一個以上的方向上是外凸和/或內凹彎曲的表面，或者是任意自由形 式彎曲的表面。
8.如權利要求1至7至少一項所述的方法，其特征在于，所述用于指示齒面部(2)的表 面(3)的幾何形狀的制成零件幾何形狀數據進一步包括相關于所述組點的第一點(5b)的 法向數據，所述法向數據指示齒面部(2)的表面(3)在所述第一點(5b)處的法向失量的方 向，所述路徑數據進一步按這樣的方式生成，使得在所述第一點(5b)處的所述刀具(6)的 旋轉軸(7)基本上垂直于在所述第一點(5b)處的法向失量。
9.如權利要求1至8至少一項所述的方法，其特征在于，所述路徑數據指示沿所述齒面 部(2)的表面(3)的多個刀具路徑，相同數量的點歸屬于所述組點的每一列，所述多個刀具 路徑中的每個刀具路徑在各種情形下基本上平行于所述行點的一行延伸。
10.如權利要求1至9至少一項所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟給所述齒 面部(2)的表面(3)上的所述組點確定一個或一個以上點密度閾值，在所述確定制成零件 幾何形狀數據的步驟中，所述制成零件幾何形狀數據是這樣生成的，使得在各情形中，所述 組點的一行中的相鄰點之間和/或所述組點的一列中的相鄰點之間的最小和/或平均距離 不低于所述確定的一個或一個以上點密度閾值中的一個，和/或在各情形中，所述組點的 一行中的相鄰點之間和/或所述組點的一列中的相鄰點之間的最大和/或平均距離不超過 所述確定的一個或一個以上點密度閾值中的一個。
11.如權利要求1至10至少一項所述的方法，其特征在于，所述刀具(6)是包括圓角半 徑的刀具，尤其是具有圓角半徑的端銑刀，所述路徑數據是這樣生成的，使得在所述齒面部 (2)和工件的基體(1)之間、沿導程凸輪(9)設置的圓形過渡區域(8)在途經基于根據圓角 半徑而得的路徑數據的刀具路徑的過程中形成，所述路徑數據是這樣生成的，使得除了在 通過路徑數據方式途經刀具路徑期間，形成圓形過渡區域(8)之外，還在圓形過渡區域(8) 和輪齒齒面部(2)的表面(3)的嚙合有效齒面區域(3a)之間形成切向部分(3b)。
12.如權利要求1至11至少一項所述的方法，其特征在于，所述刀具(6)具有沿著所述 刀具(6)的旋轉軸(7)的縱向延長，所述路徑數據是這樣生成的，使得當所述刀具(6)經過 由第一行的點定向的所述多個刀具路徑的第一刀具路徑時，與經過沿第二行點的所述多個 刀具路徑的第二刀具路徑的路途相對，所述刀具(6)相對特定的點的行進行位移和/或旋 轉，通過所述表面(3)定向于所述刀具(6)的旋轉軸(7)的方向上，使得當廢料沿所述第二 刀具路徑從工件移除時，在所述刀具(6)的外周向表面上的銑削區域、切削線或切削曲線 基本上在所述刀具(6)的旋轉軸(7)的方向上相對于沿第一刀具路徑從工件移除廢料發生 位移。
13.—種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的方法，用于加工工 件，由所述工件生產預定制成零件，所述方法包括如下步驟_生成所述制成零件的預定幾何形狀的制成零件幾何形狀數據，所述制成零件幾何形 狀數據指示所述制成零件的幾何形狀，_利用所述制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，所述路徑數據指示至少兩個讓所述 刀具在各種情形中穿過的刀具路徑，使用所述刀具路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢 料從工件移除，所述刀具定向與所述刀具的旋轉軸(7)的定向相對應，所述刀具(6)關于刀 具(6)的旋轉軸(7)旋轉以將廢料從工件移除，所述刀具(6)有沿著刀具(6)的旋轉軸(7) 的縱向延長，其特征在于，所述路徑數據進一步是這樣生成的，使得當所述刀具(6)經過所述兩刀具路徑的第一 刀具路徑時，與經過所述兩刀具路徑的第二刀具路徑的路途相比，所述刀具(6)基本上在 刀具旋轉軸(7)的方向上進行位移和/或旋轉，使得當廢料沿第二刀具路徑從工件移除時， 位于所述刀具(6)的外周向表面上的銑削區域、切削線或切削曲線基本上面向刀具(6)的 旋轉軸(7)相對于沿第一刀具路徑從工件移除廢料發生位移。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述機床是銑床，回轉對稱刀具是銑刀， 具體是有圓柱形或環形曲面形狀或錐形的銑刀。
