Brevet FR2631267A1 — publié le 19891117

Procédé pour rectifier ou fraiser en discontinu les profils de roues dentées L'invention concerne un procédé pour rectifier ou fraiser en discontinu les profils de roues dentées, avec des outils en forme de meules ou avec des fraises à queue; procédé selon lequel on usine les flancs d'une pièce avec un outil ou bien on les usine respectivement avec un outil pour les flancs droits et un outil pour les flancs gauches dans des phases de travail séparées, avec des paramètres de réglage: distance entre axes a-"distance entre profils" dans le cas d'outils à queue-, déport de l'outil e, angle d'inclinaison e et angle d'attaque initial ' de la pièce. On sait de façon générale que le procédé de rectification des engrenages cylindriques avec un outil en forme de meule exige des outils dépendant strictement de la pièce (T. Bausch, Zahnrad-fertigung, page 434, 1986, Expert Verlag). Pour pouvoir usiner les flancs d'engrenages cylin- driques ayant une géométrie de denture différente, il faut des outils ayant une géométrie différente. Le taillage de meules appropriées n'a pas pu jusqu'à maintenant s'impo- ser de façon générale (Jahrbuch Schleifen, Honen, Lâppen und Polieren, 51è édition: Prof. Dr.-Ing. J. Loomann, Profil-Schleifen von Schrâgstirnrâdern: Geometrische Grundlagen - Kontaktverhâltnisse Abrichtgerât, pages à 193, 1982, Vulkan Verlag, Essen); en conséquence, selon l'éventail des pièces, on a besoin d'un nombre plus ou moins grand de meules de conception différente. L'appro- visionnement en meules neuves, ainsi que la préparation des meules qui ne sont plus utilisables (regarnissage) exigent du temps. L'état.de choses qui vient d'être mention- né a pour résultat que la rectification de profils avec des meules qui ne peuvent pas être taillées avec précision ou qui ne peuvent l'être que difficilement ou insuffisam- ment, présente plusieurs inconvénients; ceux-ci concernent les coûts -par exemple, il faut actuellement pour chaque conception de pièce à usiner un outil spécialement conçu-, ainsi que la disponibilité des outils en temps voulu. On a notamment des problèmes lorsque l'outil ne va pas avec la denture de la pièce parce que, par exemple, les données de la pièce n'ont pas été déterminées correctement ou que l'outil n'a pas été fabriqué correctement. De graves problèmes peuvent se poser lorsqu'un outil est endommagé et qu'on n'a pas d'outil de rechange. Les points qui vien- nent d'être abordés ont une importance particulière dans la fabrication de pièces individuelles et de petites séries. Mais les problèmes mentionnés ici se présentent également lors de l'usinage, d'engrenages cylindriques par rectifica- tion ou fraisage des profils avec des outils à queue. A partir de cette situation, le but est d'augmenter la souplesse de la rectification ou du fraisage des profils de roues dentées sans modifier le profil de l'outil. Ce but est atteint par le fait que, lors de l'utilisation d'un outil dont le profil ne correspond qu'approximativement à la géométrie du profil de la pièce à usiner, on évite par un réglage judicieux de l'outil par rapport à la pièce les grands écarts de profil qui se produisent normalement, lors d'une telle utilisation, sur la pièce à usiner et que les paramètres de réglage a, e,?,' sont obtenus par itération à l'aide d'une simulation de l'opération d'usinage sur un ordinateur ou par essais, en prenant comme paramètres de réglage des valeurs que l'on pourrait, par exemple, prendre comme base pour le calcul d'un outil exactement adapté à la denture de la pièce,qu'on détermine sur un ordinateur ou par mesure d'une pièce d'essai, le résultat de travail qu'on peut ainsi attendre, qu'on le compare aux valeurs de consigne, qu'on répète le processus avec des paramètres de réglage modifiés, qu'on dérive des paramè- tres de réglage modifiés à partir de la relation ainsi obtenue entre les paramètres de réglage et le profil de la pièce et qu'on répète le processus de la façon décrite jusqu'à ce qu'on obtienne le résultat de travail souhaité. La solution du problème posé part de la constatation que le profil de la pièce prescrit ne peut être produit sans écart, dans une hypothèse idéale, que si, lors de la recti- fication ou du fraisage, l'outil prend par rapport à la pièce la position servant de base au calcul du profil de l'outil et que des écarts