NL2000617C2 - Werkwijze voor het ontwerpen en het vervaardigen van een tandwiel. - Google Patents

Description

Sch/svk/Bierens-1

WERKWIJZE VOOR HET ONTWERPEN EN HET VERVAARDIGEN VAN EEN 5 TANDWIEL

10 De uitvinding ligt op terrein van het ontwerpen en vervaardigen van een tandwiel.

Tandwielen zijn complexe driedimensionale lichamen. Doel van een hoogwaardige tandwieloverbrenging, omvattende ten minste twee tandwielen, is een eenparige 15 bewegingsoverdracht zonder onderlinge slip of andere vormen van vermogensverlies met, ook bij hoge belasting en hoge rotatiesnelheden,trillingen, alsmede met een geringe geluidsproductie. Dergelijke tandwielen worden meestal vervaardigd met behulp van frees- of 20 steektechnieken.

Reeds geruime tijd zijn er freesmachines in de handel verkrijgbaar die erop gericht zijn, te voldoen aan de eisen die aan een tandwiel worden gesteld. Al deze bekende machines zijn gebaseerd op het realiseren van een 25 tandvorm die overeenkomt met, althans gebaseerd is op, de vorm van een evolvente.

Met dergelijke machines kan een evolvente tandvorm, in het bijzonder bij een cilindrisch tandwiel, gemakkelijk door frezen of steken worden vervaardigd door 30 het opleggen van een eenparige beweging aan een tandheugelmes of een stiftmes langs de steekcirkel van het ontworpen tandwiel, dat met het oog daarop op de juiste wijze, in het bijzonder met de juiste gekozen snelheid roteert. Zo ontstaat bij een cilindrisch 35 tandwiel met rechte vertanding een zuivere evolvente en daarmee een tandwiel, dat nauwkeurig aan de gestelde specificatie voldoet.

Een andere wijze van het produceren van 2 tandwielen met een op een evolvente gebaseerde tandvorm gaat uit van een afwikkelfrees. In dit geval wordt de draaiende frees eenparig door het eveneens draaiende tandwielmateriaal heen verplaatst.

5 Volgens weer een andere productiewijze slijpt een profielslijpschijf de tandvorm in het tandwielmateriaal, waarbij de tandvorm vooraf in de profielschijffrees is aangebracht.

Naast cilindrische tandwielen met rechte 10 tanden, schuine tanden of met dubbel-schuine tanden (V-vertanding) worden ook kegelvormige tandwielen toegepast met rechte of schuine tanden of met een vertanding, waarbij de tandhoek varieert over de tandbreedte. Aldus ontstaan tandbogen, die in de praktijk concave of convexe 15 vormen bezitten en die, al naar gelang het type machine waarmee ze worden vervaardigd, zijn gevormd als deel van een cirkel, een cycloïde, een evolvente, een palloïde of epi-cycloïde. Behalve de boven beschreven cilindrische en kegelvormige tandwielen worden ook conische of 20 kegeltandwielen toegepast. Dit zijn tandwielen waarbij de assen in kwestie zich niet onderling evenwijdig uitstrekken.

Alle boven beschreven evolvente tandvormen zijn het resultaat van in speciale tandwielfreesraachines 25 verankerde bewegingen van het verspanende gereedschap en die van het te vervaardigen tandwiel ten opzichte van elkaar. Van al deze tandwielen zijn aldus de tandvorm en de tandboog kinematisch verankerd in de machine waarmee het tandwiel wordt vervaardigd, alsmede in de vorm van 30 het gebruikte gereedschap.

Hoewel uitgegaan blijft worden van de evolvente vanuit een cirkel in het platte vlak (basis-uitgangspunt voor cilindrische tandwielen) wordt bij kegelwielen deze evolvente als het ware geprojecteerd op een 35 driedimensionaal kegellichaam, uit welke projectie in het ruimtelijke vlak nu een bol-evolvente ontstaat. Inherent aan de productiewijze van het kegelwiel ontstaan bij kegelvormige tandwielen evenwel belangrijke verschillen 3 ten opzichte van de beoogde bol-evolvente tanddoorsneden. Door deze afwijkingen ontstaat geen tandvorm op basis van een bol-evolvente, maar een tandvorm die zich baseert op een octoïde, waardoor niet meer geheel tegemoet kan 5 worden gekomen aan de bovengenoemde voorwaarde van een eenparige bewegingsoverdracht, hetgeen de loopeigenschappen van een transmissie met twee of meer van dergelijke tandwielen nadelig beïnvloedt. Verwezen wordt naar: 10 * Dr. Herman J. Stadfeld: "The basics of Spiral

Bevel Gears", January/February 2001 Gear Technology pp.

