================ La fresatura degli ingranaggi =================== 1 Mi presento
Mi chiamo Fabio Sada. Sono nato nel 1954 a Milano, dove ho compiuto gli studi fino alla Laurea in Ingegneria Meccanica e dove ho operato professionalmente dal 1978 nel settore tecnico di produzione di una primaria azienda operante nell'impiantistica industriale pesante. Occupandomi anche di tematiche tecniche e economiche relative a utensili, attrezzature, metodi di lavorazione per lavorazioni meccaniche comprendenti la dentatura, ho sviluppato una ipotesi di innovazione nel processo di dentatura, precisamente per quanto riguarda le operazioni attualmente eseguite con creatori sulla relativa dentatrice. A sostegno e verifica della tecnica ipotizzata ho sviluppato un software di ausilio alle calcolazioni generiche relative agli ingranaggi e alla dentatura, integrate da routine specificatamente dedicate alla operazione di fresatura, che ho utilizzato per la simulazione di cui alle figure inserite nell'ipertesto. Sarebbe per me una grande soddisfazione poter dare un futuro concreto ad una innovazione tecnica che ritengo carica di contenuti positivi, e mi auguro di riuscire a suscitare l'interesse o almeno la curiosita' di un soggetto produttivo dotato dei necessari mezzi di produzione e dell'ancor piu' necessario coraggio da pioniere.
-Fabio Sada -Via San Pancrazio 20 -20060 Gessate (MI) - Italy -e-mail : sada.gessate@tiscalinet.it
4 Introduzione La lavorazione di ingranaggi di modulo elevato viene attualmente condotta prevalentemente mediante dentatrici a creatore e relativi utensili. Mentre per moduli ridotti tale tecnologia risulta probabilmente senza alternative, per moduli elevati possono sorgere problemi legati al costo elevato di una macchina utensile comunque poco versatile, al costo elevato e al lungo tempo di approvvigionamento dei creatori, alla necessita' di movimentare e correttamente conservare un utensile di grande massa ed elevata precisione, alle servitu' conseguenti al forzoso legame cinematico tra utensile e pezzo, ed altre problematiche varie che il dentatore moderno si trova ad affrontare quotidianamente. La costruzione delle dentature per generazione mediante fresatura, sia che si impieghi un centro di lavoro oppure una dentatrice opportunamente attrezzata, si propone quale valida alternativa alla dentatura a creatore, in quanto offre soluzione positiva e credibile ai problemi connessi all'impiego dei creatori, con tempi di lavorazione decisamente interessanti o perfino migliori, minori costi di macchina e di utensile, minori tempi di servizio, rapidita' di risposta rispetto alle esigenze della produzione ed altri vantaggi. Nel seguito cercheremo di dimostrare come il metodo innovativo sia in definitiva geometricamente corretto, tecnologicamente praticabile e soprattutto economicamente conveniente, al punto da rendere la tecnologia di taglio con creatore oggettivamente superabile, nonostante l'evoluzione costruttiva delle macchine e degli utensili ad essa attualmente destinati. 5 Costruzione della dentatura con tecniche tradizionali Le tecniche costruttive tradizionali impiegate per la generazione delle dentature con profilo a evolvente sono principalmente:. -taglio con pettine, per inviluppo del profilo di un utensile che simula la cremagliera coniugata. -taglio con creatore, per inviluppo del susseguirsi di piu' profili di un utensile, ciascuno simulante la posizione istantanea della cremagliera coniugata. Poiche' per entrambe queste tecniche conviene ridurre la varieta' degli utensili impiegati, e poiche' tali utensili sono caratterizzati dalle dimensioni e forme dei profili normali delle cremagliere coniugate, si e' consolidata la normalizzazione dei profili NORMALI di tali cremagliere, operando:. -la normalizzazione dei moduli normali entro valori unificati e possibilmente interi. -la normalizzazione degli angoli di pressione normali entro una ristrettissima serie di valori. -la normalizzazione dei proporzionamenti per quanto riguarda i coefficienti di addendum e dedendum. Il progettista di una ruota dentata puo' agire, per affinare il dimensionamento secondo le proprie esigenze di progetto, sul valore dell'angolo elica primitiva ed eventualmente su uno spostamento dei profili di riferimento. !! Entrambe tali tecniche tradizionali utilizzano un metodo per pseudo-generazione mediante INVILUPPO, caratterizzato da un moto di taglio di tipo laterale ad opera di una successione di linee di taglio fisicamente appartenenti all'utensile e costruite mediante profilatura o fresatura delle sedi degli inserti. 6 Costruzione della dentatura mediante fresatura di spianatura !! La tecnica proposta utilizza un metodo per generazione mediante costruzione di micro-piani tangenti, caratterizzato da un moto di taglio di tipo frontale ad opera di una fresa di spianatura, ove la linea di taglio risulta dal moto rotatorio dei taglienti intorno all'asse utensile e quindi appartiene ad un piano definito da una costruzione cinematica. Il metodo trae spunto da alcune peculiarita' della superficie involuto-elicoidale: -La superficie e' di tipo RIGATO, ovvero costituita da un insieme continuo di righe caratterizzate dal fatto di appartenere tutte a piani tangenti al cerchio di base e di essere tutte inclinate, sul piano citato, di un angolo costante rispetto alla generatrice del cilindro di base ove tale piano risulta tangente; tale angolo e' l'angolo dell'elica di base. -La superficie risulta essere definita dal luogo dei punti che una medesimo segmento (che chiameremo segmento generatore), rigidamente fissato su tale piano ed inclinato del citato angolo di base rispetto alla generatrice tangente, viene a descrivere in seguito a un rotolamento senza strisciamento del piano sul cilindro di base. Questa proprieta' comporta che esiste sempre un piano tangente alla superficie, contenente la riga locale e perpendicolare al piano che la contiene ed e' tangente al cerchio di base. -La superficie e' convessa, quindi ad essa puo' essere assimilata una sequenza di piani tangenti e conseguente eccesso locale di materiale, da rimuovere successivamente con altri mezzi o modi. I metodi di lavorazione esposti nel seguito operano quindi: -Nel metodo di rotolamento continuo: La creazione di una successione continua di tratti approssimativamente rettilinei corrispondenti a successive posizioni relative di una porzione del segmento generatore rispetto al pezzo, in regime di divisione singola con tavola mobile. La condizione di circolarita' della traiettoria del tagliente utensile genera in questo caso la presenza di materiale in eccesso nell' intorno della retta tangente. -Nel metodo di sfaccettature discrete: La creazione di una successione discreta di superfici piane corrispondenti a successive condizioni di tangenza alla superficie e contenenti il segmento generatore, in regime di divisione singola con tavola fissa. La condizione di convessita' genera in questo caso la presenza di materiale in eccesso nelle due semifasce adiacenti alla retta tangente. Il fatto che la tavola si muova o no nei due modi indica gia' la portata assunta dalla precisione di comando della tavola: il modo per rotolamento continuo esige una certa precisione nel moto in continuo, mentre il modo per sfaccettature discrete esige solo una precisione di posizionamento statico. In ogni caso non risulta necessario tenere controllata la posizione dell'asse di rotazione utensile, come avviene invece con il creatore. Entrambi i metodi possono essere considerati delle varianti applicative del taglio con rotolamento modificato (tecnica ben nota a chi utilizza la rettifica per generazione e il taglio con pettine singolo), laddove si ponga l'angolo di pressione dell'utensile pari a zero; in queste condizioni il rotolamento modificato avviene con:. -angolo utensile = angolo di pressione modificato = 0. -rotolamento : riferito al modulo trasversale apparente di base = db/z. -angolo di slitta=angolo di elica di base. Si consideri ora un centro di lavoro di fresatura dotato di testa a squadra orientabile e bloccabile, con l'asse tavola (B) parallelo a Y e con gli assi trasversale X e radiale Z. Successivamente vedremo come i medesimi moti relativi tra pezzo e utensile possano essere praticati anche su una macchina utensile del tipo dentatrice a creatore, seppur opportunamente predisposta (vedi 2/5). Si consideri ora un ingranaggio disposto con l'asse verticale sopra la tavola rotante di tale centro di lavoro. Si consideri poi il piano tangente al cilindro di base e parallelo agli assi X e Y della macchina utensile. Tale piano interseca le superfici involuto-elicoidali della dentatura secondo un insieme di segmenti paralleli, inclinati dell'angolo di elica di base, distanziati secondo il passo normale di base in direzione normale e distanziati secondo il passo trasversale di base in direzione trasversale, e con le estremita' confinate entro gli svolgimenti associati ai cerchi di troncatura interna (fine evolvente o cerchio di troncatura del profilo attivo ) ed esterna. Le singole superfici dei fianchi dente, in corrispondenza del piano tangente, risultano ortogonali al piano medesimo, quindi parallele all'asse Z del centro di lavoro [fig12A][fig13U][fig14A]. Se operiamo una rotazione dell'ingranaggio intorno al proprio asse, i segmenti di intersezione si susseguono traslando visivamente in direzione trasversale secondo il legame derivante dal rotolamento del piano tangente sul cilindro di base: [1] delta X = Rb * delta ROT [radianti] Le rette contenenti i segmenti mantengono comunque l'orientamento secondo l'angolo di elica di base [beta0] eventualmente =0 per ingranaggi a denti diritti. Si ipotizzi ora di disporre sulla macchina utensile una fresa di spianatura con l'asse parallelo al piano XY ed orientato secondo l'angolo dell'elica di base, in modo che l'asse utensile risulti ortogonale al piano tangente al profilo del dente [fig15A][fig16A]. Si disponga poi l'asse di tale utensile su un piano distante dall'asse pezzo di una quantita' pari al raggio di base + il raggio utensile. In questa condizione il bordo anteriore della fresa si trova al livello del piano (che chiameremo piano di base) parallelo a XY e tangente al cilindro di base. Si porti ora l'asse utensile in posizione tale da far coincidere il piano frontale della fresa con il piano parallelo all'asse Z passante per uno dei segmenti di intersezione tra superficie dentata e piano tangente al cilindro di base. In queste condizioni l'arco percorso da un tagliente nel corso della rotazione del bordo anteriore della fresa corrisponde approssimativamente al tratto di segmento intersezione, ed inoltre il piano frontale della fresa corrisponde esattamente al piano tangente alla superficie involuto-elicoidale. Rispetto a questa condizione locale di riferimento, secondo il metodo operativo scelto si possono eseguire i seguenti interventi: Nel metodo per rotolamento continuo: -moto di lavoro rotatorio CONTINUO (eventualmente uniforme) del