La fresatura degli ingranaggi
by Fabio Sada 2002

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13 Vantaggi della fresatura delle dentature

 




 

13.1 * Progettazione dell'ingranaggio

 


*Il progettista puo' dimensionare TUTTE le grandezze caratteristiche (modulo, angolo di pressione, proporzionamento) senza la necessita' di adeguarsi a valori normalizzati, arrivando eventualmente ad una differenziazione dell' angolo di pressione tra i fianchi di gioco e di spinta di una medesima dentatura, con vantaggio per la robustezza del dente e per il carico sulla dentatura e sui cuscinetti.

Questa liberta' di progettazione e' gia' consentita dal processo di rettifica, quindi l'abbinamento fresatura-rettifica integra l' intero processo produttivo con assoluta versatilita'.

*Il valore del modulo puo' essere molto elevato, con riflessi non problematici sulle dimensioni della fresa, potendosi praticare cosi' la lavorazione con dimensionamenti altrimenti impraticabili mediante creatore o pettine.

*Il fatto di potere evitare l'impiego di un creatore consente di limitare la ampiezza dello scarico intermedio nelle dentature bielicoidali, dimensionandolo solo rispetto alle esigenze della fresatura stessa e della rettifica.

*Sia la fresatura che la rettifica operano in divisione singola, per cui e' possibile lavorare dei settori dentati appartenenti a dentature di grande diametro o delle porzioni di ingranaggio a corsa angolare limitata, senza i tempi improduttivi di taglio nel vuoto o senza la necessita' di asportare (o dentare inutilmente) la porzione di angolo giro non richiesta.

E' quindi possibile la dentatura di pezzi che presentino, oltre che un arco incompleto di dentatura, anche degli ingombri sporgenti dal diametro di piede, altrimenti in collisione rispetto a un creatore.

*In condizioni di emergenza, e' possibile la lavorazione di dentature bielicoidali con ridotto vano di scarico tra le fasce, utilizzando una fresa a candela in luogo della fresa a spianare.

*Nel caso di dentature chiuse da un lato e' possibile limitare il tratto supplementare soggetto ad asportazione a quanto necessario all'ingombro mola in rettifica, rispetto al caso di impiego del creatore, specialmente se di elica controversa.

*A seguito di particolari esigenze di progetto, e' possibile operare delle rastremazioni o delle variazioni di profilo localizzate e caratterizzate da un ridotto sviluppo assiale, altrimenti non praticabili con un creatore (ad esempio lo scarico per l'uscita della mola nel caso di dentature cieche).

Le considerazioni svolte sulla elasticita' nella progettazione dei propri prodotti possono essere lette in termini di versatilita' di intervento nei confronti del mercato delle lavorazioni in conto terzi.


 

13.2 * macchina utensile (centro di lavoro)

 


*La macchina conserva tutte le prerogative di un centro di lavoro, ovvero puo' essere destinata : *alla lavorazione di altri pezzi generici.

*alla lavorazione di superfici diverse dalla dentatura su un pezzo gia' piazzato per la dentatura.

*In caso di dotazione di una tavola rotante veloce, e' possibile eseguire, oltre alla dentatura e ad altre lavorazioni tipiche di un centro di lavoro, anche la tornitura, con grande vantaggio nelle operazioni di trasferimento e piazzamento.

E' quindi possibile evitare investimenti di elevatissima portata.

*La macchina puo' essere utilizzata per un controllo preventivo o in corso d'opera delle condizioni geometriche dell'ingranaggio, quali il profilo, l'angolo di elica, la divisione e l'eccentricita' (compatibilmente con la precisione degli assi).

Questo risulta particolarmente utile nel caso si debba lavorare un pezzo che abbia subito deformazioni da trattamento e sia necessario valutare preventivamente l'andamento corrente delle superfici, al fine di mediare il sovrametallo esistente ed eventualmente modificare le caratteristiche geometriche dell' ingranaggio per garantirne la costruzione.

*Sulla medesima macchina, e quindi potendo far uso delle medesime apparecchiature ausiliarie, e' possibile praticare il primo taglio di sgrossatura e il taglio di un eventuale (anzi raccomandabile) scarico al piede, generalmente ottenuto con creatori dotati di protuberanza.

*Sulla medesima macchina e' possibile la dentatura di grandi ingranaggi conici a denti diritti, senza limitazioni alle grandezze caratteristiche, compresa la lunghezza della generatrice.

*Nel caso di pezzi con elevato numero di denti o ridotto angolo di elica, e' possibile operare la sgrossatura con coppie di tagli con fresa a disco a spessore limitato di concezione standard, con accettabile variabilita' della sezione truciolata rispetto al vano finito.