31-38.

* G. Niemann, H. Winter, Maschinelemente Band III, pp. 26-27.

15 In het geval van kegeltandwielen kan een verbetering worden gerealiseerd door niet langer uit te gaan van vaste, kinematisch bepaalde machine-gereedschapcombinaties, waardoor een van de bol-evolvente afwijkende tandvorm ontstaat, maar door uit te gaan van 20 vrij programmeerbare combinaties waarmee wel zuiver bol-evolvente tandvormen door verspanen kunnen worden gerealiseerd.

Aanzetten hiertoe zijn bekend, onder meer uit publicaties van studies van Figliolini, Özal, en Suh.

25 Verwezen wordt hiervoor naar de hieronder genoemde referenties. Zo heeft Figliolini een universele mathematische beschrijving van een tandwiel met bol-evolvente tanden gepubliceerd, waardoor ook de universele beschrijving van het mathematische model van een 30 kegelwiel bekend is. Op basis van deze mathematische modellen ontstaat de mogelijkheid, ook complexe kegelvormige tandwielen met behulp van vrij programmeerbare machine-gereedschapcombinaties door verspanen te realiseren, en met als basis een bol-35 evolvente.

Dergelijke machines moeten natuurlijk beschikken over voldoende bewegingsvrijheidsgraden om de complexe tandvormen van kegeltandwielen te kunnen 4 j i j realiseren.

In alle gevallen wordt nu voor het op een dergelijke wijze frezen van kegelwielen gebruik gemaakt van drie-assige, simultaan opererende freesmachines. Zo 5 wordt een extra draaitafel toegepast, waardoor in wezen een vier-assige freesmachine ontstaat. Tijdens het frezen zelf wordt deze draaitafel, die een extra vrijheidsgraad met zich meebrengt, evenwel gefixeerd, zodat er dan in wezen ook sprake is van een drie-assige, simultaan 10 opererende freesmachine.

Dergelijke freesmachines maken voor het frezen gebruik van een bolfrees met een kleine diameter, zodat i men ook aan de onderzijde van de tandvoet nog over j voldoende bewegingsvrijheid beschikt. j 15 Voordeel van het gebruik van een bolfrees is, | dat het geen verschil maakt, onder welke hoek de frees ! het te frezen oppervlak raakt, met natuurlijk de j beperking, dat de stift van de frees het tandoppervlak niet mag raken en dat met de onderzijde van de bolfrees, 20 waar de snij zijden bij elkaar komen, niet kan worden i gefreesd.

De te gebruiken freesmachine hoeft daarom theoretisch alleen te voorzien in de mogelijkheid om in de ruimte iedere kleine x-, y- en z-positie op het 25 kegelwiel te bereiken, waarbij de stand van de stift van de frees niet relevant is. Dit kan worden gerealiseerd met een relatief eenvoudige, vrij programmeerbare drie-assige freesmachine.

Een dergelijke benadering is getoond in de 30 hierna te beschrijven figuren 1 en 2 en is door Figliolini, özal en Suh beschreven in diverse publicaties: * Figliolini Giorgio (1); Angeles Jorge (2), "Algorithms for involute and octoidal bevel-gear 35 generation". Journal of mechanical design {J. mech.des.) ISSN 1050-0472 2005, vol. 127, no4, pp. 664-672 i * S.H. Suh, D.H. Jung, E.S. Lee, "Modelling, j implementation, and manufacturing of spiral bevel gears j i j j 5 with crown", International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer-Verlag, Vol. 21, 2003, pp. 775-786.

* S.H. Suh, et. Al, "Sculptured surface 5 machining of spiral bevel gears", International Journal of Machine Tool & Manufacture, Vol. 41, May, 2001, pp. 833-850.

* S.H. Suh, W.H. Jih, H.D. Hong, D.H. Jung, "Manufacturing Spiral Bevel Gears with CNC milling", 10 Proceedings of the second International Conference on Advanced Manufacturing Technology, Johor-Bahru, Malysia, pp. 261-267, 2000.

