NL9300826A

NL9300826A - Gereedschap voor het vervaardigen van een kroonwiel dat kan samenwerken met een rondsel met schuine tanden en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk kroonwiel.

Info

Publication number: NL9300826A
Application number: NL9300826A
Authority: NL
Original assignee: Crown Gear Bv
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-12-01
Also published as: EP0699114B1; US5720584A; DE69406444T2; EP0699114A1; DE69406444D1; WO1994026452A1; JP3665874B2; JPH09500581A

Description

Korte aanduiding: Gereedschap voor het vervaardigen van een kroonwiel dat kan samenwerken met een rondsel met schuine tanden en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk kroonwiel.

De uitvinding betreft het gebied der werktuigbouw waarbij tandwielen worden vervaardigd die kunnen samenwerken met een cilindrisch rondsel, waarbij de assen van het rondsel en het te vervaardigen tandwiel een hoek met elkaar maken. Dergelijke tandwielen zijn bekend onder de naam kroonwielen als de ashoek ongeveer 90° is.

Bekend is de methode om dergelijke kroonwielen nauwkeurig te vervaardigen door middel van bijvoorbeeld frezen. Tot op heden was het alleen mogelijk op dergelijke wijze kroonwielen te vervaardigen indien het kroonwielen betreft die kunnen samenwerken met een cilindrisch rondsel met rechte vertanding.

Recht vertande rondsels zijn tandwielen met een tand-hoek van 0°, zodat de tanden evenwijdig aan de rotatieas van het rondsel lopen. De kroonwielen die met een dergelijk rondsel kunnen samenwerken, worden volgens de bekende werkwijze vervaardigd door middel van een afwikkelproces, waarbij het werkstuk en het gereedschap roteren en waarbij het gereedschap zodanig langs het werkstuk wordt bewogen, dat het gereedschap de tandflanken bewerkt. De vorm van het verspanende profiel van het gereedschap is afgeleid van de vorm van de tanden van het rondsel dat met het te vervaardigen kroonwiel kan samenwerken, waarbij het verspanende profiel schroeflijnvormig als ribben over de buitenomtrek van het gereedschap is aangebracht. De spoedhoek 7 waarmee het verspanende profiel van dit bekende gereedschap is aangebracht, is afhankelijk van de diameter D van het gereedschap, het aantal tanden zl van het rondsel, de moduul grootte m van het rondsel en het aantal tanden n waarover het werkstuk roteert bij één omwenteling van het gereed- schap (aantal gangen van het gereedschap).

De uitvinding betreft een afwikkelgereedschap voor het nauwkeurig vervaardigen van kroonwielen die kunnen samenwerken met een rondsel met een schuine vertanding, alsmede een werkwijze voor het vervaardigen van dergelijke kroonwielen. Een schuin vertand rondsel heeft een zodanige vorm dat elke tand van het rondsel op de steekcirkel steeds een constante tandhoek β met de as van het rondsel maakt. Hierdoor hebben de tanden een gecompliceerde schroefvorm, deze schroefvorm is in het te vervaardigen kroonwiel terug te vinden doordat de tanden daarvan een spiraalvormige kromming hebben. Dergelijke rondsels zijn bekend en kunnen op velerlei wijze geproduceerd worden.

Het verspanend oppervlak van het gereedschap volgens de uitvinding heeft ongeveer de vorm van de transversale doorsnede van het rondsel dat met het te vervaardigen kroonwiel kan samenwerken, waarbij het verspanend oppervlak wordt beschouwd in het vlak door de hartlijn van het gereedschap. Elke opvolgende doorsnede van het gereedschap in dit vlak komt overeen met de volgende doorsnede op het schuin vertande rondsel, als de verplaatsing in de asrichting van het rondsel ongeveer gelijk wordt genomen aan de verplaatsing langs de buitenomtrek van het gereedschap.

Bij het gereedschap volgens de uitvinding is de spoed-hoek y van het verspanende profiel ongeveer gelijk aan de tandhoek β van het rondsel met schuine vertanding dat met het kroonwiel kan samenwerken.

