Procédé et machine pour la génération d'au moins une face de dent d'engrenage dans une roue conique La présente invention concerne un procédé et une machine pour la taille de roues coniques et hypoïdes d'engrenage, par un mouvement de roulement générateur et convenant notamment à un usinage effectué par une fraise en bout ou conique.
Un moyen courant de fabriquer ces roues est la taille, par exemple, de la grande roue d'une paire par un mouvement de roulement générateur suivant lequel la roue à tailler et la fraise reçoivent des mouvements relatifs respec tivement autour de l'axe de la roue et de l'axe d'une roue imaginaire représentée par la fraise, le rapport des vitesses de rotation autour des deux axes étant prédéterminé. En général, on taille les deux faces des dents par la même opération.
Le pignon, c'est-à-dire la plus petite roue de la paire, est obtenu par une opération analogue, sauf que, pour modifier la portée des dents, on fait varier le rapport de roulement, c'est-à-dire le rapport entre les mouvements de rotation autour de l'axe de la roue à tailler et de l'axe de la roue imaginaire, au fur et à me sure de l'avancement du mouvement de roule ment générateur. Cette variation du rapport de roulement, dite couramment roulement modi fié , doit s'effectuer en général dans des sens inverses, c'est-à-dire en deux opérations distinc- tes.
Le procédé du roulement modifié permet non seulement la fabrication de roues suscep tibles de transmettre un mouvement uniforme en engrenant avec des roues complémentaires taillées par un autre procédé que le pro cédé de roulement générateur, mais encore, ainsi qu'il a été dit, il permet de faire varier à volonté la portée des dents, par exemple de localiser cette portée en augmentant légèrement la courbure du profil ou la courbure longitudi nale des dents ou ces deux courbures, de corri ger l'inclinaison ou portée diagonale des dents, et de corriger une portée des dents plus haute sur une face d'une dent que sur l'autre face, défaut connu sous le nom de portées boiteuses.
L'invention concerne un procédé et une machine qui permettent d'obtenir un effet ana logue au roulement modifié, tout en mainte nant un rapport de roulement prédéterminé. Mais un autre avantage est que cet effet est obtenu dans le même sens des deux côtés des dents, qui peuvent ainsi être taillés par la même opération. Par suite, bien que l'invention concerne en principe la taille par un mouve ment de roulement générateur au moyen d'une fraise du type en bout ou conique, elle convient notamment aussi.. à la taille au moyen de frai- ses qui servent couramment à la taille des deux côtés des dents en une seule opération.
Le procédé de génération d'au moins une face de dent d'engrenage dans une roue coni que au moyen d'un outil de coupe exécutant un mouvement de coupe et par déplacement, selon un rapport de vitesses de rotation pré déterminé de la roue conique autour de son propre axe et de l'outil par rapport à la roue conique, autour de l'axe d'une roue imaginaire représentée par l'outil est caractérisé en ce qu'on provoque en outre un mouvement relatif de rapprochement et d'éloignement entre l'outil et la roue conique, ce mouvement de rappro chement et d'éloignement étant effectué dans un sens pendant que la taille de ladite face de la dent progresse du sommet jusqu'à peu près à mi-hauteur de la dent, et, ensuite,
en sens inverse pendant que la taille de cette face pro gresse de cette limite jusqu'à la base de la dent.
La machine pour la mise en oeuvre dudit procédé est caractérisée en ce qu'elle comprend un support pour le montage d'un outil destiné à exécuter un mouvement de coupe, un sup port pour la roue conique à tailler, un berceau sur lequel l'un de ces supports est monté, un dispositif faisant tourner le berceau et le sup port de la roue conique selon un rapport de vitesses prédéterminé, de façon à engendrer le profil d'une dent, et un dispositif provoquant un mouvement relatif du support de la roue conique et du support de l'outil et consistant alternativement en un éloignement et un rap prochement,
ce mouvement étant une fonction du mouvement de rotation du berceau détermi née de façon qu'il se produise dans un sens pendant que la taille de ladite face de la dent progresse du sommet jusqu'à peu près à mi- hauteur de la dent, et, ensuite, en sens inverse pendant que la taille de cette face de la dent progresse de cette limite jusqu'à la base de la dent.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine faisant l'objet de l'invention.
La fia. 1 est une vue en plan de la machine fonctionnant avec une fraise gn bout. La fia. 2 est une coupe partielle par des plans passant respectivement par l'axe de l'ar bre de la fraise et par l'axe du berceau.
La fia. 3 est une vue perpendiculaire à l'axe de l'arbre de la fraise et à l'axe du ber ceau et indique leurs positions relatives par rapport aux éléments visibles sur la fia. 2.
Les fia. 4 et 5 sont des diagrammes repré sentant les positions relatives des éléments des fia. 2 et 3 et l'effet produit par leur réglage.
La fia. 6.est une coupe d'une fraise en bout et de la pièce par un plan perpendiculaire à l'axe de la fraise.
La fia. 7 est une coupe semblable à celle de la fia. 6, mais utilisant un autre type de fraise en bout. La fia. 8 est une vue en plan partielle, re présentant les positions relatives de la fraise et de la roue à tailler dans une machine com portant une fraise conique.
La fia. 9 est un schéma des éléments de commande de la machine de la fia. 1, fonc tionnant avec une fraise en bout.
La fia. 10 est une vue de face d'une dent d'une roue conique ; et La fia. 11 représente sous forme schéma tique les positions relatives de la fraise et de la roue à tailler dans diverses phases de la taille des dents, à peu près dans le plan 11-11 de la fia. 10.