* S.H. Suh, W.S. Jih, H.D. Hong, D.H. Jung, "Sculptured surface machining of spiral bevel gears": a 15 feasible study, 15th ISPE/IEE International Conf. on CAD/CAM, Robotics, and Factories of the Future, Brazil, Vol.1, pp. 11-16, 1999.

* Cihan özel, Ali nan, and Latif Özal, "An Investigation on Manufacturing of the Straight Bevel Gear 20 Using End Mill". Journal of Manufacturing Science and Engineering — August 2005 — Volume 127, Issue 3, pp. 503-511.

De schrijvers beschrijven de aanpak en resultaten van uitgevoerde experimenten, die gebaseerd 25 zijn op het model dat wordt vertaald in een machinecode, waarmee een vrij en programmeerbare drie-assige simultaan opererende CNC-machine wordt aangestuurd.

Een nadeel van deze benadering is, dat de diameter van de bolvormige frees beperkt wordt door de 30 kleinste ruimte tussen tandflanken en eventueel voorgeschreven diameters van de tandvoet, zie hiertoe ook de hierna te beschrijven figuur 3. Het verspanende vermogen van een dergelijk kleine bolvormige frees is zeer gering, waardoor de freestijd zeer lang wordt, 35 hetgeen erin resulteert dat de toepassing van deze werkwijze voor bredere commerciële doeleinden als praktisch uitgesloten moet worden beschouwd.

Bovendien laat het frezen met een kleine 6 ; bolfrees duidelijke holle freessporen na, hetgeen aanleiding geeft tot een ruw oppervlak, althans een oppervlak waarvan de gladheid te wensen overlaat. Zo ontstaan bij het frezen op de tandflank naast elkaar 5 gelegen smalle, holle en door ruggen scherp afgetekende freessporen. In dit verband wordt verwezen naar de hierna te beschrijven figuur 4.

Deze freessporen geven een ruw tandfland-oppervlak, hetgeen zeer nadelig is voor de 10 loopeigenschappen en de levensduur van het tandwiel, en waardoor derhalve niet wordt voldaan aan een aantal bovengenoemde eisen die aan een hoogwaardige tandwieloverbrenging worden gesteld.

Zo duurt het bij ruwe tandflanken langer 15 voordat de samenwerkende tandwielen op elkaar zijn ingelopen. Tijdens het inlopen treedt bovendien veel slijtage op, waarbij niet kan worden voorkomen, dat slijpsel in de tandwieloverbrenging vrij komt, hetgeen uiterst ongewenst is.

20 De genoemde inlooptijd brengt daarom extra risico's met zich mee, zoals lagerschade en tandflankschade, of vergt extra aandacht en kosten, zoals voor oliefiltering en monitoring. Bovendien ontstaan als gevolg van de freessporen bij twee met elkaar in 25 samenwerking zijnde tandwielen kleine contactvlakken met een sterk verhoogde oppervlaktespanning, met kans op micropitting, ofwel het uitbreken van materiaaldeeltjes uit het tandopppervlak, hetgeen een versnelde slijtage ten gevolge heeft.

30 Het belang van het door frezen bereiken van een zeer glad tandoppervlak is uit een ander oogpunt eveneens van groot belang. Immers, wordt door frezen de gewenste definitieve oppervlaktekwaliteit verkregen, dan vervalt de noodzaak voor toepassing van de daarvoor veelal 35 vereiste extra en dure nabewerking van slijpen.

Bovendien zou bij slijpen als nabewerking gebruik moeten worden gemaakt van een eveneens vrij programmeerbare freesmachine, met als consequentie een eveneens kleine 7 bolvormige slijpsteen. Het moge duidelijk zijn, dat het slijpen als nabewerkingstechniek met een dergelijke kleine bolvormige slijpsteen praktisch uitgesloten is, door beperkingen op het gebied van toerental, vollopen en 5 sluiten van de slijpschijf. Daarom moet voor het naslijpen worden teruggegrepen op bestaande, machinegebonden kinematische slijptechnieken. Het gevolg hiervan is, dat de tandvorm conform de eerdere stand der techniek afwij kt van de zuivere vorm van de bol-evolvente 10 en dus afwijkt van de voorgefreesde tandvorm, waardoor niet meer wordt voldaan aan de eisen die aan een kwalitatief hoogwaardige overbrenging worden gesteld, zoals boven kort omschreven.