pezzo. -moto di lavoro traslatorio della fresa, CONTINUO e SINCRONIZZATO linearmente con il moto rotatorio del pezzo, secondo il solo asse X ovvero trasversalmente rispetto al cilindro di base, secondo la legge di rotolamento sul cilindro di base, entro le curvature limite corrispondenti indicativamente ai cerchi di troncatura esterno ed interno [fig24A]. Volendo utilizzare una macchina predisposta per il rotolamento di utensili a dentiera (pettini) opportunamente attrezzata, la costante di macchina deve essere applicata ad un modulo trasversale apparente di base, pari al rapporto tra il diametro di base e il numero di denti. Il bordo anteriore della fresa si trovera' in ogni istante quasi coincidente con la porzione di segmento generatore. La quantita' di materiale eccedente il profilo teorico, dovuta a tale approssimazione, dipende dal raggio dell'utensile, dalla lunghezza dell'arco generato legata al passo dei livelli assiali di lavorazione, dalla curvatura locale del profilo, dalla microgeometria del tagliente e dalla posizione del bordo fresa rispetto alla retta da generare [fig04U][fig05U][fig19U][fig20U]. Nel caso si desideri garantire un avanzamento relativo costante tra utensile e profilo, e' necessario adeguare l'avanzamento lungo l'asse trasversale X [fig26A][fig27A][fig28A] secondo la relazione: [2] FeedX = Feed relativa * rb / Rcurv E' comunque necessario verificare che il valore dell'avanzamento lungo l'asse trasversale X e/o il conseguente valore della velocita' della tavola secondo la legge di rotolamento, non eccedano dei valori limite prefissati e volti a preservare il logorio della macchina e a garantire la precisione necessaria; puo' quindi accadere che il tempo di lavorazione possa essere penalizzato dalla riduzione dell'avanzamento relativo conseguente alla limitazione della velocita' degli assi macchina X e B. Nel metodo per sfaccettature discrete: -Nessun moto rotatorio di lavoro del pezzo. -Moto di lavoro traslatorio ed indipendente della fresa lungo il solo asse Z, parallelo al piano frontale della fresa, generante una porzione di piano localmente tangente al profilo. La quantita' di materiale eccedente il profilo teorico, dovuta a tale discretizzazione, dipende dalla curvatura locale del profilo e dalla quantita' e quindi vicinanza dei piani tangenti. Il tutto ripetuto per una serie di curvature pianificate e comprese entro i cerchi di troncatura esterno ed interno. Una applicazione particolare derivata da questo metodo e' rappresentata dalla sgrossatura del vano per coppie di piani tangenti [vedi 2/4]. 6.1 Impostazione macchina per tutti i tipi di lavorazione Inclinazione asse utensile: pari all'angolo di elica di base. Origine asse X : in corrispondenza dell'asse tavola. Origine asse Y : a piacere, meglio se su un livello intermedio ove sia possibile centrare un vano prelavorato. Origine asse Z : in corrispondenza dell'asse tavola. Origine asse B : con punto di base su X=0 (per ciascun fianco). Questa condizione risulta distante dal centro vano di una quantita' pari a mezzo passo circolare + mezzo spessore trasversale di base. Distanza nominale dell'utensile dal centro tavola: [3] T = rb + rfresa Legge di rotolamento o posizionamento X-B: [4] delta B[raC] = delta X / rb [5] B = B0 + X / rb Legge di avvitamento su livelli generici Y diversi da Y=0: [6] delta origine B[raC] = 2 * Pgrec * Y / passo elica Legge di conversione locale tra avanzamento sul profilo e avanzamento asse X (solo per rotolamento continuo): [7] Feed X = Feed profilo * (rb / X) Distanza del'eventuale secondo utensile posteriore, che opera la lavorazione parziale su un dente adiacente: [8] L = passo NORMALE di base 7 Fresatura con metodo a rotolamento continuo Nota: le [fig12A][fig13U] illustrano la condizione di punto di arrivo. Le [fig15A][fig16A] 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 [fig02A][fig03U], 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 [fig06A][fig07A][fig08A][fig09A][fig10A][fig11A]. 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 [fig19U] 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 [fig27A] : [11] freccia2 = rcurv -( SQR ( rcurv ^ 2 - freccia1 ^ 2 ) ) (tabulata in [fig20U] 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 [fig28A], il valore dell'errore di forma ovvero della seconda freccia, derivante dalla relazione (tabulata in [fig20U] 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 [fig04U][fig05U] e' altrimenti migliorabile con:. -l'aumento del diametro dell'utensile, considerando comunque il pericolo di interferenza con il raggio al piede nel caso elicoidale [fig18A]. -la diminuizione del passo assiale tra i livelli lavorati. 8 Fresatura con metodo a sfaccettature discrete Nota: le [fig12A][fig13U] illustrano la condizione di sfaccettatura su curvatura minima. Questo metodo, che comporta la lavorazione di porzioni piane con moto di lavoro esclusivo dell' utensile, puo' essere praticato in linea di principio anche dal pieno, meglio se operando immediatamente su entrambi i fianchi per ogni raggio di curvatura pianificato. Si definisca, come nel caso precedente, la distanza assiale tra i vari livelli di generazione della dentatura. Si operi poi l'opportuno calcolo di una sequenza di raggi di curvatura tali che, sostituendo al profilo ad involuta una spezzata data dalle tangenti al profilo in piu' punti, si ottenga un errore di forma ovvero supplemento di sovrametallo sulle cuspidi considerato accettabile e possibilmente uniforme tra le varie cuspidi, il tutto considerando i raggi di curvatura limite associati ai cerchi di troncatura esterno ed interno, opportunamente modificati nel caso elicoidale [fig06A] [fig07A] [fig08A] [fig09A] [fig10A] [fig11A] per tener conto dell'estensione del dominio di taglio sui livelli assiali estremi della fascia lavorata, distanti mezzo passo assiale dal livello di riferimento [fig10A][fig11A]. Si dispongano quindi l'utensile e il pezzo nella posizione relativa di rotolamento associata al raggio di curvatura piu' elevato, ovvero quello piu' prossimo alla testa del dente, tenendo l'utensile comunque disimpegnato in posizione piu' distante dal piano di base. Se mantenendo fissa la posizione del pezzo e la posizione in X della fresa, operiamo un affondo lungo l'asse Z fino ad oltrepassare sufficientemente il piano tangente al cerchio di base, verra' costruita una porzione piana localmente tangente alla supeficie della dentatura. Se si opera il medesimo intervento su altre coppie di posizionamenti X-B comunque rispettosi della legge di rotolamento, si otterranno una serie di sfaccettature che coincidono con il profilo nominale lungo dei segmenti intermedi, e che presentano un errore di forma, sulle cuspidi di intersezione, definibile a priori in fase di pianificazione delle posizioni discrete di sfaccettatura. Poiche' a parita' di cuspide si ottengono archi maggiori con raggi di curvatura elevati, questo metodo risulta particolarmente indicato per la lavorazione di ingranaggi con elevato numero di denti o elevato angolo di pressione, ovvero quando i valori elevati dei raggi di curvatura producono cuspidi ridotte anche con una limitata quantita' di sfaccettature. Ovviamente e' opportuno limitare la quantita' di sfaccettature al minimo possibile, dati i tempi improduttivi di disimpegno e appostamento dell' utensile. Ripetendo 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 : -piane ad intersezione convessa nel senso dello svolgimento del profilo. -aventi larghezza pari al passo assiale dei singoli interventi. -aventi andamento QUASI simmetrico rispetto al luogo dei punti esattamente coincidenti con il profilo teorico. caratterizzate dall'avere la parte centrale infinitesima coincidente con il profilo teorico, e le due zone adiacenti in rilievo rispetto al teorico. Nel caso di dentatura diritta e' poi conveniente operare, per ogni raggio di curvatura pianificato, la lavorazione di tutto lo sviluppo assiale della dentatura. 9 Utilizzo di due frese distanziate Nel caso si adotti l'accorgimento di montare due frese identiche distanziate tra loro di un passo normale di base [fig12A][fig13U], si otterra' la generazione contemporanea di due porzioni di superficie appartenenti a due fianchi consecutivi, riferite a raggi di curvatura differenti e distanti tra loro (in direzione normale) del passo normale di base, e generanti coppie di raggi di curvatura distanti tra loro della proiezione del passo normale di base sul piano trasversale: [12] delta r = pbn * COS(beta0) Per quanto riguarda le conseguenze dell'impiego della seconda fresa sia nel caso di rotolamento continuo che nel caso di sfaccettature discrete, e' essenziale definire dapprima il rapporto Krc tra la frazione di segmento di CONDOTTA di competenza della fresa posteriore [drc2] e l'intero segmento di condotta [Ltot]: [13] Krc = ( Lctot - delta r) / Lctot il quale indica praticamente la misura del ricoprimento di condotta operato dalla fresa posteriore e risulta complemento a 1 del rapporto tra la proiezione del passo normale di base e la lunghezza di condotta. 9.1 Modo continuo Nel caso di modo di rotolamento continuo, la corsa attiva dell' utensile anteriore, che raggiunge il piede dente, puo' iniziare in posizione intermedia del profilo in quanto il tratto iniziale verso testa puo' essere stato lavorato in precedenza dall' utensile posteriore. In questo caso risulta consigliabile operare la lavorazione dell'intero sviluppo assiale di ciascun dente, in modo da operare la lavorazione a profilo parziale dell'intero dente adiacente; ovviamente il profilo del primo dente in lavorazione deve essere percorso interamente. Nel caso di dentatura elicoidale puo' risultare opportuno definire i livelli assiali di lavorazione con riferimento al dislivello assiale presente sulla fresa posteriore, ad esempio maggiorando virtualmente la lunghezza della fascia dentata di una quantita' pari alla proiezione assiale della distanza tra le frese. In questo modo viene a essere ridotto lo sviluppo attivo da percorrere e quindi, in base alle caratteristiche della dentatura, e' possibile limitare del 40-50% la lunghezza della singola corsa attiva, nel caso di rotolamento continuo. Il punto di inizio lavorazione dopo il primo dente puo' essere reggiunto direttamente in rapido da un punto di disimpegno, oppure percorrendo con avanzamento maggiorato il tratto teorico gia' lavorato. - Per valori di Krc fino al 50% [fig27A] avviene che il percorso di condotta da eseguire in lavoro e' comandato dalla fresa anteriore, e corrisponde esattamente alla proiezione sul piano trasversale del passo normale di base: [14] per Krc minore del 50% si ha : Lcw = delta r Il contatto con il pezzo avviene inizialmente da parte della fresa anteriore e inoltre il percorso risulta invariante rispetto a variazioni ( entro valori che non comportino il superamento del limite del valore kr al 50%) della lunghezza del segmento di condotta, ovvero del raggio di curvatura al piede dente in quanto il raggio di