La diminuzione del volume di materiale asportato per truciolatura rispetto all' impiego di frese biconiche e' particolarmente sensibile per moduli elevati.

*La lavorazione di pezzi snelli si puo' giovare dell'impiego di una piattaforma ad asse orizzontale con lunette e contropunta, superando le pesanti limitazioni ai diametri e lunghezze dei gambi tipiche delle dentatrici ad esse verticale.

In particolare e' possibile la rilavorazione di pignoni che rechino calettati dei componenti montati con forte interferenza e quindi di difficoltosa rimozione.

*Qualora si disponesse di due postazioni di sostegno del pezzo (ad esempio due tavole oppure una tavola ed una piattaforma ad asse orizzontale, e' possibile utilizzare la macchina senza interruzioni, operando i cambi pezzo in tempo mascherato alternativamente sulle due postazioni.

Infatti, come illustrato piu' avanti, non sono necessarie soste di lunga durata legate alla sostituzione o rinfresco dell'utensile.

*Rispetto ad una dentatrice meccanica possono essere evitate le approssimazioni di comando conseguenti alla adozione di quaterne di rotolamento o avvitamento non esatte.

*Rispetto alle dentatrici a sincronismo elettronico, gli assi si muovono con velocita' riferite agli avanzamenti in fresatura, invece che riferite alla velocita' di taglio, quindi con prerogative di comando meno sofisticate e minore logorio delle parti in movimento relativo.

Indicativamente, il rapporto di velocita' tavola tra il modo creatore e il modo fresatura in continuo risulta nell'ordine di 60:1 - 80:1 .

Questo comporta minori problemi di manutenzione ed un sicuro risparmio nella installazione della componentistica di misura, azionamento e comando della tavola, alla quale non vengono richieste le prestazioni esasperate tipiche della dentatura a creatore.

In particolare, nella fresatura con metodo discreto l'unico asse in movimento e' sempre parallelo alla porzione di piano in corso di generazione.

*Non e' necessario il controllo della rotazione dell'utensile, ed il regime di rotazione puo' essere molto elevato.

*Il ridotto numero di assi in movimento contribuisce ad elevare la rigidita' complessiva della macchina, potendosi bloccare saldamente gli assi fermi.

In particolare e' possibile operare un bloccaggio permanente della testa mandrino, poiche' la inclinazione della medesima non varia durante la lavorazione di un medesimo pezzo.

*Nel caso di lavorazione di ingranaggi con ridotto numero di denti non sussistono le limitazioni alla velocita' di taglio tipiche del caso dei creatori, conseguenti alla alta velocita' della tavola.

Giova ricordare come la velocita' massima di tavola generalmente disponibile su macchine a CN e' di 4 giri/min,elevabile a 8 con costose sofisticazioni opzionali; considerando 4 giri/min consegue una limitazione della velocita' di taglio a 90 m/min per Dcreatore=350 e Z=20.

*Nel caso di fresatura con metodo discreto, poiche' la fresatura genera una porzione di piano operando con il movimento di un solo asse complanare al piano generato, in caso di mancanza di alimentazione elettrica non si corre il rischio di far collidere utensile e pezzo per mancanza di sincronizzazione.

Analogamente, nel caso di fresatura con metodo continuo la eventuale interferenza tra pezzo e utensile in caso di mancanza di alimentazione elettrica produce danni limitati.

*In caso di non disponibilita' della tavola rotante su una macchina a portale del tipo Gantry, la lavorazione puo' essere condotta a pezzo fisso utilizzando l'orientamento della testa di fresatura; in questo caso gli assi di lavoro diventano due.

Tale situazione e' conseguente, ad esempio, al piazzamento fisso di due ingranaggi in posizioni differenti della platea.

*Le aziende produttrici i centri di lavoro sono numerose e operano in regime di autentica concorrenza.


 

13.3 * utensileria

 


*Una medesima fresa di spianatura e' idonea alla costruzione di ingranaggi aventi valori delle grandezze fondamentali ampiamente variabili, evitando l'acquisto (sia in termini di PREZZO, sia in termini di TERMINI DI CONSEGNA ) di utensili personalizzati secondo tali grandezze, specialmente nel caso di moduli elevati o di raro impiego.

*La differenza di costo di un ridotto parco frese rispetto ad una verosimile dotazione di creatori, pur normalizzati e adeguatamente conservati, risulta elevatissima.

Non va dimenticato che i creatori skyving saldobrasati costituiscono un prodotto di consumo dalla vita utile relativamente limitata.

