PL248408B1 - Sposób obróbki koła zębatego walcowego o dowolnym zarysie z modyfikacją wzdłużną linii zęba - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku jest sposób obróbki koła zębatego walcowego o dowolnym zarysie z modyfikacją wzdłużną linii zęba na obrabiarce sterowanej numerycznie. Sposób polega na tym, że otoczka koła zębatego mocowana jest w uchwycie na obrabiarce sterowanej numerycznie w pięciu osiach X+Y+Z+A+C, gdzie początek układu współrzędnych przedmiotu obrabianego (X,Y,Z) jest umiejscowiony w dowolnym punkcie związanym geometrycznie z osią obrotu koła zębatego, następnie frez walcowy z zakończeniem kulistym na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z i narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba a obróbka kształtowania zarysu zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ adekwatną do rodzaju obróbki zgrubnej lub wykończeniowej i wielkości wrębu międzyzębnego koła zębatego, przy czym powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce zgrubnej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami wrębów obrabianych zębów, a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba i obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ, zaś powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce wykończeniowej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami zębów usuwając wyłącznie naddatek pozostawiony w formie ekwidystanty na bokach zębów i obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ, a ponadto kształtowanie linii zęba przebiega w ten sposób, że narzędzie (2) na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z i narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, natomiast kształtowanie zarysu zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki koła zębatego walcowego o dowolnym zarysie z modyfikacją wzdłużną linii zęba.

Sposób według wynalazku stanowi proces technologiczny wytwarzania kół zębatych polegający na obróbce zębów koła zębatego przy użyciu prostego narzędzia z wykorzystaniem obrabiarki sterowanej numerycznie, pozwalający na uzyskanie w sposób wydajny gotowego wyrobu - koła zębatego.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentu nr US 45294 stosowany obecnie sposób obróbki koła zębatego za pomocą freza kształtowego krążkowego polegający na odwzorowaniu kształtu krawędzi skrawającej narzędzia na zarys obrabianego zęba, wadą którego jest niska dokładność zależna od kształtu zarysu narzędzia podlegającego stałemu zużyciu podczas obróbki oraz brak uniwersalności metody, w której jednym zestawem narzędzi można obrabiać koło zębate o stałym module. Zaletą metody jest możliwość stosowania na prostych nie skomplikowanych obrabiarkach.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr PL 232 725 sposób obróbki koła zębatego z możliwością modyfikacji jego zarysu z zastosowaniem narzędzia kształtowego - krążkowego z zastosowaniem obrabiarki sterowanej numerycznie.

Znany jest sposób obróbki kół zębatych na obrabiarkach sterowanych numerycznie według patentu amerykańskiego US 9352406. Narzędziem wykorzystywanym w procesie, jest frez tarczowy z płytkami wymiennymi. Podczas frezowania profilu zęba oś frezu jest ustawiona w płaszczyźnie prostopadłej do obrabianego boku zęba, płytki skrawające obracają się w zakresie kątowym obejmującym wszystkie normalne do profilu powierzchni zęba. Narzędzie nie jest geometrycznie powiązane z zarysem obrabianego zęba.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentu nr US 2014/0314504 sposób obróbki kół zębatych za pomocą narzędzia stożkowego o zarysie hiperboidalnym, z wykorzystaniem obrabiarek sterowanych numerycznie symultanicznie w 5 osiach. Obróbka wrębów koła zębatego odbywa się poprzez obwiednię kolejnych położeń ostrzy freza. Według sposobu obrabiać można wiele geometrycznych wariantów kół zębatych.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu obróbki koła zębatego walcowego, który pozwoli na realizację procesu wykonania na frezarce sterowanej numerycznie sterowanej w osiach X+Y+Z, oraz w osiach skrętnych A+C sterowanych indeksująco lub symultanicznie. Użytym w sposobie narzędziem będzie frez pełnowęglikowy walcowy z zakończeniem kulistym o średnicy adekwatnej do rozmiaru obrabianego koła zębatego. Narzędzie nie jest geometrycznie powiązane z zarysem (kształtem) obrabianego koła zębatego.

Istotą wynalazku jest sposób obróbki koła zębatego walcowego o dowolnym zarysie z modyfikacją wzdłużną linii zęba na obrabiarce sterowanej numerycznie charakteryzuje się tym, że otoczka koła zębatego mocowana jest w uchwycie na obrabiarce sterowanej numerycznie w pięciu osiach X+Y+Z+A+C, gdzie początek układu współrzędnych przedmiotu obrabianego (X,Y,Z) jest umiejscowiony w dowolnym punkcie związanym geometrycznie z osią obrotu koła zębatego, następnie frez walcowy z zakończeniem kulistym na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z i narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba a obróbka kształtowania zarysu zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość AZ adekwatną do rodzaju obróbki zgrubnej lub wykończeniowej i wielkości wrębu międzyzębnego koła zębatego, przy czym powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce zgrubnej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami wrębów obrabianych zębów a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba i obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość AZ, zaś powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce wykończeniowej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami zębów usuwając wyłącznie naddatek pozostawiony w formie ekwidystanty na bokach zębów i obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość AZ, a ponadto kształtowanie linii zęba przebiega w ten sposób, że narzędzie na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z i narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, natomiast kształtowanie zarysu linii zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ.