curvatura in testa e' rigidamente definito. Da quando la fresa anteriore inizia ad asportare fino a quando entra in azione la fresa posteriore, l'avanzamento puo' fare riferimento alla curvatura generata dalla fresa anteriore;quando la fresa posteriore inizia ad operare, l'avanzamento deve essere riferito alla curvatura generata dalla fresa posteriore al fine di evitare un eccesso di avnzamento relativo della stessa. -Per valori di Krc superiori al 50% [fig28A] avviene che il percorso di condotta da eseguire in lavoro e' comandato dalla fresa posteriore, e corrisponde alla lunghezza del segmento di condotta diminuita della proiezione del passo normale di base: [15] per Krc maggiore 50% si ha : Lcw = Lctot - delta r Il contatto con il pezzo avviene inizialmente da parte della fresa posteriore e il percorso risente delle variazioni della lunghezza del segmento di condotta. L'avanzamento deve essere riferito per tutto il percorso alla curvatura generata dalla fresa posteriore, e questo puo' apparire leggermente penalizzante nella lavorazione dei pignoni, che richiederebbero forti variazioni del fattore di adeguamento dell'avanzamento [fig25A]. La corretta scelta della posizione di inizio lavorazione, al fine di evitare la collisione prematura di una delle due frese, puo' essere operata automaticamente a mezzo di un semplice algoritmo matematico che faccia riferimento al valore della curvatura di arrivo al piede dente effettivamente impostata. Le considerazioni svolte riguardo al risparmio sul valore della corsa attiva sulla linea di condotta possono essere direttamente trasferibili in termini di tempi di lavorazione sia nel caso che l'avanzamento lineare delle frese dovesse risultare costante e quindi non venisse continuamente modificato in modo da avere un uniforme avanzamento relativo sul profilo, sia nel caso si potesse adeguare l'avanzamento lineare;in questo ultimo caso e' pero' necessario valutare non i valori tra raggi di curvatura sulla linea di condotta, bensi' i valori tra percorsi sul profilo a partire ad esempio dal diametro di testa. Inoltre va considerato come l'avanzamento debba essere riferito alla posizione della fresa anteriore fino a quando questa sola sta operando, ma deve essere diminuito e riferito alla posizione della fresa posteriore appena questa entra in azione, altrimenti si avrebbe un eccesso di avanzamento relativo sulla fresa posteriore. Operando una simulazione sugli esempi limite di cui agli allegati, possiamo esaminare gli effetti combinati della presenza del secondo utensile e dell'adeguamento dell'avanzamento, in termini di durata del percorso in minuti per Feed relativa (massima non adeguata oppure garantita dall'adeguamento) di 100 mm/min (valori T100P e T100C in tabella di [fig25A][fig26A] ).senza adeguam. con adeguam. PIGNONE: con 1 fresa : 0,901 0,609 con 2 frese : 0,522 0,424 RUOTA: con 1 fresa : 0,649 0,581 con 2 frese : 0,380 0,357 Si evidenzia quindi come l'adeguamento in continuo dell'avanzamento sia particolarmente necessario e conveniente nel caso di pignoni, mentre la presenza del secondo utensile risulta sempre ulteriormente conveniente ma in misura leggermente meno significativa se associata all'adeguamento dell' avanzamento, data la necessita' di riferire quest'ultimo alla fresa posteriore. Risulta comunque evidente una forte diminuzione del tempo di percorso con l'adozione della seconda fresa (quasi 50% senza adeguamento dell' avanzamento e 35-40% con adeguamento). La situazione di minimo tempo di lavorazione si ha quando siano praticabili sia un fattore di ricoprimento prossimo al 50%, sia l'adeguamento in continuo dell'avanzamento macchina. Operando con due frese il verso della scansione assiale dipende forzatamente dal fianco in lavorazione, in quanto il fianco sul quale opera la fresa anteriore deve essere gia' stato lavorato da quella posteriore. 9.2 Modo discreto Nel caso di modo per sfaccettature discrete, e' possibile diminuire il numero di sfaccettature sul singolo profilo. Poiche' per ogni ciclo di taglio vengono lavorate due superfici riferite a raggi di curvatura rigidamente distanziati del valore [delta B] [vedi 6/1], accade che la pianificazione dei tagli complessiva non risulta ottimizzata come nel caso di utensile singolo [fig06A] e [fig09A], quindi a parita' di errore di profilo non corrisponde un numero di sfaccettature pari alla meta' bensi' leggermente superiore [fig07A] e [fig11A]. Una semplice simulazione dimostra come l'andamento della progressione del raggio di curvatura a parita' di errore risulta con incrementi decrescenti dal piede verso testa: operando la pianificazione delle posizioni della sola fresa posteriore, su un percorso quindi diminuito della proiezione della distanza tra le frese, si ha la certezza che gli errori di profilo prodotti dalla fresa anteriore saranno inferiori all'errore riferito al tratto esterno pianificato. In particolare, per valori di krc [vedi 2/6/1] superiori a 0,5 , quindi in presenza di un semi-segmento esterno superiore alla proiezione del passo normale di base, e' opportuno pianificare le sfaccettature della fresa posteriore con riferimento alla curvatura limite corrispondente al diametro di testa [fig10A]. Per valori di krc inferiori a 0,5, quindi in presenza di un semi-segmento esterno inferiore alla proiezione del passo normale di base, e' opportuno pianificare le sfaccettature con riferimento a una curvatura limite virtuale maggiorata, distante da quella interna di circa 2 volte la proiezione del passo medesimo, in modo da garantire la completa copertura del tratto interno che risulta a carico del solo utensile anteriore non pianificato [fig11A]. In ogni caso e' consigliabile verificare che l'errore di forma nella zona di transizione tra l'effetto dei due diversi utensili sia inferiore al valore pianificato [tab. t=1/post]. A titolo dimostrativo riportiamo i valori di errore (ovvero supplemento di sovrametallo) relativi agli ingranaggi di cui agli esempi in allegato, per un numero di sfaccettature n :.n=8 n=7 n=6 n=5 n=4 n=3 n=2 PIGNONE: con 1 fresa: 0.071 0.095 0.131 0.196 0.327 0.634 1.769 con 2 frese: 0.023 0.031 0.044 0.065 0.108 0.210 0.584 RUOTA: con 1 fresa: 0.016 0.021 0.030 0.045 0.074 0.146 0.403 con 2 frese: 0.005 0.006 0.008 0.012 0.020 0.039 0.108 dove si evidenzia la convenienza ad operare con doppio utensile anche nel modo per sfaccettature discrete. 10 Qualcosa in piu': primo taglio con superfici piane L'esecuzione del primo taglio di sgrossatura puo' giovarsi dell'uso di fresa a disco a spessore sottile in luogo di una fresa biconica a piena penetrazione, utilizzando un centro di lavoro invece di una macchina dentatrice [fig33A][fig34U]. Facendo temporaneamente riferimento alle tecniche tradizionali, sia le dentatrici a creatore, sia i centri di lavoro con tavola rotante e testa inclinabile possono montare delle frese biconiche a inserti, con taglienti lungo le generatrici, disposte in centro pezzo e dotate di moto relativo elicoidale rispetto al pezzo. In questa condizione il gruppo utensile-mandrino-testa risulta penalizzato dalla nesessita' di evitare interferenza con il cilindro di troncatura esterno, che si dispone con un notevole ingombro specialmente nel caso di ruote dentate di notevole diametro. Si tratta inoltre di un tipo di lavorazione caratterizzata da una non razionale utilizzazione dei taglienti, in termini di moto relativo di taglio e variabilita' della velocita' di taglio lungo il profilo. Se si considera il metodo di sfaccettatura discreta, il centro di lavoro consente in piu' di operare anche con frese a disco su piani comunque tangenti all'evolvente, a pezzo fermo. Qualora l'angolo di elica e la lunghezza di fascia siano ridotti, cosi' come qualora il numero di denti sia elevato, la asimmetria nella distribuzione del sovrametallo nelle sezioni estreme risulta contenuta ed e' comunque possibile frazionare la lavorazione fino ad ottenere una variabilita' considerata soddisfacente. Dal punto di vista geometrico, la fresa percorre esattamente il fianco di una cremagliera coniugata virtuale, con il pezzo disposto in modo che il piano contenente tale fianco risulti parallelo all'asse macchina Z ovvero al piano frontale della fresa orientata. Poiche' nel caso di ingranaggi elicoidali tale cremagliera coniugata ha un contatto simmetrico solo su un unico livello assiale (ad esempio in mezzaria della fascia dentata), all'allontanarsi da tale livello la costanza di orientamento della cremagliera coniugata si traduce in una variabilita' di orientamento del piano tangente rispetto all'asse del vano dente, che ha direzione variabile al variare del livello assiale. Questa variabilita' di orientamento rispetta comunque la legge di rotolamento e produce quindi superfici comunque esattamente tangenti seppur su punti diversi del profilo. Il vantaggio insito in questo metodo consiste nella possibilita' di posizionare l'utensile lateralmente per cui l'ingombro della testa orientata e del mandrino portafresa risulta meno vincolante. A cio' si somma la possibilita' di utilizzare utensili normalizzati, di agire con un moto di taglio piu' razionale, di operare con utensili di diametro ridotto con beneficio sulla coppia motrice e sulle sollecitazioni dei componenti. Inoltre, soprattutto nel caso di dentature diritte o poco inclinate, e' possibile decidere su quale punto del profilo eseguire il taglio tangente, in modo da mediare convenientemente i valori di sovrametallo massimi al piede e in testa: l'adozione di frese biconiche con angolo pari all'angolo di pressione produce generalmente un eccesso di sovrametallo in testa quando si abbiano forte spostamento di profilo o ridotto numero di denti. L'effetto combinato della lavorazione su entrambi i fianchi comporta, per moduli elevati o ridotti spessori di utensile, la rimozione di un monolite a sezione triangolare al quale corrisponde un volume di materiale asportato senza formazione di truciolo, con evidente vantaggio sui consumi di energia, inserti e lubrorefrigerante. 