*Le aziende produttrici questo tipo di utensile sono numerose ed operano in regime di autentica concorrenza, mentre per i creatori il numero di fornitori qualificati e' piuttosto esiguo.

*L' utensile risulta piu' leggero (montabile manualmente oppure a mezzo del cambiautensile) e comunque di movimentazione meno frequente.

Nel caso di dispositivo di cambio utensile possono essere utilizzate piu' frese da sostituire al progredire del consumo degli inserti, secondo una pianificazione preventiva o misurando gli assorbimenti.

*La fresa puo' essere di diametro ridotto in quanto la velocita' di taglio puo' essere gestita indipendentemente da altri fattori, mentre nel caso del creatore avviene che anche per moduli non particolarmente elevati il creatore deve presentare un diametro notevole al fine di garantire una sufficiente velocita' di taglio senza elevare troppo il numero di giri.

*I taglienti della fresa sono mossi tutti alla medesima velocita' di taglio, mentre nel caso del creatore tale velocita' e variabile lungo il profilo.

*La fresa e' dotata di un unico tipo di inserto; eventualmente si possono avere frese dedicate alla lavorazione del raggio di fondo.

*E' indicativamente disponibile una maggiore varieta' di qualita' e geometrie costruttive degli inserti.

*Gli inserti sono indicativamente meno costosi e presentano inoltre un maggiore numero di taglienti disponibili.

*E' possibile, e di breve durata, la sostituzione degli inserti a bordo macchina.

*E' possibile la rapida sostituzione della fresa in caso di cambio degli inserti fuori macchina.

*La fresa e' un prodotto tecnologicamente meno impegnativo del creatore e consente la adozione di inserti normalizzati, quindi offre maggiori e concorrenziali opportunita' di approvvigionamento rispetto alla situazione di semi-monopolio dei creatori e dei relativi inserti.

*L' unica prerogativa geometrica richiesta all' utensile e' la complanarita' dei taglienti e la normalita' del piano dei taglienti rispetto all' asse mandrino.

Tale prerogativa e' dettata dalla opportunita' di distribuire la asportazione in modo uniforme sui vari inserti, ma non e' essenziale ai fini della lavorazione; al pari dei creatori risulta necessario garantire invece la ripetibilita' di dimensione propria e montaggio degli inserti.

Non esistono quindi ulteriori caratteristiche costruttive da garantire, quali la precisione di passo, divisione e profilo di un creatore.

Indicativamente la imprecisione costruttiva delle sedi e degli inserti impedisce, operando con il creatore, di ottenere dentature migliori della qualita' DIN 10-11, pur in presenza di movimenti perfetti degli assi macchina.

*La fresa e' presettabile e allineabile con precisione.

*Non esiste la necessita' di disporre di creatori destri e sinistri.

*Il taglio avviene con il moto relativo fresa-pezzo tipico della fresatura a spianare, quindi risulta piu' razionale e con minore consumo di energia e sviluppo di calore rispetto al moto di taglio di un creatore.

*Dal punto di vista dimensionale, il modulo in corso di lavorazione incide marginalmente sulle dimensioni della fresa, mentre risulta molto determinante nel caso del peso-costo-ingombro dei creatori.

*L'uso di una fresa ad inserti intercambiabili risulta competitivo rispetto all' uso di utensili in HSS o metallo duro non intercambiabile.

*I parametri di taglio sono quelli relativi all' impiego di metallo duro.

*Le modalita' di refrigerazione sono tipiche della fresatura, con l'impiego di emulsione invece che di olio intero.

*Gli angoli di spoglia sono razionali e non presentano le anomalie e le asimmetrie tipiche del creatore.

In particolare gli angoli di spoglia sono problematici nel caso di creatori di modulo/passo elevato laddove il diametro del creatore debba forzatamente risultare contenuto entro i limiti di macchina e quindi si abbiano elevati angoli di elica creatore.

*Rispetto alla lavorazione di skyving non si rende nacessaria la operazione di affilatura e la conseguente disponibilita' di una affilatrice per creatori.


 

13.4 * accessori e prolunghe

 


Nel caso di lavorazione mediante fresatura, la condizione limite di posizionamento della fresa rispetto al pezzo si ha in occasione del raggio di curvatura limite interno, ovvero :

-la sfaccettatura piu' interna (modo discreto).

-il raggio di curvatura di arrivo della passata (modo continuo).

Tale condizione comporta che: *nel corso della lavorazione di pignoni il rafggio di curvatura limite e' ridotto ma in compenso il raggio di testa e' anch'esso ridotto.