par rapport à cette position conduisent à des écarts de profil et de l'écartement des dents. Si on examine les relations de plus près, on voit que, par une modification des paramètres de réglage sur l'outil, on peut obtenir sur la pièce des écarts angulaires du profil. Mais, comme on le sait, on peut transformer par calcul les écarts angulaires du profil en écarts du cercle de base; voir, par exemple, DIN 3960. Par une modification des paramètres de réglage, on obtient donc un cercle de base modifié. Pour cette raison, le profil produit peut être considéré comme profil d'une denture qui n'a pas servi de base au calcul de l'outil. On propose, pour l'utilisation de l'outil non calculé pour la denture à usiner, de minimiser par une modification judicieuse des paramètres de réglage: distance entre axes (ou distance entre profils) a, déport e de l'outil et angle d'inclinaison s, les écarts de profil qu'on peut attendre sur la pièce et d'amener à la valeur exigée l'écartement des dents Wk, grâce à une adaptation de l'angle d'attaque initial p. On voit sur la figure 1 la significa- tion des paramètres de réglage pour des outils en forme de meules. La distance entre axes a est la distance entre les axes de l'outil 0 et de la pièce 2. Par déport e, on entend le déport de l'outil 0, dans le sens de son axe, par rapport à la distance calculée à l'origine des coordonnées P. Dans le procédé connu, le déport e est égal à 0 ou il est, tout au plus, de quelques centièmes de millimètre. Dans le procédé de l'invention, il faut régler de façon judicieuse le déport e à une valeur de plusieurs puissances de dix plus grande; il est alors dans la plage des millimètres. L'angle d'inclinaison ' est égal à 90 moins l'angle s par rapport au système de coor- données. L'angle d'attaque initial i est l'angle entre le plan médian de l'entredent de la pièce et la droite de plus courte distance entre les axes de l'outil 0 et de la pièce 2. Au cas o les écarts de profil à attendre prennent une - trop grande partie de l'écart de profil acceptable, il faut diviser le profil de la pièce en deux ou plusieurs zones et l'usiner ensuite en passes de rectification sépa- rées avec des paramètres de réglage différents. La condition pour une utilisation du procédé avec succès est, en consé- quence, de connaître l'influence quantitative des paramètres de réglage sur le profil de la pièce, ainsi qu'une stratégie pour éliminer ces écarts. On peut envisager d'obtenir l'influence des paramètres de réglage sur le profil, de façon approximative par des essais; toutefois, cette façon de procéder est très coû- teuse et prend du temps. Il est conseillé de calculer individuellement les influences. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans les revendications, la description et les dessins. L'invention va être expliquée plus en détail ci-après en se référant à un exemple de réalisation représenté sur le dessin, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement les différents paramètres de réglage: distance entre axes a, déport e, angle d'inclinaison e, angle d'attaque initial p et angle par rapport au système de coordonnées z entre un outil en forme de meule et la pièce, - la figure la représente schématiquement les différents paramètres de réglage: distance entre profils a, déport e, angle d'inclinaison p, angle d'attaque initiale et angle par rapport au système de coordonnées z entre un outil à queue et la pièce, - la figure 2 montre la décomposition de l'écart total du profil Fa en les fractions: écarts de l'écartement des dents: Wk, écart angulaire du profil fHa, bombé de tête Ca et écart de forme de profil ffa, - la figure 3 montre l'influence de la distance entre axes a, du déport e, de l'angle d'inclinaison et de l'angle d'attaque initial ip.sur l'écart d'écartement des dents AWk, l'écart- angulaire du profil fHa, le bombé de tête Ca et l'écart de forme du profil ffa, respectivement pour une pièce à denture droite et pour une pièce à denture hélicoidale, usinées par un outil en forme de disque. Lors du calcul des différentes influences, on simule le processus de fabrication. On simule d'abord la rectification ou le fraisage de la denture de la pièce avec un outil 0 calculé pour une pièce 2 de géométrie analogue. Dans ce but, on choisit la distance entre axes ou la distance entre profils, a et l'angle d'inclinaison f, par