11 Qualcosa in piu' : utilizzo di dentatrice a creatore La lavorazione del profilo a evolvente mediante fresatura, in entrambe le varianti di modo continuo e discreto, puo' essere praticata anche con fresa montata su dentatrice a creatore, conservando i vantaggi in termini di universalita' della dentatura costruibile. E' infatti sufficiente utilizzare, al posto dell'asse trasversale X del centro di lavoro, l'asse rappresentato dall'asse utensile A, considerando le conseguenze geometriche derivanti da tale modifica di direzione nel caso di ingranaggi elicoidali; nel caso di ingranaggi a denti diritti l'asse utensile risulta sul piano trasversale e corrisponde esattamente all'asse X del centro di lavoro [fig17A][fig21A]. Ovviamente il sistema di comando della macchina deve permettere la impostazione di part-program o cicli di lavorazione appositamente dedicati ai modi di fresatura. Questa soluzione presenta il vantaggio di giovarsi della rigidita' e precisione costruttiva del gruppo tavola/montante delle dentatrici a creatore, laddove nessuno di tali componenti di peso elevato viene reso mobile nella direzione trasversale X come avviene invece nei centri di fresatura. L'asse utensile A risulta caratterizzato invece da componenti decisamente piu' leggeri, interessando esclusivamente il gruppo testa utensile ed eventualmente il gruppo motore. Poiche' deve comunque essere operato il movimento dell'utensile lungo il piano tangente al cerchio di base ed entro le curvature limite, il metodo puo' essere praticato verosimilmente (rispetto ai limiti dimensionali della macchina utensile e della fresa) nel caso di ridotto numero di denti e angolo di pressione non elevato, laddove le curvature riferite al diametro di testa siano ridotte (limiti di corsa lungo l'asse A) ed inoltre non vi sia eccessivo dislivello tra il diametro di base (percorso dal bordo utensile) e il diametro di testa (che potrebbe interferire con l'eventuale gruppo mandrino/supporto anteriormente alla fresa). Per risolvere tale inconveniente legato alle corse disponibili, e' possibile adottare una testa speciale (da montare sulla slitta) con rinvio angolare (ad esempio 20 gradi) in modo da riportare i moti di lavoro, opportunamente calcolati, nell'intorno della mezzaria della slitta, in quanto viene a essere percorsa una linea di contatto ruotata nel piano trasversale e quindi avvicinata alla slitta [fig22A]. Nel caso si adotti una inclinazione utensile pari all'angolo di pressione normale, il percorso di taglio corrisponde esattamente alla linea di condotta con la cremagliera virtuale di riferimento, quindi risulta approssimativamente centrato rispetto alla mezzaria della slitta per qualsiasi dimensione dell'ingranaggio. Ovviamente in tale situazione viene mosso anche l'asse radiale della macchina. Per quanto riguarda la concezione costruttiva, una dentatrice predisposta per tale tipo di lavorazione deve presentare i seguenti requisiti: - testa portautensile speciale, con asse orientato secondo l'angolo di pressione statisticamente prevalente. Eventualmente puo' essere costruito un dispositivo integrato, da montare sulla slitta, che comprenda l'asse orientato, le guide e il sistema di posizionamento, con rotazione utensile alimentata dal mandrino macchina. - moto di lavoro lineare in continuo della testa portautensile sulla slitta. - moto di lavoro lineare in continuo dell'asse radiale. - adeguamento della velocita' di rotazione utensile alle necessita' di una fresa di diametro non elevato, ad esempio con una moltiplica nel rotismo di rinvio all' inclinazione asse. - rotazione ampia della slitta, indicativamente da -35 a +215 gradi per consentire di appostare l'utensile per ogni fianco e ogni senso di elica. - cambio utensile automatico riferito all'orientamento costruttivo dell'asse utensile. Purtroppo la necessita' di muovere l'utensile facendo uso di assi non paralleli al piano tangente comporta il pericolo di danneggiamento in caso di improvvisa mancanza di alimentazione elettrica e conseguente perdita del sincronismo tra gli assi. 12 Limiti della fresatura delle dentature Rispetto ai metodi tradizionali di dentatura a creatore e a pettine, la fresatura presenta i seguenti limiti: - Nella lavorazione in modo continuo:. La precisione nella collocazione dell' utensile rispetto al pezzo non e' garantita da cinematismi solidi bensi' e' affidata alla precisione di comando degli assi di una macchina utensile. Inoltre gli assi macchina che definiscono la posizione della superficie generata si muovono in modo continuo e risentono quindi di eventuali errori di inseguimento, mentre nel caso della fresatura per sfaccettature discrete su centro di lavoro tali assi sono fermi e il moto di lavoro e' parallelo alla superficie piana in fase di generazione, quindi eventuali errori dell' unico asse in movimento sono ininfluenti. Questo aspetto trova peraltro positiva soluzione nelle macchine moderne, ormai concepite per affrontare velocita' di rotazione tavola riferite all'impiego del creatore, quindi molto superiori a quanto necessario per la fresatura (rapporto tra le velocita' di tavola necessarie da 1:60 a 1:80 circa). Esiste poi in linea teorica un errore di forma conseguente all' effetto combinato del diametro utensile, del passo tra i livelli e del raggio di curvatura minimo del profilo, e solo la adozione di frese con tagliente frontale raschiante puo' eliminare tale errore di costruzione. Una semplice simulazione dimostra comunque come tale errore teorico risulti contenuto anche in condizioni operative accettabili [fig23A] e classe dIN in tabella [fig15A][fig16A] colonna 3. -Nella lavorazione per sfaccettature discrete: In questo caso si ha un errore di forma conseguente alla sostituzione delle superfici curve con una serie di superfici piane. Consegue da tutto cio' che la fresatura delle dentature non presenta riserve di sorta nell' ottica di lavorazioni di sgrossatura, dentatura pre-trattamento o pre-rettifica, mentre un impiego per lavorazioni finali puo' essere riservato a casi con non eccessivi requisiti di qualita', escludendo verosimilmente in questo caso il metodo per sfaccettature discrete. 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 [fig18A]. 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. 14 Tempi di lavorazione 14.1 Tempi di lavorazione con metodo continuo Nel caso di lavorazione a rotolamento continuo , la fresa percorre il profilo dalla testa del dente verso il piede, fino al diametro o raggio di curvatura che si intende garantire. Nel caso di proporzionamento usuale, lo sviluppo di tale percorso risulta di circa 2 -2,2 volte il modulo normale. Nell' ipotesi di adeguare continuamente l'avanzamento assoluto degli assi macchina al fine di mantenere costante l'avanzamento relativo tra fresa e profilo [fig15A][fig16A] secondo la relazione: [16] FEED (X) = FEED relativa * Rb / X corrente ovvero [17] FEED (X) = FEED relativa * KFEED dove KFEED = Rb / X il tempo di pura asportazione per uno sviluppo s pari a 2,2 volte il modulo si ricava agevolmente dalla: [18] Tunit = s / Frel = 2.2 * mn / Frel [19] Ttotal = Tunit * z * L / p = 2.2 * mn * Z * L / (p * Frel) Nel caso si ipotizzi Frel = 150 mm/nin , p = 50 mm si avra': [20] Ttotal = Tunit * z * (L / 50) = mn * z * L / 3409 ad esempio, per (Frel=150 p=50) mn=30 z=28 L=500 abbiamo 123' = 2,05 h per fianco ovvero 4,10 h per fascia. Con un creatore a inserti in metallo duro diam 360 mm con parametri Vt=110 n=97 a=1,25 L=500+250=750 abbiamo 173'=2,90 h per fascia, con un risparmio di tempo di truciolatura che non ripaga a sufficenza i maggiori oneri di impianto e i tempi supplementari di esercizio legati alla movimentazione del creatore, alla centratura del pezzo, alla sostituzione degli inserti etc. 14.2 Tempi di lavorazione con metodo discreto Il tempo di lavorazione con metodo discreto risulta leggermente superiore rispetto a quello con metodo continuo, in quanto il singolo completo moto di taglio sul profilo viene qui frammentato in una somma di tagli parziali la cui somma, dovendo garantire l'imbocco dall'esterno e una certa extracorsa finale, risulta superiore allo sviluppo del profilo; inoltre va considerata la maggiore quantita' di movimenti di appostamento e disimpegno. 15 Esecuzione della lavorazione 15.1 Metodo continuo La impostazione della macroistruzione CN per la esecuzione della fresatura con metodo continuo risulta indicativamente:START INPUT parametri caratteristici : mn, z, x, L, alfa, beta, flag verso elica etc. INPUT estremi di asportazione Xstart , Xend e passo assiale. ottimizzati al minimo indispensabile. INPUT eventuali parametri del vettore eccentricita' di piazzamento. CALCOLO parametri fondamentali di rotolamento e avvitamento. FOR FASCIA = DESTRA , SINISTRA FOR FIANCO = DESTRO , SINISTRO INDEX testa con utensile CALCOLO delta origini X,Y,Z dovute all'utensile ASSEGNAZIONE flag verso utensile FOR LIVELLO = SOTTO TO SOPRA STEP PASSO ASSIALE CALCOLO delta origini B,Y dovute all' avvitamento. FOR DENTE = 1 TO Z EVENTUALE calcolo delle conseguenze dell'eccentricita' CALCOLO traslazioni origini totali ESECUZIONE del taglio elementare, da X-B start a X-B end NEXT DENTE NEXT LIVELLO NEXT FIANCO NEXT FASCIA END 15.2 Metodo discreto La impostazione della macroistruzione CN per la esecuzione della fresatura con metodo discreto risulta indicativamente:START (scelta del piano delle posizioni secondo il valore di cuspide considerato accettabile.) INPUT parametri caratteristici : mn, z, x, L, alfa, beta, flag verso elica etc. INPUT eventuali parametri del vettore eccentricita' di piazzamento: INPUT passo assiale e pianificazione delle POSIZIONI CALCOLO parametri fondamentali di rotolamento e avvitamento. FOR FASCIA = DESTRA , SINISTRA FOR FIANCO = DESTRO , SINISTRO INDEX testa con utensile CALCOLO delta origini X,Y,Z dovute all'utensile ASSEGNAZIONE flag verso utensile FOR POSIZIONE X = PRIMA ESTERNA TO ULTIMA INTERNA CALCOLO posizione conseguente asse B FOR LIVELLO = SOTTO TO SOPRA STEP PASSO ASSIALE CALCOLO delta origini B,Y dovute all' avvitamento. FOR DENTE = 1 TO Z EVENTUALE calcolo delle conseguenze dell'eccentricita' CALCOLO traslazioni origini totali ESECUZIONE del taglio elementare, da X-B start a X-B end NEXT DENTE NEXT LIVELLO NEXT POSIZIONE X NEXT FIANCO NEXT FASCIA END 16 Confronto: dentatura a CREATORE / dentatura con FRESA Attenzione : nel seguito alcune note sono relative ad uno solo dei processi di lavorazione proposti: ** : riferito al modo di taglio continuo * : ,, ,, ,, ,, ,, discreto | Tecnologia | |----------------------------------------------------------------------------| | dentatura a CREATORE | dentatura con FRESA | | | | |============================================================================| | disegno dell' ingranaggio | |----------------------------------------------------------------------------| | Modulo fino a 30-32 | Nessun limite al modulo | | | | | Diametro massimo secondo le | Nessun limite al diametro nel caso di | | capacita' della macchina | dentatura di settori dentati | | | | | Angolo di pressione normalizzato | Nessun vincolo all'angolo di pressione | | | | | Lavorazione immediata solo se il | Lavorazione immediata per qualsiasi | | creatore e' disponibile | dentatura | | | | | Sezione dente simmetrica | La dentatura puo' presentare valori | | | diversi di ALFA sui due fianchi | | | | | Scarico centrale elevato | Scarico centrale ridotto | | | | | Dentatura possibile solo su un | La dentatura puo' essere interrotta da | | percorso libero di 360 gradi | volumi pieni oltre il diametro di fondo| | | | |============================================================================| | macchina utensile | |----------------------------------------------------------------------------| | Utilizzabile solo per dentatura | Utilizzabile per lavorazioni da centro | | N.B. E' possibile utilizzare la | di lavoro su altri pezzi o superfici | | tecnica di fresatura su | | | dentatrice muovendosi