*nel corso della lavorazione di ruote il raggio di testa e' elevato ma in compenso il raggio di curvatura limite e' elevato e porta la fresa in una posizione in cui l'angolo di tangenza sul diametro di testa e' elevato e quindi l'ingombro operato dal pezzo e' poco restrittivo.

Indicativamente, con una fresa diam 250 e una lunghezza utensile di 150 mm e' possibile utilizzare una testa inclinata con corpo centrale diam 300 mm senza che risulti interferenza su ruote e pignoni modulo=30 alfa=20.

Il disimpegno dell' ingombro pezzo dal gruppo utensile-testa e' favorito dalla condizione in cui si abbiano:

-elevato angolo di pressione (raggi di curvatura maggiori).

-ridotto angolo di elica (testa allontanata).

Giova ricordare che la fresa NON PUO' avere comunque un diametro eccessivo in quanto il taglio elementare operato dalla fresa risulta sghembo rispetto all' andamento locale dell' elica, quindi se si utilizzassero frese di grande diametro si potrebbe giungere ad avere interferenza tra la fresa nella posizione limite e il raccordo concavo al piede del dente 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) .


 

13.5 * impostazione della lavorazione

 


*Analogamente alle dentatrici, e' sufficiente l'inserimento delle grandezze caratteristiche della dentatura.

*La fasatura della dentatura rispetto a riferimenti preesistenti, cosi' come la simmetria delle fasce bielicoidali, sono garantite analiticamente.

*Nel caso di lavorazione con metodo discreto, e' possibile una pianificazione ottimizzata delle passate, con algoritmo su PC.


 

13.6 * conduzione della lavorazione

 


*I moti di taglio sono immediatamente produttivi e in misura uniforme, evitando le fasi a bassa efficienza tipiche dei tratti di imbocco ed uscita di un creatore.

*In special modo nel caso di elevati angoli di elica, non devono essere sopportate le extracorse aggiuntive per garantire il rotolamento di un creatore (ellisse di intersezione).

*La posizione reciproca delle superfici dei due fianchi (spessore del dente) e' comandabile analiticamente in base alle caratteristiche dimensionali dell' ingranaggio riportate sul disegno, evitando i tratti di spia utilizzati per calibrare lo spessore.

*La centratura del vano preesistente e' semplice ed agevole, e non richiede sofisticati sistemi meccanici o pericolose procedure manuali tipiche dell' uso del creatore.

Giova ricordare che utilizzando un creatore, la centratura analitica del vano preesistente comporta la misurazione di fase del creatore mediante una apposita apparecchiatura.

*La possibilita' di praticare parametri di taglio elevati, insieme con la possibilita' di governare i movimenti di appostamento e di lavoro con ridotte extracorse a vuoto, conducono ad una valutazione decisamente interessante dei tempi di lavorazione.

*Nel caso si adottino coppie di frese distanziate, e' possibile ottenere un risparmio fino al 50% dei tempi di lavorazione [vedi 2/6].

*La quantita' di sovrametallo asportabile e' entro certi limiti non rilevante, per cui il metodo risulta competitivo per la lavorazione pre-rettifica di ingranaggi cementati, notoriamente penalizzati in caso di impiego di creatori skiving che possono asportare per ogni passata una quantita' limitata di sovrametallo.

*E' possibile scegliere tra piu' opportunita' di scansione delle passate, assegnando diverse priorita' alle progressioni assiale, di divisione e di rotolamento.

*E' possibile regolare al meglio le velocita' di taglio e di avanzamento.

*E' possibile interrompere istantaneamente l'avanzamento e la rotazione utensile, senza necessita' di sincronizzazione.

*Le conseguenze di una collisione sono indicativamente meno gravi rispetto al creatore.

*La lavorazione e' agevolmente visibile.

*La ridotta velocita' della tavola consente la rimozione dei trucioli anche a coperture aperte nel corso della lavorazione o comunque in occasione di soste programmate.

*In caso di impiego della tavola rotante, non e' necessario garantire materialmente la concentricita' tra pezzo e tavola, bensi' e' sufficiente, con due coppie di rilievi ortogonali, misurare la dimensione e l'orientamento della eccentricita' e modificare di conseguenza i moti di taglio a mezzo software CN.

In questo caso si avra': *nel metodo con taglio discreto: una traslazione complessiva della lavorazione elementare.

*nel metodo con rotolamento continuo: e' necessario scomporre il movimento in una quantita' finita di tratti lineari che possano rappresentare il movimento necessario in modo soddisfacente.


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