Suivant la fia. 1, la machine comprend un bâti 20 sur lequel un berceau 21 est monté de façon à pouvoir tourner autour de son axe 22 dans les deux sens, ou tout au moins à pouvoir osciller suivant un angle assez grand. Un sup port 23 dont la position sur le berceau peut être réglée sert de portée à un arbre porte- fraise 24 qui tourillonne dans des coussinets antifriction ou des roulements à rouleaux 25 (fia. 2) de façon à tourner autour de son axe 26 et à recevoir, suivant son axe, un mouve ment d'oscillation de faible amplitude (de l'or dre de 2,54 à 0,025 mm). La position du sup port 23 peut être réglée sur le berceau en faisant varier la distance de l'axe 26 de la fraise à l'axe 22 du berceau. L'outil rotatif T peut être une fraise cylindrique ou une fraise en bout.
Un chariot 28, mobile dans la direc tion de l'axe 22 sur des glissières 27 du bâti, porte une glissière en arc de cercle 29. La posi tion angulaire d'une colonne 31 peut être ré glée, par rapport au chariot 28, au moyen de la glissière 29. La colonne comporte des glis sières verticales 32 le long desquelles la position d'un support porte-pièce 33 peut être réglée. La roue brute G est montée sur le porte-pièce dont l'axe est désigné par 34. Les dispositifs de réglage précités permettent d'amener la roue G dans la position qui con vient par rapport à la fraise T, en vue de la taille des dents par roulement générateur. Pendant ce mouvement, la roue G tourne au tour de son axe 34 à une vitesse dont le rap port avec la vitesse de rotation du berceau 21 autour de l'axe 22 est constant.
Pendant ce mouvement, la surface décrite par une arête tranchante de la fraise T représente une face d'une dent d'une roue imaginaire dont l'axe coïncide avec l'axe 22 du berceau, la roue G tournant en prise avec cette roue imaginaire. Pour monter la roue G sur l'arbre porte-pièce ou l'en démonter, on éloigne cet arbre de la fraise en faisant coulisser le chariot 28 sur les glissières 27.
Si l'outil est une fraise en bout T du type représenté sur la fig. 6, il comporte des lames extérieures 35 taillant les faces concaves 36 des dents 37 de la roue G et des lames inté rieures 38 taillant les faces convexes 39 des dents, toutes les lames extérieures étant dispo sées sur une circonférence concentrique à l'axe de la fraise et toutes les lames intérieures étant disposées sur une autre circonférence concen trique, de sorte que toutes les lames fonction nent simultanément dans le même intervalle des dents. Avec ce type de fraise, après que deux surfaces de dents 36, 39 ont été engen drées, la roue G tourne autour de son axe de façon à amener l'intervalle de dents suivant en position de coupe ; l'opération de taille, qui est complète pour chaque intervalle de dents de la roue, se répète.
Lorsque la fraise est une fraise en bout T' du type représenté sur la fig. 7, qui comporte plusieurs paires de lames de coupe extérieures 41 et de lames de coupe intérieures 42, les lames des paires successives fonctionnent dans les intervalles de dents successifs de la roue de la pièce G. Quoique toutes les lames exté rieures soient à la même distance radiale de l'axe de la fraise, chacune d'entre elles peut être considérée comme se trouvant sur une hé lice différente autour de l'axe de la fraise, le pas de toutes les hélices étant le même. Il en est de même pour les lames de coupe inté rieures.
La fraise et la roue tournent d'un mouvement continu, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de faire tourner la roue par inter mittence et que toutes les faces des dents sont taillées pendant un seul mouvement de roule ment générateur du berceau. Si la fraise consiste en une fraise co nique T" (fig. 8), dont les dents de coupe 43 sont disposées en hélice sur un cône, chaque dent comporte des arêtes de coupe intérieures et extérieures. L'axe 24" de l'arbre de la fraise est alors incliné par rapport à l'axe 22' du ber ceau 21'.
Au lieu que l'arbre de la fraise soit mobile dans la direction de son axe 24", comme l'arbre 24 est mobile suivant son axe 26 dans le support 23, l'arbre de la fraise T" est monté seulement à rotation dans un chariot de support 44, lequel est mobile dans la direction de l'axe 22' du berceau dans un élément 23' qui correspond au support 23 de la fig. 2. En réglant la position de cet élé ment 23' dans le berceau, on peut régler celle de la fraise T à n'importe quelle distance ra diale nécessaire de l'axe du berceau.
La commande de la machine peut être d'un type courant quelconque ; par exemple, celle de la machine de la fig. 1, comportant une fraise en bout, est représentée sur la fig. 9. Elle comprend un moteur électrique réversible 45 qui, par l'intermédiaire de roues de chan gement de vitesse 46, d'un arbre 47 et de roues 48; fait tourner un arbre principal 49. Cet ar bre fait tourner la fraise T' par l'intermédiaire de roues coniques 51, d'un arbre 52, de roues coniques 53, d'un arbre 54 et de roues de dé multiplication 55 dont l'élément commandé est fixé sur l'arbre 24 de la fraise.
La roue G est aussi commandée par l'arbre principal 49, par l'intermédiaire des roues 56, 57 et 58 d'un différentiel, de roues de changement de vitesse 59, d'un arbre 60 et de roues hypoïdes .61 de démultiplication dont l'élément commandé est fixé sur l'arbre de la roue à tailler dont l'axe est désigné par 34. On voit que par la trans mission de commande décrite ci-dessus, l'arbre de la pièce est entraîné en rotation à une vi tesse proportionnelle à celle de la rotation de la fraise T', de façon telle que des paires suc cessives de lames de la fraise fonctionnent dans des intervalles de dents successifs de la pièce.