Wynalazek został ujawniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny obróbki koła zębatego metoda wielokrotnych przejść, strategię obróbki usuwania naddatku zgrubnego i wykończeniowego prezentuje fig. 2, natomiast schemat obróbki koła zębatego metodą wielokrotnych przejść - idea podziału naddatków prezentuje fig. 3.

Obróbka wrębu międzyzębnego realizowana jest w następujący sposób: Podczas obróbki narzędzie na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z. Narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P5-P2 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami ruchem ustawczym - pozycjonującym narzędzie przed kolejnymi równoległymi przejściami. Podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba. Zarys zęba kształtowany jest poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ adekwatną do rodzaju obróbki (zgrubna lub wykończeniowa) i wielkości wrębu międzyzębnego (moduł koła zębatego).

W sposobie według wynalazku istotne jest iż narzędzie frez walcowy z zakończeniem kulistym nie jest geometrycznie powiązany z zarysem obrabianym koła zębatego, i może być stosowany w wielu wariantach obróbki koła zębatego. W sposobie według wynalazku możliwe jest obrabianie dowolnych zarysów koła zębatego, z dowolną modyfikacją zarysu stopy i głowy zęba. A także z modyfikacją linii zęba.

W sposobie według wynalazku istotne jest to, iż w procesie obróbki wykończeniowej narzędzie przemieszcza się po linii idealnego obliczonego zarysu, przy czym rozdzielczość zarysu który zbudowany jest z odcinków prostych może dążyć do nieskończoności. W konsekwencji dokładność obrobionego zarysu w sposobie według wynalazku zależy wyłącznie od konfiguracji warunków technologicznych obróbki na obrabiarce.

P rzy kła d . W procesie obróbki wytworzono koło zębate walcowe o zębach prostych z zarysem ewolwentowym modyfikowanym wzdłużnie o parametrach: liczba zębów z = 24 moduł m = 3 mm, kąt przyporu a = 20° szerokość wieńca B = 20 mm, maksymalna wielkość modyfikacji wzdłużnej b = 0.2.

Współrzędne zarysu ewolwentowego zębów (w układzie współrzędnych Z,Y) otrzymano po przeprowadzeniu obliczeń. Linia zęba została poddana modyfikacji, w konsekwencji obliczeniowo otrzymano linię beczułkowatą zęba. Program sterowania obrabiarką obróbki jednego wrębu międzyzębnego koła obróbki zgrubnej i wykończeniowej przebiegał według sposobu - Rys. 2, z uwzględnieniem idei podziału naddatków - Rys. 3. Narzędziem wykorzystanym do obróbki był frez walcowy pełnowęglikowy (2) z zakończeniem kulistym o średnicy Φ3. Obróbka odbywała się częścią kulistą frezu. Otoczka koła zębatego zamocowana była w uchwycie na obrabiarce sterowanej numerycznie (sterowanej w 5 osiach X+Y+Z+A+C). Początek układu współrzędnych przedmiotu obrabianego (X,Y,Z) umiejscowiony w dowolnym punkcie związanym geometrycznie z osią obrotu koła zębatego był znany (Rys. 1). Obróbka wrębu koła zębatego obejmowała powiązanie ruchów narzędzia odpowiedzialnych za kształtowanie linii zęba (ruch w płaszczyźnie XY) oraz zarysu zęba (ruch w kierunku Z).

Obróbka kształtowania linii zęba (3) przebiegała następująco: narzędzie na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z. Narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki. Podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba.

Obróbka kształtowania zarysu zęba polegała na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ adekwatną do rodzaju obróbki (zgrubna lub wykończeniowa) i wielkości wrębu międzyzębnego (moduł koła zębatego).

Obróbka zgrubna przebiega następująco: narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami wrębów obrabianych zębów. Podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba. Obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔZ.

Obróbka wykończeniowa przebiega następująco: narzędzie przemieszcza się w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami zębów usuwając wyłącznie naddatek pozostawiony w formie ekwidystanty na bokach zębów. Obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku o si Z o wartość ΔΖ.

