MÁQUINA Y METODO PARA PRODUCIR ENGRANAJES CÓNICOS Campo de la Invención La presente invención se refiere a máquinas para la manufactura de engranaje y de manera más particular, a máquinas para el corte y rectificado de engranajes cónicos.
Antecedentes de la Invención Durante la producción de engranajes, sobre todo de engranajes cónicos, dos tipos de procesos son comúnmente empleados, los procesos generadores y los procesos no generadores . Los procesos generadores pueden dividirse en dos categorías, de fresado frontal (de indexación intermitente) y de fresado frontal (de indexación continua) . Durante los procesos generadores de fresado frontal, una herramienta giratoria es movida hacia la pieza de trabajo hasta una profundidad predeterminada. Una vez que ha sido alcanzada esta profundidad, entonces, la herramienta y la pieza de trabajo son rodadas juntas en un movimiento de rodadura relativo predeterminado, conocido como el movimiento de rodillo generador, como si la pieza de trabajo estuviera girando para engranar con un engranaje generador teórico, los dientes del engranaje generador teórico son representados por las superficies de remoción de material de la herramienta. La REF. 148495 forma de perfil de la herramienta es conformada por el movimiento relativo de la herramienta y la pieza de trabajo durante el movimiento del rodillo generador . En los procesos generadores de fresado frontal, la herramienta y la pieza de-±rabajo giran en una relación regulada y la herramienta es movida hacia la profundidad, con lo cual se conforman todas las ranuras de los dientes en una inclinación única de la herramienta. Una vez que ha sido alcanzada la profundidad total, es iniciado el movimiento del rodillo generador. Los procesos no generadores, ya sea de indexación intermitente o indexación continua, son aquellos en los cuales la forma del perfil de un diente en una pieza de trabajo es directamente producida a partir de la forma del perfil en la herramienta. La herramienta es movida hacia la pieza de trabajo y la forma del perfil en la herramienta es transmitida a la pieza de trabajo. Mientras, que no sea empleado ningún rodillo generador, puede aplicarse el concepto de un engranaje generador teórico en la forma de una "corona dentada" teórica en los procesos no generadores. La corona dentada es este engranaje teórico, cuyas superficies de diente son complementarias con las superficies de diente de la pieza de trabajo en los procesos no generadores. Por lo tanto, las cuchillas de tallado o corte en la herramienta representan los dientes de la corona dentada teórica cuando se conforman las superficies de diente sobre la pieza de trabajo no generada. Las máquinas mecánicas convencionales generadoras de engranaje, que se utilizan para producir engranajes cónicos, comprenden un mecanismo de soporte de trabajo" y un mecanismo de base de montaje o apoyo. Durante un proceso generador o tallado de engranajes, el mecanismo de apoyo lleva una herramienta circular a lo largo de una trayectoria circular alrededor de un eje conocido como el eje de apoyo. El mecanismo de apoyo representa el cuerpo del engranaje generador teórico y el eje de apoyo corresponde con el eje del engranaje generador teórico. La herramienta representa uno o más dientes sobre el engranaje generador. El soporte de trabajo orienta una pieza de trabajo con relación al apoyo .y lo hace girar a una relación específica en la rotación del apoyo. En forma tradicional, las máquinas mecánicas convencionales generadoras de engranaje cónico de tipo con apoyo, son normalmente proporcionadas con una serie de escalas angulares y lineales (es decir, ajustes) los cuales ayudan al operador a situar con exactitud los distintos componentes de la máquina en sus posiciones adecuadas. Es común en muchos tipos de máquinas mecánicas convencionales generadoras de engranaje cónico de tipo con apoyo incluir un mecanismo susceptible de ser ajustado, el cual permite la inclinación del portaherramienta o husillo de la fresa y por. lo ¿arito, del eje de la herramienta de corte con relación al eje del apoyo (es decir, el eje de la fresa o cortador no es paralelo, al eje de apoyo) . Conocido como ajuste de "inclinación de la fresa" , este ajuste es normalmente utilizado con el" fin de igualar el ángulo de presión de la herramienta de corte con el ángulo de presión de la pieza de trabajo y/o para situar las superficies de corte de la herramienta que representan en forma adecuada las superficies de diente del engranaje generador teórico. En algunos tipos de máquinas mecánicas convencionales generadoras de engranaje cónico de tipo con apoyo sin un mecanismo de inclinación de la fresa o cortador, los efectos del ajuste de inclinación de la fresa podrían conseguirse si fuera alterada la relación del movimiento de rodadura entre el apoyo y la pieza de trabajo. Esta alteración también es conocida como alteración de "rodillo modificado". En el pasado reciente, las máquinas de producción de engranaje que han sido desarrolladas reducen la cantidad de ajustes de la máquina que son necesarios para orientar una herramienta con relación a una pieza de trabajo. Estas máquinas reemplazan algunos o todos los ajustes y movimientos de la máquina mecánica convencional de tipo con apoyo con un sistema de ejes lineales, rotacionales y/o de giro.