Bijvoorkeur is het gereedschap volgens de uitvinding een meergangig gereedschap met een spoedhoek y, waarbij voor de spoedhoek y geldt: tg 7 = (m*n) (D*cos β.) Hierbij is D de diameter van het gereedschap m, de normaalmoduul van het schuinvertande rondsel β de tandhoek van het schuinvertande rondsel en n het aantal gangen van het gereedschap.

Bij het vaststellen van de afmetingen van het gereedschap wordt gebruik gemaakt van het inzicht dat het aantal gangen van het gereedschap het gehele getal groter dan o is, dat het dichtste ligt bij de uitkomst van de breuk (D*sinj8) /m.

Het is bekend dat meergangig gereedschap aanleiding geeft tot afwijkingen in de vorm van flanken van de werkstukken. Uit analyses is gebleken dat bij toepassing van het gereedschap volgens de uitvinding deze afwijkingen voor de hier beschreven kroonwielen binnen de toelaatbare grenzen liggen.

De hiervoor omschreven afwijking ontstaat doordat de tandhoek maar op één diameter de juiste waarde heeft: bij een schuin vertand rondsel wordt hier meestal als diameter de steekcirkel genomen en bij het gereedschap wordt de grootste met de steekcirkel van het rondsel overeenkomende diameter op de vertanding van het gereedschap gebruikt. In de vertanding is sprake van verschillende diameters, namelijk variërend van tandvoet tot tandkop. Indien op het rondsel of op het gereedschap een kleinere diameter wordt beschouwd, dan is de tandhoek groter, omdat de verplaatsing in lengterichting voor beide diameters gelijk is. Bij het beschouwen van grotere diameters is het omgekeerde het geval. De verandering in tandhoek zal voor rondsel en gereedschap echter verschillend zijn, omdat beide verschillende diameters hebben. Het hierdoor ontstane verschil in tandhoek geeft aanleiding tot de genoemde afwijkingen.

Bij het bewerken van de vertanding door het verspanend oppervlak van het verspanend profiel wordt elk punt van een tandflank door een punt op het verspanend oppervlak bewerkt. Daarbij zijn alleen die punten op het gereedschap waarvoor de tandhoek gelijk is aan de spoedhoek in staat om de tandflank zonder fouten te vervaardigen. De punten op het gereedschap met een andere diameter zullen de tandflan-ken met een afwijking vervaardigen. Daar deze afwijking alleen afhankelijk is van de gereedschapsgeometrie, is het mogelijk om door correctie van deze geometrie flanken van de juiste vorm te vervaardigen, waarbij de aan te brengen correcties niet afhankelijk zijn van bijvoorbeeld het tandental van het te vervaardigen kroonwiel.

In de situatie dat de spoedhoek y gelijk is aan de tandhoek β is de aanzetrichting van het gereedschap bij de vervaardiging van het kroonwiel gelijk aan de richting van de rotatie-as van het rondsel dat met het kroonwiel kan samenwerken. Indien geldt 7-0 = ΦεηΦ^Ο, dan maakt de aanzetrichting een hoek Φ met de richting loodrecht op de rotatie-as van het gereedschap. Dikwijls zal de rotatie-as van het rondsel de rotatie-as van het kroonwiel snijden. Het is echter eveneens mogelijk dat de rotatie-assen van het kroonwiel en het rondsel elkaar kruisen, er is dan sprake van off-set.

Een verdere verbetering van de bewerkingen met het gereedschap volgens de uitvinding wordt verkregen door voor de tandhoek β, zoals gebruikelijk, de waarde van de tandhoek op de steekcirkel van het rondsel te kiezen, en de spoedhoek y te berekenen met de grootste met de steekcirkel van het rondsel overeenkomende diameter op de vertanding van het gereedschap. De aanzetrichting Φ, die op deze wijze berekend is, geeft de grootste nauwkeurigheid, waardoor de afwijkingen beperkt kunnen blijven.