Le berceau est également commandé à par tir de l'arbre principal 49 par l'intermédiaire de l'arbre 60, de roues de démultiplication 62, de roues coniques 63, d'arbres 64 disposés dans le prolongement l'un de l'autre et séparés par une transmission de réduction de vitesse 65, de roues de changement de vitesse 66, d'un arbre 67, d'un groupe de roues coniques de renversement 68, d'un arbre 69, d'une vis hé licoïdale 71, et d'un pignon hélicoïdal 72, monté sur le berceau 21. Les deux pignons latéraux du groupe de roues 68 sont montés à rotation. sur l'arbre 67 et en déplaçant un embrayage monté par des cannelures sur l'ar bre 67 de façon à l'amener en prise avec l'un ou l'autre de ces pignons latéraux on peut faire tourner le berceau dans l'un ou l'autre sens de rotation par rapport au sens de rotation de la fraise.
Pour que l'arbre de la pièce reçoive une composante de rotation proportionnelle au mouvement de rotation du berceau, le boîtier du différentiel 57 est commandé par l'arbre 67, par l'intermédiaire de roues de changement de vitesse 73, de roues coniques 74, d'une vis hé licoïdale 75 et d'un pignon hélicoïdal 76 monté sur le boîtier. On peut renverser les sens de rotation relatifs de l'arbre 67 et du pignon hélicoïdal 76 en intercalant un pignon fou supplémentaire dans la transmission de changement de vitesse 73. De même, on peut renverser les sens de rotation relatifs des ar bres de la pièce et de la fraise en intercalant un pignon fou dans la transmission de change ment de vitesse 59.
La machine étant en marche, la roue G est taillée pendant le mouvement de roulement du berceau dans un sens. Une fois la coupe terminée, il faut pour tailler une nouvelle roue retirer le chariot 28. A cet effet on peut pro céder en renversant le sens du mouvement du berceau en renversant le sens de rotation du moteur réversible de commande 45. Cepen dant, généralement on débraye la commande du berceau, par exemple en éloignant l'em brayage des deux roues du groupe 68 et on fait revenir le berceau dans sa position initiale par une commande séparée non représentée.
La commande de la machine à fraise co nique de la fig. 8 est en principe la même, sauf qu'une transmission supplémentaire est néces saire pour transmettre le mouvement de l'arbre 54 à l'arbre de la fraise en position angulaire, dont l'axe est désigné par 24". De même, lors que la machine de la fig. 1 comporte une fraise cylindrique, sa commande peut être en prin cipe la même que celle de la fig. 9, sauf que, puisqu'il n'est pas nécessaire de faire fonction ner la fraise en synchronisme avec le mouve ment de rotation de la roue à tailler ou du berceau, les roues 56, 57 et 58 du différentiel et par suite la transmission 73 à 76 sont sup primées et que les roues de changement de vitesse 59 sont commandées directement par l'arbre 49.
Lorsque l'outil de coupe est une fraise du type fig. 6, on dispose un méca nisme d'avancement automatique dans la transmission entre l'arbre 60 et l'arbre de la roue à tailler G, pour faire avancer la roue d'un ou de plusieurs intervalles de dents. Ce mécanisme fonctionne pendant le retour du berceau et à la suite du recul du chariot 28. Au lieu de renverser le mouvement de la trans mission de commande par le renversement du sens de rotation du moteur de commande 45, on intercale d'habitude à cet effet un méca nisme de renversement entre l'arbre de com mande principal et l'arbre 60, puisqu'il n'est pas nécessaire de renverser la commande de la fraise.
Dans la fig. 2, une bague de poussée an nulaire 77, fixée sur l'arbre 24, est séparée par des rouleaux coniques 78 de bagues de portée annulaires 79, ces rouleaux étant maintenus dans une cage (non représentée). Ces bagues sont fixées dans un élément de portée 81, en forme de cuvette, par une bague de retenue filetée 82. L'élément de portée 81 peut rece voir un mouvement hélicoïdal par rapport au support 23 et comporte à cet effet une surface hélicoïdale 83 séparée par des rouleaux 84 d'une surface hélicoïdale 85 de même pas, formée sur une bague de portée 86 fixée sur le support 23. Les rouleaux 84 sont maintenus par une cage (non représentée). Les deux sur faces hélicoïdales 83 et 85 sont concentriques à l'axe 26.
Un ressort de poussée annulaire 87 est disposé entre l'élément 81 et le support 23 de façon à exercer un effort de compression sur les rouleaux 84 dans n'importe quelle position angulaire de l'élément 81 par rapport au sup port 23, autour de l'axe 26. En raison de la forme hélicoïdale des surfaces et de la poussée du ressort 87, ce déplacement angulaire dans un sens ou dans le sens opposé a pour effet de faire avancer ou reculer l'arbre de la fraise suivant son axe. On peut considérer qu'un des éléments 81 ou 86 constitue une came héli coïdale et l'autre une contre-came.
Le ressort 87 s'applique contre une rondelle 90 qui peut tourner dans l'élément 23 ; celle-ci présente des dents d'embrayage venant en prise avec des dents d'embrayage semblables de l'élément de portée 81, de sorte qu'elle est entraînée avec lui autour de l'axe 26 ; le ressort ne tourne donc pas par rapport aux éléments avec les quels il est en contact. La hauteur des dents d'embrayage est suffisante pour que celles-ci restent en prise ou qu'elles ne butent pas au fond des interstices au cours du mouvement axial de l'élément de portée 81. Le mouvement angulaire de l'élément 81 est obtenu au moyen d'un bras 88, de section en U et muni de dents d'embrayage 89 corres pondant à des dents de l'élément<B>81.</B> Ce bras est fixé à l'élément 81 par une vis 91.
En des serrant cette vis, on peut régler la position an gulaire du bras sur l'élément 81 autour de l'axe 26 dans une position quelconque dans la quelle les dents 89 sont en prise.
