PL214810B1 - Sposób kształtowania uzębienia nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych z pasem zębatym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania uzębienia nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych z pasem zębatym. Pod pojęciem koło nieokrągłe należy rozumieć zarówno zarys obwiedni koła nie będący okręgiem oraz koło okrągłe moc owane mimośrodowo.

Dotychczas znane i opatentowane są sposoby wykonania nieokrągłych kół zębatych stosowanych głównie w obiegowych silnikach hydraulicznych. W opisie patentowym nr 76 236 podany jest sposób wykonania zewnętrznego i wewnętrznego uzębienia kół nieokrągłych zębatych poprzez dłut owanie obwiedniowe. Podana tam metoda charakteryzuje się tym, że narzędziem jest nóż Fellowsa wykonujący ruch złożony z dwóch ruchów składowych. Pierwszego obrotowego oraz drugiego postępowo-zwrotnego. Natomiast przedmiot obrabiany wykonuje trzy ruchy: obrotowy współbieżny z r uchem obrotowym narzędzia oraz dwa postępowo-zwrotne realizowane wzdłuż prostej stycznej i normalnej do styku krzywych podziałowych narzędzia i obrabianego koła. Wadą tego rozwiązania jest zastosowanie specjalnego oprzyrządowania dłutownicy obwiedniowej oraz precyzyjne wykonanie wzorcowego koła, na podstawie którego wykonuje się uzębienia w produkcji seryjnej.

Drugim znanym rozwiązaniem jest metoda zawarta w opisie patentowym 135 253. Metoda ta wymaga zaprojektowania odpowiedniej krzywki. W metodzie tej zmienne ruchy detalu podczas kszta łtowania uzębienia uzyskiwane są za pomocą przyrządów z wbudowanymi krzywkami, których zadaniem jest nadanie odpowiednich ruchów posuwowych obrabianemu przedmiotowi. Wadą tego rozwiązania jest zbudowanie nowej obrabiarki na bazie dłutownicy Fellowsa. Ponadto występują w rozwiązaniu złożone i długie łańcuchy kinematyczne między krzywkami bębnowymi, a obrabianym kołem nieokrągłym. Generuje to małą sztywność oraz dokładność przeniesienia ruchu, a także trudność zachowania współosiowości narzędzia i wałka. Kolejną negatywną cechą tego rozwiązania jest wzajemne powiązanie ruchu obrotowego nieokrągłego koła zębatego oraz ruchu przesuwnego jego osi, co znacznie komplikuje proces projektowania mechanizmów krzywkowych.

Kolejne rozwiązanie problemu kształtowania nieokrągłych kół zębatych zostało przedstawione w opisie patentowym nr 150 885, w którym to kształtowanie polega na połączeniu specjalnego prz yrządu z zautomatyzowaną dłutownicą. Proces obróbki polega na połączeniu stołu obrotowego, na którym zamocowane jest koło zębate, z odpowiednim ustawieniem płyty stołu na korpusie dłutownicy. W rozwiązaniu tym należy zastosować tarcze krzywkowe oraz wykonać koło wzorcowe, co ma istotny wpływ na dokładność kształtowania uzębień w produkcji seryjnej. Ponadto wadą rozwiązania jest, przy zastosowaniu uniwersalnego stołu konieczność wykonania specjalnego rowka umożliwiającego rozsunięcie osi przyrządu od osi koła napędowego. Modyfikację tego rozwiązania zawiera opis patentowy o numerze 159106. Dotyczy on konstrukcji specjalnego urządzenia do mocowania nieokrągłych kół zębatych. Rozwiązanie to stanowi istotny postęp w konstrukcji oprzyrządowania technologicznego do nacinania nieokrągłych kół zębatych. Wymaga z kolei specjalnej konstrukcji palczarki połączonej z kołem zębatym.

Celem wynalazku jest opracowanie metody kształtowania wieńców nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych z pasem zębatym, w których dzięki zastosowaniu nieokrągłych kół pasowych możliwe jest uzyskanie okresowo zmiennych cech kinematycznych.

Niemożliwość zastosowania podanych wcześniej rozwiązań wynika z odmiennego procesu sprzężenia kształtowo-ciernego pomiędzy nieokrągłym kołem pasowym a pasem zębatym. Odmienność ta dotyczy również potrzeby wykonania uzębienia o okresowo zmiennej podziałce. Zmienność podziałek na zarysie zewnętrznym wynika z charakteru współpracy nieokrągłego koła pasowego z znormalizowanym pasem zębatym. Zastosowanie metod obwiedniowych do uzyskania trapezowego zarysu wrębu koła dłutowanie wymagałoby wykonania narzędzia o bardzo złożonej geometrii.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu kształtowania nieokrągłych kół pasowych o nieewolwentowym (trapezowym, półokrągłym) zarysie wrębu koła nieokrągłego na uniwersalnej frezarce sterowanej numerycznie wyposażonej w sterowany numerycznie stół obrotowy.