Voor nauwkeurige en hoogbelaste zuiver bol-15 evolvente tandwielen betekent dit, dat aan het freesprocédé de eis moet worden gesteld, dat hiermee een even glad en nauwkeurig bepaald oppervlak kan worden gerealiseerd als door naslijpen mogelijk is.

Het nadelige effect van de genoemde ruwheid kan 20 deels teniet worden gedaan door te kiezen voor zeer veel freesbewegingen. In dat geval immers kunnen de freessporen zeer smal worden, hetgeen de gladheid van het tandoppervlak ten goede komt. Duidelijk zal echter zijn, dat het door de vele freesbewegingen en het geringe 25 verspaningsvolume per freesgang nog meer tijd kost, voordat een tandwiel geheel is gefreesd, ook als daarbij gebruik wordt gemaakt van reeds grof voorgefreesde tandwielen of voorgevormde tanden, op basis van gieten of een andere niet-verspanende vormtechniek. Verwezen wordt 30 in dit verband naar de hierna te beschrijven figuur 5.

Daarnaast blijkt in de praktijk het toepassen van alleen eenvoudige vrij programmeerbare freesmachines niet te voldoen. Zo blijkt het noodzakelijk, de hoek van de frees ten opzichte van de tandflank binnen zekere 35 grenzen te kunnen variëren. Dit is van belang als er sprake is van een ondersneden tandvorm, hetgeen kan voorkomen bij kleine kegelhoeken en/of bij sterke kromming van de tandrichting, zie figuur 11, die hierna 8 zal worden besproken.

Ook is dit van belang, omdat een bolvormige frees enkele voor het frezen onbereikbare of onbruikbare posities bezit, zoals de freesstift en de onderzijde van 5 de frees, waar de verspanende vlakken samenkomen.

Uit het bovenstaande moet dan ook worden geconcludeerd dat de boven-beschreven techniek, die zich baseert op het CNC-frezen met een drie- of vierassige freesmachine, in combinatie met een kleine bolfrees, zich 10 niet leent voor de commerciële praktijk.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding, een werkwijze te bieden waarmee de problemen en beperking van de stand der techniek worden opgeheven.

Met het oog daarop verschaft de uitvinding een 15 werkwijze voor het ontwerpen en door middel van een door een computer bestuurde verspanende machine vervaardigen van een tandwiel, bijvoorbeeld een cilindrisch tandwiel of een kegeltandwiel, in het bijzonder een spiraalvormig kegeltandwiel, welke werkwijze de volgende, in geschikte 20 volgorde uit te voeren stappen omvat: a) het op basis van basis-ontwerpeisen vaststellen van rand- en beginvoorwaarden; b) het op basis van die rand- en beginvoorwaarden onder assistentie van een computer 25 vaststellen van een basis-ontwerp; c) het genereren van een met dat basis-ontwerp ; corresponderende basismachinecode; | i d) het in het basisprogramma van de besturingscomputer opnemen van de resultaten van stap (c) 30 en (d); e) het door de computer doen genereren van een definitieve machinecode, : die is gekenmerkt door de stappen: 1 i 35 f) het gebruiken van een verspanende machine ! die is ingericht voor het uitvoeren van een bewerking uit ! i de groep waartoe behoren: frezen en vonk-eroderen; i g) het gebruiken van een langwerpig i j i

9 I

s gereedschap, in het bijzonder een frees of een vonk- ! erosiestift; en 1 h) het gebruiken van een verspanende machine van het type met ten minste vijf simulatane 5 onafhankelijke vrijheidsgraden.

Het zal duidelijk zijn, dat er niet meer dan zes onafhankelijk vrijheidsgraden mogelijk zijn, namelijk drie van translatie en drie van rotatie.

Het gereedschap wordt met ten minste één van de 10 ten opzichte van de literatuur additionele vrijheidsgraden geleidelijk en beheerst kantelend langs de te frezen oppervlakken geleid.

In een uitvoering, waarin het gereedschap een cilindrische hoofdvorm bezit, wordt, anders dan bij een 15 bolfrees, door de langwerpige vorm van het gereedschap een nagenoeg verwaarloosbare ruwheid gerealiseerd, ondanks relatief grote steekafstanden tussen de sporen van de aftastbeweging. Zie in dit verband de hierna te beschrijven figuren 6A en 6B.