Un galet 92, monté sur un axe porté par un bloc 93, pénètre dans la position en U du bras 88. La position de ce bloc peut être réglée dans une glissière radiale 94 d'un élément 95, dans lequel il est fixé dans une position de réglage quelconque par des dispositifs de ser rage appropriés (non représentés). L'élément 95 comprend un arbre 96 tourillonnant dans une console 97 du bâti 20 de la machine, l'axe de cet arbre coïncide avec celui du berceau, de sorte que la position angulaire de l'élément 95 peut être réglée sur cet arbre autour de l'axe 22.
L'élément 95 peut être fixé dans n'importe quelle position de réglage par un boulon de serrage (non représenté) dont la tête pénètre dans une fenêtre 98 en forme de T, ménagée dans l'élément 97 et concentrique à l'axe 22.
Sur la fig. 3, l'axe du galet est désigné par 99. Lorsque le berceau oscille autour de son axe 22, le bras 88 en forme d'U est dé placé par le galet ; il en résulte que l'élément de portée 81 tourne autour de l'axe 26 par rapport au berceau, c'est-à-dire que lorsque le berceau tourne autour de son axe 22, l'angle 22-26-99 varie d'une manière continue. La nature de cette variation est plus facile à com prendre si on suppose que le berceau est fixe et que le galet 92 tourne autour de l'axe du berceau. On peut considérer, comme l'indi quent les fig. 4 et 5, que l'axe 26 reste immo bile et que l'axe 99 du galet oscille dans le sens des aiguilles d'une montre de la position 99' à la position 99".
Pendant que le galet oscille de la position 99' à sa position inter médiaire 99 (qui. peut être considérée comme représentant le point intermédiaire du roule ment générateur du berceau) le bras 88, repré senté par la droite 99-26, oscille en sens inverse des aiguilles d'une montre autour de l'axe 26, de l'angle 99'-26-99. Pendant que le galet oscille de la position 99 dans la position 99", le bras oscille dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'axe 26 de l'angle 99-26-99".
Ce mouvement relatif du bras et du berceau a pour effet, par l'intermédiaire de la portée hélicoïdale 81, 84, 86, d'éloigner la fraise de la roue, le long de l'axe 26, pendant que la taille de la surface de la dent progresse vers le milieu de la génération de la surface de la dent et de rapprocher la fraise vers la roue pendant que la taille progresse au-delà de ce milieu. On peut faire varier l'amplitude de ce mouvement de retrait et d'avance en réglant le bloc 93 dans des positions différentes le long de la glissière radiale 94, après avoir effectué d'abord un réglage correspondant du bras 88 autour de l'axe 26 par rapport à l'élément de portée hélicoïdal 81.
Par exemple, si on réduit la distance entre les points 99 et 22, dans la mesure indiquée sur la fig. 5 (la distance ra diale entre les points 22 et 26 qui sépare l'axe de la fraise de l'axe du berceau, restant la même), on voit que, pour le même angle 99'-22-99" du mouvement de roulement du berceau, l'amplitude du mouvement angulaire du bras 88 par rapport au berceau (c'est-à-dire le mouvement angulaire représenté par l'angle 99'-26-99 et par l'angle 99-26-99") diminue, et que par suite le déplacement axial de l'ar bre 24 diminue proportionnellement.
Un mécanisme, du même genre que celui de la fig. 2, peut servir à faire reculer et avan cer le support 44 (fig. 8) pendant la rotation du berceau 21'. En fait, on peut considérer à cet effet que l'arbre 24 (fig. 2) consiste en une tige fixée sur le support 44.
L'effet produit par les mouvements de re trait et d'avance de la fraise<I>T, T'</I> ou<I>T"</I> dans la direction de l'axe du berceau selon un rap port des vitesses prédéterminé avec le mouve ment de rotation du berceau est le suivant dans la fig. 10, le point 101 est un point milieu de la face de la dent et la courbe 102 qui passe par ce point représente le trajet suivi par le point de contact d'une lame de coupe de la fraise<I>T</I> ou<I>t'</I> avec la face lorsque le berceau est au repos, au centre de son galet (l'axe 26 de la fraise occupant donc la position de la fig. 3).
Si la fraise est une fraise conique T", une courbe semblable à la courbe 102 représentera la somme des coupes effec tuées par plusieurs couteaux successifs 43 sur la surface d'une dent lorsque le berceau se trouve dans cette position centrale de son ga let. Les coupes telles que celles qui sont repré sentées par les courbes 103 et 104. qui sont sensiblement parallèles à la courbe 102, sont effectuées par la fraise lorsque le berceau se trouve au voisinage des extrémités de sa course, les positions de l'axe 26 de la fraise étant désignées par les points 26' et 26" de la fig. 3.
Le mouvement de retrait et d'avance de la fraise a pour effet de détacher un supplé ment de métal de la dent des deux côtés de la courbe 102, la quantité de métal supplémen taire ainsi détaché étant sensiblement propor tionnelle au carré de la distance à partir de la courbe 102. Sur la fig. 11, le rapport entre la vitesse de rotation du berceau et la vitesse de rotation de la roue G dans les directions 105 et<B>1.06</B> est supposé constant. Si les sur faces étaient engendrées de la manière habi tuelle, une lame de la fraise occuperait les po sitions successives 107', 108 et 109' et ses arêtes coupantes engendreraient le profil en traits mixtes.
Par suite du déplacement de la fraise provoqué par le mécanisme décrit la lame pénètre à une plus grande profondeur dans les positions 107 et 109, engendrant ainsi des profils de dents d'une plus forte courbure, représentés en traits pleins. Le résultat obtenu est le même que si le mouvement de l'arête de coupe du côté droit s'accélérait en passant de la position 107' à la position 109' et celui de l'arête de coupe du côté gauche se ralentis sait pendant que la vitesse de rotation 106 reste constante. La courbure longitudinale des dents suivant la ligne 111 de la fig. 10 est également modifiée, étant donné que la quan tité de métal détachée devient de plus en plus grande aux points, le long de cette ligne, qui sont de plus en plus éloignés du point mi lieu 101.
