ITTO20000588A1 - Procedimento e dispositivo per la misura automatizzata di valori caratteristici del processo e del pezzo durante la rettifica di ruote denta - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto perilnvenzione Industriale

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un dispositivo di misura in un centro di elaborazione a controllo numerico computerizzato, preferibilmente per la realizzazione di dentature e/o altri profili ottenibili per rotolamento continuo nonché lavorazioni di completamento di denti e lavorazioni ausiliarie .

È noto che con 1'avvento delle rettificatrici per ingranaggi a controllo numerico computerizzato (CNC) e, in particolare, degli assi a posizione regolata nonché della moderna tecnica dei sensori, si è ottenuto un considerevole aumento della produttività nella rettifica degli ingranaggi che, a sua volta, ha generato un fabbisogno crescente di tempi brevi per le lavorazioni ausiliarie ed un distacco dell'operatore dal ciclo di lavorazione attualmente molto veloce di queste macchine. A questo riguardo si osserva la tendenza di produrre dei pezzi qualitativamente pregiati con una precisione ed una accuratezza della forma sempre più elevati. Oltre alle precauzioni per la riduzione dei tempi principali della lavorazione sono stati e vengono automatizzati in misura sempre crescente soprattutto il cambio del pezzo e altre lavorazioni di preparazione all'inizio e alla fine nonché tra due operazioni di rettifica in successione. Dato che l'operatore non segue più il ciclo di lavorazione della macchina, non è più presente il controllo del procedimento di rettifica basato sull'esperienza e pertanto non esiste più la possibilità di un adattamento tempestivo per impedire errori di lavorazione. In questo modo, nella nuova tecnologia della rettifica automatica ad alte prestazioni, esiste un potenziale di rischio crescente per gli scarti ed errori dei pezzi che possono determinare costi di ripassatura elevati .

Prendendo spunto dal compito della rettifica degli ingranaggi, le differenze nel sovrametallo del fianco del dente dovute alla distorsione da tempra devono essere asportate in modo da ottenere forme geometriche definitive del fianco variabili entro micrometri. Considerazioni di economia richiedono l'asportazione del materiale in tempi brevissimi. Questa è limitata da variazioni della struttura dovute al calore nella zona del bordo del pezzo, la cosiddetta bruciatura da rettifica. Le cause di questo fenomeno sono studiate in modo approfondito .

Sono note rettificatrici di fianchi dei denti in cui le operazioni di preparazione e di sorveglianza del processo vengono automatizzate in un'unica operazione, per esempio la fasatura, come viene denominato il posizionamento dei vani interdentali di una ruota dentata rispetto alla mola a vite generatrice prima dell'inizio del processo di rettifica. Una forma di attuazione caratteristica è indicata nel brevetto US-A 4 755 950. Una caratteristica di questa soluzione su una rettificatrice per sagomare dentature è uno speciale tastatore fisso il quale si introduce in un vano interdentale e che risponde al contatto con un fianco del dente. Successivamente, il pezzo viene ruotato fino al contatto con il secondo fianco. Un calcolatore registra le posizioni di contatto e calcola la posizione intermedia in cui viene ruotato il pezzo per la fasatura.

Nel brevetto CH 682 853 A5 si propone una semplificazione del compito tramite riduzione dei movimenti da eseguire. Una forma di attuazione preferita della presente invenzione utilizza un sensore con una sfera di misura che fa contatto con la testa del dente oppure con i fianchi di un vano interdentale del pezzo. La sfera di misura rileva in questo modo scostamenti sia nella direzione radiale che tangenziale di tastatura. Il sistema di tastatura è disposto sul supporto dell'attrezzo.