20 In het geval waarin het te realiseren oppervlak een zekere convexiteit vertoont kan de werkwijze de bijzonderheid vertonen, dat het gereedschap een flauw concave hoofdvorm bezit. De concave vorm van het gereedschap dient een grotere kromtestraal te bezitten 25 dan het te vormen oppervlak.

In het theoretische geval waarin een vlak met een concaaf karakter dient te worden gevormd kan de werkwijze de bijzonderheid vertonen, dat het gereedschap een flauw convexe hoofdvorm bezit. In dit geval dient de 30 kromtestraal van het concave oppervlak van het gereedschap kleiner te zijn dan die van het te vormen oppervlak.

In een uitvoering waarin de vrije eindzone van het gereedschap een convexe hoofdvorm bezit kan in het 35 bijzonder het dal tussen opeenvolgende tanden goed worden bereikt en conform de ontwerpeisen worden gemodelleerd.

Verwezen wordt in dit verband naar de figuren 8, 9 en 10, die hierna nog zullen worden besproken.

10

Volgens weer een ander aspect van de uitvinding omvat de werkwijze de stappen: i) het in fasen onderverdelen van de telkens successievelijk door de machine uit te voeren cyclus van 5 het vervaardigen van een tandwiel en het aan elke fase toewijzen van een specifiek gereedschap; en j) het in de machine successievelijk opnemen van de aan de diverse fasen toegewezen gereedschappen, het door middel van de machine deel uitmakende laser- 10 meetmiddelen opmeten van de relevante maten daarvan en het invoeren die maten aan de computer en het vervolgens zodanig door de computer doen uitvoeren van stap (i) , die inhoudt, dat het gereedschap steeds een gewenste nominale positie bezit.

15 Anders dan volgens de stand der techniek gaat de uitvinding uit van vaak min of meer cilindrische of kegelvormige gereedschappen, in het bijzonder frezen met rechte of licht concave flanken.

Het voordeel van dergelijke gereedschapsvormen 20 is dat, anders dan bij het frezen met een kleine bolvormige frees, brede verspaningssporen ontstaan, die vlak of in zeer lichte mate bol zijn. Ook bij zeer geringe verspaningsdiepten worden aldus nog brede verspaningssporen en daarmee gladde oppervlakken 25 verkregen, die zijn opgebouwd uit lijnsegmenten of uit segmenten met aanzienlijk grotere kromtestralen dan bij toepassing van een bolfrees met kleine diameter.

Bij een dergelijk verspaningsprocédé kan het verspanende gereedschap slechts één positie bezitten ten 30 opzichte van het dubbelgekromde oppervlakte van de tandflank. Immers, deze positie wordt gedicteerd door de momentane hoek van de raaklijn aan het dubbelgekromde tandoppervlak. Daarom moet bij gebruikmaking van een dergelijk verspanend gereedschap gebruik worden gemaakt 35 van een verspanende machine met ten minste vijf vrij programmeerbare assen, conform de leer van de uitvinding. Immers, naast de positie van de frees in de ruimte, dient ook de stand van het verspanende gereedschap ten opzichte 11 van de tandflank te worden gedefinieerd. Aan de x-, y- en z-positioneerbaarheid moet daarom een ruimtelijke hoekpositionering worden toegevoegd, derhalve twee hoeken β, <p.

5 Aldus is bij toepassing van cilindrische of kegelvormige verspaningsgereedschappen met rechte, licht concave of licht convexe flanken een verspaningsmachine nodig die beschikt over ten minste vijf programmeerbare assen die simultaan kunnen samenwerken.

10 Omdat aan tandkop en tandvoet niet dezelfde hoge eisen worden gesteld met betrekking tot de oppervlaktegesteldheid als aan de tandflank, kunnen deze oppervlakken om praktische redenen bijvoorbeeld met een ander verspaningsgereedschap worden gefreesd. Dit is de 15 reden, waarom in dergelijke gevallen aan de vrij programmeerbare vijf-assige verspaningsmachine een gereedschapswisselaar kan worden toegevoegd. Dit kan deels worden voorkomen door de frees aan zijn onderzijde uit te voeren met een kromming, die overeenkomt met de te 20 frezen afronding in de tandvoet.

Het zal duidelijk zijn, dat aan de complexiteit van het besturen van een vijf-assige freesmachine, ten behoeve van de complexe drie-dimensionale tandvormen, zoals van spiraalvormige kegeltandwielen met doorsneden 25 op basis van een zuivere (bol) evolvente, niet kan worden volstaan met de bestaande wiskundige modellen en machinecodes.