Les points situés sur la courbe 102 sont les seules portions de la surface des dents qui ne soient pas modifiées par le mouvement de retrait et d'avance de la fraise. On peut décaler cette courbe de façon à la faire passer d'un côté ou de l'autre du point milieu <B>101</B> en ré glant la position de l'élément 95 de la console 97 par rapport à l'axe 22 du berceau, de façon à faire varier ainsi le rapport de phase entre les mouvements de retrait et d'avance et le mouvement de rotation du berceau.
Il en ré sulte une variation de l'angle de pression effi cace au centre de la face de la dent (dans le plan de la fig. 11) ainsi que du centre de la courbure longitudinale de la dent suivant la ligne<B>111,</B> ce qui fournit un moyen qui, seul ou en combinaison avec d'autres opérations de réglage de la machine, permet d'obtenir des modifications de la forme et de la position de la zone de portée des dents.
Si l'on désire obtenir une modification de la forme des dents dans l'autre sens, c'est-à- dire si l'on désire enlever moins de métal des deux côtés de la courbe 102 que par l'opéra tion de roulement générateur normale, de façon que la courbure des profils des dents soit infé rieure à celle qui est indiquée en pointillé sur la fig. 11, on peut régler la position de l'élé ment 95 sur la console 97 de façon à amener l'axe 99 du galet 92 (fig. 3) dans la posi tion 99a.
On remarquera sur la fig. 4 que l'angle 99"-26-99 est un peu plus petit que l'angle 99'-26-99. Par suite, les modifications effec tuées des deux côtés de la courbe 102 de la fig. 10 sont dissymétriques, c'est-à-dire que la quantité de métal détachée d'une dent d'un côté de la courbe 102 est plus grande que de l'autre côté, et aussi plus grande d'un côté de la tête de la dent que de l'autre côté.
On com pense cette différence en taillant les deux élé ments d'une paire de roues avec la même am plitude des mouvements de retrait et d'avance, étant donné qu'en raison du pas opposé de l'hélice de la dent, la dissymétrie se renverse sur les deux éléments, de sorte qu'il est déta ché une quantité de métal moindre à la pointe de la surface des dents d'un des éléments et à la base de la surface de la dent complémen taire. Toutefois, on peut laisser subsister la totalité, ou une partie de la dissymétrie sans la compenser, ce qui revient à dire qu'on peut tailler un des éléments de la paire complète ment sans mouvement de retrait et d'avance relatif, ou avec une amplitude de ce mouve ment plus faible que pour tailler l'élément com plémentaire.
Method and machine for generating at least one gear tooth face in a bevel gear The present invention relates to a method and machine for cutting bevel and hypoid gear wheels, by generating and suitable rolling motion. in particular to a machining carried out by an end mill or taper.
A common way of making these wheels is to size, for example, the big wheel of a pair by a generative rolling motion whereby the wheel to be cut and the cutter receive relative motions respectively around the axis of the wheel. wheel and the axis of an imaginary wheel represented by the cutter, the ratio of the rotational speeds around the two axes being predetermined. In general, both sides of the teeth are cut by the same operation.
The pinion, that is to say the smallest wheel of the pair, is obtained by a similar operation, except that, in order to modify the range of the teeth, the rolling ratio is varied, that is to say the ratio between the rotational movements around the axis of the wheel to be cut and the axis of the imaginary wheel, as and when the advancement of the generating rolling movement is measured. This variation of the rolling ratio, commonly called modified rolling, must generally be carried out in reverse directions, that is to say in two separate operations.
The modified rolling process not only makes it possible to manufacture wheels capable of transmitting uniform movement by meshing with complementary wheels cut by a process other than the generating rolling process, but also, as has been said, it allows you to vary the range of the teeth at will, for example to locate this range by slightly increasing the curvature of the profile or the longitudinal curvature of the teeth or these two curvatures, to correct the inclination or diagonal range of the teeth, and to correcting a higher range of teeth on one side of a tooth than on the other side, a defect known as lame ranges.
The invention relates to a method and a machine for achieving an effect analogous to the modified rolling while maintaining a predetermined rolling ratio. But another advantage is that this effect is obtained in the same direction on both sides of the teeth, which can thus be cut by the same operation. Therefore, although the invention relates in principle to pruning by a generating rolling motion by means of an end mill or conical type, it is particularly suitable also for pruning by means of cutters which serve. commonly to size both sides of the teeth in one operation.
The method of generating at least one gear tooth face in a bevel wheel by means of a cutting tool performing a cutting movement and by displacement, according to a predetermined rotational speed ratio of the bevel wheel around its own axis and of the tool with respect to the bevel wheel, around the axis of an imaginary wheel represented by the tool is characterized in that it also causes a relative movement of approach and of distance between the tool and the bevel wheel, this movement of bringing together and away being carried out in one direction while the size of said face of the tooth progresses from the top to approximately halfway up the tooth, and then,
in the opposite direction as the size of this face increases from this limit to the base of the tooth.
The machine for carrying out said method is characterized in that it comprises a support for mounting a tool intended to perform a cutting movement, a support for the bevel wheel to be cut, a cradle on which the one of these supports is mounted, a device rotating the cradle and the support of the bevel wheel according to a predetermined speed ratio, so as to generate the profile of a tooth, and a device causing a relative movement of the support of the bevel wheel and tool support and consisting alternately of moving away and moving closer,
this movement being a function of the rotational movement of the cradle so determined that it occurs in one direction as the size of said tooth face progresses from the apex to about halfway up the tooth, and , then, in the opposite direction as the size of this face of the tooth progresses from this limit to the base of the tooth.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of the machine forming the subject of the invention.