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una máquina que manufactura engranajes cónicos e hipoides (el engranaje hipoide está formado por dos engranes cónicos colocados de modo que no tienen un vértice común) , la cual comprende una columna de máquina que incluye un primer lado y un segundo lado. Un primer husillo es asegurado en forma movible en el primer lado, con el primer husillo que es capaz de ser girado alrededor del primer eje. Un segundo husillo es asegurado en forma movible en el segundo lado, con el segundo husillo que es capaz de ser girado alrededor del segundo eje. El primer y segundo husillos son capaces de ser movidos en dirección •lineal entre si, hasta en tres direcciones lineales al menos con uno del primer y segundo husillos que pueden moverse en dirección angular con relación a su respectivo lado. El movimiento angular al menos de uno del primer y segundo husillos es alrededor de un respectivo eje de giro que se extiende generalmente en paralelo con su respectivo lado.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en isometrico de una primera modalidad de la máquina inventiva de manufactura de engranaje con la herramienta y la pieza de trabajo desembragadas . La Figura 2 es una vista en isométrico de la primera modalidad de la máquina inventiva de manufactura de engranaje que muestra una herramienta de corte embragada con un piñón. La Figura 3 es una vista superior de la máquina de manufactura de engranaje de la Figura 2. La Figura 4 es una vista en isométrico de la primera modalidad de la máquina inventiva de manufactura de engranaje que muestra una herramienta de corte embragada con un engranaj e anular. La Figura 5 es una vista superior de la máquina de manufactura de engranaje de la Figura 4. La Figura 6 ilustra una máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo con la inclinación de la fresa. La Figura 7 es una vista superior esquemática de una generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo . La Figura 8 es una vista frontal esquemática de una generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo . La Figura 9 es una vista lateral de la herramienta en la Figura 8. La Figura 10 es una vista superior esquemática de la herramienta de corte y la pieza de trabajo de la primera modalidad de la presente invención. La Figura 11 es una vista a lo largo del eje de la herramienta de corte de la Figura 10. La Figura 12 ilustra el eje de giro F que es referido en un sistema de coordenadas en base al plano de referencia de la herramienta de corte en la primera modalidad de la presente invención. La Figura 13 muestra el sistema de coordenadas de la Figura 12 y el sistema de coordenadas de la primera modalidad de la presente invención. La Figura 14 muestra los sistemas de coordenadas de la herramienta de corte, Xc-Zc, y la máquina- inventiva, X-Z, en la primera modalidad de la presente invención. La Figura 15 es un diagrama de movimiento de los ejes de la máquina para un corte de piñón en la modalidad de máquina mostrada en las Figuras 1-3. La Figura 16 ilustra una colocación del eje de giro asociada con un husillo de la pieza de trabajo. La Figura 17 ejemplifica una forma alternativa de la columna de máquina . La Figura 18 representa el movimiento vertical de la máquina que es asociado con un husillo de herramienta. La Figura 19 es una vista superior que muestra los mecanismos de giro que son incluidos, tanto con la herramienta como con los husillos de la pieza de trabajo. La Figura 20 ilustra las guías horizontales que son localizadas hacia adentro de las guías verticales para el movimiento de un husillo de la pieza de trabajo.
Descripción Detallada de la Modalidad Preferida A continuación, serán discutidos los detalles de la presente invención con referencia a los dibujos que la acompañan, los cuales ilustran. la presente invención solo por medio de ejemplo. En los dibujos, las características o componentes parecidos serán referidos mediante los mismos números de referencia. En el contexto de la presente invención, el término engranajes "cónicos" se entiende que es de un alcance suficiente porque incluye aquellos tipos de engranajes conocidos como engranajes cónicos, engranajes "hipoides" , así como también aquellos engranajes conocidos como coronas dentadas o engranajes de dentadura frontal. En las Figuras 1-5 es ilustrada una primera modalidad de la máquina inventiva para la manufactura engranajes cónicos y es generalmente designada como 2. Con el objeto de facilitar la observación de los distintos componentes de la máquina, las Figuras 1-5 ilustran la máquina inventiva sin puertas y sin la hoja de metal exterior. La máquina 2 comprende una columna fija única 4 del tipo descrito, en la Patente de los Estados Unidos No. 6, 120,355, la descripción de la cual se incorpora en este documento como referencia. De preferencia, la columna 4 es una estructura monolítica, tal. como de hierro fundido, aunque podría ensamblarse a partir de placas de metal, por ejemplo, placas de acero o podría estar constituida de elementos de armazón individual, tal como postes de esquina y elementos de armazón colocados de forma adecuada con el fin de soportar las guías u otros componentes de la máquina. La columna 4 comprende al menos dos lados, de preferencia, cuatro lados, al menos con dos de los lados, el primer lado 6 y el segundo lado 8 , que son preferentemente orientados en un ángulo perpendicular deseado de uno con respecto al otro, aunque también son contemplados los lados orientados en ángulo mayores o menores de 90° (por ejemplo, véase la columna 4 en la Figura 19) por la presente invención. Cada uno del primer y segundo lados comprende un ancho y una altura, (como se observa en la Figura 1) . En forma alterna, la columna monolítica 4 podría comprender una forma que tiene lados no planos tal como por ejemplo, la columna generalmente cilindrica que se ilustra mediante la Figura 17. El primer lado 6 incluye el primer husillo 10 que posee una superficie