Bij de produktie van de kroonwielen wordt bij het vaststellen van de verhouding van de rotatiesnelheid van gereedschap en het te vervaardigen kroonwiel gerekend met het aantal gangen n van het gereedschap. Bovendien krijgt de draaitafel van het werkstuk een extra rotatie die wordt afgeleid van de aanzetsnelheid van het gereedschap in de richting van de rondselas en de spoedhoek van het rondsel.

Voorwaarde voor de nauwkeurige bewerking door het gereedschap, in het geval dat het een frees met een beperkt aantal freestanden of stollen is, is dat het aantal stollen of freestanden niet deelbaar is door het aantal gangen n van de frees.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierbij wordt het gereedschap volgens de uitvinding vergeleken met de bekende uitvoeringsvorm van een gereedschap voor het vervaardigen van een kroonwiel dat kan samenwerken met een rondsel met rechte vertanding.

Figuur 1 toont een cilindrisch rondsel, waarvan de tandrichting gelijk is aan de asrichting, zodat sprake is van een rechte vertanding.

Figuur 2 toont een cilindrisch rondsel waarvan de tandrichting een hoek maakt met de asrichting, dat wil zeggen een schuine vertanding.

Figuur 3 toont een cilindrisch rondsel met schuine vertanding met daarin het transversaal vlak.

Figuur 4 toont een cilindrisch rondsel met schuine vertanding met daarin het normaal vlak.

Figuur 5 toont het bekende gereedschap voor het bewerken van kroonwielen die kunnen samenwerken met een rondsel met rechte vertanding.

Figuur 6 toont het gereedschap volgens de uitvinding voor het bewerken van kroonwielen die kunnen samenwerken met rondsels met schuine vertanding.

Figuur 7 toont het bewerken van een kroonwiel met behulp van een afwikkelgereedschap.

Figuur 8 toont de relatieve baan van een punt van het verspanend oppervlak van het gereedschap ten opzichte van de tandflank van het kroonwiel voor de diameter van het gereedschap waarop de spoedhoek y gelijk is aan de tandhoek β van het met het kroonwiel samenwerkende rondsel.

Figuur 9 toont de relatieve baan van een punt van het verspanend oppervlak van het gereedschap ten opzichte van de tandflank van het kroonwiel voor de diameter van het gereedschap waarop de spoedhoek y ongelijk is aan de tandhoek β van het met het kroonwiel samenwerkende rondsel.

In de diverse figuren zijn de overeenkomstige onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

Een cilindrisch rondsel met rechte evolvente vertanding, zoals getoond in figuur 1, heeft een hartlijn 1 en een steekcirkel 2, waarbij de tanden met 3 zijn aangegeven en de tandkuilen met 4. Het asgat 5 wordt gebruikt om het rondsel op te spannen tijdens het bewerken of bij het gebruik van het rondsel.

Figuur 2 toont een cilindrisch rondsel, met hetzelfde tandental en dezelfde tandvorm als het rondsel van figuur 1, waarbij de tanden schroeflijnvormig zijn aangebracht. Het rondsel van figuur 2 is dus een schuin vertand rondsel.

In figuur 3 is het transversaal vlak 6 aangegeven, dit is het vlak dat loodrecht op de hartlijn 1 staat.

In figuur 4 is het normaal vlak 7 getekend, waarbij dit vlak loodrecht op de tandflank staat. Bij de produktie van een schuin vertand rondsel volgens figuren 2 t/m 4 wordt uitgegaan van een bepaald tandental, een tandhoek β, een bepaalde profielvorm en een normaalmoduul m, dat wil zeggen de moduul in het normaal vlak 7. Zoals bekend uit de tandwieltheorie is de normaal moduul voor schuine vertan-ding vastgelegd in de vorm van het gereedschap waarmee een schuin vertand tandwiel wordt vervaardigd, waarbij de normaal moduul hetzelfde blijft als de tandhoek β en het tandental variëren.