lungo | | | la corsa dell'asse utensile | | | | | | Necessario asse controllato su | NON necessario | | direzione asse creatore (posiz.) | | | | | | Necessario asse controllato su | NON necessario | | rotazione creatore (lavoro) | | | | | | Non necessario | Necessario asse controllato tangenziale| | | (asse X) | | | | | Necessario asse controllato ad | Sufficiente asse controllato a BASSA | | ALTA VELOCITA' su rotazione tavola| VELOCITA' su rotazione tavola | | Penalizzazione della velocita' di | A pari pezzo rapporto comparativo da | | taglio per ridotto n. di denti | 1:40 a 1:60 rispetto al creatore | | | | | Asse verticale controllato in | asse verticale (Y) controllato in | | lavoro | posizionamento | | | | | La testa orientabile portacreatore| La testa orientabile portafresa e' di | | e' di peso/ingombro elevato | peso/ingombro ridotto | | | | | Lavorazione di soli ingranaggi | Lavorazione anche di grandi ingranaggi | | cilindrici | conici a denti diritti | | | | | Tavola e creatore ruotano ad alta | La tavola ruota lentamente (**) oppure | | velocita' (alta vt,pochi denti) | non si muove (*) | | Sincronismo tra gli assi | Solo pochi (**) o nessun (*) asse in | | problematico ad alta velocita' | lavoro influenza la precisione | | | | | Necessaria una macchina a creatore| Lavorazione praticabile su un centro di| | di elevata precisione | lavoro con buona precisione statica e | | | indipendentemente dalla precisione | | | dinamica (*) | | | | | Danni gravi in caso di mancanza di| Pochi (**) o nulla (*) danni in caso di| | alimentazione elettrica | mancanza di alimentazione | | | | | Sgrossatura con asportazione di | Per moduli elevati, sgrossatura con | | grandi volumi di materiale | coppia di tagli sottili laterali | | | | |============================================================================| | utensile | |----------------------------------------------------------------------------| | Il creatore ha prezzo elevatissimo| Una fresa a spianare e' economica e di | | ed e' anche molto vulnerabile | facile sostituzione | | | | | Creatore personalizzato al modulo,| 1 fresa per largo campo di moduli e | | angolo di pressione e proporzionam| angoli di pressione | | | | | Preferibile disporre di creatori | Fresa unica per elica destra/sinistra | | destri e sinistri | | | | | | Diametro elevato per garantire una| Diametro utensile ridotto mancando | | accettabile velocita' di taglio | vincoli al numero di giri | | | | | Velocita' di taglio variabile | Velocita' di taglio uniforme per tutti | | lungo il profilo del creatore | i taglienti | | | | | Creatori ed inserti hanno elevato | Frese ed inserti sono di consegna | | tempo di consegna | rapida | | | | | Perdita di opportunita' di lavoro | Eseguibilita' immediata di qualsiasi | | c/terzi a breve termine | dentatura | | | | | Pochi fornitori di creatori che | Grande concorrenza nei fornitori di | | agiscono in semi-monopolio | utensili e inserti di fresatura | | | | | Per moduli elevati non possibile | Riduzione fino al 50% dei tempi=costi | | creatore a 2 principi | adottando coppia di frese distanziate | | | | | Gli inserti per creatore sono | Inserti utilitari con maggior numero | | costosi e con pochi taglienti | di taglienti | | | | | Scelta ridotta nelle qualita' e | Ampia scelta di qualita' e geometrie | | nelle geometrie | | | | | | I creatori integrali hanno vita | La fresa a inserti ha vita elevata e | | limitata e sono beni di consumo | fine accidentale | | | | | Profilo al piede dente conseguente| Profilo al piede dente gestibile | | al profilo del creatore | separatamente | | | | | Creatore delicato di elevata | Alla fresa si richiede una corretta | | precisione, molto vulnerabile | misurazione; la sua precisione influisce| | | solo sulla regolare asportazione | | | | | La qualita' dell'inviluppo dipende| Inviluppo garantito cinematicamente | | dal profilo dei taglienti | con zona tagliente costante | | (DIN 10-11) | (a partire da DIN 1 secondo il passo) | | N.B. Un tagliente negativo e ret- | | | tilineo NON e' comunque perfetto | | | | | | Asportazione truciolo laterale per| Asportazione truciolo frontale come | | schiacciamento | nella fresatura piana | | | | | Angoli di spoglia differenziati | Angoli di spoglia ottimali e gestibili | | | | | Tip-relief con apposito profilo | Tip-relief con percorso utensile (**) | | | | |============================================================================| | preparazione utensile, piazzamento, attivita' ausiliarie | |----------------------------------------------------------------------------| | Impostazione dati fondamentali | Idem | | in macroistruzione CNC | | | | | | Pezzo assolutamente ben centrato | Possibilita' di eccentricita' corretta | | sulla tavola | dal percorso assi via software | | | | | Centratura di riferimenti spesso | Centratura di riferimenti agevole e | | disagevole | veloce | | | | | Necessita' di presettare il | Fresa presettabile su macchina comune | | creatore su macchina speciale | | | | | | Creatore di peso elevato mosso con| Fresa di peso ridotto sostituibile con | | mezzi di sollevamento semi-manuali| cambio utensile automatico | | | | | Cambio inserti condotto fuori | Piu' frese in catena e cambio inserti | | macchina e su molti inserti | in tempo mascherato | | | | | Cambio creatore al cambiare del | Cambio fresa solo per grandi variazioni| | modulo o senso elica | del modulo | | | | | Necessita' di operare riaffilatura| Non servono affilatrice, affilatore ed | | per utensili integrali (HSS o HM) | affilatura | | | | | Macchina occupata da 1 pezzo/volta| Con macchina con 2 pallet : cambio | | Cambio pezzo a macchina ferma | pezzo/piazzamento in tempo mascherato | | | | | Asportazione trucioli problematica| Asportazione trucioli a tavola lenta e | | con tavola veloce e coperture | coperture aperte; possibile distanziare| | chiuse | i denti lavorati per distribuire massa | | | | |============================================================================| | lavorazione e tempi di lavorazione | |----------------------------------------------------------------------------| | Quota di fondo dente legata al | Gestione del sovrametallo completamente| | sovrametallo e v/v | indipendente, con possibilita' di | | Sovrametallo uniforme | variazione lungo il profilo | | | | | Asportazione ridotta alle | Asportazione uniforme su tutta la | | estremita' della fascia dentata | fascia dentata | | | | | Extra-corsa necessaria per elevati| Nessuna extracorsa legata al valore | | angoli di elica o per elica del | dell'angolo di elica Eventualmente 1 | | creatore controversa | pre-livello extra in sgrossatura | | | | | Il creatore Skyving asporta poco | La fresa asporta molto materiale senza | | materiale per ogni passata | problemi, anche se indurito | | | | | Avanzamento e giri non possono | Rotazione della fresa bloccabile in | | essere fermati istantaneamente | breve tempo senza conseguenze | | | | | Zona di taglio in centro montante | Zona di taglio laterale; utensile di | | e non agevolmente in vista; | poco ingombro; taglienti facilmente | | Taglienti praticamente invisibili | visibili | | | | | Velocita' di taglio legata ai | Velocita' di taglio indipendente dai | | limiti della tavola e influenza | limiti della tavola | | direttamente la velocita' tavola | | | | | | Forze di taglio elevate per | Forze di taglio ridotte e indipendenti | | modulo elevato | dal modulo | | | | | La lavorazione procede forzatamen-| Possibilita' di gestire la sequenza del| | te nella sola direzione assiale | taglio | | | Possibilita' di utilizzare scansioni | | | con intervalli di distanziamento | | | | | | Tempo di lavorazione approx uguale ad | | | una spianatura di area uguale a quella | | | dei fianchi, a strisce 50-100 mm | | | | | | Utilizzando 2 frese distanziate il | | | tempo di fresatura puo' ridursi al 50% | | | | |============================================================================| | controllo e grado di finitura | |----------------------------------------------------------------------------| | Misura tangente al cerchio di base| Misura tangente praticabile con assi | | non praticabile per Z elevato o | macchina su sezione trasversale | | BETA elevato | | | | | | | Agendo sul passo assiale delle passate, sul diametro| | | fresa e sulla geometria del tagliente e' possibile | | | ottenere una buona precisione teorica | | | Nessuna conseguenza se si prevede una successiva | | | lavorazione di rettifica | | | | |============================================================================| |----------------------------------------------------------------------------| * 17 Intervista. Da dove nasce la necessita' di cercare una alternativa all'impiego dei creatori? Per moduli ridotti la tecnologia a creatore probabilmente resta l'unica praticabile in modo conveniente; per moduli elevati cominciano a sorgere inconvenienti quali l'elevato costo dell'utensile, i lunghi tempi di approvvigionamento, la ristrettezza del mercato di utensili e macchine, e sul versante operativo la necessita' di movimentare un utensile di peso rilevante, i problemi di affilatura e non da ultimo la necessita' di esasperare le prestazioni della tavola e della testa mandrino per assecondare le prestazioni dell'utensile, essendo questi legati da un indissolubile legame cinematico. Inoltre la possibilita' di praticare shifting si riduce drasticamente e possono sorgere perfino problemi di fabbricabilita' dei creatori stessi per moduli elevati. Inevitabilmente poi si vincola il progettista rispetto alle disponibilita' reali di creatori da parte dell'officina, dove introdurre una coppia di creatori per un nuovo modulo o un nuovo angolo di pressione costituisce una spesa enorme. La vulnerabilita' dell'utensile o addirittura la necessita' di sostituirlo dopo le affilature non aiutano certo a migliorare il clima complessivo. Per chi opera conto terzi poi esiste il rischio di non poter soddisfare il cliente del momento per mancanza di attrezzatura. Quali sono i presupposti teorici di base del metodo per fresatura ? La costruzione grafica dell'evolvente puo' essere realizzata immaginando la traiettoria di un punto posto all'estremita' di un filo teso che si avvolge attorno ad un cerchio. Ho semplicemente immaginato di produrre questo avvolgimento tenendo il tratto teso secondo una direzione costante, facendo ruotare il cerchio (ovvero ponendo l'ingranaggio su una tavola girevole) e ponendo il bordo di una fresa a spianare all'estremita' del filo teso, che si muove lungo una direzione tangenziale in X . Si puo' affermare che il metodo proposto comporta un autentico processo di pura generazione, in quanto i movimenti assoluti degli assi macchina interessati ( rotatorio B e rettilineo tangente al cerchio in X ) esprimono esattamente l'espressione geometrica dell'evolvente rispetto al bordo utensile considerabile puntiforme [fig15A] - posizioni limite del ciclo elementare di rotolamento. Il metodo di taglio con il creatore