frontal o de asiento 15. El husillo 10 es capaz de ser girado alrededor del eje Q y de preferencia, es impulsado mediante un motor de accionamiento directo 12, de preferencia, enfriado con líquido, y se prefiere que sea montado detrás de las chumaceras frontal y posterior del husillo (no se muestra) . El husillo 10 es asegurado en forma giratoria en un soporte de husillo 11, el cual junto con el husillo 10, puede moverse en la dirección Z a lo largo del ancho del primer lado 6 en las guías 14 unidas con la columna 4. El movimiento del husillo 10 en la dirección Z es proporcionado mediante el motor 16 a través de tornillo de bola de acoplamiento directo (no se muestra) o mediante accionamiento directo. De preferencia, una herramienta de corte o rectificado 18 (la herramienta de corte o fresa es mostrada) es montada en forma liberable en el husillo 10 mediante el equipo de montaje adecuado como es conocido en la técnica. Como se indicó con anterioridad, el primer husillo 10 es unido con el soporte de husillo 11, de manera que el giro del husillo, y por lo tanto de la herramienta 18, podría presentarse alrededor del eje de giro F. El soporte de husillo 13 en unido en forma giratoria con el soporte 11 al menos por medio de una, y de preferencia dos, de las conexiones de chumacera 20 y 22, la conexión de chumacera superior 20 y la conexión de chumacera inferior 22. El giro del husillo 10 es efectuado por el motor 24 y el tornillo de bola de acoplamiento directo 26, o mediante accionamiento directo, que actúa a través de la porción de manguito 28 de la parte esencial o alma 30. El alma 30 es unida en forma giratoria con el husillo 10, de preferencia, en una conexión superior 32 y en una conexión inferior 34, de manera que el alma 30 pueda moverse en dirección angular con relación al husillo 10 alrededor del eje V. El avance del tornillo de bola 26, y por lo tanto del alma 30, empuja de manera efectiva el motor de impulsión 12 en dirección angular fuera de la columna 4 , con lo cual provoca el movimiento de giro alrededor del eje F para que la herramienta 18 se mueva en dirección angular hacia la columna de máquina 4. Véase la Figura 3 para observar el corte de un piñón y la Figura 5 para el corte de un engranaje anular. Obviamente, cuando se retrae el tornillo de bola 26, es conseguido el efecto contrario. En forma alterna, para efectuar el giro del husillo 10, podría conectarse una corredera, que es susceptible de ser movida al menos en una guía orientada en la dirección Z y colocada en el soporte de husillo 11, con el husillo 10 o con el motor 12 por medio de un mecanismo de articulación. El movimiento de la corredera en la guía efectúa el giro del husillo 10 alrededor del eje F. Una alternativa adicional es incluir un motor en una o en ambas de las conexiones de chumacera 22 y 23 para efectuar el giro del husillo 10. El segundo lado 8 incluye un segundo husillo 40, el cual es capaz de ser girado alrededor del eje N y de preferencia, es impulsado por un motor de . accionamiento directo 42, de preferencia, enfriado con líquido y es montado detrás de las chumaceras frontal y posterior del husillo (no se muestra) . El husillo 40 es capaz de ser movido en la dirección X a lo largo del ancho del segundo lado 8 en las guías 44 unidas con la corredera 46.- El movimiento del husillo 40 en la dirección X es proporcionado por el motor 48 a través de un tornillo de bola de acoplamiento directo 46 o mediante accionamiento directo. De preferencia, una pieza de trabajo (el piñón 50 en la Figura 1 y el engranaje anular 51 en la Figura 4) es montada de modo que pueda liberarse en el husillo 40 mediante un equipo adecuado de fijación de trabajo 41 que es conocido en la técnica. El husillo 40 también, puede moverse en la dirección ?, a lo largo de la altura del segundo lado 8, puesto que la corredera 46 a su vez puede moverse en la dirección Y, por medio de las guías 52, con el movimiento que es proporcionado por el motor 54 a través de un tornillo de bola de acoplamiento directo 55 o mediante accionamiento directo. De preferencia, las direcciones X, Y y Z son recíprocamente perpendiculares entre si aunque una o más podrían inclinarse con respecto a su orientación perpendicular. Para propósitos de ilustración, en todas las Figuras, la dirección Y es vertical. Mientras que en las Figuras 1-5 se muestra el arreglo preferido de las guías 44 y 52, la Figura 20 ilustra una modalidad alternativa aunque menos preferida, en donde las guías 44 podrían unirse en el lado 8 con la corredera 46 que puede moverse en la dirección X sobre las guías 44. Las guías -52 podrían colocarse en la corredera 46 y el husillo 40 podría unirse con las guías 52 para moverse en la dirección Y. Asimismo, se contempla que el movimiento en la dirección Y podría efectuarse mediante el husillo 10 en lugar del husillo 40 (Figura 18, con los motores removidos con el propósito de claridad) . La presente invención hace posible, mediante el uso de una columna vertical como el soporte común, tanto para la pieza de trabajo como para los husillos de la herramienta, el giro del husillo en el cual reside la herramienta como se muestra en las Figuras 1-5. El giro convencional del husillo de la pieza de trabajo también es técnicamente posible, como se muestra en la Figura 16. No obstante, el giro del husillo de la pieza de trabajo podría requerir grandes ángulos de giro para engranajes anulares, originando una degradación de la rigidez estática y dinámica. Con los piñones, el giro del husillo de la pieza de trabajo es un compromiso, en el mejor de los casos, dado que las distancias de montaje, las alturas del árbol y los ángulos