The fia. 1 is a plan view of the machine operating with an end mill. The fia. 2 is a partial section through planes passing respectively through the axis of the arbor of the cutter and through the axis of the cradle.
The fia. 3 is a view perpendicular to the axis of the cutter shaft and to the axis of the cradle and indicates their relative positions with respect to the elements visible on the fia. 2.
The fia. 4 and 5 are diagrams showing the relative positions of the elements of the fia. 2 and 3 and the effect produced by their adjustment.
The fia. 6.is a section of an end mill and the workpiece through a plane perpendicular to the axis of the mill.
The fia. 7 is a cup similar to that of the fia. 6, but using a different type of end mill. The fia. 8 is a partial plan view showing the relative positions of the cutter and the hobbing wheel in a machine comprising a conical cutter.
The fia. 9 is a diagram of the control elements of the fia machine. 1, working with an end mill.
The fia. 10 is a front view of a tooth of a bevel gear; and La fia. 11 shows in schematic form the relative positions of the cutter and the cutting wheel in various phases of the cutting of the teeth, approximately in the plane 11-11 of the fia. 10.
According to the fia. 1, the machine comprises a frame 20 on which a cradle 21 is mounted so as to be able to rotate about its axis 22 in both directions, or at least to be able to oscillate at a fairly large angle. A support 23, the position of which on the cradle can be adjusted, serves as a bearing for a milling cutter shaft 24 which is journaled in anti-friction bearings or roller bearings 25 (fia. 2) so as to rotate about its axis 26 and to receive, along its axis, an oscillating movement of low amplitude (of the order of 2.54 to 0.025 mm). The position of the support 23 can be adjusted on the cradle by varying the distance from the axis 26 of the cutter to the axis 22 of the cradle. The rotary tool T can be a cylindrical mill or an end mill.
A carriage 28, movable in the direction of the axis 22 on slides 27 of the frame, carries an arcuate slide 29. The angular position of a column 31 can be adjusted, with respect to the carriage 28, by means of the slide 29. The column comprises vertical slides 32 along which the position of a workpiece support 33 can be adjusted. The raw wheel G is mounted on the workpiece carrier, the axis of which is designated by 34. The aforementioned adjustment devices allow the wheel G to be brought into the appropriate position with respect to the cutter T, with a view to cutting. teeth by generator bearing. During this movement, the wheel G rotates around its axis 34 at a speed the ratio of which to the speed of rotation of the cradle 21 around the axis 22 is constant.
During this movement, the surface described by a cutting edge of the cutter T represents a face of a tooth of an imaginary wheel whose axis coincides with the axis 22 of the cradle, the wheel G rotating in engagement with this imaginary wheel . To mount the wheel G on the workpiece shaft or to remove it, this shaft is moved away from the cutter by sliding the carriage 28 on the slides 27.
If the tool is a T end mill of the type shown in fig. 6, it comprises outer blades 35 cutting the concave faces 36 of the teeth 37 of the wheel G and internal blades 38 cutting the convex faces 39 of the teeth, all the outer blades being arranged on a circumference concentric with the axis of the cutter and all the inner blades being arranged on another concentric circumference, so that all the blades operate simultaneously in the same tooth gap. With this type of cutter, after two tooth surfaces 36, 39 have been generated, the wheel G rotates about its axis so as to bring the next tooth gap into the cutting position; the trimming operation, which is complete for each interval of teeth of the wheel, is repeated.
When the milling cutter is an end mill T 'of the type shown in FIG. 7, which has several pairs of outer cutting blades 41 and inner cutting blades 42, the blades of the successive pairs operate in the successive tooth gaps of the wheel of the workpiece G. Although all the outer blades are the same. radial distance from the axis of the cutter, each of them can be considered to be on a different helix around the axis of the cutter, the pitch of all the helices being the same. The same applies to the internal cutting blades.
The cutter and the wheel rotate in a continuous motion, so that it is not necessary to rotate the wheel intermittently and all the teeth faces are cut during a single generating rolling movement of the cradle. If the cutter consists of a T "conical cutter (fig. 8), the cutting teeth 43 of which are arranged helically on a cone, each tooth has inner and outer cutting edges. The axis 24" of the the strawberry shaft is then inclined relative to the axis 22 'of the cradle 21'.
Instead of the cutter shaft being movable in the direction of its axis 24 ", as the shaft 24 is movable along its axis 26 in the support 23, the cutter shaft T" is mounted only for rotation in a support carriage 44, which is movable in the direction of the axis 22 'of the cradle in an element 23' which corresponds to the support 23 of FIG. 2. By adjusting the position of this element 23 'in the cradle, it is possible to adjust that of the cutter T to any necessary radial distance from the axis of the cradle.
The control of the machine can be of any standard type; for example, that of the machine of FIG. 1, comprising an end mill, is shown in FIG. 9. It comprises a reversible electric motor 45 which, by means of shifting wheels 46, a shaft 47 and wheels 48; turns a main shaft 49. This shaft turns the cutter T 'by means of bevel wheels 51, a shaft 52, bevel wheels 53, a shaft 54 and multiplication wheels 55 of which the The controlled element is fixed on the shaft 24 of the cutter.
The wheel G is also controlled by the main shaft 49, through the wheels 56, 57 and 58 of a differential, of shifting wheels 59, of a shaft 60 and of hypoid wheels .61 of reduction. the controlled element of which is fixed on the shaft of the wheel to be cut, the axis of which is designated by 34. It can be seen that by the control transmission described above, the shaft of the part is rotated at a speed proportional to that of the rotation of the cutter T ', so that successive pairs of blades of the cutter operate in successive tooth intervals of the workpiece.