De onderhavige uitvinding verenigt de werkwijze voor het door verspanen vervaardigen van kegeltandwielen 30 met bol-evolvente vertanding, op basis van het verspanen met min of meer cilinder- of kegelvormige verspaningsgereedschappen, met een rechte, concave of convexe mantel met een vrij programmeerbare, CNC gestuurde, ten minste vijf-assige freesmachines, op basis 35 van een wiskundig model, dat de gewenste bol-evolvente tandvorm exact beschrijft, welk model is vertaald in machinecodes die aan de complexiteit van de machine en de tandvorm tegemoet komen.

12

Opgemerkt wordt dat Suh erin geslaagd is, een kegeltandwiel volgens een andere werkwijze te modelleren, waarschijnlijk door gebruik te maken van een solid die gemaakt is onder gebruikmaking van een driedimensionaal 5 CAD-programma met een module "tandwielen" of "kegelwielen". Deze gaan beide uit van een mathematisch in principe zuiver beschreven evolvente tandvorm, die wordt vertaald in een machinecode voor digitaal programmeerbare freesmachines met maximaal vier 10 vrijheidsgraden.

Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding na een aantal malen te zijn toegepast met een slijtend verspaningswerktuig, bijvoorbeeld een roterende freeskop, opnieuw gecalibreerd, teneinde ongewenste 15 maatafwijkingen door slijtage te voorkomen en aldus een zo groot mogelijke nauwkeurigheid van het te vervaardigen tandwiel te verzekeren. Daartoe kan de eerder beschreven werkwijze de stappen omvatten: k) het door middel van de machine deel 20 uitmakende laser-meetmiddelen opmeten van de relevante maten van het gebruikte gereedschap en het invoeren van die maten in de computer; en l) het op basis van de resultaten van stap (k) door de computer eventueel doen genereren van een nieuwe 25 machinecode, zodanig dat het gereedschap, ook ingeval van eventuele maatafwijkingen, bijvoorbeeld als gevolg van slijtage, de nominale positie inneemt.

Volgens een verder aspect van de uitvinding kan de werkwij ze volgens de uitvinding de volgende stap 30 omvatten: m) het zodanig uitvoeren van stap {d), dat de in elke betreffende fase uit te voeren bewerking door het toegewezen gereedschap volgens gestelde eisen wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld binnen een zo kort mogelijke 35 tijd, met de geringste resterende oppervlakteruwheid, met de kleinste resterende afwijkingen van de ideale vorm volgens de definitieve machinecode, of dergelijke.

Verder betreft de uitvinding een tandwiel, dat 13 verkregen is door toepassing van een werkwijze zoals hierboven gespecificeerd.

Tevens betreft de uitvinding een verspanende machine voor het vervaardigen van een tandwiel met de 5 werkwijze volgens een der hiervoor gegeven specificaties, welke machine van het type met ten minste vijf simultane onafhankelijke vrijheidsgraden is.

Een praktische uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding kan omvatten de stap 10 (n) het uitvoeren van stap (g) met een frees met verwisselbare beitelplaten. Hiermee kan een gedeelte van de slijtende en aldus steeds botter wordende frees worden vervangen, waardoor naar verwachting de gereedschapskosten zullen dalen.

15 De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen, waarin de stand der techniek en de uitvinding in sterk geschematiseerde vorm zijn weergegeven.