del cono primitivo varían con respecto a un rango amplio dentro de los piñones e incluso varían aún más cuando se consideran, tanto los piñones como los engranajes anulares. En forma alterna, ambos husillos 10, 40 podrían girarse como se observa en la Figura 19, la cual muestra un mecanismo giratorio (por ejemplo, el alma 30, 30') unido para moverse en dirección angular alrededar-.de los ejes (V, V ) con cada husillo 10, 40. Mientras que cada husillo 10, 40 podría girar en forma activa alrededor de los respectivos ejes de giro (F, F') durante la manufactura de un engranaje, la presente invención también contempla que uno de los husillos 10, 40 sea ajustado en un ángulo de giro predeterminado para la manufactura de un engranaje, o, que uno de los husillos 10, 40 gire entre posiciones progresivas de ajuste durante la manufactura de un engranaje. El movimiento entre estas posiciones progresivas de ajuste podría reducir la cantidad o magnitud del giro necesario mediante el otro de los husillos durante la manufactura del engranaj e . El movimiento del primer husillo 10 en la dirección Z, el segundo husillo 40 en la dirección X, el segundo husillo 40 por medio de la corredera 46 en la dirección Y, el giro del primer husillo 10 alrededor del eje F, así como también la rotación del primer husillo 10 y la rotación del segundo husillo 40, es transmitido mediante los motores de impulsión separada 16, 48, 54, 24, 12 y 42, de manera respectiva. Los componentes nombrados con anterioridad tienen la capacidad de moverse en forma independiente entre si o podrían moverse en forma independiente uno con respecto al otro, o podrían moverse simultáneamente uno con respecto al otro. De preferencia, cada uno de los respectivos motores es asociado con un dispositivo de retroalimentación, por ejemplo, un codificador lineal o giratorio tal como el codificador de eje de giro 23 (Figura 1) , como parte de un sistema CNC que gobierna la operación de los motores de impulsión de acuerdo con las instrucciones de salida a un controlador de computadora (es decir, CNC) tal como el modelo 160i de FAPUC o el modelo 840D de Siemens (no se muestra) . La máquina de la presente invención, que se ilustra mediante las modalidades, es guiada mediante el controlador, el cual se prefiere que emita continuamente los comandos de posicionamiento y/o velocidad hacia los distintos motores de impulsión. Más que cargar un gran número de comandos de posicionamiento por eje en el controlador, podría ser más eficiente y significativo dar entrada a un conjunto más pequeño de datos que describen el proceso de manufactura del engranaje. Un candidato lógico para estos datos es un conjunto de "ajustes básicos de máquina" . Utilizando este enfoque, un operador de máquina entraría un conjunto de ajustes básicos de máquina (se discuten en mayor detalle más abajo) en el controlador, el cual a su vez, calcularía las posiciones de los ejes que corresponden con un rango de posiciones del apoyo. De esta manera, el "lenguaje" básico para describir los movimientos generadores de engranaje cónico es mantenido en la presente invención. La relación entre el engranaje generador teórico para engranar con una pieza de trabajo es mantenida en la presente invención por el movimiento angular entre los ejes de la herramienta y la pieza de trabajo en combinación con los movimientos rectilíneos relativos entre los ejes de la herramienta y la pieza de trabajo a lo largo de uno o más de los tres ejes rectilíneos y el movimiento rotacional de la pieza de trabajo alrededor de su eje. En el caso de una indexación continua, también es controlado el movimiento rotacional del eje de la herramienta. Debido a la complejidad de las superficies de diente formadas mediante generadoras mecánicas convencionales de engranaje cónico de tipo con apoyo, estas -superficies de diente solo pueden definirse con exactitud en forma geométrica mediante los movimientos de la máquina que son utilizados para producirlos. Mientras que algunos parámetros generales del diseño de engranaje podrían especificarse (por ejemplo, el número de dientes, el ángulo de cono primitivo, etc.), las ecuaciones que son utilizadas para definir las superficies de diente cónico, son las ecuaciones de movimiento de las máquinas generadoras . Dado lo anterior, es evidente que, con cada máquina configurada en forma distinta de la generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo, sería requerido un nuevo conjunto de fórmulas y otros conocimientos prácticos con el objeto de determinar los ajustes adecuados de máquina y los parámetros de operación para producir la geometría conocida del diente de engranaje y las características de acoplamiento. Sin embargo, debido a que la máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo ha existido durante muchos años, ya existen gran cantidad de conocimientos prácticos, los cuales se refieren a la geometría de diente deseado y a las características de acoplamiento en los ajustes convencionales de la máquina de tipo con apoyo . Por lo tanto, aunque podría desarrollarse un nuevo conjunto de fórmulas para una máquina recientemente configurada, se ha convertido en práctica general en la técnica utilizar los mismos parámetros de entrada puesto que una máquina mecánica convencional generadora de- engranaje cónico de tipo con apoyo para otras máquinas tiene un número y/o configuración distintos de ejes. En otras palabras, son transformadas las posiciones.de los ejes de la herramienta y la pieza de trabajo en el sistema de coordenadas de una máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo en un sistema alternativo de coordenadas de la máquina recientemente