Nello stato della tecnica, inoltre, il pezzo precedentemente dentato viene depositato sul mandrino per mezzo di un caricatore oppure manualmente e successivamente, alla velocità di rotazione operativa, avviene un controllo al 100% di tutti i fianchi destri e sinistri della ruota dentata. Durante questa operazione, i fianchi del dente vengono tastati senza contatto da un rilevatore fisso, induttivo oppure capacitivo. Il sensore verifica se la ruota dentata è quella giusta e se gli scostamenti dello spessore del dente e di centraggio rientrano nell'intervallo di tolleranza prestabilito. Con un'elettronica adeguata viene predisposto un campione o modello corrispondente alla ruota dentata e questo viene valutato per quanto riguarda spessore del dente, centraggio e numero dei denti. Se i valori rientrano nell'intervallo di tolleranza, viene rilevata la rotazione che consente la fasatura elettronica automatica del pezzo e della mola a vite .

Una caratteristica comune degli esempi citati è l'automatizzazione della fasatura, la quale deve essere effettuata prima dell'inizio della rettifica. Un sensore adatto viene così disposto in diverse forme di attuazione - con contatto o senza contatto - nella dentatrice secondo regole speciali. Le soluzioni citate presentano tuttavia ancora inconvenienti sostanziali. Esse sono concepite soltanto per il compito di fasatura oppure per la verifica prima della rettifica. Tastatori a contatto richiedono un arresto del mandrino portapezzo allo scopo di un inserimento nel vano interdentale, cosa che allunga il tempo ciclo. In questo modo, almeno queste soluzioni non sono adatte per una rettifica di ingranaggi altamente produttiva, in quanto la misura non è eseguibile alla velocità di rotazione utilizzata durante la lavorazione.

Con le disposizioni, i dispositivi e i procedimenti noti, in linea di massima, si realizza soltanto la fasatura. Il rilevamento di ulteriori grandezze geometriche e tecnologiche di processo non è previsto durante e alla fine della rettifica e pertanto richiede ulteriori dispositivi costosi che, in linea di massima, riducono lo spazio di lavoro privo di collisioni.

Un altro tipo di dispositivi è proposto per il rilevamento della bruciatura da rettifica. Dal brevetto DE 195 44 620 Al è noto un procedimento per la rettifica a rotolamento parziale e per la rettifica di profili, che rileva la variazione della funzione dielettrica nella gamma ad alta frequenza tramite variazione della capacità di un circuito elettrico oscillante. A tale scopo, il sensore deve essere portato nel vano interdentale ad una distanza di ca. un millimetro dal fianco del dente rettificato. In questo modo, anche per questa soluzione, come nel caso di tastatori a contatto, è necessario l'arresto del mandrino portapezzo.

Nel brevetto DE 40 25 552 CI si propone di misurare la variazione della distanza delle superfici frontali del pezzo come valore sostitutivo per l'aumento della temperatura e pertanto l'instaurarsi di una bruciatura da rettifica per effetto del processo di rettifica.

Secondo 1'invenzione, su mandrini portapezzo vengono applicati a coppie sistemi di misura, preferibilmente estensimetri. L'aumento della temperatura durante la rettifica, secondo le affermazioni dell'inventore, determina variazioni della fascia dell'ingranaggio di circa 10-20 micrometri. La bruciatura da rettifica deve poter essere riconosciuta con sicurezza nei pezzi rettificati successivamente con dati di rettifica uguali, confrontandoli con un pezzo di riferimento. Tuttavia, questo metodo può essere utilizzato soltanto con pezzi piccoli, in quanto nelle ruote dentate con una grossa massa, il riscaldamento dei pezzi, dovuto, al procedimento di rettifica, è troppo limitato per essere rilevato in questo modo.

Generalmente caratterizzante per lo stato della tecnica, sulla base delle soluzioni inventate, è il fatto che per le operazioni di misura e di controllo descritte, relativamente al procedimento e al dispositivo, esistono delle soluzioni, tuttavia, il loro impiego comune su una rettificatrice per fianchi dei denti determina un considerevole restringimento dello spazio di lavoro e per lo più ha come conseguenza un dispendio elevato per i dispositivi e i mezzi di misura nonché comporta tempi secondari aggiuntivi e tempi di allestimento lunghi.

