La fresatura degli ingranaggi
by Fabio Sada 2002

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7 Fresatura con metodo a rotolamento continuo

 


Nota: le Vista in pianta del complessivo pezzo/utensile/testa mandrino  nella posizione piu' interna (punto di arrivo nella fresatura in continuo o taglio interno nella fresatura in modo discreto). (fig.12A) Composizione utensile pre la fresatura dell'evolvente  con indicazione delle linee di ingombro minimo pezzo/tavola. (fig.13U) illustrano la condizione di punto di arrivo.

Le Vista in pianta egli estremi del percorso di rotolamento o della pianificazione di tagli discreti. Indicazione dei coefficienti di adeguamento avanzamento KF e stima delle velocita' degli assi secondo la Frel sul profilo; (fig.15A) Vista in fronte delle condizioni di inizio e fine percorso con movimento del centro fresa nel piano trasversale lungo X. (fig.16A) illustrano le condizioni di partenza e arrivo.

! Questo metodo, che prevede un moto continuo dell'utensile lungo il profilo in una certa sezione trasversale, puo' essere praticato solo previo taglio di sgrossatura fino al piede dente Vista in pianta del complessivo pezzo/utensile/testa mandrino nella condizione di taglio dal pieno con fresa biconica. (fig.02A) Composizione del complessivo pezzo/utensile/testa mandrino  nella condizione di taglio dal pieno con fresa a disco laterale;  Indicazione della linea di ingombro a testa inclinata. (fig.03U) , meglio se seguito dalla creazione di una zona scaricata al piede (effetto protuberanza).

Si definisca anzitutto la distanza assiale tra i vari livelli di generazione della dentatura.

Si operi poi l'opportuno calcolo degli svolgimenti limite associati ai cerchi di troncatura esterna ed interna, ed il calcolo dello spessore trasversale di base; in particolare va segnalato come i valori estremi dei raggi di curvatura vadano, nel caso di dentatura elicoidale, maggiorati all'esterno e ridotti all'interno secondo la proiezione assiale del segmento in corso di generazione secondo l'angolo di elica di base, in quanto deve essere garantita la lavorazione anche sui livelli di estremita', distanti circa mezzo passo assiale dal livello centrale di riferimento, per ogni livello lavorato:

 

[9] Extra raggio = passo assiale * TAN(beta0)

 

Negli esempi in allegato tale maggiorazione e' considerata solo per il calcolo della pianificazione dei tagli nel modo per sfaccettature discrete Pianificazione ottimizzata numericamente per il taglio in modo discreto, da 2 a 8 tagli con uso di 1 fresa; Sequenze di raggi di curvatura di appoggio che generano un sovrametallo uniforme ed ottimizzato per il numero di tagli. (fig.06A) Pianificazione ottimizzata numericamente per il taglio in modo discreto, da 2 a 8 tagli con uso di 2 frese; Sequenze di raggi di curvatura di appoggio che generano un sovrametallo uniforme ed ottimizzato per il numero di tagli. (fig.07A) Abaco per la definizione grafica della pianificazione in modo discreto; La pianificazione ottimizzata numericamente appartiene  a tale abaco. (fig.08A) Rappresentazione grafica della pianificazione con indicazione dell'estensione supplementare dovuta al passo assiale, per uso di 1 fresa. (fig.09A) Rappresentazione grafica della pianificazione con indicazione dell'estensione supplementare dovuta al passo assiale, per uso di 2 frese nel caso di krc < 0,5 : la pianificazione avviene sulle posizioni limite  della fresa anteriore. (fig.10A) Rappresentazione grafica della pianificazione con indicazione dell'estensione dovuta al passo assiale, per uso di 2 frese nel caso di krc > 0,5 : la pianificazione avviene sulle posizioni  limite della fresa posteriore.       (fig.11A) .


Si imposti l'origine della tavola in considerazione del valore dello spessore trasversale di base, in modo che il punto di base del profilo corrisponda alla condizione X=0 B=0 per il fianco in lavorazione.

Si disponga quindi l'utensile nelle condizioni esposte in precedenza, in particolare si disponga (in prima istanza) la fresa su un piano avente distanza esattamente uguale alla somma del raggio di base + raggio fresa.

Si operi infine l'appostamento, il moto relativo ed il disimpegno dell'utensile secondo le leggi di moto gia' esposte.

Si ripeta poi la medesima operazione su un livello successivo, avendo cura di sfasare la rotazione del pezzo secondo la legge di avvitamento dell'elica (nel caso elicoidale).

Al termine della lavorazione avremo ottenuto la costruzione di una serie di superfici:

-aventi larghezza pari al passo assiale dei singoli interventi.

-aventi andamento QUASI simmetrico rispetto al livello assiale di riferimento.

-caratterizzate dall'avere la parte centrale infinitesima coincidente con il profilo teorico, e le due zone adiacenti in rilievo rispetto al teorico.