The cradle is also controlled by shooting the main shaft 49 via the shaft 60, reduction wheels 62, bevel wheels 63, shafts 64 arranged in the extension of one another and separated by a speed reduction transmission 65, speed change wheels 66, a shaft 67, a group of reversing bevel wheels 68, a shaft 69, a helical screw 71, and a helical pinion 72, mounted on the cradle 21. The two side pinions of the group of wheels 68 are mounted to rotate. on the shaft 67 and by moving a clutch mounted by splines on the shaft 67 so as to bring it into engagement with one or the other of these side gears, the cradle can be rotated in one or the other direction of rotation with respect to the direction of rotation of the cutter.
In order for the workpiece shaft to receive a rotational component proportional to the rotational movement of the cradle, the differential housing 57 is controlled by the shaft 67, through shift wheels 73, bevel gears 74 , a helical screw 75 and a helical pinion 76 mounted on the housing. It is possible to reverse the relative directions of rotation of the shaft 67 and of the helical pinion 76 by inserting an additional idle pinion in the gearshift transmission 73. Likewise, the relative directions of rotation of the shafts of the part can be reversed. and the cutter by inserting an idle gear in the gearshift transmission 59.
With the machine running, the wheel G is cut during the rolling movement of the cradle in one direction. Once the cut is finished, to cut a new wheel, it is necessary to remove the carriage 28. For this purpose, one can proceed by reversing the direction of movement of the cradle by reversing the direction of rotation of the reversible control motor 45. However, generally the control of the cradle is disengaged, for example by moving the clutch away from the two wheels of the group 68 and the cradle is returned to its initial position by a separate control, not shown.
The control of the conical milling machine of FIG. 8 is in principle the same, except that an additional transmission is necessary to transmit the movement of the shaft 54 to the cutter shaft in angular position, the axis of which is designated by 24 ". Likewise, when that the machine of Fig. 1 comprises a cylindrical cutter, its control may in principle be the same as that of Fig. 9, except that, since it is not necessary to operate the cutter in synchronism with the rotational movement of the wheel to be trimmed or of the cradle, the wheels 56, 57 and 58 of the differential and consequently the transmission 73 to 76 are suppressed and that the gear change wheels 59 are controlled directly by the shaft 49.
When the cutting tool is a cutter of the type fig. 6, there is an automatic advancement mechanism in the transmission between the shaft 60 and the shaft of the wheel to be cut G, to advance the wheel by one or more tooth intervals. This mechanism operates during the return of the cradle and following the retraction of the carriage 28. Instead of reversing the movement of the control transmission by reversing the direction of rotation of the control motor 45, it is usually inserted at this point. effect a reversal mechanism between the main control shaft and the shaft 60, since it is not necessary to reverse the control of the cutter.
In fig. 2, an annular thrust ring 77, fixed on the shaft 24, is separated by tapered rollers 78 from annular bearing rings 79, these rollers being held in a cage (not shown). These rings are fixed in a cup-shaped bearing element 81 by a threaded retaining ring 82. The bearing element 81 can receive a helical movement with respect to the support 23 and for this purpose comprises a helical surface 83. separated by rollers 84 from a helical surface 85 of the same pitch, formed on a bearing ring 86 fixed on the support 23. The rollers 84 are held by a cage (not shown). The two on helical faces 83 and 85 are concentric with the axis 26.
An annular thrust spring 87 is disposed between the element 81 and the support 23 so as to exert a compressive force on the rollers 84 in any angular position of the element 81 relative to the support 23, around axis 26. Due to the helical shape of the surfaces and the thrust of the spring 87, this angular displacement in one direction or in the opposite direction has the effect of moving the cutter shaft forward or backward along its axis. It can be considered that one of the elements 81 or 86 constitutes a helical cam and the other a cam follower.
The spring 87 is applied against a washer 90 which can rotate in the element 23; the latter has clutch teeth engaging with similar clutch teeth of the bearing member 81, so that it is driven with it around the axis 26; the spring therefore does not rotate with respect to the elements with which it is in contact. The height of the clutch teeth is sufficient so that they remain in engagement or that they do not abut the bottom of the interstices during the axial movement of the bearing element 81. The angular movement of the element 81 is obtained by means of an arm 88, of U-section and provided with clutch teeth 89 corresponding to teeth of the element <B> 81. </B> This arm is fixed to the element 81 by a screw 91.
By tightening this screw, it is possible to adjust the angular position of the arm on the element 81 around the axis 26 in any position in which the teeth 89 are engaged.
A roller 92, mounted on an axis carried by a block 93, enters the U-shaped position of the arm 88. The position of this block can be adjusted in a radial slide 94 of an element 95, in which it is fixed in a any adjustment position by appropriate clamping devices (not shown). The element 95 comprises a shaft 96 journaled in a console 97 of the frame 20 of the machine, the axis of this shaft coinciding with that of the cradle, so that the angular position of the element 95 can be adjusted on this shaft around of axis 22.
The element 95 can be fixed in any adjustment position by a tightening bolt (not shown), the head of which penetrates into a T-shaped window 98, formed in the element 97 and concentric with the axis 22 .
In fig. 3, the axis of the roller is designated by 99. When the cradle oscillates around its axis 22, the U-shaped arm 88 is moved by the roller; as a result, the bearing element 81 rotates around the axis 26 relative to the cradle, i.e. when the cradle rotates around its axis 22, the angle 22-26-99 varies d 'in a continuous manner. The nature of this variation is easier to understand if it is assumed that the cradle is fixed and that the roller 92 rotates around the axis of the cradle. We can consider, as shown in Figs. 4 and 5, that the axis 26 remains stationary and that the axis 99 of the roller oscillates clockwise from position 99 'to position 99 ".