Een bekend afwikkelgereedschap, waarmee kroonwielen die samenwerken met recht vertande rondsels, kunnen worden vervaardigd is weergegeven in figuur 5. Hierbij is met 8 de rotatieas van het gereedschap en met 9 de boring, waarmee het gereedschap in de bewerkingsmachine wordt opgespannen, aangeduid. Het hart van de vertanding van het met het kroonwiel samenwerkende rondsel, waarvan de vorm van het verspanend profiel van het gereedschap is afgeleid, ligt op een cirkel 10 rond de rotatieas 8. De steekcirkel van deze vertanding is aangegeven met 11.

De buitendiameter van het gereedschap is aangegeven met 26, terwijl de steekcirkel diameter van het gereedschap, dat wil zeggen de grootste met de steekcirkel van het rondsel overeenkomende diameter op de vertanding van het gereedschap is aangegeven met 25. Zoals in figuur 5 te zien is, is hier sprake van een ééngangig gereedschap, waarbij het werkstuk waaruit een kroonwiel wordt vervaardigd over één tand roteert bij een volledige omwenteling van het gereedschap. Het gereedschap heeft schroeflijnvormige ribben 12 en groeven 13 aan de buitenomtrek met een spoedhoek 14 ten opzichte van het vlak waarin de cirkel 10 rond de rotatieas 8 ligt.

Figuur 6 toont een afwikkelgereedschap volgens de uitvinding met afmetingen die vergelijkbaar zijn met die in figuur 5. Hierbij is de spoedhoek 14 van de ribben van het verspanende profiel van het gereedschap wezenlijk groter dan bij het gereedschap in figuur 5, waardoor ook de ribben 12 een geheel andere vorm hebben gekregen. Deze grote spoedhoek 14 wordt bereikt door de vertanding, die is afgeleid van de transversaaldoorsnede 6 (zie figuur 3) van het met het te vervaardigen kroonwiel samenwerkende schuin vertande rondsel, rond de rotatie-as van het gereedschap te laten roteren met het hart op de cirkel 10, waarbij het rondsel per rotatie om de rotatie-as 8 van het gereedschap over een geheel aantal tanden roteert. Dit aantal tanden waarover het rondsel roteert wordt zodanig gekozen dat de spoedhoek 14 zoveel mogelijk overeenkomt met de tandhoek β van het schuin vertande rondsel.

Figuur 7 toont de manier waarop het gereedschap volgens de uitvinding gebruikt wordt om een werkstuk te bewerken. Hierbij duidt 19 het te bewerken werkstuk aan en wordt met pijl 18 de rotatie van dit werkstuk om draaiïngsas 23 tijdens de bewerking aangegeven. Het gereedschap 16, dat volgens pijl 17 om draaiïngsas 15 roteert, heeft een verspanend oppervlak 21, dat bestaat uit ribben 22, die schroeflijnvormig om de buitenomtrek liggen. De ribben 22 bewerken de tandkuilen 24, waarbij het gereedschap een aanzetrichting 20 in de richting van de hartlijn van de met het te vervaardigen kroonwiel samenwerkende rondselas heeft. De rotatiesnelheden van het gereedschap en het werkstuk zijn zodanig dat, bij stilstand in aanzetrichting van het gereedschap, bij één volledige omwenteling ervan het werkstuk evenveel tanden verdraait als het aantal gangen n van het gereedschap. Bij een aanzetbeweging van het gereedschap in de lengterichting van de tandkuil, krijgt het werkstuk een extra toegevoegde rotatie die de positie van het werkstuk aanpast aan de optredende rotatie van de transversale doorsnede van het rondsel ten gevolge van de tandhoek bij verplaatsing in richting van de hartlijn.

In figuur 8 is met de lijn 27 de te bewerken tandflank aangegeven, waarbij met 28 de relatieve baan van een punt van het verspanend oppervlak is aangegeven. In de hier getoonde situatie is de spoedhoek van het gereedschap gelijk aan de tandhoek van het met het kroonwiel samenwerkende rondsel. Zoals uit de figuur 8 blijkt, is in dit geval de relatieve beweging een rechte lijn die in zijn onderste punt 29 eindigt op de te vervaardigen tandflank. Deze situatie komt alleen voor op één bepaalde diameter van het verspanend oppervlak.