exemple comme si l'outil 0 et la pièce 2 s'adaptaient exactement l'un à l'autre. On calcule ensuite le profil de la pièce attendu et on le compare avec le profil exigé. Pour cette comparaison, on décompose l'écart total du profil Fa en quatre fractions, à savoir: un écart de l'écartement des dents AWk et les fractions connues dans la technique de mesure des engrenages: écart angulaire du profil fH, bombé de tête Ca et écart de forme de profil ffa. Dans le diagramme des profils, le bombé de tête est décrit par une parabole du second degré. Ensuite, on modifie les paramètres de réglage a, e, ?, ' et on répète le processus décrit ci-dessus. On obtient alors d'autres résultats que lors de la première passe. On déduit de la comparaison de ces résultats le sens dans lequel on doit modifier les paramètres de réglage pour le calcul suivant. On répète le processus jusqu'à ce qu'on ait trouvé les paramètres de réglage appropriés. Ceci arrive normale- ment lorsque l'écart angulaire de profil fHa est égal à 0 et que le bombé de tête Ca et l'écart de forme de profil ffa se trouvent à l'intérieur de tolérances prédéter- minees. Si on ne peut pas respecter les tolérances prescrites et si on ne dispose pas d'outil 0 mieux approprié, l'usinage d'un flanc de la dent doit être effectué en deux ou plu- sieurs passes. Dans ce but, on décompose le profil exigé de la pièce en deux zones (ou davantage) et on utilise sur chacune de ces zones le procédé décrit ici. Si les paramètres de réglage sont trouvés par ordinateur, on peut effectuer l'usinage sur la machine. Il faut naturel- lement régler l'outil 0 et la pièce 2 sur ces paramètres. Le procédé proposé permet également de réaliser la dépouille de tête et/ou de pied avec une meule 0 non modifiée. Dans ce but, il faut usiner les zones individuelles de chaque flanc en passes séparées avec des paramètresde réglage différents. Le procédé permet en outre de produire des flancs de dents avec un bombé de tête. Il est particulièrement avantageux de pouvoir choisir la valeur de la dépouille de tête et de pied et dans des limites déterminées la valeur du bombé de tête à l'aide de réglages de la machine et non pas à l'aide d'outils profilés de façon appropriée. L'invention offre la possibi- lité de stocker pour un domaine d'utilisation déterminée des meules 0 standards, de sorte que le revêtement et/ou le regarnissage peuvent s'effectuer indépendamment de l'usinage réel. Les outils pour profiler à la fraise ont, comme corps enveloppant, la même géométrie que les outils correspondants pour rectifier les profils. La cinématique de fabrication des deux procédés est aussi la même. Pour cette raison, on peut également utiliser le procédé proposé pour le fraisage des profils avec des outils en forme de meules. Dans le cas de systèmes de taillage avec lesquels on ne peut pas réaliser le profil de meule nécessaire dans la théorie, le procédé- proposé permet d'obtenir une améliora- tion notable des résultats de travail. De tels cas se présentent si la meule 0 n'est pas taillée en commande continue,mais, par exemple, par l'intermédiaire de galets qui, pour la taille, sont réglés de façon appropriée par rapport à la meule 0, ou bien si on taille la meule 0 en utilisant des gabarits. Ces procédés ont, par rapport au taillage par commande numérique, d'autres avantages; ceci vaut particulièrement pour des utilisations dans lesquelles des spécifications particulièrement rigoureuses sont exigées en ce qui concerne la rugosité de surface des flancs de la pièce. Le procédé va être expliqué ci-après en se référant aux figures 2 et 3. Le dessin partiel 1 de la figure 2 montre l'écart total de profil F. sur'la ligne primitive de base W. Comme le montrent les figures 2 à 5 de la figure 2, l'écart total de profil Fa est décomposé en quatre fractions: écart de l'écartement des dents &Wk,.