Machine à tailler les roues d'engrenages. La présente invention a pour objet une machine à tailler les roues d'engrenages, ca ractérisée en ce qu'elle utilise des fraises sur !a périphérie desquelles des parties lisses al ternent avec des parties dentées, et dont la rotation est commandée de manière qu'une partie lisse et .la partie dentée consécutive dé filent devant la pièce à travailler pendant que celle-ci tourne des angles qui correspondent respectivement à. une dent et à un creux de la. roue à établir.
Une telle machine est apte à tailler aussi bien les roues d'angle, à. dents rectilignes ou courbes, que les roues .droites, et cela avec une égale rapidité et la même simplicité de manoeuvr e.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple une forme d'exécution de la ma chine, et des schémas et épures relatifs à la fabrication -des roues coniques.
La fig. 1 est une vue en élévation, à grande échelle, de la fraise taillant une roue conique. La fig. 2 est une vue de côté correspon dante; La fig. 3 est une vue de face, partielle, de la machine; La fig. 4 est une vue .de détail de celle-ci; Les fig. 5 à 8 montrent comment on peut obtenir diverses formes de dents; La. fig. 9 est une élévation schématique d'une machine à plusieurs fraises; Les fig. 10 et 11 montrent la façon de tailler les dents en chevrons ou en flèches;
La fig. 12 est un schéma du mécanisme de transmission de mouvement dans la ma chine de la fig. 3; La fig. 13 montre comment varie le profil le long d'une dent taillée à la manière ordi naire; La fig. 14 est une coupe axiale, sché matique, d'un couple de roues coniques; Les fig. 1,5, 16 et 17 sont des épures montrant comment sont tracés les profils des dents de la fraise; La fig. 18 est une épure qui montre que le profil des dents des roues reste pratique ment identique sur toute leur longueur; La fig. 19 est une coupe -de la fraise par un plan axial;
La fig. 20 montre la fraise de face, et la figure 21 la montre de côté.
Dans l'exemple d'exécution de la machine représenté au dessin, la fraise 1 (fig. 1 et 2) est dentée seulement sur la moitié de sa pé riphérie. Les dents 2 sont rangées suivant nu arc d'hélice dont le pas est égal à celui de la denture de la roue à obtenir si cette roue est droite ou au pas inférieur -de cette roue, si elle est conique.
Dans l'un et l'autre cas, l'axe qui porte la fraise est incliné sur le plan tangent à la pièce au point d'attaque, d'un angle égal à l'inclinaison de la tangente au filet, afin que toutes les dents attaquent la pièce normale ment. L'avance de la fraise se fait parallè lement au fond des dents.
L'arbre 3 de la fraise (fig. 3) est porté par un chariot 4, susceptible de coulisser le long d'une glissière 5, qu'on peut orienter à volonté dans le plan vertical, selon la forme de la roue a à tailler. Celle-ci est montée sur un axe vertical 6, commandé de manière à ce que la roue tourne d'un angle correspon dant à une dent et à un creux de la roue, pendant que la fraise tourne d'un tour.
Le mécanisme de transmission de mou vement utilisé à cet effet peut être celui -que montre schématiquement la fig. 12.
L'arbre moteur 7 entraîne, par couple co- niciue, un arbre intermédiaire vertical 8, qui attaque par roue droite un arbre vertical 9 sur lequel est monté, à clavette longue, un pignon d'angle 10. Ce pignon commande l'axe 3 -de la fraise 1 par l'intermédiaire du renvoi 11 et des deux couples coniques 12 et 17, qui permettent l'orientation en tous sens. Sur l'arbre 9 est, d'autre part, calé un pignon 13 qui entraîne l'arbre porte-pièce 6 par l'intermédiaire d'un harnais 14 dont on peut changer les roues suivant le besoin, et d'une vis sans fin 15.
Toutes les dents de la fraise viennent suc- cessivement attaquer la pièce et tailler une certaine longueur du creux de la dent, après quoi c'est la partie lisse de la fraise que se présente devant la pièce et laisse passer sans attaque une fraction -de la roue, qui corres pond au plein de la .dent.
Après un tour complet de la pièce, la fraise ayant subi une certaine avance, sa première dent revient attaquer la pièce en un point du tracé voulu pour la. dent et ainsi de suite, jusqu'à façonnage complet.