Il compito della presente invenzione è pertanto di indicare un procedimento ed un dispositivo in cui, diverse funzioni di misura e di controllo sono riunite in un dispositivo di misura automatizzato e il dispositivo e le apparecchiature di misura vengono utilizzati in molteplici modi, così da aumentare la resa economica della macchina, da migliorare la qualità e la disponibilità e da semplificare il procedimento di allestimento. La soluzione di questo compito secondo la presente invenzione, in base alla parte caratterizzante delle rivendicazioni 1 e 10, è descritta più dettagliatamente di seguito sulla base di un esempio di attuazione mostrati nei disegni, nei quali:

la Figura 1 mostra una vista laterale di una rettificatrice dei fianchi dei denti rappresentata schematicamente, con il dispositivo di misura secondo la presente invenzione, e

la Figura 2 mostra una vista dall'alto sul pezzo con una sonda in posizione di lavoro.

Nel montante 1 della rettificatrice dei fianchi dei denti a controllo numerico computerizzato (CNC) 2, rappresentata schematicamente nella Figura 1, si trova il supporto 3 del mandrino portapezzo collegato rigidamente con il montante; nel supporto il mandrino portapezzo 4 è supportato in modo girevole intorno all'asse 7 con il pezzo 6, bloccato per mezzo di un mandrino 5. Il mandrino portapezzo viene azionato dal motore 8. Il suo angolo di rotazione viene rilevato per mezzo di un encoder rotativo 9.

Il mandrino portamola 10 con l'attrezzo di rettifica 11, una mola a vite oppure a disco, è collegato in modo di per sé noto con il montante 1 attraverso la. slitta a shift 12, la slitta disollevamento 13, il pezzo inclinabile 14 e la slitta di avanzamento 15. Il mandrino portamola 10 e le slitte 12, 13 e 15 sono azionati da motori 32, 33, 34, 35 e, insieme ai trasduttori angolari e di posizione 36, 37, 38, 39 associati, così come il mandrino portapezzo con il motore 8 e 1'encoder rotativo 9, formano assi NC del comando CNC 31.

Un altro asse NC forma, secondo la presente invenzione, un mandrino 16 mobile parallelamente 'rispetto all'asse 7 del pezzo e girevole intorno all'asse 19; sull'estremità superiore del mandrino 16 si trova il supporto 20 della sonda di misura. Il movimento di spostamento viene generato dal motore 17 con il trasduttore angolare 18. Preferibilmente, un cilindro pneumatico non rappresentato determina il movimento di rotazione.

L'estremità anteriore del tubo analizzatore 21, regolabile longitudinalmente, supporta, su un adattatore 22, una o più sonde di misura 23, 24 preferibilmente disposte una sopra l'altra nella direzione dell'asse 7 e i cui segnali vengono trasmessi al comando CNC 31 attraverso un cavo 25. Nella posizione di lavoro qui rappresentata, i sensori 23, 24 si trovano alla distanza, dal diametro esterno della ruota dentata, che è necessaria per la misura. Prima del cambio del pezzo, il supporto 20 della sonda di misura, se necessario per ragioni di spazio, viene posizionato in una zona priva di ingombri con il pezzo.

In un'ulteriore variante di attuazione, anche il movimento di rotazione del supporto 20 della sonda di misurazione viene realizzato intorno all'asse 19 attraverso un asse NC, cosa che aumenta i costi ma riduce il dispendio per l'allestimento, soprattutto nel caso di sensori sfalsati lateralmente uno rispetto all'altro. Questa variante è rappresentata simbolicamente con linee a tratto e punto nella Figura 1 con la ruota dentata 42 collegata, con vincolo di rotazione ma in modo longitudinalmente scorrevole con il mandrino 16, il pignone 43 impegnantesi con la ruota dentata e azionato dal motore 44, e il trasduttore angolare 45.