configurada. Un ejemplo de esta transformación puede encontrarse en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 981,402, la descripción de la cual se incorpora en este documento como referencia. La relación entre la invención y la generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo será discutida más abajo. Una máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo 60 (Figura 6) que produce engranajes cónicos comprende, de manera general, un armazón de máquina 62, el mecanismo de soporte de trabajo 64 y un soporte de apoyo 66 que comprende un mecanismo de apoyo 68. En forma tradicional, las máquinas mecánicas 'convencionales generadoras de engranaje cónico de tipo con apoyo son normalmente equipadas con una serie de escalas lineales y angulares (es decir, ajustes) los cuales ayudan al operador a colocar con precisión los distintos componentes de la máquina en sus posiciones adecuadas. La siguiente es una descripción de los ajustes encontrados en una máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo equipada con un dispositivo de inclinación tal como la máquina mostrada en la Figura 6 : El Ángulo Excéntrico 70 controla la distancia entre el eje de apoyo Ac y el eje de la herramienta T, El Ángulo de Rotación del Husillo de la Herramienta 72 controla el ángulo entre el eje de apoyo y el eje de la herramienta, comúnmente llamado el ángulo de inclinación, * Ángulo de Giro 74 controla la orientación del eje de la herramienta con relación a una referencia fija en el apoyo 88 , • El Ángulo de Apoyo 76 sitúa la herramienta 78 en alguna posición angular alrededor del eje de apoyo, El Ángulo del Fondo de Diente 80 orienta el soporte de trabajo 64 con relación al eje de apoyo, ' La Base-- Deslizante 82 es una dimensión lineal que regula la profundidad del embrague de la herramienta con la pieza de trabajo, • El Ajuste de Cabezal 84 es un ajuste lineal del soporte de trabajo 64 a lo largo del eje de la pieza de trabajo W, y El Desplazamiento de Trabajo 86 controla el desplazamiento del eje de la pieza de trabajo con relación al eje del apoyo. Un ajuste final, la relación de rodillo, gobierna el movimiento rotacional relativo entre el apoyo 68 y la pieza de trabajo 88. Debe observarse, que algunos de los ajustes anteriores de máquina deben calcularse tomando en cuenta las siguientes especificaciones de diseño de la pieza de trabajo y la herramienta: * la distancia de montaje de la pieza de trabajo en tosco (simbolo-Md) , la longitud total del equipo de fijación de trabajo (símbolo-Ab) , y • la altura total de la herramienta (símbolo-h) . Aunque las medidas de estos ajustes permiten el posicionamiento preciso de los componentes de la máquina, las medidas por si mismas transmiten poca información acerca de su posición con relación de un ajuste con respecto al otro. Por ejemplo, un ajuste del cabezal de 12.7cm (5 pulgadas) situará el soporte de trabajo en una posición física distinta con relación al apoyo en función del modelo de la máquina considerada. Esta situación se origina a partir de la posición de ajuste de cabezal "cero" que es definida en forma distinta en base a las máquinas de modelo distinto. En un modo parecido, un ajuste de 30 grados en el ángulo excéntrico comunica poca información con respeto a la distancia entre la herramienta y el eje de apoyo, debido a que esta es una medida angular que en realidad controla una dimensión lineal. Los detalles adicionales deben proporcionarse antes de que pueda calcularse la distanci lineal más significativa. De manera más inmediatamente significante, para el técnico es un conjunto de medidas absolutas de posicionamiento del componente de la máquina, es decir, las medidas son independientes del herramental o del modelo de la máquina considerada. Estos ajustes generales o básicos de la máquina, comunican en forma inmediata un sentido de tamaño y de proporción con respecto al engranaje generador y la pieza de trabajo que está siendo tallada o generada. Estos ajustes también proporcionan un punto de inicio común para el diseño del engranaje. Por ejemplo, los conjuntos de engranaje pueden diseñarse . en términos de ajustes básicos, de esta manera, se unifican los procedimientos de diseño entre muchos modelos de máquinas. Además, los procedimientos de análisis solo necesitarían escribirse, una vez para cubrir todas las configuraciones de máquina si fueran empleados los ajustes básicos. Por supuesto, se requiere la conversión a ajustes reales en función de la máquina para establecer una generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo, aunque esta conversión se efectúe mejor justo antes de' la presentación como un sumario establecido de la máquina . Una descripción de los ajustes básicos de la máquina aparece más abajo y con referencia a las Figuras 7-9. Las Figuras 7 y 8 muestran, de manera respectiva, las vistas superior y frontal de una generadora mecánica convencional de engranaje cónico de tipo con apoyo que posee la característica de inclinación. La Figura 9 es una proyección que muestra una vista lateral de la herramienta en longitud real. Los detalles no relacionados con la presente discusión han sido omitidos por motivos de claridad. De manera inicial son definidos dos puntos de referencia. El primer punto, el punto Gr, se encuentra en el eje de la herramienta en alguna posición conocida con relación a la herramienta. Este punto, llamado el punto Central de la Herramienta, es normalmente elegido para situarse en el plano definido por las puntas de la herramienta (Figura 9) . El segundo punto de referencia CP, se sitúa en el eje de la pieza de trabajo en el punto de cruce, es decir, el