Po wykonaniu obróbki kompletnej jednego wrębu międzyzębnego obrabiany jest kolejny wrąb koła zębatego po dokonaniu obrotu w kierunku osi A o wartość podziałki koła zębatego. Obróbkę poszczególnych wrębów międzyzębnych wykonano metodą powtórzeń sekwencji programu obróbki zgrubnej i wykończeniowej.

W sposobie istotne jest, iż narzędzie jakim jest frez walcowy palcowy z zakończeniem kulistym nie jest geometrycznie powiązany z zarysem obrabianym koła zębatego, może być stosowany w wielu wariantach obróbki koła zębatego. W sposobie według wynalazku możliwe jest obrabianie dowolnych zarysów koła zębatego (4) z dowolną modyfikacją wzdłużną linii zęba (3). Metoda pozwala także na z dowolną modyfikacją zarysu stopy i głowy zęba.

W sposobie według wynalazku znamienne jest to, iż w procesie obróbki wykończeniowej narzędzie przemieszcza się po linii idealnego obliczonego zarysu i linii zęba. W konsekwencji dokładność obrobionego zarysu w sposobie według wynalazku zależy wyłącznie od konfiguracji warunków technologicznych obróbki na obrabiarce.

Obróbkę przeprowadzono na frezarce sterowanej numerycznie DMG MORI CMX 50U, sterowanej w osiach X,Y,Z, oraz indeksująco A,C z narzędzia freza węglikowego z polerowanymi rowkami wiórowymi z zakończeniem kulistym. Kod programu według sposobu obróbki zaadoptowano do programu sterującego obrabiarką.

Sprawdzenia koła zębatego dokonano na współrzędnościowej maszynie pomiarowej przy wykorzystaniu modułu GEAR PRO Involute oprogramowania ZEISS CALYPSO. Na postawie wprowadzenia do modułu oprogramowania podstawowych parametrów koła zębatego wytworzony został analityczny model 3D na podstawie którego przeprowadzono pomiary. Ocenie poddano także jakość obrobionych powierzchni zęba, do tego celu wykorzystano profilografometr stykowy Taylor Hobson Talysurf 120.

Zgodnie z normą: ISO 1328-1:2020. Cylindrical gears — ISO system of flank tolerance classification — Part 1: Definitions and allowable values of double flank radial composite deviations. Na podstawie otrzymanych odchyłek obrobione koło zębate zostało zaklasyfikowane do klasy dokładności 8.

W wyniku badań stereometrycznych powierzchni boków zęba otrzymano uśredniony wynik parametru chropowatości Ra = 0.34 pm w kierunki linii zęba oraz Ra = 0.74 pm w kierunku zarysu zęba.

Claims (1)

1. Sposób obróbki koła zębatego walcowego o dowolnym zarysie z modyfikacją wzdłużną linii zęba na obrabiarce sterowanej numerycznie, znamienny tym, że otoczka koła zębatego mocowana jest w uchwycie na obrabiarce sterowanej numerycznie w pięciu osiach X+Y+Z+A+C, gdzie początek układu współrzędnych przedmiotu obrabianego (X,Y,Z) jest umiejscowiony w dowolnym punkcie związanym geometrycznie z osią obrotu koła zębatego (1), następnie frez walcowy (2) z zakończeniem kulistym na skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z, narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3-P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba a obróbka kształtowania zarysu zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ adekwatną do rodzaju obróbki zgrubnej lub wykończeniowej i wielkości wrębu międzyzębnego koła zębatego, przy czym powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce zgrubnej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami wrębów obrabianych zębów a podczas obróbki pozostawiony zostaje naddatek wykończeniowy w postaci ekwidystanty tworzącej linię zęba i zarys zęba, obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ, zaś powiązanie ruchów Xn, Yn w obróbce wykończeniowej przebiega w ten sposób, że narzędzie przemieszcza się w płaszczyźnie obróbki pomiędzy bokami zębów usuwając wyłącznie naddatek pozostawiony w formie ekwidystanty na bokach zębów, obróbka odbywa się poprzez obniżanie płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ, a ponadto kształtowanie linii zęba przebiega w ten sposób, że narzędzie (2) na

PL 248408 Β1 skutek powiązania ruchów Xn, Yn przemieszczając się w obszarze wrębu międzyzębnego usuwa naddatek w jednej płaszczyźnie zdefiniowanej w kierunku osi Z, narzędzie przemieszcza się ruchem roboczym usuwając materiał współbieżnie pomiędzy punktami P2-P5 oraz P3- P4, zwiększając odpowiednio odległość pomiędzy punktami do momentu usunięcia całego naddatku w płaszczyźnie obróbki, natomiast kształtowanie zarysu zęba polega na obniżaniu płaszczyzny obróbki w kierunku osi Z o wartość ΔΖ.