In de tekeningen tonen: 20 figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een door een roterend aandrijfbare draaitafel gedragen voorgevormd tandwiel, dat met de werkwijze volgens de stand der techniek tot zijn definitieve vorm wordt gemodelleerd, waarbij de draaitafel aanvankelijk in de 25 rotatierichting R1 roteert; figuur 2 een met figuur 1 corresponderend aanzicht, waarbij de draaitafel in de rotatierichting -R1 roteert; figuur 3 een opengewerkt perspectivisch 30 deelaanzicht van een tandwiel ter toelichting van de mogelijkheden en beperkingen van het gebruik van een bolfrees; figuur 4 een met figuur 3 corresponderend aanzicht van het modelleren van tandflanken met een 35 relatief grote oppervlakteruwheid; figuur 5 een met figuur 4 corresponderend aanzicht van het modelleren van tandflanken met een aanzienlijk geringere oppervlakteruwheid; 14 figuur 6A een met de figuren. 3, 4, 5 en 5A corresponderend aanzicht onder gebruikmaking van een cilindrische freeskop; figuur 6B een zijaanzicht van de tandflank 5 conform de in figuur 6A getekende situatie; de figuren 7A en 7B met de figuren 6A en 6B corresponderende aanzichten, waarbij gebruik wordt gemaakt van een grosso modo diabolo-vormige, concave freeskop ter vervaardiging van een convexe tandflank; 10 de figuren 8, 9 en 10 drie met de figuren 1 en 2 corresponderende aanzichten, waarbij, behalve de geïndexeerde vrijheidsgraad Rl, een vijfde vrijheidsgraad ; van rotatie Rl aan de draaitafel is toegevoegd, conform ! de leer van de uitvinding; en 15 figuur 11 een met figuur 5 corresponderend j aanzicht met tandondersnijding ter toelichting van de j noodzaak voor een beweeglijke freesstift. i

Figuur 1 toont een draaitafel 1, die door j middel van niet-getekende aandrijfmiddelen roteerbaar is ! 20 volgens een vrijheidsgraad Rl, die met een pijl 2 is j aangeduid. De draaitafel 1 draagt een voorgevormd ! tandwiel 3, dat tot zijn definitieve vorm moet worden · i gemodelleerd. :

Daartoe wordt gebruik gemaakt van een door een ' 25 aandrijfinrichting 4 roterend aangedreven frees 5 met een ! bolkop 6. De schaft van de frees 5 is dunner dan de ; diameter van de bolkop 6. Door het uitvoeren van de i nodige bewegingen conform de vooraf bepaalde, vastgelegde i nominale vorm van het definitieve tandwiel worden de drie 30 vrijheidsgraden van translatie Tl (7), T2 (8) en T3 (9) tijdens het verspaningsproces door de computer continu bijgesteld, in samenhang met de rotatiebeweging Rl van de ; draaitafel 1. i »

Met de rotatie Rl wordt de in de tekening ! 35 linker tandflank 10 bewerkt door de bolkop 5. Deze j bewerking vindt plaats voor alle corresponderende ! tandflanken van de tanden van het tandwiel 3, die alle i gemakshalve met 11 zijn aangeduid.

15

Figuur 2 toont de situatie, waarin de rotatie 2 van richting is omgedraaid, dus correspondeert met -Rl.

Hiermee worden de rechtertandflanken 12 gemodelleerd. j

De figuren 1 en 2 tonen het principe van een 5 drie-assige, simultaan opererende freesmachine volgens de stand der techniek, waarbij de draaitafel 10 een vrijheidsgraad van rotatie heeft, corresponderend met een vierde, geïndexeerde vrijheidsgraad.

Figuur 3 toont, tevens met verwijzing naar de 10 figuren 1 en 2, dat de bolfrees 6 een zodanige kleine diameter bezit, dat hij ook geheel onderin het tanddal 13 een voldoend grote bewegingsvrijheid bezit. Hierbij wordt aangetekend, dat in het geval van de hier toegepaste ! bolfrees niet uitmaakt, onder welke hoek de freesstift 5 1 15 is gericht ten opzichte van de betreffende tand of tanden ! 11, zodat de stand van de freesinrichting 4, 5, 6 niet relevant is.

De aandacht wordt erop gevestigd, dat de diameter van de bolfrees beperkt is door de geringste 20 nominale ruimte in de onderzijde van het tanddal 13.

Figuur 4 toont, dat met een betrekkelijk "grove" herhaalde aftastbeweging door de freeskop 6 de bolfrees 6 zich duidelijk aftekenende holle freessporen 14 achterlaat.

25 Figuur 5 toont, dat door het kiezen van een geringe afstand tussen de aftastsporen en aldus een groter aantal aftastbewegingen een groter aantal, maar aanzienlijk smallere en minder diepe freessporen 17 kunnen worden gekozen.

30 De figuren 6A en 6B tonen schematisch, dat bij gebruik van een langwerpige, in dit geval cilindrische mantelfrees 15 de freessporen 16 breed en glad zijn.

De figuren 7A en 7B tonen, dat bij het gebruik van een concave mantelfrees 17 in dit geval met slechts 35 twee freessporen 18 een toereikende benadering van de ideale tandflankvormen kan worden gerealiseerd.