La fia. 3 montre la machine disposée pour le taillage d'un pignon conique du type ordinaire. Dans ce cas, l'avance de la fraise se fait dans un plan qui passe par l'axe de la roue. Pour pouvoir tailler aussi sur la ma chine des engrenages hyperboloïdes, il suf fit d'être là même de déplacer le plan de taille de la fraise pour qu'il ne passe plus par l'axe de la roue a à tailler. A cet effet, on déplace simplement le plateau circulaire, au centre duquel se dresse l'arbre porte-pièce (fig. 6). L'arbre porte-fraise 3 est monté sur un chariot secondaire 16, monté lui-même à.
glissière sur le chariot 4, de manière à être capable de coulisser perpendiculairement à ce chariot (fig. 4). La commande -de la fraise est assurée, pour toutes les positions du cha riot 16, par un couple de pignons 17, 17a (déjà mentionné) dont l'un, 17, qui entraîne l'arbre 3 par clavetage allonzé, est lui-même immobilisé dans le sens longitudinal -de cet arbre.
Les glissières du chariot 16 sont suppor tées par une plaque 18 qui peut pivoter au tour de l'axe du pignon de commande 17a. Le pivotement est, par exemple, obtenu au moyen .d'une vis sans fin 19.
En provoquant le mouvement d'avance de la fraise par rotation du chariot 16, on ob tient des dents à tracés courbes (taille Glea- son ou hypoïd) (fig. 7 et 8).
En combinant un mouvement de transla tion du chariot 16 avec un mouvement de ro tation de .son support, on peut obtenir les dents dont le tracé longitudinal est en déve- loppante-de cercle ou en spirales de diverses formes. On remarquera que, lorsque la fraise-vis représentée est utilisée pour tailler les engre nages d'angle, elle taille d'autant plus large qu'elle ava:nee davantage le long de la dent, d'abord parce qu'elle taille plus profondé ment, mais surtout parce que la vitesse cir- conférentielle de la pièce au point d'attaque croît en même temps que le diamètre de la pièce.
La fraise peut donc tailler .les flancs des dents de manière à ce qu'ils convergent au sommet du cône primitif.
De plus, le déplacement relatif de l'en grenage qu'on taille par rapport à la fraise, améliore le profil en développante de cercle, par un effet de génération, sur toute la lon gueur de la dent.
D'ailleurs, en ce qui concerne les en grenages coniques, il n'est pas strictement nécessaire d'avoir recours à une fraise-vis. On pourrait utiliser, dans ce cas, une fraise mince ayant des dents situées dans un même plan.
Pour tailler des roues de grand .diamètre avec rapidité, on peut les attaquer en plu sieurs points de leur périphérie (fig. 9) par des fraises du genre décrit, montées sur des supports orientables, tels que 20.
En montant deux fraises sur le même arbre (fig. 10, 11), on peut arriver à tailler des engrenages ayant des dents en forme de chevron ou de flèche, suivant que l'arbre porte-fraise est animé d'un mouvement de translation ou d'un mouvement de rotation; cette taille est effectuée en une seule opéra tion. Les deux parties diversement inclinées des dentures sont alors séparées par une rai nure cirulaire 21.
La machine peut être encore rendue plus apte au taillage des engrenages hélicoïdaux, moyennant l'adjonction d'une fraise-vis sup plémentaire 22, du type ordinaire.
Cette fraise*-vis est montée sur un arbre 21, diqrnsé azur 1P chariot 4, transversalement à la direction d'avancement de ce chariot. L'arbre 23 est supporté par une plaaue 21 qu'on peut faire tourner par rapport au cha riot 4. Ce dernier étant orienté de façon à ce que son avancement se fasse suivant l'in clinaison des dents à tailler, on incline l'ar bre 23 -de façon à ce que le filet taillant de la fraise-vis se trouve dans la .direction de l'avance.
Quand la machine est pourvue du dispo sitif qui vient d'être décrit, elle permet de tailler tous les genres de roues, soit droites, avec denture ordinaire ou hélicoïdale, soit coniques, avec denture rectiligne ou courbe (Gleason, hypoïd, en développante de cercle ou en spirale, en chevron ou en flèche), soit des roues hyperboloïdes.
Elle permet, en particulier, de tailler des roues coniques à denture spéciale. Ces roues font l'objet de la description qui suit, faite en référence aux fig. 13 à 2il du dessin.