merita invece solo in parte di essere qualificato quale metodo per generazione, poiche' comporta l'inviluppo di numerosi profili distinti, fisicamente realizzati sull'utensile. Qualsiasi difetto di posizione, orientamento o forma del profilo di ciascun tagliente si riflette infatti direttamente sul profilo in corso di costruzione, pur in presenza di moti macchina esatti. Praticamente, utilizzando il creatore il profilo risulta dall' inviluppo di piu' segmenti rettilinei, mentre nel metodo a fresare il profilo risulta direttamente costruito dalla traiettoria relativa del tagliente dell'utensile. Un esempio quotidiano che puo' rendere l'idea dell'azione della fresa e' rappresentato dalla pratica della misura tangente al cerchio di base: si immagini di sostituire i piattelli con delle frese e di accennare il contatto solo sul bordo del piattello stesso. Si sara' gia' capito che il disco ideale intorno al quale si avvolge quel filo invisibile che trascina la fresa mentre l'ingranaggio le ruota incontro, ha un diametro pari al diametro di base della dentatura, una grandezza forse non sempre riportata sui disegni ma calcolabile molto facilmente. Se si immagina di disporre l'ingranaggio da lavorare sulla tavola di un centro di lavoro, la legge di ROTOLAMENTO che lega il moto della fresa lungo l'asse X a quello della tavola/pezzo intorno all' asse B e' molto semplice, e fa corrispondere ad un giro di tavola uno spostamento pari allo sviluppo della circonferenza di base:. [21] delta X = delta B [radianti] * raggio di base (1) Giova ricordare come il profilo sia in termini infinitesimi costituito da un arco di cerchio avente raggio pari alla lunghezza tesa del filo avvolto e centro nel punto di distacco del foglio ideale sul cerchio di base; ovviamente tale centro e tale raggio variano in continuazione. Infatti la grandezza che definisce la distanza di un punto del profilo dalla generatrice di spunto del cilindro di base viene definita raggio di curvatura locale, ed e' la coordinata utilizzata maggiormente nei calcoli e nelle tabulazioni per indicare o identificare un punto del profilo ad evolvente. Ma la fresa genera un arco, mentre la generazione del profilo richiederebbe la creazione di un segmento rettilineo E' esatto, ma una semplice simulazione su casi reali dimostra come l'errore di forma sul profilo risulti contenibile entro valori accettabili e perfino annullabile, agendo sul diametro fresa, sulla larghezza della fascetta ovvero sulla scansione assiale della lavorazione, e sulla geometria del tagliente frontale [fig04U][fig05U] - errore di forma nominale secondo curvatura, passo e diametro fresa. La presenza di una ridotta porzione raschiante puo' agevolmente annullare l'errore di forma. Ma la parte posteriore della fresa entra in collisione con il materiale presente verso il fianco opposto del vano E' vero. La fresatura della dentatura, almeno nel modo ad avvolgimento continuo che stiamo illustrando, presuppone la apertura preventiva di un vano centrato, ad esempio facendo uso di fresa biconica, meglio se seguita da una apposita lavorazione del raccordo al piede con utensile circolare, che crei l'effetto protuberanza. Del resto il metodo proposto si pone quale alternativa al creatore, e per moduli elevati ben difficilmente un creatore affronterebbe la lavorazione dal pieno. In questo modo siamo riusciti a costruire un fianco del dente; e il fianco opposto? Basta ripetere il processo con la fresa girata nel verso opposto, operando l'avvolgimento simmetricamente al precedente. Il fatto di dover sdoppiare la lavorazione puo' apparire penalizzante in termini di tempi di lavorazione, ma una serie di simulazioni su dati di dentatura verosimili porta a tempi di lavorazione certamente interessanti. Per quanto riguarda la posizione relativa tra i fianchi opposti, basta considerare che il profilo relativo ai due fianchi opposti del medesimo dente viene spiccato da due punti del cerchio di base distanti tra loro in senso circonferenziale di una quantita' denominata spessore trasversale di base; si tratta di un parametro fondamentale, facilmente calcolabile ed utile anche al calcolo delle misure tangenti al cerchio di base. In pratica, nel caso che si sia impostata l'origine della tavola in corrispondenza dell' asse di un dente pieno, avremo che la linea tangente al cerchio di base interseca il profilo ad una distanza assoluta pari a meta' spessore trasversale di base: da questa condizione dobbiamo immaginare di vincolare indissolubilmente l'asse tangenziale X e l'asse rotatorio B in modo che si muovano secondo la legge di rotolamento: [22] Xcorr= [spess.trasv.base]/2 + Bcorr*[raggio base] dove B e' espresso in radianti Sembra un ragionamento corretto su una sezione trasversale, ma un ingranaggio reale ha la dentatura che si sviluppa per una certa lunghezza lungo l'asse La superficie che generiamo con un singolo percorso relativo nel piano trasversale puo' rappresentare con una certa precisione solo un intorno ristretto del livello trasversale corrispondente al piano ove si svolge il percorso. Per garantire la lavorazione dell' intera fascia bastera' ripetere il medesimo movimento relativo su un livello assiale differente, con una scansione assiale di qualche decina di millimetri. Ovviamente l'errore di forma sara' tanto minore quanto piu' ravvicinati saranno i livelli assiali di lavorazione [fig04U][fig05U][fig27A][fig28A] . Con un passo di 50-60 mm si hanno gia' buoni risultati. La cosa pare certamente corretta per un ingranaggio a denti diritti, ma nel caso elicoidale ? Non cambia assolutamente nulla il linea di principio: basta considerare che nel caso elicoidale la superficie ad evolvente puo' essere costruita immaginando di avvolgere, attorno ad un cilindo, un foglio teso il cui bordo risulti sghembo rispetto all'asse del cilindro stesso. E' sufficiente immaginare di inclinare l'asse fresa fino a far coincidere il piano frontale con il bordo inclinato, ed operare l'avvolgimento tenendo il foglio teso su un piano costante. Anche in questo caso viene garantito un processo di pura generazione, ove si assimili alla retta contenente il bordo inclinato l'arco di cerchio percorso dall'utensile. La lavorazione su livelli assiali differenti deve solo tenere in considerazione la necessita' di operare una rotazione supplementare del pezzo secondo la legge di AVVITAMENTO, che fa corrispondere un giro completo a un intero passo assiale dell'elica:. [23] delta B [radianti] = 2 * pgreco * delta Y / passo elica Resta pero' da definire l'angolo di inclinazione di questa retta mobile Si tratta dell'angolo dell'elica di base, ovvero di quell'elica che a parita' di passo si sviluppa sul cilindro di base, caratterizzato appunto dal proprio diametro di base. Anche questa grandezza e' facilmente calcolabile, e spesso figura nelle tabelle dei dati di dentatura presenti sui disegni. Abbiamo trovato le leggi che governano la generazione delle superfici ed il modo di posizionare i fianchi opposti, ma non sono chiari gli estremi materiali della nostra lavorazione Una volta immaginato di costruire il nostro cilindro e tagliato il bordo del foglio da avvolgervi sopra, basta considerare che ogni punto della retta mobile costituente il bordo sghembo del foglio, in virtu' del moto relativo di avvolgimento, si trova posizionato a distanze variabili dall' asse pezzo. A noi interessa solo considerare il luogo dei punti caratterizzati da distanze dall'asse comprese nella corona circolare definita tra i cerchi di troncatura esterno ed interno, tenendo presente che la conversione tra i raggi assoluti dei punti e i raggi di curvatura del profilo risulta espressa dalla semplice formula: [24] [R curv]=SQR( [R assoluto]^2 - [raggio di base]^2 ) Vedi anche [fig24A] - dominio di rotolamento. La cosa mi e' chiara per quanto riguarda la testa del dente, ma al piede Per definire il limite interno della lavorazione si puo' in prima istanza considerare un diametro leggermente interno rispetto al diametro di troncatura del profilo attivo, salvo affinare il valore effettivo secondo le reali condizioni operative ed il profilo preesistente al piede dente, che non deve essere intaccato. Nei nostri calcoli intervengono grandezze nuove; le grandezze cui siamo abituati, ovvero modulo, angolo di pressione, angolo di elica e spostamento di profilo sono presenti in modo indiretto E' verissimo. Dal punto di vista geometrico i veri connotati della superficie costituente il profilo ad evolvente della dentatura sono il diametro di base, l'angolo di elica di base e lo spessore trasversale di base, integrati dai raggi di curvatura limite che delimitano la porzione di superficie da considerare. Due ingranaggi che presentassero uguaglianza di tali valori fondamentali sono in realta' identici, anche se apparentemente dimensionati su valori di tabella differenti; Puo' accadere che per aggirare una licenza si tenti di mascherare un ingranaggio che in realta' e' l'esatta copia di un altro. Le faccio notare come questo metodo di lavorazione si nutra essenzialmente dei parametri fondamentali della dentatura. Per chi ha pratica riguardo alla adozione di rotolamenti modificati, tipici della rettifica per generazione e della dentatura a pettine singolo, il metodo costituisce un caso molto particolare di rotolamento modificato ove si ponga l'angolo di pressione dell'utensile pari a zero. Lei continua a parlare di calcoli, ma noi partiamo da un disegno Ha ragione, ma e' un problema facilmente risolvibile. L'importante e' arrivare a definire i parametri fondamentali con i quali impostare materialmente una macroistruzione che comandi il taglio elementare e provveda ai vari livelli gerachici di scansione: di divisione, assiale ed eventualmente di progressione della curvatura sul profilo. I calcoli per dedurre tali dati fondamentali dalle caratteristiche della dentatura possono risiedere direttamente entro il CN della macchina, dal momento che e'sufficiente disporre di poche funzioni algebriche e trigonometriche, oppure puo' essere affidato a un programma residente su un Personal Computer, con trasferimento dei dati in linea o a mezzo floppy-disk. Diciamo che una volta superato il rischio connesso al trasferimento manuale dei parametri di output, non ci sono vere differenze. Certamente la disponibilita' di un PC offre, oltre a una sintassi di programmazione certamente piu' praticabile, anche una vasta gamma di servizi alla macchina, includendo ottimizzazioni, misure di controllo, plottature di layout per simulazioni o verifica degli ingombri, composizione della attrezzatura di piazzamento, calcolo dei tempi e chi piu' ne vuole piu' ne chieda. Abbiamo fatto tutti i nostri calcoli; praticamente Una volta definita la legge di rotolamento, il ciclo di taglio elementare e' rappresentato semplicemente da: -inclinazione dell'asse utensile pari all'angolo dell'elica di base. Tale inclinazione e' fissa per tutta la lavorazione. -appostamento su valori di X (posizione fresa) e B (posizione