15.一種用于生成控制數據以控制在包含至少五軸的機床上的刀具的設備，用以加工 工件，生產具有基體(1)和由所述基體(1)伸出的至少一齒面部(2)的預定制成零件，包 括-幾何形狀參數確定裝置(801)，用于確定制成零件幾何形狀的基本幾何形狀參數，所 述制成零件的幾何形狀與預定制成零件的幾何形狀相對應，-制成零件幾何形狀數據生成裝置(802)，用于利用所述基本幾何形狀參數生成所述 制成零件的預定幾何形狀的制成零件幾何形狀數據，所述制成零件幾何形狀數據指示所述 齒面部(2)的表面(3)的幾何形狀，以及-路徑數據生成裝置(803)，用于利用所述制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，所述 路徑數據指示沿著所述齒面部(2)的表面(3)的刀具路徑，所述刀具穿過所述刀具路徑，使 用所述刀具路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，所述刀具(6)關于所述 刀具(6)的旋轉軸(7)旋轉，以將廢料從工件移除，其特征在于，用于指示所述齒面部(2)的表面(3)的幾何形狀的制成零件幾何形狀數據包括在齒面 部(2)的表面上(3)的一組點的位置數據，所述位置數據指示所述組點的點位置，所述組點的每個點歸屬于列點或行點，所述列點上的所有點位于共同平面(5)內，所 述列點上的點的共同平面(5)基本上垂直于所述基體(1)的側表面的切向平面(4)，所述基 體(1)的切向平面(4)為相對于基體(1)的側表面、在共同平面5和基體(1)的側表面的 共同點(10)上的切向平面，所述路徑數據是這樣生成的，使得所述刀具路徑基本平行一曲線延伸，所述曲線延伸 經過第一行點的點，以及所述路徑數據進一步是這樣生成的，使得在所述第一行點的每個點(5b)處，所述刀具 (6)的旋轉軸(7)基本上通過所述第一行的對應各個點(5b)的所在列的共同平面(5)自我 定向。
16.如權利要求15所述的設備，其特征在于，在所述第一行點的每個點(5b)處，所述刀 具(6)的旋轉軸(7)基本上位于所述第一行的對應各點(5b)的所在列的共同平面(5)內。
17.如權利要求15或16所述的設備，其特征在于，所述共同點(10)位于一導程凸輪 (9)上，所述導程凸輪(9)沿所述基體(1)的側表面延伸。
18.如權利要求15至17至少一項所述的設備，其特征在于，所述共同平面(5)基本上 垂直于所述導程凸輪(9)。
19.一種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的設備，用于加工工 件，由所述工件生產預定制成零件，包括-制成零件幾何形狀數據生成裝置(802)，用于生成所述制成零件的預定幾何形狀的 制成零件幾何形狀數據，所述制成零件幾何形狀數據指示所述制成零件的幾何形狀，-路徑數據生成裝置(803)，用于利用制成零件幾何形狀數據生成路徑數據，所述路徑 數據指示至少兩個沿著所述齒面部(2)的表面(3)、讓所述刀具在各種情形中穿過的刀具 路徑，使用所述刀具路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，所述刀具(6)關 于刀具(6)的旋轉軸(7)旋轉以將廢料從工件移除，所述刀具(6)有沿著刀具(6)的旋轉 軸(7)的縱向延長， 其特征在于，所述路徑數據進一步是這樣生成的，使得當所述刀具(6)經過所述兩刀具路徑的第一 刀具路徑時，與經過所述兩刀具路徑的第二刀具路徑的路途相比，所述刀具(6)基本上在 刀具旋轉軸(7)的方向上進行位移和/或旋轉，使得當廢料沿第二刀具路徑從工件移除時， 位于所述刀具(6)的外周向表面上的銑削區域、切削線或切削曲線基本上在刀具(6)的旋 轉軸(7)的方向上相對于沿第一刀具路徑從工件移除廢料發生位移。
20. 一種計算機程序產品，其包括計算機可讀介質和儲存于其中的計算機程序，所述計 算機程序以與適于被數據處理設備的數據處理裝置處理的的命令相對應的狀態序列的形 式儲存，使得組合有計算機程序產品的數據處理設備適于實現根據權利要求1至13至少一 項所述的方法。
全文摘要
一種生成用于控制包含至少五軸的機床上的刀具的控制數據的方法和設備，用于生產具有基體和由基體伸出的至少一齒面部的預定制成零件，制成零件的預定幾何形狀的制成零件幾何形狀數據通過基本幾何形狀參數生成，路徑數據利用制成零件幾何形狀數據生成，路徑數據指示沿齒面部的表面的刀具路徑，刀具穿過路徑，使用路徑進行相對工件的刀具定向，以將廢料從工件移除，刀具的刀具定向與刀具的旋轉軸定向相對應，刀具關于刀具的旋轉軸旋轉以將廢料從工件移除，其中，制成零件幾何形狀數據包括在表面上的一組點的位置數據，位置數據指示該組點的點位置，該組點的每個點歸屬于列點或行點，所述列點上的所有點位于共同平面內，列點上的點的共同平面基本上垂直于基體，基體，路徑數據是這樣生成的，使得刀具路徑是基本平行一曲線，該曲線延伸經過第一行點的點，路徑數據進一步是這樣生成的，使得在第一行點的每個點處，刀具的旋轉軸基本上通過第一行的對應各個點的所在列的共同平面自我定向。
文檔編號G05B19/4097GK101813930SQ20101012350
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月9日 優先權日2009年2月9日
發明者托馬斯·勞切比勒, 約瑟夫·紐麥爾 申請人:德克爾馬霍普夫龍滕有限公司