punto de intersección del eje de la pieza de trabajo y el eje de su miembro de unión. En el caso de engranajes hipoides, el CP se sitúa en el punto de intersección aparente entre los miembros de unión cuando se observa en un plano paralelo a ambos ejes. Otro punto de interés, el punto 0, es conocido como el centro de la máquina. Este punto es definido mediante la intersección del e e de apoyo y el plano de la rotación de apoyo (Figura 7) . Utilizando los puntos anteriores, podrían definirse los siguientes ajustes básicos: Radial, s, (Figura 8), es la distancia a partir de centro de la máquina O hasta el centro de la herramienta CT cuando se observa en el plano de rotación de apoyo. Ángulo de Apoyo, q, (Figura 9) , es el ángulo formado por el OCT radial y un plano paralelo a ambos ejes de la pieza de trabajo y el apoyo. * Ángulo de Inclinación, i, (Figura 9) , es el ángulo formado por el eje de la herramienta y el eje del apoyo, por lo regular es tomado entre 0 y 90 grados. Ángulo de Giro, j , (Figura 8) , determina la dirección de la inclinación del eje de la herramienta. Se mide a partir de la línea CTA que es rígidamente conectada y perpendicular a la línea radial 0CT. Su medida es el ángulo formado por la línea CTA y la proyección del eje de la herramienta en el plano de la rotación del apoyo. * Desplazamiento de Trabajo, Em, (Figura 8) , es la distancia mínima entre el eje del apoyo y el eje de la pieza de trabaj o . Base Deslizante, (Figura 7) , es la distancia entre el centro de la máquina O y el punto H, el punto de intersección aparente de los ejes de la pieza de trabajo y el apoyo. Esto parece la longitud real cuando se observa en el plano paralelo a ambos ejes del apoyo y de la pieza de trabaj o . " Ajuste de Cabezal, Xp, (Figura 7) , es la distancia entre el punto aparente H (identificado más arriba) y el punto de cruce CP. Es medido a lo largo del eje de la pieza de trabaj o . * Ángulo del Fondo de Diente, ?, (Figura 7) , es el ángulo formado por el eje de la pieza de trabajo y el plano de rotación del apoyo. Nota: todos los parámetros aparecen en su longitud real en la Figuras señaladas y son positivos en el sentido mostrado . El proceso de generación es principalmente gobernado por la relación de rodillo (la relación de la rotación de la pieza de trabajo con la rotación de apoyo). Los parámetros de movimiento adicional (por ejemplo, el movimiento helicoidal) también podrían definirse para aumentar el movimiento de rodadura entre el apoyo y la pieza de trabajo. Se observa que otros arreglos de ajustes básicos de la máquina podrían haberse elegido en lugar de los descritos. No obstante, esta elección particular de ajustes contiene una similitud con las configuraciones de máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo y aclara las propiedades geométricas esenciales en donde sea apropiado. Además de los ocho ajustes definidos con anterioridad, es útil medir la posición rotacional de la pieza de trabajo alrededor de su propio eje a partir de alguna referencia. Asimismo, en el caso de efectuar la operación de fresado frontal, la posición giratoria de la herramienta alrededor de su propio eje podría ser de interés. Combinados juntos, estos diez parámetros describen por completo el posicionamiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo en cualquier momento. Tres de estos parámetros (ángulo de apoyo, rotación de la pieza de trabajo y rotación de la herramienta) cambian en el proceso de generación, mientras que los otros siete son ajustes "reales", es decir, normalmente permanecen fijos. Un modelo matemático es desarrollado, el cual acepta los ajustes básicos de máquina que son identificados con anterioridad, y duplica con exactitud la generación de engranaje cónico en base a las modalidades inventivas a través de los desplazamientos a lo largo o alrededor de sus seis ejes. Las Figuras 10 y 11 muestran, de manera respectiva, las vistas parciales, frontal y superior del arreglo inventivo de la herramienta y la pieza de trabajo en el sistema de coordenadas de la primera modalidad de la presente invención. Con referencia a las Figuras 7-9, las cuales ilustran el arreglo de la herramienta y la pieza de trabajo de una máquina mecánica convencional generadora de engranaje cónico de tipo con apoyo en el sistema de coordenadas de esta máquina convencional, los vectores son definidos a lo largo de los ejes de la pieza de trabajo y la herramienta :
* p = {-cosy, 0, -seny} eje de la pieza de trabajo
" c = {sen i sen(q-j), sen i cos(q-j), eos i} eje de la herramienta A continuación, los vectores de "cunero" de la pieza de trabajo, son perpendiculares y unidos con los ejes de la pieza de trabajo y la herramienta, y son definidos:
* a = {-seny, 0, cosy} vector del cuñero de la pieza de trabajo * b = {cos(q-j), ^sen(q-j), 0} vector del cuñero de la herramienta
Finalmente, un vector R es definido a partir del asiento de la -herramienta TR (la parte posterior de la herramienta) hasta el punto WR en el eje de la pieza de trabajo que se sitúa directamente en el plano de la superficie de asiento del árbol de trabajo:
* R = {-s eos qi s sen q-Em, Xb} - (Xp+Md+Ab) + he
A continuación, podrían determinarse los movimientos de la modalidad de máquina de las Figuras 1-5. Un nuevo sistema de coordenadas es asociado con el arreglo de ejes de la máquina ortogonal de las Figuras 1-5 con el punto de origen WR que se encuentra sobre la superficie o nariz de asiento 43 del husillo de máquina 40. Los ejes ortogonales están dados por:
* ux = p eje de la pieza de trabajo, alineado con el eje X
uy = x vertical, señala arriba, alineado con el
X eje Y horizontal ? perpendicular a ux, alineado con el eje Z