tavola) riferiti ad un diametro leggermente superiore al diametro di testa. -appostamento radiale della fresa su asse Z in modo che il bordo anteriore sia sul livello del piano di base, ovvero del piano tangente al cilindro di base. -moto di lavoro continuo e sincronizzato linearmente di X e B secondo la legge di rotolamento, fino alla curvatura di arrivo. -disimpegno e ritorno in rapido. La lavorazione dell'intero pezzo prevede la ripetizione di tale ciclo elementare: -ripetizione su livello assiale successivo con sfasatura della rotazione tavola secondo la legge di avvitamento. -ripetizione sui denti successivi con sfasatura della rotazione tavola secondo la legge di divisione. -ripetizione sul fianco opposto. Se volessimo entrare in officina Dobbiamo reperire una macchina idonea: per praticare la fresatura con il modo di avvolgimento continuo e' necessario che il centro di lavoro, oltre a disporre di una testa a squadra a 90 gradi orientabile e bloccabile in qualsiasi posizione, sia dotato di una tavola con buone caratteristiche di precisione angolare in moto di lavoro; tenga presente come le velocita' di tavola da praticare nel modo a rotolamento continuo stiano rispetto all' uso del creatore in un rapporto di circa 1:60/1:80 e proprio la lentezza di movimento della tavola e' uno dei punti di forza del metodo per fresatura. Per quanto riguarda l'utensile, bastera' una fresa a disco con taglienti su un solo lato, di non grande diametro e montata su un mandrino di lunghezza contenuta. Con una fresa diam 250 mm possiamo affrontare la lavorazione di un modulo 32 senza grandi problemi di ingombro. Certamente, dal momento che si tratta di un utensile versatile che avrebbe costo limitato anche in esecuzione speciale, vale la pena di studiare una esecuzione migliorata che tenga conto del particolare tipo di lavorazione, riguardo a forma e passo degli inserti, angoli di spoglia, profilo del corpo fresa, tipo di attacco, eventuale refrigerazione ecc. Qualora fosse dotata di inserti circolari, potrebbe essere utilizzata anche per la lavorazione del raccordo al piede dente. Se invece si disponesse di un centro di lavoro i cui assi, tavola compresa, fossero molto precisi in posizionamento ma non in lavoro ? E' un problema risolvibile. Se immaginiamo di operare in avvolgimento continuo e fotografiamo il complesso fresa-pezzo in piu' posizioni intermedie, sappiamo che in quelle posizioni la superficie della dentatura e' tangente a un piano inclinato secondo l'angolo dell'elica di base e parallelo al piano frontale della fresa; se in occasione di ogni nostra fotografia immaginiamo di muovere la fresa lungo l'asse Z mantenendo fermi X e B, avremo generato una fettina di piano tangente al profilo. Se le nostre fotografie saranno sufficientemente ravvicinate l'errore di forma conseguente alla generazione di pianetti anziche' coni locali puo' essere contenuto entro limiti accettabili. Attraverso un algoritmo matematico possiamo pianificare i raggi di curvatura in occasione dei quali operare i tagli tangenti, in modo da avere errori di forma uniformi ed ottimizzati per il numero di tagli [fig06A][fig08A] - pianificazione ottimizzata per uso di 1 fresa. Inevitabilmente, per un pignone il numero di tagli sara' a parita' di errore superiore che per la ruota che lo ingrana, perche' i raggi di curvatura sono inferiori e il profilo si discosta parecchio da una retta. Si tratta comunque di valori di errore nell'ordine dei 5-10 centesimi con al massimo 6-7 tagli. Praticamente il ciclo elementare subira' una variante: -appostamento in X sul valore di uno dei raggi di curvatura pianificato (la scansione di taglio avviene dalla testa verso il piede dente). Conseguente posizionamento di tavola secondo la legge di rotolamento. -appostamento in Z convenientemente retratto rispetto al livello del piano tangente. -affondo in lavoro lungo l'asse Z fino a oltrepassare convenientemente il livello del piano di base. -disimpegno e ritorno in rapido. La gerarchia complessiva della lavorazione vede inserire un ulteriore ordine supplementare di livello superiore costituito dalla scansione pianificata dei raggi di curvatura ove effettuare i tagli tangenti. Consideri poi che potenzialmente operando a tavola ferma e' possibile il taglio dal pieno, meglio se operando su entrambi i fianchi per ogni curvatura pianificata, ed inoltre gli assi macchina che comandano la posizione della superficie sono fermi e l'unico asse in movimento e' parallelo alla superficie generata; questo significa che in caso di mancanza di alimentazione elettrica il pezzo non subisce danni. Non escludo anzi che il fatto di operare i tagli tenendo immobili gli assi che concorrono a definire la posizione della superficie introduca in definitiva un connotato di confortante affidabilita', tale da far preferire nella prassi quotidiana il metodo discreto rispetto a quello per rotolamento continuo, pur in presenza di una macchina con assi precisi e nonostante la elegante, accattivante fluidita' del metodo a rotolamento. In questo caso sara' necessario finire la dentatura con altri mezzi E' vero. Con il metodo per rotolamento continuo possiamo contenere di molto l'errore di profilo fino ad annullarlo, ma con le sfaccettature discrete e' necessario finire la dentatura con altri mezzi; del resto molti ingranaggi di qualita' sono lavorati di creatore solo in previsione della rettifica. Poiche' la rettifica offre grande elasticita' di intervento, possiamo azzardare che l'accoppiata fresatura + rettifica integra completamente e con grande versatilita' la fase di dentatura di finitura. E' proprio necessario utilizzare un centro di lavoro ?. producono ingranaggi sono attrezzate principalmente con dentatrici Si tratta di un problema risolvibile, seppur con interventi specifici: l'importante nel processo di fresatura e' assicurare il corretto moto relativo tra pezzo e fresa. Utilizzando un centro di lavoro c'e' il vantaggio di muovere un ridotto numero di assi macchina, ma il medesimo moto relativo puo' essere operato anche su una macchina del tipo dentatrice a creatore, utilizzando la corsa della slitta trasversale e montando la fresa direttamente sulla testa mandrino, che deve quindi potersi muovere in continuo lungo la slitta [fig21A] - percorso utensile in direzione X . Questo puo' funzionare per raggi di curvatura ridotti e quindi per posizioni della fresa non eccessivamente distanti dall'asse macchina, ma per raggi elevati Anche questo problema si puo' risolvere: immagini di poter montare, sulla testa mobile che scorre sulla slitta orientata, un dispositivo di rinvio angolare dell'asse utensile, ad esempio di 20 gradi visto che questo e' l'angolo di pressione piu' diffuso. In queste condizioni il percorso utensile seguirebbe la linea di condotta con la cremagliera coniugata di riferimento, ovvero un percorso abbastanza centrato rispetto alla mezzaria macchina, indipendentemente dalle dimensioni del pezzo [fig22A] - percorso utensile ad asse inclinato, su X-Z. Certo si tratta di una modifica delle caratteristiche della dentatrice che puo' essere praticata solo dal costruttore, meglio se presa in considerazione gia' a livello di progetto. E se avessimo a che fare con superfici cementate? Indicativamente la fresatura di spianatura dovrebbe permettere entita' di asportazione superiori a quanto praticabile con creatori tipo skyving, permettendo di asportare l'intero sovrametallo in un'unica passata. Finora non abbiamo parlato di tempi di lavorazione, che sono tra le cose piu' importanti !! Nonostante il metodo proposto tragga spunto dalla necessita' di ridurre i costi legati all'utensile ed alla macchina utensile, anche sul versante del tempo di lavorazione si puo' a buon motivo essere ottimisti. Infatti, malgrado sia difficile ipotizzare quali parametri di taglio si potrebbero praticare in questi modi di taglio, consideri che praticamente viene operata la fresatura di una superficie corrispondente ai due fianchi della dentatura sull'intero pezzo, secondo strisce di larghezza dell'ordine di 50-70 mm e con avanzamento tipico della fresatura di spianatura. Gia' con larghezze di fascia di 60 mm e avanzamento sul profilo di soli 100 mm/min i tempi di lavorazione tra fresa e creatore sono paragonabili. Consideri poi come la lavorazione sia costituita dalla ripetizione, lungo l'asse e su tutti i denti, di un ciclo elementare dove il percorso utensile puo' essere facilmente ottimizzato riducendo al minimo i percorsi/tempi in rapido o in lavoro inattivo. Quanto mi ha illustrato sembra allettante; ci sono ulteriori occasioni di miglioramento ? Certamente. Un primo miglioramento lo possiamo ottenere, nel modo per rotolamento continuo, operando un leggero affondo della fresa rispetto al livello del piano di base, pari a meta' della freccia risultante dal raggio fresa e dal passo della scansione assiale; in questo modo l'errore di forma conseguente alla sostituzione di un segmento con un arco viene a distribuirsi in modo diverso e con valori di molto inferiori, indicativamente 1/4 rispetto all'affondo nullo. Vedi anche [fig19U][fig20U] - errore di forma con freccia intera o dimezzata. e [fig027] e [fig028] - errore di profilo sullo sviluppo assiale. Un secondo miglioramento si ha, sempre per il modo per rotolamento continuo, variando con continuita' o semi-continuita' l'avanzamento lungo l'asse X in modo da rendere uniforme l'avanzamento relativo sul profilo, che risulta legato all'avanzamento in X e al valore corrente in X dalla relazione: [25] [Feed profilo] = [Feed X] * X / [raggio di base] quindi: [26] [Feed X] = [Feed profilo] * [raggio di base] / X Sia il valore dell'avanzamento in X, sia il conseguente valore dell'avanzamento tavola devono essere opportunamente sottoposti a limitazione al fine di preservare la precisione e prevenire logorio. Vedi [fig25A][fig26A] - adeguamento dell'avanzamento. Un terzo miglioramento, di portata davvero notevole, e' ottenibile con l'impiego di due frese distanziate tra loro di un passo normale di base, grandezza anch'essa facilmente calcolabile. Essa rappresenta in pratica la distanza tra i segmenti generatori relativi a due denti consecutivi, misurata normalmente ai segmenti stessi, e nella pratica rappresenta anche la variazione di misura tangente al cerchio di base conseguente ad una variazione del numero di denti abbracciati dalla misura stessa. Nel caso di modo per rotolamento continuo la fresa posteriore lavora una porzione iniziale di profilo sul dente successivo, mentre la fresa anteriore puo' essere chiamata a coprire solo il residuo di profilo verso il piede del dente corrente: il percorso di taglio risulta ridotto a quanto necessario per il piu' lungo dei percorsi parziali, e puo' ridursi fino al 50% dell'originario. Quando entrambe le frese asportano materiale, l'avanzamento deve fare riferimento alla curvatura corrente relativa alla fresa posteriore, altrimenti si avrebbe un eccesso di avanzamento relativo sulla medesima. L'uso della fresa posteriore