Cel został osiągnięty poprzez opracowanie sposobu sterowania wzajemnymi ruchami narzędzia w postaci odpowiednio zaprojektowanego frezu oraz kształtowanego koła zamocowanego na obrotowym stole obrabiarki sterowanej numerycznie.

Istotą wynalazku jest sposób kształtowania uzębienia nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych z pasem zębatym, który polega na tym, że do układu

PL 214 810 B1 sterowania wprowadza się dane wejściowe takie jak: opis obwiedni x, y koła nieokrągłego, liczbę z zębów koła, kolejne wartości zmiennych podziałek p koła. Następnie oblicza się parametry obróbki, a więc prędkość obrotową narzędzia oraz posuw, po czym wszystkie osie Χ, Υ, Ζ, Α ustala się względem punktu bazowego wspólnego dla obu przejść. Dalej przyjmuje się parametry określające położenie środka pierwszego wrębu koła, i tak dla pierwszego wrębu koła przyjmuje się k=w₁, gdzie k oznacza kolejne wręby koła od w₁ - pierwszy wrąb do w_n - ostatni wrąb, przy czym dla k=w₁ narzędzie ustawia się stycznie do koła. Przy k=w₁ kąt położenia α narzędzia względem układu współrzędnych X, Y wynosi α = 0, współrzędna środka wrębu x_w=0, natomiast wartości zmiennej drugiej współrzędnej y_w wyznacza się w zależności od geometrii koła. Po wykonaniu pierwszego wrębu k=w₁ według parametrów, narzędzie wycofuje się do punktu bazowego, dalej wyznacza się wartości zmienne x_w, y_w oraz kąt α dla poszczególnych wrębów. Następnie stół obrotowy wykonuje ruch złożony z dwóch transformacji, a mianowicie: obrotu o kąt α₂ określającego położenie wrębu w stosunku do przyjętego wcześniej układu X, Y wyznaczony na podstawie zmiennej wartości podziałki p nieokrągłego koła pasowego oraz współrzędnych x_w, y_w środka wrębu oraz przesunięcia o wartości x_k, y_k wyznaczonego na podstawie wartości współrzędnych x_w, y_w wrębu. Dalej następuje obróbka drugiego wrębu dla k=w₂ nieokrągłego koła pasowego, następnie według wyznaczonych parametrów x_w, y_w , α dla k=(w₁ + w_n) wykonuje się kolejne wręby do chwili spełnienia warunku, a po wykonaniu ostatniego wrębu k=w_n koła koło i narzędzie powracają do punktu bazowego, po czym dokonuje się pomiaru zarysu koła. Jeśli warunek gdzie Δ^ < Δ^ jest spełniony, wówczas proces kształtowania koła jest zakończony, natomiast jeśli warunek jest niespełniony to wówczas dokonuje się obróbki wykańczającej poprzez usunięcie naddatku materiału z wierzchołków zębów, wówczas ruch narzędzia odbywa się cyklicznie zależnie od grubości koła i tak aby zachować prostopadłość powierzchni obrabianej w stosunku do czoła nieokrągłego koła pasowego, po czym proces kształtowania koła jest zakończony.

Cel wynalazku został osiągnięty w ten sposób, że zastosowano frezarkę sterowaną numerycznie oraz wrzeciono przedmiotowe stanowiące stół obrotowy. Specjalnie skonstruowane narzędzie jest umieszczone we wrzecionie frezarki, a kształtowane koło nieokrągłe w przyrządzie zamocowanym na stole obrotowym frezarki. Istota wynalazku polega na kształtowaniu uzębienia nieokrągłego koła pasowego o nieewolwentowym (trapezowym, półokrągłym) zarysie zęba w dwóch przejściach (kształt ującym i wykańczającym) jednym narzędziem.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe: możliwość skrócenia czasu wykonywania ruchów ustawczych, zwiększenie dokładności kształtowania uzębienia, zastosowanie do obróbki kształtującej i wykończeniowej jednego narzędzia.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został przedstawiony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia sposób kształtowania uzębienia nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych, natomiast widok stanowiska do kształtowania nieokrągłego koła pasowego został zilustrowany na rysunku fig. 2, a fig. 3 przedstawia widok nieokrągłego koła pasowego.

Na stole obrotowym 1 zamocowane jest w przyrządzie 2 kształtowane koło nieokrągłe 3. Koło 3 zostało wstępnie ukształtowane do postaci przygotówki. Koło 3 mocuje się w znany sposób na stole 1 obrabiarki. Koło 3 wykonuje ruch obrotowy oraz ruch ustawczy względem prostej normalnej oraz stycznej, tak aby zająć właściwe położenie do wykonania kolejnego wrębu 7. Natomiast we wrzecionie frezarki sterowanej numerycznie zamocowane jest specjalnie zaprojektowane narzędzie 4, które kształtuje koło 3.