Per l'esecuzione di un'operazione di misura, il mandrino 16 viene portato in una posizione prescelta attraverso il comando 31 e, con la sonda di misura 23 o 24 orientata verso il centro del pezzo, il pezzo 6 rotante, oppure disposto in una posizione angolare prescelta, viene analizzato senza contatto su un piano 26, 27, 28 perpendicolare al proprio asse di rotazione. Le grandezze di misura che possono essere così rilevate prima o durante oppure, a scopi di controllo, dopo la rettifica del pezzo, sono tra le altre

- la posizione e lo spostamento della faccia frontale superiore e inferiore della dentatura,

il numero di denti e il passo della dentatura

- la posizione angolare dei vani interdentali (fasatura iniziale e fasatura successiva)

sovrametallo dei fianchi dei denti prima della rettifica (limitazione dell'avanzamento), - l'angolo elica β (misurazione sui piani 26, 28),

la temperatura sulla testa del dente (controllo della bruciatura da rettifica),

- vibrazioni sul pezzo tramite un getto di fluido .

Queste grandezze di misura servono, da una parte, per l'allestimento di un nuovo pezzo oppure l'allestimento del ciclo di rettifica (per esempio la determinazione delle posizioni di inversione della corsa della mola oppure l'individuazione della posizione angolare del vano interdentale rispetto al profilo della mola), dall'altra alla sorveglianza dei dati di processo caratteristici (ampiezza dei denti, temperatura della testa del dente ecc.), il cui scostamento dal valore nominale impostato durante il processo di lavorazione automatico può essere utilizzato per l'adattamento di parametri di processo oppure per lo stop della macchina, al fine di evitare la produzione di scarti o danni alla macchina. In questo modo, i valori nominali possono essere calcolati in base alla specifica del pezzo e immessi manualmente oppure ottenuti tramite misura automatica del primo pezzo riconosciuto come buono. Dato che il processo di lavorazione e il processo di misura, dal punto di vista cinematico, non sono accoppiati uno con l'altro, molte di queste misure possono essere eseguite contemporaneamente ad operazioni di lavorazione durante il ciclo di rettifica, cosicché per la loro esecuzione non è necessario alcun tempo ciclo aggiuntivo. Grazie alla sorveglianza continua, è possibile riconoscere tempestivamente scostamenti di processo ed effettuare adattamenti corrispondenti dei parametri di processo. La soluzione secondo la presente invenzione consente il rilevamento di una pluralità di grandezze di misura rilevanti senza pregiudicare il ristretto spazio intorno al pezzo o prolungare il tempo ciclo. La presente invenzione può essere utilizzata sia nella produzione piccola e media che nella produzione in grande serie.