puo' altrimenti essere destinato, montandola in posizione ulteriormente arretrata, per operare una sgrossatura del profilo nella porzione esterna del medesimo, in modo che la fresa anteriore asporti meno materiale pur su un percorso completo. Nel caso di modo per sfaccettature discrete ogni ciclo di sfaccettatura genera due tagli su denti adiacenti e su diversi raggi di curvatura; malgrado il legame rigido tra le coppie di raggi lavorati, e' possibile praticare comunque un algoritmo di ottimizzazione tale da diminuire fino quasi del 40% il numero di cicli di taglio a parita' di errore di forma. Vedi [fig07A][fig10A][fig11A] - pianificazione ottimizzata per 2 frese. Vedi [fig12A][fig13U] - vista in pianta e in fronte. Un quarto miglioramento, o meglio una opportunita' in piu' offerta dalla fresatura, risiede nella possibilita' di operare la lavorazione senza che venga fisicamente garantita la centratura del pezzo sulla tavola: e' infatti sufficiente misurare entita' e direzione di tale eccentricita' e considerare poi una eventuale traslazione supplementare di assi lineari riferiti alla posizione di tavola corrente. In particolare, nel modo per rotolamento continuo e' necessario suddividere il moto in intervalli regolari che permettano l'aggiustamento semi-continuo degli assi al procedere della rotazione, mentre nel caso per sfaccettature discrete e' sufficiente calcolare una unica traslazione di assi corrente, in quanto il ciclo elementare di lavorazione avviene a tavola ferma e quindi con eccentricita' immutata. Abbiamo esaminato queste occasioni di miglioramento; se volessimo approfondire i vantaggi complessivi del metodo proposto ?. Ad esempio partendo dal progetto dell'ingranaggio Per cominciare non esistono vincoli ai valori delle grandezze caratteristiche dell'ingranaggio, ed anche i valori limite possono essere elevati di molto, rendendo possibili dei dimensionamenti altrimenti impraticabili con il creatore: operando su settori dentati non c'e' limite al diametro della dentatura, mentre moduli elevatissimi possono essere generati con frese di diametro sopportabile. L'eventuale scarico tra le fasce di un ingranaggio bielicoidale puo' essere dimensionato rispetto alle esigenze della fresatura e della rettifica, meno onerose che nel caso del creatore specialmente per elevati angoli di elica. Inoltre possono essere operate delle dentature a settore su pezzi che presentano ingombri sulla rotazione completa, oppure delle dentature con angolo di pressione differenziato tra i fianchi di spinta e di gioco. Per chi opera conto terzi significa poter affrontare qualsiasi dentatura che il mercato gli richieda, senza doversi dotare di un parco utensili costoso e sterminato. Per chi si ritiene comunque sufficientemente e con soddisfazione attrezzato per i metodi e le macchine tradizionali, la fresatura puo' rappresentare un rimedio di emergenza in occasione di moduli particolari o di improvvisa indisponibilita' di dentatrici o creatori. E dal punto di vista della macchina utensile ? In linea generale, sia che si operi con un centro di lavoro che con una dentatrice opportunamente attrezzata, il vantaggio piu' visibile risiede nella ridotta velocita' di tavola (addirittura nulla nel modo per sfaccettature discrete), nella eliminazione del controllo in rotazione dell'asse utensile e nella possibilita' di gestire in modo assolutamente indipendente la velocita' di taglio. Se poi si entra nell'ottica del centro di lavoro e' evidente come la capacita' produttiva dell'azienda si arricchisca anche sul versante della lavorazione di altri tipi di pezzi o di altre superfici sul medesimo pezzo. Questo puo' interessare relativamente chi si dedica alla sola dentatura, ma offre possibilita' enormi a chi produce anche pezzi che richiedano l'uso di un centro di lavoro. Che poi la macchina venga vista come una fresatrice che occasionalmente viene in soccorso al reparto dentatura o viceversa e' relativamente importante. Tornando agli aspetti tecnici, il centro di lavoro puo' offrire il cambio utensile automatico, possono essere lavorati anche ingranaggi conici a denti diritti, e non da ultimo le conseguenze della mancanza di alimentazione elettrica sono decisamente meno gravi che nel caso del creatore. E sul fronte dell'utensile ? Proprio la necessita' di trovare una alternativa al creatore ha stimolato lo studio di un nuovo metodo. Il creatore ha costo elevatissimo e versatilita' praticamente nulla, anzi e' opportuno dotarsi della coppia destro/sinistro mentre una fresa costa poco e va bene per un grande range di moduli, angoli di pressione e proporzionamenti. A questo aggiunga che non serve riaffilare, che la velocita' di taglio e' uniforme sull'intero utensile, che la fresa e i relativi inserti sono prodotti di largo mercato, e che l'asportazione frontale per fresatura e' certamente piu' razionale dell'asportazione laterale operata dal creatore, per giunta con angoli di spoglia piuttosto discutibili. Inoltre alla fresa non viene richiesta una precisione costruttiva particolare come avviene invece per i creatori, essendo la generazione del taglio affidata solo alla rotazione ed al moto degli assi. Non parliamo poi della vulnerabilita' fisica del creatore, certo non favorita dal proprio notevole peso. E per quanto riguarda la lavorazione ? Ho gia' accennato alla possibilita' di non dover garantire la centratura del pezzo. Consideri poi che anche la centratura di riferimenti preesistenti e' molto agevole, che il cambio dell'utensile e' praticabile automaticamente e quindi il cambio degli inserti puo' essere eseguito in tempo mascherato mentre un'altra fresa lavora ed in assenza di presidio, e la stessa rimozione dei trucioli e' favorita dalla bassa velocita' della tavola. Aggiunga poi che in fresatura l'asportazione e' uniforme ed immediatamente produttiva alle estremita' della fascia, anche per forti valori dell'angolo di elica. Inoltre gli sforzi di taglio sono indipendenti dal modulo in corso di lavorazione e comunque di molto inferiori all' uso del creatore, che risulta invece sollecitato su piu' taglienti e per un notevole sviluppo degli stessi. Non trascuriamo da ultimo la possibilita' di interrompere rapidamente rotazione e avanzamento poiche' non esistono situazioni ove convivano alta velocita' ed alta inerzia. Mi pare che abbiamo affrontato un po' tutti gli aspetti; Devo concludere che per moduli elevati il creatore abbia fatto il suo tempo Non esageriamo; Si tratta di un utensile nobile che ha riempito il mondo di ottimi ingranaggi ed ha stimolato i progettisti di macchine utensili ad elevare le prestazioni delle macchine, e merita il rispetto che si deve ai grandi patriarchi. 18 Gallery : Indice tabelle e figure. La classificazione delle figure avviene secondo la lettera finale:. * A = Pignone elicoidale TEST_A . * B = Ruota elicoidale TEST-B . * C = Ingranaggio a denti diritti TEST-C . Le figure tipo A-B-C sono collegate sotto l'indice A. * U = figura o tabella UNICA . 13U : >[]< 00U : * Percorsi di fresatura in modo continuo (solo per pignone> 01A : * Caratteristiche degli ingranaggi campione utilizzati per le elaborazioni personalizzate. 02A : * Vista in pianta del complessivo pezzo/utensile/testa mandrino nella condizione di taglio dal pieno con fresa biconica. 03U : * 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. 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 250. 05U : * 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. 06A : * 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. 07A : * 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. 08A : * Abaco per la definizione grafica della pianificazione in modo discreto; La pianificazione ottimizzata numericamente appartiene a tale abaco. 09A : * Rappresentazione grafica della pianificazione, con indicazione dell'estensione supplementare dovuta al passo assiale, per uso di 1 fresa. 10A : * 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. 11A : * 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. 12A : * 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). 13U : * Composizione utensile pre la fresatura dell'evolvente, con indicazione delle linee di ingombro minimo pezzo/tavola. 14A : * Progressione del rotolamento: incrementi lineari della rotazione pezzo e della posizione dell'utensile. 15A : * 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; 16A : * Vista in fronte delle condizioni di inizio e fine percorso, con movimento del centro fresa nel piano trasversale lungo X. 17A : * Vista in fronte delle condizioni di inizio e fine percorso, con movimento della fresa lungo il proprio asse, su dentatrice. 18A : * Vista in fianco dell'utensile e delle linee/elica relative al punto di arrivo e al diametro di fondo, con eventuale affondo supplementare. 19U : * Tabella per determinare l'errore di forma in modo continuo ; calcolo della 1A freccia : diametro utensile / passo assiale. 20U : * Tabella per determinare l'errore di forma in modo continuo ; calcolo della 2A freccia : 1A FRECCIA / curvatura del profilo. 21A : * Utilizzo di macchina tipo dentatrice con possibilita' di variare l'inclinazione dell'asse utensile sulla slitta tangenziale; opzione : angolo = 0 (come su alesatrice con testa a squadra). 22A : * Utilizzo di macchina tipo dentatrice con possibilita' di variare l'inclinazione dell'asse utensile sulla slitta tangenziale; opzione : angolo utensile = 20 gradi. 23A : * Tolleranze DIN per ingranaggi di esempio. 24A : * Dominio di rotolamento da da a dNf . 25A : * Diagrammi di lunghezza profilo e adeguamento dell'avanzamento, con tempi, per krc < 0,5 : il primo contatto avviene sulla fresa anteriore, il contatto successivo della fresa posteriore fa ridurre l'avanzamento ricalcolato. 26A : * Diagrammi di lunghezza profilo e adeguamento dell'avanzamento, con tempi, per krc > 0,5 : il primo contatto avviene sulla fresa posteriore, e tutto il percorso ha una Feed riferita alla fresa posteriore. 27A : * Fresatura in modo continuo: diagramma dell'errore di profilo al limite interno, senza affondo supplementare. 28A : * Fresatura in modo continuo: diagramma dell'errore di profilo al limite interno, con affondo supplementare ottimizzato = F1 / 2. 29A : * Errore di profilo secondo la suddivisione delle passate, per fresa diam 200. 30A : * Errore di profilo secondo la suddivisione delle passate, per fresa diam 250. 31A : * Condizioni di ingranamento della coppia di esempio. 32A : * Profili trasversali e profilo normale del vano dente. Con plottatura assi tangenti in un punto del profilo normale, per verifica ingombro utensile. 33A : * Sgrossatura dal pieno con fresa sottile: vista in pianta. 34U : * Sgrossatura dal pieno con fresa sottile: composizione utensile. 35A : * Condizioni di ingranamento con cremagliera di riferimento. 36A : * Ellisse di compenetrazione creatore-ingranaggio. Elica creatore concorde con elica ingranaggio. 37A : * Ellisse di compenetrazione creatore-ingranaggio. Elica creatore discorde dall'elica ingranaggio. >[]<