Debido a que el eje de giro F, como se muestra en las Figuras 1-5, no es localizado en el eje de la pieza de trabajo, como se acostumbra, sino en su lugar, se prefiere colocarlo en la proximidad de la herramienta como se muestra mediante el vector ?? en la Figura 10, debe definirse la posición del eje de' giro en el nuevo sistema de coordenadas. Con referencia a las Figura 12 y 13, el eje de giro F es definido en un sistema de coordenadas unido con la herramienta 18 en el cual el eje Zc es coincidente con el eje c de la herramienta de corte y el eje Xc es perpendicular a Zc y se extiende a lo largo de la superficie trasera de la herramienta 18 (Figura 12) . Lo siguiente puede observarse a partir de la Figura 12 :
vector de unidad u2C en la dirección de Zc
* uxc = uY x uzc vector de Unidad uxc en la dirección de Xc
• Ac = {??a, 0, ???} Como se observa en la Figura 13, la transformación de Ac en el sistema de coordenadas de la herramienta de la Figura 12 en el nuevo sistema de coordenadas de la modalidad mostrada en las Figuras 1-5 es dada por:
?? B-180° por lo tanto,
-Axc cosB-Azc senB
?? 0 0 0 sen(B-180°) 0 cos(B-180°) Axc senB-Azc cosB
A partir del sistema de coordenadas de _ las Figuras 10 y 11, que representa el sistema de coordenadas de la modalidad ilustrada en las Figuras 1-5, podría observarse que :
en donde: Ri = vector del punto TR en la herramienta al punto WR en la superficie de asiento 43 del husillo de máquina 40, y, R2 = vector del punto WR en la superficie de asi-ento 43 del apoyo de máquina 40 al eje de giro F. Por lo tanto, los desplazamientos a lo largo de los ejes rectilíneos X, Y, Z de . la modalidad de máquina de las Figuras 1-5 en un aumento específico, tal como cada aumento del rodillo generador, son calculados:
* Ax = R2X desplazamiento a lo largo del eje X
Av R2 desplazamiento a lo largo del eje Y
A2 = R25 desplazamiento a lo largo del eje Z
Las tres rotaciones angulares también deben encontrarse. El ángulo de giro B, en un aumento especificado, tal como cada aumento del rodillo generador, está dado por:
B = arceos
Cada uno de los ejes de la herramienta y la pieza de trabajo poseen un ángulo asociado de fase rotacional, el cual es súper impuesto en sus movimientos como se define mediante las generadoras convencionales mecánicas. Estos compensan el cambio de la orientación relativa de los planos horizontales de la máquina convencional e inventiva en un aumento especifico, tal como cada aumento del rodillo generador. Estos ángulos son definidos como:
OÍ = ángulo de fase del eje de la pieza de trabajo
p X c X c ángulo de fase del eje de la p X c herramienta
Asimismo, también es efectuada una operación para determinar la posición rotacional deseada de la pieza de trabajo, ?, de acuerdo con los ángulos de fase alfa y beta y otras constantes de ajuste que incluyen la relación del rodillo Ra, la cual especifica la relación de la rotación relativa entre el apoyo imaginario y la pieza de trabajo requerida para le generación, la indexación o el fresado constante, Rc, la cual especifica la relación de la rotación relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo para la indexación continua y la constante de referencia ?0 que especifica una posición ..rotacional conocida entre la herramienta y la pieza de trabajo. Otras constantes (no mostradas) podrxan utilizarse además para ajustar la posición rotacional del eje de la pieza de trabajo a fin de duplicar los movimientos especiales de las máquinas mecánicas convencionales de tipo con apoyo tales como de "rodillo modificado". La operación podría expresarse como:
* co = ?0 + f(Ra/ Aq)+f(Rc, At)+f(Rc, beta)+alfa
en donde: Aq = q-qo con q = orientación instantánea de rodillo de apoyo q0 = orientación de apoyo en el centro del rodillo át = t-t0 con t = orientación instantánea del husillo de la herramienta t0 = orientación inicial del husillo de la herramienta La ecuación anterior como es escrita representa una modalidad de la relación matemática general en donde la rotación de la pieza de trabajo es una función de Ra, Rc/ alfa, beta, q y t. Sin embargo, otras variables tales como las variables intermedias en la forma de ajustes básicos, por ejemplo, s, i, j, Em/ Xb> ¾> 7 también podrían utilizarse para describir la rotación de la pieza de trabajo que se origina a partir de los parámetros de entrada. El cálculo para ? no es limitado a la expresión específica mostrada con anterioridad para esta modalidad. Se ha descubierto que el eje de giro F, definido por ejemplo con respecto a las herramientas dé corte, dentro del sistema de coordenadas del plano de referencia de la herramienta de corte XCR-ZCR de la Figura 14, se localiza de preferencia en el cuadrante de este sistema de coordenadas en donde el valor de XCR es positivo y los valores de ZCR son negativos. El eje XCR se sitúa en el plano de referencia de la fresa 92 definido por el punto medio de la altura de los bordes de corte de la cuchilla y el eje ZCR es coincidente con el eje c de la herramienta. La aplicación de esta definición en la modalidad de la Figura 1, por ejemplo, con el eje Q perpendicular con el eje N, puede observarse que el eje de giro F debe localizarse sobre o "detrás" del plano de referencia de la herramienta de corte 18 y en un punto entre el eje Q y la columna de máquina 4. Aunque el posicionamiento anterior del eje de giro es preferido, la colocación del eje de giro a lo l'argo del eje Q o hacia afuera del eje Q fuera de la columna de máquina 4 podría incluirse en la presente invención . De preferencia, la colocación del eje de giro F debe estar en una posición por medio de la " cual sea exhibido un