Naturalmente, gli assi NC per la generazione del movimento lineare relativo nonché del movimento di orientamento tra la mola 11 e il pezzo 6 possono anche essere ottenuti in altro modo. Uno o più di questi movimenti possono essere per esempio eseguiti tramite il supporto 3 del pezzo.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il rilevamento e la valutazione automatici di dati caratteristici del processo e del pezzo durante la rettifica di ruote dentate, caratterizzato dal fatto che entro un ciclo di rettifica automatico con uno o più sensori (23, 24), sulla stessa testa (22) dell'adattatore vengono eseguite diverse misure, i sensori (23, 24) necessari per le misure essendo accostati in una posizione vicina al diametro esterno della ruota dentata e per mezzo di uno spostamento di un mandrino (16) controllato da un sistema di controllo numerico computerizzato possono essere portati nella posizione di misura programmata da CNC, necessaria per la misura, parallelamente all'asse (7) del pezzo.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rilevamento di valori caratteristici del pezzo e di processo ha luogo prima, durante e dopo la rettifica del pezzo.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che le misure vengono effettuate con sensori (23, 24) di misurazione senza contatto su diversi piani del pezzo (26, 27, 28) sulla periferia del pezzo (6).
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che sulla testa dell'adattatore (22) si trovano due o più sensori (23, 24) che sono destinati alla misura di grandezze fisiche uguali oppure diverse.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che per mezzo dei dati misurati ed elaborati da CNC, vengono determinati parecchi fra i seguenti valori caratteristici del pezzo e del processo: - la posizione e lo spostamento della faccia frontale superiore e inferiore della dentatura, il numero di denti e il passo della dentatura, - la posizione angolare dei vani interdentali (fasatura iniziale e fasatura successiva), - sovrametallo dei fianchi dei denti prima della rettifica (limitazione dell'avanzamento), - l'angolo elica β (misura sui piani 26, 28), la temperatura sulla testa del dente (controllo della bruciatura per rettifica), vibrazioni sul pezzo tramite un getto di fluido.
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che vengono calcolati i valori nominali dei valori caratteristici di processo e del pezzo rilevati oppure ottenuti per mezzo di una misurazione automatica di un pezzo (6) identificato come buono.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che un sistema di programmazione a controllo numerico (corrispondente) del processo di rettifica, comanda l'esecuzione della misura e dell'elaborazione di almeno alcuni dei valori caratteristici del processo e del . pezzo contemporaneamente ad altre fasi del processo di rettifica .
8. 8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che per gli scostamenti nominali/effettivi del passo della dentatura e del sovrametallo dei fianchi dei pezzi grezzi, nel sistema di controllo numerico vengono immessi valori limite il cui superamento viene utilizzato dal sistema a controllo numerico per interrompere la produzione o per adattare opportunamente i parametri di processo tramite CNC.
9. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che soprattutto le misure effettuate al termine del processo di rettifica vengono utilizzate per interrompere la produzione automatica della macchina in caso di superamento degli scostamenti nominali/effettivi programmati.
10. 10. Rettificatrice dei fianchi del dente per l'esecuzione del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, comprendente: - un montante (1) della macchina, un mandrino portapezzo (4) supportato in modo girevole sul montante (1) della macchina, realizzato sotto forma di asse NC, con un mandrino (5) per il bloccaggio di un pezzo (6), un mandrino portamola (10) supportato in modo girevole, realizzato sotto forma di asse NC, per la presa di una mola (11), - una prima slitta (12) per la generazione di un movimento relativo comandato in modo numerico tra la mola (11) e il pezzo (6) parallelo all'asse del mandrino portamola, una seconda slitta (13) mobile perpendicolarmente all'asse del mandrino portamola, per la generazione di un movimento relativo NC tra la mola (11) e il pezzo (6) perpendicolare alla direzione di spostamento della prima slitta (12), - una terza slitta (15) per la generazione di un movimento di avanzamento controllato in modo numerico della mola (11) relativo al pezzo (6) in direzione radiale rispetto all'asse (7) del mandrino portapezzo, un dispositivo di comando a controllo numerico (31) con cui vengono controllati in modo programmato tutti gli assi NC, caratterizzata da un supporto sonda (22) mobile per mezzo di un asse aggiuntivo NC (19) in direzione parallela all'asse (7) del mandrino portapezzo, regolabile radialmente all'asse (7) del mandrino portapezzo, sul supporto essendo fissato almeno un sensore (23, 24) collegato con il dispositivo di comando NC (31).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui il supporto sonda (22) è inoltre mobile lateralmente, preferibilmente orientabile intorno all'asse NC aggiuntivo (19).
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui il movimento laterale del supporto sonda (22) è controllato da un ulteriore asse NC.
13. 13. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui l'asse NC aggiuntivo (19) è realizzato sotto forma di mandrino (16).
14. 14. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 10 a 13, in cui sul supporto sonda (22) sono disposti diversi sensori (23, 24), preferibilmente sfalsati uno rispetto all'altro nella direzione dell' asse (7 ! del mandrino portapezzo .