Narzędzie 4 (fig. 2) wykonuje ruch złożony, a mianowicie: obrót względem osi swojego zamocowana, ruch roboczy - kształtujący wzdłuż normalnej do kierunku chwilowego środka krzywizny koła 3, ruch jałowy po wykonaniu pełnego wrębu 7 do punktu bazowego. Po wykonaniu pierwszego wrębu 7 następuje wycofanie narzędzia 4 do punktu bazowego. Obrabiane koło 3 zostaje przemieszczone w wyniku przesunięcia stołu 1 względem osi X, Y oraz jego obrotu względem osi Z o kąt α tak, aby zająć położenie styczne do powierzchni kształtującej narzędzia 4 z zachowaniem zadanej wartości zmiennej długości podziałki koła 3. Po wykonaniu ostatniego wrębu 7 koła 3, koło 3 i narzędzie 4 powracają do punktu bazowego. Drugi etap kształtowania uzębienia stanowi obróbka wykańczająca, mająca na celu zebranie naddatku 6 materiału pozostałego po obróbce kształtującej. Jest to szczególnie ważne w przypadku obróbki kół 3 o znacznej nieokrągłości (koła eliptyczne) (fig. 3). Dla kół, których zarys jest zbliżony do okręgu etap ten może być pominięty. Obróbka wykańczająca polega na poruszaniu się krawędzi roboczej narzędzia 4 po zarysie zewnętrznym 8 koła 3 (fig. 3) w taki sposób, aby zebrać naddatek materiału 6, który pozostał po obróbce kształtującej. W tej operacji obrabiane koło 3 zamocowane jest na stole obrabiarki 1. Dla każdego z kół 3 wprowadza się płaszczyznę po4

PL 214 810 B1 działu biegnącą wzdłuż dłuższego boku koła 3 i przechodzącą przez środek otworu, na którym zamocowane jest koło 3 do stołu obrotowego 1. Narzędzie 4 usuwa naddatek materiału 6 z jednej strony koła 3, następnie stół 1 wykonuje obrót o 180 stopni i obrabiana jest druga połowa koła 3. Ułatwia to znacznie proces przygotowania technologii obróbki.

Do układu sterowania frezarki wprowadza się dane wejściowe 9 takie jak: opis obwiedni x, y koła nieokrągłego 3, liczbę z zębów 5 koła 3, kolejne wartości zmiennych podziałek p koła 3. Następnie oblicza się parametry obróbki 10 tzn. prędkość obrotową narzędzia 4 oraz posuw. Wszystkie osie sterowane numerycznie Χ, Υ, Ζ, Α zostają ustalone względem punktu bazowego wspólnego dla obu przejść (fig. 2). Po czym zostają przyjęte parametry 11 określające położenie środka pierwszego wrębu 7 koła 3. I tak dla pierwszego wrębu 7 koła 3 przyjmuje się k=w₁, gdzie k oznacza kolejne wręby 7 koła 3 od w₁ - pierwszy wrąb 7 do w_n - ostatni wrąb 7. Przyjmuje się że, dla k=w₁ narzędzie jest ustawione stycznie do koła 3 (fig. 2). Przy k=w₁ kąt położenia a narzędzia 4 względem układu współrzędnych X, Y wynosi a=0, współrzędna środka wrębu 7 x_w=0. Wartość drugiej współrzędnej y_w wyznaczana jest w zależności geometrii koła 3, jej opis zawarto w bloku 12. Po wykonaniu pierwszego wrębu k=w₁ według parametrów 11 i 12, narzędzie 4 wycofuje się do punktu bazowego. Następnie kolejno wyznacza się wartości zmienne 13 x_w, y_w oraz kąt a dla poszczególnych wrębów 7. Stół obrotowy 1 wykonuje ruch złożony z dwóch transformacji, a mianowicie: obrotu o kąt a₂ definiujący położenie wrębu 7 w stosunku do przyjętego wcześniej układu X, Y (fig. 2), wyznaczony na podstawie zmiennej wartości podziałki p nieokrągłego koła pasowego 3 oraz współrzędnych x_w, y_w środka wrębu 7 oraz przesunięcia o wartości x_k, y_k wyznaczonego na podstawie wartości współrzędnych x_w, y_w wrębu 7. Po zajęciu wyznaczonego w ten sposób położenia następuje obróbka drugiego wrębu 7 dla k=w₂ nieokrągłego koła pasowego 3. Następnie według wyznaczonych uprzednio parametrów 13 wykonywane są kolejne wręby do chwili spełnienia warunku 14. Po wykonaniu ostatniego wrębu k=w_n koła 3 zarówno koło 3 i narzędzie 4 powracają do punktu bazowego, po czym odbywa się pomiar zarysu 15 koła 3 końcówką pomiarową, nie uwidocznioną na rysunku, będącą wyposażeniem obrabiarki. Jeśli warunek 16 gdzie Δ^ < Δkp 0k_z - zmierzona odchyłka wykonania zarysu, Δkp - dopuszczalna, podana przez konstruktora odchyłka wykonania zarysu koła) jest spełniony wówczas proces kształtowania koła 3 jest zakończony 18. Jeśli warunek 16 nie jest spełniony to wówczas niezbędna jest obróbka wykańczająca 17, w której narzędzie 4 porusza się wzdłuż wyznaczonego wcześniej zarysu zewnętrznego 8 nieokrągłego koła pasowego 3 usuwając naddatek 6 materiału (fig. 3) pozostawiony głównie w okolicach wierzchołków zębów 5. Ruch narzędzia 4 podczas obróbki wykańczającej odbywa się zależnie od grubości koła 3 w odpowiednio dobranej liczbie cykli tak, aby zachować prostopadłość powierzchni obrabianej w stosunku do czoła nieokrągłego koła pasowego 3. Wielkość tego naddatku 6 jest silnie zależna od nieokrągłości koła 3 (fig. 3). Po tej obróbce koło pasowe nieokrągłe jest gotowe i proces jest zakończony.