écart angulaire de profil fHa, bombé de tête Ca et écart de forme de profil ffa. Ces grandeurs indiquées sur les figures partielles 2 à 5 de la figure 2 peuvent être influencées par les paramètres de réglage décrits: distance entre axes a, déport e, angle d'inclinaison et angle d'attaque initial comme le montre la figure 3. La figure 3 représente les rapports pour des pièces à denture hélicoïdale (traits pleins) et à denture droite (lignes en tirets). Elle comporte sur l'abscisse, non pas les paramètres de réglage eux-mêmes, mais leurs varia- tions par rapport à leur état au moment du calcul. La figure 3 montre les effets des paramètres de réglage La, Le, Af et At sur les grandeurs AWk, fHa, Ca et ffa. On peut régler l'écart de l'écartement des dents AWk de la façon la plus simple à l'aide du paramètre de réglage A, en faisant tourner la pièce 2, parce que AF n'a aucune influence sur les autres grandeurs fHa, Ca et ff. La figure 3 montre en outre qu'on peut optimiser les grandeurs fHi et Ca à l'aide des paramètres de réglage La, Ae et A. En principe, la grandeur fH peut être amenée à 0. Les grandeurs Ca et ffe limitent la plage d'utilisation du procédé. Le procédé de l'invention n'est pas limité aux outils en forme de meules; il peut également être mis en oeuvre avec des outils à queue. Lorsqu'on utilise des outils à queue, il y a des rapports analogues entre les paramètres de réglage de l'outil et le profil de la pièce. Ici, le paramètre a a simplement une autre signification que lors de l'utilisation d'un outil en forme de meule (voir figure la). Lors de l'utilisation d'outils à queue, a caractérise la distance entre le profil de l'outil et l'axe de la pièce. Elle est mesurée dans un plan contenant l'axe de la pièce et perpendiculaire à l'excentricité. Le profil de l'outil se projette sur ce plan. La distance entre profils est la distance entre un point de référence de l'axe de l'outil et l'axe de la pièce dans le plan décrit cidessus. Le choix du point de référence ne joue aucun rôle. Il importe seulement que le profil de l'outil par rapport à-ce point soit connu pour la simulation du procédé de fabrication et que l'outil soit positionné sur la machine par rapport à-ce point. En ce qui concerne l'angle d'inclinaison, il faut noter que, lors de l'usinage avec un outil à queue, l'angle d'incli- naisons e est ici de 90 moins l'angle par rapport au système d'axes Z. Lors de l'utilisation conventionnelle d'outils à queue, l'angle d'inclinaison est au moins proche de zéro. Pour obtenir l'influence souhaitée sur le profil de la pièce, cet angle n'est normalement pas égal à zéro. Revendications 1. - Procédé pour rectifier ou fraiser.en discontinu les profils de roues dentées avec des outils en forme de meules ou avec des frais à queue, selon lequel on usine les flancs d'une pièce avec un outil, ou bien on les usine respectivement avec un outil pour les flancs droits et un outil pour les flancs gauches, dans des phases de travail séparées, avec des paramètres de réglage: distance entre axes a - "distance entre profils" dans le cas d'outils à queue-, déport de l'outil e, angle d'inclinaison p et angle d'attaque initial T de la pièce. caractérisé en ce que, lors de l'utilisation d'un outil (0) dont le profil ne correspond qu'approximativement à la géométrie de la pièce à usiner(2), on évite par un réglage judicieux de l'outil (0) par rapport à la pièce (2), les grands écarts de profil qui se produisent normale- ment lors d'une telle utilisation sur la pièce à usiner (2) et que les paramètres de réglage a, e,, ip sont obtenus par itération à l'aide d'une simulation de l'opération d'usinage sur un ordinateur ou par des essais en prenant comme paramètres de réglage des valeurs que l'on pourrait, par exemple, prendre comme base pour le calcul d'un outil exactement adapté à la denture de la pièce, qu'on détermine sur un ordinateur, ou par mesure d'une pièce d'essai, le résultat de travail qu'on peut ainsi attendre, qu'on le compare aux valeurs de consigne, qu'on répète le proces- sus avec des paramètres de réglage modifiés, qu'on dérive des paramètres de réglage modifiés à partir de la relation ainsi obtenue entre les paramètres de réglage et le profil de la pièce et qu'on répète le processus de la façon. décrite jusqu'à ce qu'on obtienne le résultat de travail souhaité. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on produit une dépouille de tête et/ou de pied respec- l] tivement en une phase de travail supplémentaire avec des paramètres de réglage modifiés, avec un outil (0) qui a été conçu pour une pièce (2) sans modification de profil. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on produit le bombé de tête souhaité par un réglage judicieux de l'outil (0) par rapport à la pièce (2) avec un outil (O) qui a été conçu pour une pièce (2) sans bombé de tête ou pour une pièce (2) ayant un autre bombé de tête.