Ces roues coniques présentent une den ture telle qu'on peut les tailler à partir d'é bauches animées .d'un mouvement de rotation continu, fonction de celui d'une fraise qui, et conformément à ce qui a déjà été indiqué, se trouve pourvue, sur une partie seulement de son pourtour, de dents rangées suivant un arc d'hélice et qui avancent parallèlement au fond des creux de la denture.
Les profils de la. dent à tailler, aux di vers points de sa longueur, sont constitués par des arcs sensiblement superposables d'une même développante; ce résultat est obtenu en faisant varier en conséquence l'angle de pres sion de l'une des extrémités à l'autre des dents. Les arêtes des dents ne convergent plus, mais l'engrènement reste cependant correct, pourvu que la même variation de l'angle de pression existe dans les deux roues conju guées. Une roue conique peut, en effet, être considérée comme formée par l'assemblage d'une infinité de disques coniques, de dia mètres décroissants, emboîtés l'un dans l'au tre, et dentés sur leurs bords.
I1 suffit que les dents de chacun de ces disques élémen taires puissent engrener avec celles du dis que correspondant sur la roue conjuguée, pour que l'engrènement des roues soit satis- f gisant. Une roue possédant une denture du genre défini ci-dessus peut être taillée au moyen d'une fraise d'un profil uniforme, qui est celui de la. plus grande section de la denture à tailler.
Dans une roue conique ordinaire, où .les flancs des dents convergent (fig. 13), toutes les coupes exécutées transversalement aux dents donnent des sections semblables, dont les dimensions vont en diminuant. Les deux bords courbes de ces sections sont toujours deux arcs .de .développante de cercle. Le rayon -du cercle développé qui les a engendrés varie proportionnellement au rayon du cercle primitif de .la denture à. la section considérée, et l'angle de pression (14' 30') reste le même tout le long .de la dent.
On conçoit qu'un pareil flanc, formé d'une succession de courbes semblables, mais de dimensions .différentes, ne puisse être taillée par une seule fraise, quelque complexe que soit son profil. La fig. 13, qui repré sente trois coupes faites dans une dent à angle de pression constant, montre l'impos sibilité de ce taillage.
,Si, au contraire, l'angle de pression ne reste pas constant, mais varie d'une façon continue le long de la dent, les profils des sections successives ne seront plus sembla bles entre eux, mais sensiblement superposa bles. Une telle forme .de dents conserve un bon engrènement, tout en simplifiant énor mément le taillage.
L'engrènement des dentures ainsi obte nues est théoriquement parfait. En .effet, un engrenage conique peut être considéré comme formé par l'assemblage d'une infinité de dis ques coniques de diamètre décroissant, em boîtés les uns dans les autres et dentés sur leur bord (fig. 14). I1 suffit que les dents de chaque disque élémentaire 25, 26, 27, puissent engrener avec celles du disque cor respondant de la roue conjuguée 25', 26', 27' pour que l'engrènement des roues soit satis faisant. Ce résultat est obtenu si la variation progressive de l'angle de pression est la même pour les deux roues en contact. La grande simplification du taillage pro vient du fait qu'une dentureà angle de pres sion variable peut être taillée au moyen d'une fraise de profil uniforme.
En effet, soit (fig. 15, 16, 17) trois sec tions faites dans une .dent d'engrenage coni que, aux deux extrémités et au milieu. Les rayons R, R', R" des cercles primitifs 28, 29, 30, diminuent dans la même proportion que les rayons des cercles de pied et tête des dents. Si l'on donne aux angles -clé pression des valeurs différentes:<I>a, a',</I> o", les rayons -des cercles à développer<I>r,</I> r', <I>r"</I> ne seront plus dans un même rapport avec R, R', R"; les développantes<I>d, d', d",</I> construites avec les cercles de rayon<I>r, r',</I> r" ne seront plus semblables.
Si l'on superpose ces trois déve- loppantes (fig. 18) en faisant coïncider, non les origines, mais les points 0 où les d6ve- loppantes coupent les cercles primitifs, on voit que, pour des angles de pression<I>a, a',</I> ca" convenablement choisis (ici: 22 , 21 , 20 ), on arrive à obtenir une coïncidence presque absolue, de l'ordre du centième .de millimètre, sur une longueur égale ou supérieure à la hauteur de la dent.