De figuren 8, 9 en 10 tonen het gebruik van de drie vrijheidsgraden van translatie Tl, T2 en T3 en twee 16 vrijheidsgraden van rotatie R1 en R2 voor het modelleren van de tandflanken.

Figuur 11 tenslotte toont, dat een tand 21 ondersneden tandflanken 22, 23 vertoont. Zoals 5 schematisch met onderbroken lijnen is getekend, kan de stift 5, die de freeskop 6 draagt, de ondersneden vorm niet bereiken. Symbolisch is dit aangeduid door de doorsnijding door de tandflank 22 van de freesstift 5 te tekenen. Deze doorsnijding is met 24 aangeduid. Met 10 getrokken lijnen is getekend, dat, door de frees, die nu is aangeduid met 4', 5', 6', onder een hoek β te plaatsen, de ondersneden vorm wel bereikbaar is.

15 *****

Claims (11)

1. Werkwijze voor het ontwerpen en door middel van een door een computer bestuurde verspanende machine vervaardigen van een tandwiel, bijvoorbeeld een cilindrisch tandwiel of een kegeltandwiel, in het 5 bijzonder een spiraalvormig kegeltandwiel, welke werkwijze de volgende, in geschikte volgorde uit te voeren stappen omvat: a) het op basis van basis-ontwerpeisen vaststellen van rand- en beginvoorwaarden; 10 b) het op basis van die rand- en beginvoorwaarden onder assistentie van een computer vaststellen van een basis-ontwerp; c) het genereren van een met dat basis-ontwerp corresponderende basismachinecode; 15 d) het in het basisprogramma van de besturingscomputer opnemen van de resultaten van stap (c) en (d); e) het door de computer doen genereren van een definitieve machinecode 20 gekenmerkt door de stappen: f) het gebruiken van een verspanende machine die is ingericht voor het uitvoeren van een bewerking uit de groep waartoe behoren: frezen en vonk-eroderen; 25 g) het gebruiken van een langwerpig gereedschap, in het bijzonder een frees of een vonk-erosiekop; en h) het gebruiken van een verspanende machine van het type met ten minste vijf simultane onafhankelijke 30 vrijheidsgraden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het gereedschap een cilindrische hoofdvorm bezit.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het 5 gereedschap een flauw convexe hoofdvorm bezit.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het gereedschap een flauw concave hoofdvorm bezit.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de vrije eindzone van het gereedschap een convexe hoofdvorm bezit.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande 15 conclusies, omvattende de stap: i)het in fasen onderverdelen van de telkens successievelijk door de machine uit te voeren cyclus van het vervaardigen van een tandwiel en het aan elke fase toewijzen van een specifiek gereedschap; en 20 j) het in de machine successievelijk opnemen van de aan de diverse fasen toegewezen gereedschappen, het door middel van de machine deel uitmakende laser-meetmiddelen opmeten van de relevante maten daarvan en het invoeren die maten aan de computer en het vervolgens 25 zodanig door de computer doen uitvoeren van stap (i), dat het gereedschap steeds een gewenste nominale positie bezit.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande 30 conclusies, omvattende de stappen: k) het door middel van de machine deel uitmakende laser-meetmiddelen opmeten van de relevante maten van het gebruikte gereedschap en het invoeren van die maten in de computer; en 35 1) het op basis van de resultaten van stap (k) door de computer eventueel doen genereren van een nieuwe machinecode, zodanig dat het gereedschap, ook ingeval van eventuele maatafwijkingen, bijvoorbeeld als gevolg van slijtage, de nominale positie inneemt.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende stap 5 m) het zodanig uitvoeren van stap (d), dat dé in elke betreffende fase uit te voeren bewerking door het toegewezen gereedschap volgens gestelde eisen wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld binnen een zo kort mogelijke tijd, met de geringste resterende oppervlakteruwheid, met 10 de kleinste resterende afwijkingen van de ideale vorm volgens de definitieve machinecode, of dergelijke.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende stap 15 n) het uitvoeren van stap (g) met een frees met verwisselbare beitelplaten.

10. Tandwiel, verkregen door toepassing van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies. 20

11. Verspanende machine voor het vervaardigen van een tandwiel met de werkwijze volgens een der conclusies 1-9, welke machine van het type met ten minste vijf simultane onafhankelijke vrijheidsgraden is. 25 *****