movimiento suave y mínimo a lo largo de los ejes, tal como se observó en los diagramas de movimiento utilizados para analizar los movimientos de la máquina, junto con algunos puntos de cambio o inflexión, si es que estos existieran. De preferencia, el eje de giro F debe situarse en el cuadrante discutido con anterioridad en una posición en el mismo que se define mediante un valor positivo AxCR que es igual al radio promedio de la herramienta (s) de corte que va a utilizarse en la máquina. De preferencia, AZCR es igual a cero. Por ejemplo, si fueran contempladas herramientas de corte que tiene diámetros de 7.62 y 22.8 cm (3 y 9 pulgadas), el radio promedio de las herramientas de corte sería de 7.62 cm (3 pulgadas) . De esta manera, AXCR sería de 7.62 cm (3 pulgadas) , colocándolo aproximadamente en el punto G en la Figura 14 si por ejemplo, la herramienta de corte .18 tuviera un radio de 11.4 cm (4.5 pulgadas) . El punto G se encuentra en la proximidad del punto de cálculo de diente de engranaje (para el piñón o engranaje anular promedio) que se localiza en el centro de un diente. Un eje de giro que pasa a través del punto G serí perpendicular al plano XCR~ZCR. También se prefiere la colocación del eje de giro en una posición que permita que el mecanismo giratorio sea aislado de la pieza de trabajo y la herramienta, de manera que pueda protegerse de las rebabas o virutas perdidas. De preferencia, el aislamiento del eje de giro aún debe permitir un movimiento mínimo y suave a lo largo de los ejes con algunos puntos de cambio o inflexión, si es que estos existieran, como se observó en los diagramas de movimiento de la máquina que se discutió con anterioridad. Dado esto, se encontró que una posición preferida para el eje de giro F es en el punto AXCR localizado entre las cuchillas de corte de la herramienta más grande contemplada para la máquina y la columna de máquina 4 , y en un AZCR aproximadamente igual en magnitud a AXCR. De manera más específica, se prefiere que AXCR se encuentre alrededor del diámetro promedio de las herramientas contempladas para la máquina y se prefiere que AZC sea generalmente igual en magnitud que AXCR. Por ejemplo, si las herramientas de corte de 7.62 y 22.8 cm (3 y 9 pulgadas) de diámetro fueran contempladas, el diámetro promedio seria de 15.2 cm (6 pulgadas) . De esta manera, AXCR = 15.2 cm (6 pulgadas) , colocándola más allá de las cuchillas de corte de la herramienta más larga que estaría en AXCR = 11.4 ' cm (4.5 pulgadas) para la herramienta de diámetro de 22.8 cm (9 pulgadas). De manera general, AZCR también sería aproximadamente de 15.2 cm (6 pulgadas) aunque podría variar en más/menos 5.08 cm (2 pulgadas). Con la colocación del eje de giro como se indicó, el desplazamiento aproximadamente de 10-30 mm es observado a lo largo de cada uno de los ejes lineales que es deseablemente pequeño y aún de una magnitud de manera que el movimiento a lo largo de los ejes pueda regularse con precisión mediante los controles de la máquina.
Como un ejemplo, un piñón de 12 dientes que tiene un ángulo de cono primitivo de 28.73° y un ángulo de espiral de 50.0° es producido mediante el fresado, frontal generado en una máquina como se muestra en las Figuras 1-3. Los ajustes básicos para la máquina fueron como sigue : s = 135 .82 radial q = 65. 83 centro del rodillo i = 31. 79 ángulo de inclinación j = 320 .26 ángulo de giro Em = 48 .2638 desplazamiento Xp = -0 .0091 ajuste del cabezal b = 34. 6578 desplazamiento de base gamma (?) = -0.01 ángulo del fondo de diente Md = 116.84 distancia de montaje Ab = 139.7 altura del árbol h = 101.6 altura de la herramienta BN = 17 números de grupos de cuchilla en la herramienta de corte Ra = 3.58335 relación del rodillo La constante de fresado o de Indice Rc es definida por la relación del número de grupos de cuchilla en la herramienta de corte dividido entre el número de dientes en la pieza de trabajo. Por lo tanto:
BN/??. de dienteSpieza de trabajo Las constantes adicionales de la máquina son (véase la Figura 12) :
??0 = 152.4 mtti . .. AZC = -76.2 mm
Si se observa el diagrama de movimiento de los eje de la máquina de la Figura 15, se muestra que durante la generación del piñón de fresado frontal descrito con anterioridad, hubo aproximadamente 20 mm de movimiento a lo largo de cada uno de los ejes Z e Y, y aproximadamente 30 mm de movimiento a lo largo del eje X. También se observó que la rotación alrededor del eje de giro F fue aproximadamente de 0.5 grados . Ningún punto de inflexión o cambio para cualquiera de los ejes fue observado en el diagrama. De manera conveniente, la pieza de trabajo es girada con relación a la base. La introducción del uso de una columna única para soportar tanto el husillo de la herramienta como el husillo de la pieza de trabajo permite que el husillo de la herramienta sea girado con relación a la columna. Sin embargo, también podría ser posible para ciertas aplicaciones, girar el husillo de la pieza de trabajo ya sea solo o en conjunto con el giro del husillo de la herramienta. Se entiende que aunque la presente invención ha sido discutida e ilustrada con respecto a una máquina de corte, la presente invención también es entendida por que incluye de igual manera una máquina de rectificado para engranajes cónicos. Mientras que la invención ha sido descrita con referencia a las modalidades preferidas, se entiende que la invención no se limita a las modalidades particulares de la misma. Se pretende que la presente invención incluya modificaciones que serían aparentes para aquellas personas expertas en la técnica a la cual pertenece la materia.
Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.