In figuur 9 is de situatie getoond bij de andere diameters, waarbij met 28 de relatieve baan is aangegeven. Het verspanend oppervlak loopt naar de te vervaardigen tandflank bij 30 en verlaat het gebied bij 31. Hierbij de baan ellipsvormig met het onderste punt 29 op de te vervaardigen tandflank 27. Zoals in de figuur 9 te zien is, wordt daarbij een deel van de te vervaardigen flank weggenomen. In figuur 9 is de afwijking van de tandflank aangegeven met 32. Deze afwijking kan berekend worden, zodat het verspanend oppervlak zodanig kan worden aangepast dat de afwijking 32 geminimaliseerd wordt of verdwijnt.

Het gereedschap volgens de uitvinding kan zowel een frees zijn als een slijpworm. Bij voorkeur staan de spaan-vlakken van de frees ongeveer haaks op de richting van de ribben van het gereedschap, zodat de vrijloopvlakken ongeveer haaks op het spaanvlak staan. Hierdoor is de sterkte en stabiliteit van de snijkanten het grootst.

Een voorbeeld van een frees met een buitendiameter van 116 mm en een steekcirkel van 110 mm voor kroonwielen die kunnen samenwerken met een rondsel met moduul m = 3 mm, tandhoek β = 15° en zl = 10 tanden leidt tot een frees met n = 9 gangen, en een spoedhoek γ = 14,258°. De aanzetrich-ting van de frees maakt een hoek Φ = 0,742° met de richting van de rondselas. Indien met deze frees een kroonwiel van 38 tanden gefreesd wordt, en het toerental van de frees 100 omw / min. bedraagt, dan is het toerental van de draaitafel waarop het werkstuk is geplaatst (9*100)/38 = 23,7 omw / min.

Claims

1. Gereedschap voor het vervaardigen van een kroonwiel dat kan samenwerken met een cilindrisch rondsel, welk rondsel een schuine vertanding heeft met een tandhoek β en een normaalmoduul m, waarbij de rotatie-assen van het kroonwiel en het rondsel niet evenwijdig zijn, waarbij tijdens de vervaardiging het werkstuk, waaruit het kroonwiel wordt vervaardigd, en het gereedschap roteren en het gereedschap in aanzetrichting in een rechte baan zodanig langs het werkstuk wordt bewogen dat het gereedschap de tandflanken van het te vervaardigen kroonwiel bewerkt, waarbij de vorm van het verspanend profiel van het gereedschap is afgeleid van de vorm van de tanden van het rondsel, dat met het kroonwiel kan samenwerken, en het verspanende profiel schroeflijnvormig met een spoedhoek y over de buitenomtrek van het gereedschap is aangebracht, welke spoedhoek y in hoofdzaak overeenkomt met de tandhoek β van het schuinvertande rondsel, dat met het te vervaardigen kroonwiel kan samenwerken.

2. Gereedschap volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor de spoedhoek γ van het gereedschap geldt: tg y = (m*n) * (D*cosj8) , waarbij D de diameter van het gereedschap, m de normaalmoduul van het schuinvertande rondsel, β de tandhoek van het schuinvertande rondsel, en n het aantal gangen van het verspanende profiel van het gereedschap is.

3. Gereedschap volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het aantal gangen van het verspanende profiel van het gereedschap overeenkomt met het dichtstbijzijnde gehele getal ongelijk nul dat volgt uit de berekening (D*sinjS) /m.

4. Gereedschap volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vorm van het verspanend profiel zodanig is aangepast dat een afwijking van de te vervaardigen vertanding ten gevolge van het verschil tussen de tandhoek β en de spoedhoek 7 wordt opgeheven.

5. Werkwijze voor het vervaardigen van een kroonwiel, dat kan samenwerken met een cilindrisch rondsel met schuine vertanding, met behulp van een gereedschap volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aanzetrichting van het gereedschap een hoek 0 maakt met de normaal op de rotatie-as van het gereedschap, waarbij geldt 0 =7 - jS, waarbij 7 de op de maximale steekcirkel van het gereedschap aanwezige spoedhoek, en β de tandhoek van het rondsel is.