La première développante d correspond au grand module .de la dent; elle se confond avec la seconde développante d' (tracée au module moyen) sur une longueur h-n, hau teur de la dent à cet endroit, et, avec la troisième développante d" (correspondant au petit module) sur toute la hauteur de la dent au petit module.
On peut donc considérer la dévelop- pante d comme donnant le profil très exact de la dent sur toute sa, longueur, en admet tant que l'angle de pression a varié cons tamment.
En pratique, cet angle varie de 18 à 25 , suivant la longueur relative de la dent. Comme la roue conjuguée est taillée par la même méthode, à chaque point clé contact des roues se trouvent deux développantes tracées avec le même angle de pression, et le roule ment est parfait.
Sur la machine, l'ébauche à tailler tourne continuellement avec une vitesse v; la fraise tourne à la vitesse V telle que V -- = <I>n . v,</I> n étant le nombre de dents -de la roue à tail ler.
Les flancs de la fraise ont pour profil une développante de cercle (fig. 19), tracée avec un angle de pression de 22 dans l'exem ple ci-dessus.
La fraise n'est dentée que sur un angle A (fig. 20) et ses dents sont rangées sur un ar bre .d'hélice -de pas p.
Les dents -de la fraise s'enfoncent de plus en plus dans l'ébauche au fur et à mesure que l'avancement se poursuit. L'é paisseur d'une dent de la fraise (fig. 19) au niveau des cercles primitifs, au petit, au moyen et au grand modules est respective ment e, e', e". Les dents de la fraise taillent des creux de largeur<I>1, l', l"</I> .sur ces divers cercles primitifs.
Ces largeurs sont égales à celles des dents de la fraise au niveau du cercle pri mitif considéré, augmentées du déplacement circulaire de l'engrenage pendant le passage des dents de la fraise et diminuées du dépla cement -de ces dents pendant le même temps, du fait de leur disposition sur un arc d'hé lice.
On a donc, pour les sections extrêmes de la denture, les deux équations suivantes: e+v. <I>A'- p.</I> A'=1(1) e"+v".A'-p.A'=1"(2) dans lesquelles: e, e" sont les largeurs des :dents de la fraise à la hauteur des deux cercles primitifs considérés, <I>v A', v" A'</I> sont les déplacements circu laires de l'engrenage pendant la taille d'une dent, ces déplacements sont égaux à la cir conférence primitive multipliée par A et di visée par 360.
<I>p. A'</I> représente le déplacement latéral des dents .de la fraise pendant la taille; il est .égal a p le pas de la fraise, multiplié par A et divisé par 360.
<I>1</I> et<I>1"</I> sont les largeurs que doivent avoir les dents creusées, sur les deux cercles primi tifs considérés. En résolvant ces deux équations, on trouve<I>p</I> le pas de la fraise et<I>A</I> l'angle denté de la fraise.
Au milieu de la longueur de la dent, la largeur e' de la fraise au niveau du cercle primitif correspondant, le déplacement circu laire<I>v' . A'</I> de l'ébauche pendant la taille, le pas p de la fraise, son angle denté et la largeur du creux taillé en ce point, sont liés par l'équation: <I>e'</I> + <I>v' . A' - p . A' = Z' (3).</I>
Si l'on porte dans cette équation les va leurs de<I>p</I> et de<I>A</I> tirées des -équations 1 et 2, ces valeurs vérifient l'équation 3 avec une approximation très grande, plus que suffi sante dans la pratique.
Les largeurs e sont d'ailleurs à rectifier, car, pendant 1a taille, la fraise dont l'axe reste en réalité fixe, semble osciller de droite à gauche par rapport aux dents qui exécutent une rotation. On corrige cet effet en faisant pivoter le profil de la fraise autour de son origine, à l'extrémité de la dent, d'un angle 361) égal à n .étant le nombre de dents de la roue à tailler. Ce pivotement a lieu dans le sens de la diminution de la. largeur de la dent.
Une telle denture peut aussi être faite sur des machines ordinaires, avec un couteau de profil approprié. Le mouvement de ce cou teau le long des génératrices du cône à den ier n'est plus alors accompagné que d'une simple rotation de l'ébauche, au lieu des dé placements complexes usuels.