Claims (1)

1. Sposób kształtowania uzębienia nieokrągłych kół pasowych stosowanych w nierównobieżnych przekładniach cięgnowych z pasem zębatym, znamienny tym, że do układu sterowania wprowadza się dane wejściowe 9 takie jak: opis obwiedni x, y koła nieokrągłego 3, liczbę z zębów 5 koła 3, kolejne wartości zmiennych podziałek p koła 3, następnie oblicza się parametry obróbki 10 prędkość obrotową narzędzia 4 oraz posuw, po czym wszystkie osie Χ, Υ, Ζ, Α ustala się względem punktu bazowego wspólnego dla obu przejść, dalej przyjmuje się parametry 11 określające położenie środka pierwszego wrębu 7 koła 3, i tak dla pierwszego wrębu 7 koła 3 przyjmuje się k=w₁, gdzie k oznacza kolejne wręby 7 koła 3 od w₁ - pierwszy wrąb 7 do w_n - ostatni wrąb 7, przy czym dla k=w₁ narzędzie ustawia się stycznie do koła 3, a przy k=w₁ kąt położenia a narzędzia 4 względem układu współrzędnych X, Y wynosi a=0, współrzędna środka wrębu 7 x_w=0, natomiast wartości zmiennej 12 drugiej współrzędnej y_w wyznacza się w zależności od geometrii koła 3, po wykonaniu pierwszego wrębu k=w₁ według parametrów 11 i 12, narzędzie 4 wycofuje się do punktu bazowego, dalej wyznacza się wartości zmienne 13 x_w, y_w oraz kąt a dla poszczególnych wrębów 7, następnie stół obrotowy 1 wykonuje ruch złożony z dwóch transformacji, a mianowicie: obrotu o kąt a₂ określającego położenie wrębu 7 w stosunku do przyjętego wcześniej układu X, Y wyznaczony na podstawie zmiennej wartości podziałki p nieokrągłego koła pasowego 3 oraz współrzędnych x_w, y_w środka wrębu 7 oraz przesunięcia o wartości x_k, y_k wyznaczonego na podstawie wartości współrzędnych x_w, y_w wrębu 7, dalej następuje obróbka drugiePL 214 810 B1 go wrębu 7 dla k=w₂ nieokrągłego koła pasowego 3, następnie według wyznaczonych parametrów 13 x_w, y_w, α dla k=(w-i + w_n) wykonuje się kolejne wręby 7 do chwili spełnienia warunku 14, a po wykonaniu ostatniego wrębu k=w_n koła 3 koło 3 i narzędzie 4 powracają do punktu bazowego, po czym dokonuje się pomiaru zarysu 15 koła 3 jeśli warunek 16 gdzie ΔΧ < Δkp jest spełniony wówczas proces kształtowania koła 3 jest zakończony 18, natomiast jeśli warunek 16 jest niespełniony to wówczas dokonuje się obróbki wykańczającej 17 poprzez usunięcie naddatku 6 materiału z wierzchołków zębów 5, przy czym ruch narzędzia 4 odbywa się cyklicznie zależnie od grubości koła 3 i tak, aby zachować prostopadłość powierzchni obrabianej w stosunku do czoła nieokrągłego koła pasowego 3, po czym proces kształtowania koła 3 jest zakończony 18.