While the roller oscillates from position 99 'to its intermediate position 99 (which can be considered as representing the intermediate point of the generating bearing of the cradle) the arm 88, represented by the right 99-26, oscillates in direction counterclockwise around axis 26, angle 99'-26-99. As the roller swings from position 99 to position 99 ", the arm swings clockwise about axis 26 at angle 99-26-99".
This relative movement of the arm and the cradle has the effect, via the helical seat 81, 84, 86, of moving the cutter away from the wheel, along the axis 26, while the size of the surface of the tooth progresses towards the middle of the generation of the tooth surface and brings the bur towards the wheel as the size progresses beyond this middle. The amplitude of this retreating and advancing movement can be varied by adjusting the block 93 to different positions along the radial slide 94, after first having made a corresponding adjustment of the arm 88 around the axis. 26 relative to the helical bearing member 81.
For example, if the distance between points 99 and 22 is reduced, to the extent indicated in fig. 5 (the radial distance between points 22 and 26 which separates the axis of the cutter from the axis of the cradle, remaining the same), it can be seen that, for the same angle 99'-22-99 "of the movement of bearing of the cradle, the amplitude of the angular movement of the arm 88 relative to the cradle (i.e. the angular movement represented by the angle 99'-26-99 and by the angle 99-26-99 " ) decreases, and that consequently the axial displacement of the shaft 24 decreases proportionally.
A mechanism, of the same type as that of FIG. 2, can be used to move back and forward the support 44 (fig. 8) during the rotation of the cradle 21 '. In fact, it can be considered for this purpose that the shaft 24 (FIG. 2) consists of a rod fixed to the support 44.
The effect produced by the retraction and advance movements of the cutter <I> T, T '</I> or <I> T "</I> in the direction of the axis of the cradle according to a rap port of the predetermined speeds with the rotational movement of the cradle is as follows in Fig. 10, point 101 is a midpoint of the face of the tooth and curve 102 which passes through this point represents the path followed by point contact of a cutting blade of the <I> T </I> or <I> t '</I> cutter with the face when the cradle is at rest, in the center of its roller (the axis 26 of the cutter therefore occupying the position of Fig. 3).
If the cutter is a T "conical cutter, a curve similar to curve 102 will represent the sum of the cuts made by several successive knives 43 on the surface of a tooth when the cradle is in this central position of its ga let. The cuts such as those which are represented by the curves 103 and 104, which are substantially parallel to the curve 102, are made by the cutter when the cradle is in the vicinity of the ends of its stroke, the positions of the axis 26 of the cutter being designated by points 26 'and 26 "of FIG. 3.
The retreating and advancing movement of the cutter has the effect of detaching additional metal from the tooth on both sides of the curve 102, the quantity of additional metal thus detached being substantially proportional to the square of the distance to from curve 102. In FIG. 11, the ratio between the speed of rotation of the cradle and the speed of rotation of the wheel G in the directions 105 and <B> 1.06 </B> is assumed to be constant. If the surfaces were generated in the usual manner, a blade of the cutter would occupy successive positions 107 ', 108 and 109' and its cutting edges would generate the profile in phantom lines.
As a result of the movement of the cutter caused by the described mechanism, the blade penetrates to a greater depth in positions 107 and 109, thus generating tooth profiles of greater curvature, shown in solid lines. The result is the same as if the movement of the cutting edge on the right side accelerated from position 107 'to position 109' and that of the cutting edge on the left side slows down while the speed of rotation 106 remains constant. The longitudinal curvature of the teeth along line 111 of FIG. 10 is also changed, as the amount of detached metal becomes larger and larger at points along this line which are further and further away from midpoint 101.
The points on the curve 102 are the only portions of the tooth surface which are not modified by the retracting and advancing movement of the cutter. This curve can be shifted so as to make it pass to one side or the other of the midpoint <B> 101 </B> by adjusting the position of element 95 of console 97 with respect to the axis 22 of the cradle, so as to vary the phase ratio between the retraction and advance movements and the rotational movement of the cradle.
This results in a variation of the effective pressure angle at the center of the tooth face (in the plane of fig. 11) as well as of the center of the longitudinal curvature of the tooth along the line <B> 111 , </B> which provides a means which, alone or in combination with other machine adjustment operations, makes it possible to obtain changes in the shape and position of the tooth bearing zone.
If one wishes to obtain a modification of the shape of the teeth in the other direction, that is to say if one wishes to remove less metal from both sides of the curve 102 than by the rolling operation normal generator, so that the curvature of the tooth profiles is less than that indicated in dotted lines in fig. 11, it is possible to adjust the position of the element 95 on the console 97 so as to bring the axis 99 of the roller 92 (FIG. 3) into the position 99a.
It will be noted in fig. 4 that the angle 99 "-26-99 is a little smaller than the angle 99'-26-99. As a result, the changes made on both sides of the curve 102 of Fig. 10 are asymmetrical, ie 'that is, the amount of metal detached from a tooth on one side of curve 102 is greater than on the other side, and also greater on one side of the tooth head than on one side of the tooth head than on the other side. the other side.
This difference can be understood by cutting the two elements of a pair of wheels with the same amplitude of the retraction and advance movements, given that due to the opposite pitch of the helix of the tooth, the asymmetry overturns on both elements, so that less metal is detached at the tip of the tooth surface of one of the elements and at the base of the complementary tooth surface. However, we can leave all or part of the asymmetry without compensating for it, which amounts to saying that we can cut one of the elements of the pair completely without movement of withdrawal and relative advance, or with a amplitude of this movement weaker than for trimming the complementary element.