Per quanto riguarda la quantificazione di tale rilievo, che comporta un supplemento di sovrametallo nelle adiacenze del contatto nominale, rileviamo che l'arco di contatto della fresa sul pezzo, residuo dall'azione sui livelli adiacenti, produce una corda pari alla proiezione del passo assiale delle passate sul segmento generatore, e puo' essere senza eccessivo errore considerato distribuito simmetricamente rispetto al luogo dei punti di appoggio nominali.

Sul piano tangente alla dentatura, le sezioni piu' distanti, ove vi e' anche il passaggio tra l'azione su diversi livelli, presentano una freccia (rispetto al bordo anteriore nominale) derivante dal passo dei livelli e dalle dimensioni della fresa secondo il legame:

 

[10] freccia1 = Rfresa - ( SQR ( Rfresa ^ 2 - (passo / 2) ^ 2 ) )

 

tabulato in Tabella per determinare l'errore di forma in modo continuo ; calcolo della 1A freccia : diametro utensile / passo assiale. (fig.19U) per valori usuali.

Se manteniamo l'ipotesi che il bordo anteriore della fresa si trovi esattamente sul livello del piano di base tangente al cilindro di base, e consideriamo il cono infinitesimo tangente alla dentatura in ogni posizione assunta dalla fresa, rileviamo che la medesima (prima) freccia nel piano della fresa diventa approssimativamente una semicorda nel piano normale al cono locale, e produce a sua volta una seconda freccia in questo piano, corrispondente all'errore di profilo=supplemento di sovrametallo sulla dentatura.

Mentre la prima freccia risulta costante per tutta la lavorazione, la seconda freccia, data dalla relazione approssimata Fresatura in modo continuo: diagramma dell'errore di profilo al limite interno, senza affondo supplementare. (fig.27A) :

 

[11] freccia2 = rcurv -( SQR ( rcurv ^ 2 - freccia1 ^ 2 ) )

 

(tabulata in Tabella per determinare l'errore di forma in modo continuo ; calcolo della 2A freccia : 1A FRECCIA / curvatura del profilo. (fig.20U) con ingresso in colonna 1) risulta variabile secondo il raggio di curvatura locale, ovvero la distanza del bordo anteriore della fresa dalla generatrice del cilindro di base ove appoggia il piano tangente.

In particolare tale freccia assume valore massimo in corrispondenza del raggio di curvatura minimo verso il piede dente, e valore minimo in corrispondenza del raggio di curvatura massimo in testa al dente.

A titolo esemplificativo, ipotizzando l'impiego di una fresa d=250mm e un passo assiale di 60mm , si ottiene una prima freccia di 4,50 mm.

Questo valore, nel caso di un raggio di curvatura minimo della dentatura di soli 75 mm, produce un errore di forma di 0,122 mm, che scendono a 0,017mm per un raggio di curvatura minimo di 517 mm.

Nonostante si tratti di valori soddisfacenti, e' possibile operare un notevole miglioramento modificando la posizione della fresa: se infatti viene operato e costantemente mantenuto un affondo lungo l'asse Z pari a meta' della prima freccia, ovvero 2,24 mm nell'esempio Fresatura in modo continuo: diagramma dell'errore di profilo al limite interno, con affondo supplementare ottimizzato = F1 / 2. (fig.28A) , il valore dell'errore di forma ovvero della seconda freccia, derivante dalla relazione (tabulata in Tabella per determinare l'errore di forma in modo continuo ; calcolo della 2A freccia : 1A FRECCIA / curvatura del profilo. (fig.20U) con ingresso in colonna 2]:

 

[12] freccia2 = rcurv -( SQR ( rcurv ^ 2 -( freccia1 / 2) ^ 2 ))

 

conduce a valori sensibilmente migliori:
: rcurv = 75 --> errore di forma 0,030 mm invece di 0,112 mm : = 517 --> 0,004 mm invece di 0,017 mm

Un ulteriore miglioramento si ottiene poi considerando che la estremita' tagliente della fresa non e' puntiforme bensi' presenta un tratto complanare frontale per cui il calcolo dell'errore di forma dovrebbe vedere limitato il valore della prima freccia.

Se poi l'utensile presentasse un valore dell'estensione del tratto piano tale da ricoprire completamente il valore della prima freccia, si avrebbe un azzeramento dell'errore di forma, unito ad una azione di tipo raschiante del tagliente.

In linea generale l'errore di forma Diagramma dell'errore nominale di profilo in modo continuo, secondo il passo assiale e il raggio di curvatura  minimo sul profilo, per fresa diam 250. (fig.04U) Diagramma dell'errore nominale di profilo in modo continuo, secondo il passo assiale e il raggio di curvatura  minimo sul profilo, per fresa diam 315. (fig.05U) e' altrimenti migliorabile con:.

-l'aumento del diametro dell'utensile, considerando comunque il pericolo di interferenza con il raggio al piede nel caso elicoidale Vista in fianco dell'utensile e delle linee/elica relative al punto di arrivo e al diametro di fondo, con eventuale affondo supplementare. (fig.18A) .

-la diminuizione del passo assiale tra i livelli lavorati.



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