Зубчатые передачи — это незаметные, но незаменимые герои современного мира. От сложных механизмов трансмиссии автомобиля до колоссальной мощности ветряной турбины, эти зубчатые компоненты являются основополагающими для передачи механической энергии. На протяжении веков производство зубчатых передач было стремлением к точности и эффективности, в котором доминировали такие устоявшиеся процессы, как зубофрезерование, строгание и протягивание. Однако неустанные требования современной промышленности — к увеличению объемов производства, повышению экономической эффективности и более тесной интеграции компонентов — подтолкнули к развитию революционной технологии:Мощный скив.

Принцип обработки методом силового скольжения

По своей сути, зубофрезерование — это непрерывный процесс резания, который синергетически сочетает высокоскоростное вращение зубофрезерования с расположением инструмента и заготовки при зуборезном делении. Это сложный процесс «прокатки» или «строгания», при котором специализированный многозубчатый резец и заготовка шестерни вращаются в точно синхронизированном движении, подобном зацеплению.

Отличительной чертой фристайла с использованием силового скольжения являетсяугол пересечения осей (Σ)В отличие от зубофрезерования (где оси инструмента и заготовки расположены под углом 90 градусов, смещенным на угол спирали) или строгания (где оси параллельны), при механической обработке методом фрикционного фрезерования оси инструмента и заготовки установлены под определенным, непараллельным и непересекающимся углом. Этот угол является ключевым фактором, определяющим эффективность процесса.

Тщательно рассчитанный угол создает определенную относительную скорость (проскальзывание) между режущими кромками инструмента и боковыми поверхностями заготовки. Поскольку инструмент и заготовка вращаются с высокой скоростью, эта скорость проскальзывания создает режущее действие. Режущий инструмент, напоминающий строгальный станок, но имеющий угол наклона спирали, эффективно «срезает» или «отслаивает» материал от заготовки при каждом проходе режущей кромки, непрерывно формируя эвольвентный профиль зуба по мере вращения обоих компонентов.

Инструментарий: сердце процесса

Фреза для механической обработки зубьев — это очень сложный и специализированный инструмент. Обычно она изготавливается из твердосплавных материалов с твердым покрытием для максимальной жесткости и износостойкости или из высокоэффективной порошковой металлургической быстрорежущей стали (HSS). Конструкция инструмента, включая угол наклона спирали, угол заточки и профиль, рассчитывается специально для кинематической модели станка и точной геометрии обрабатываемой шестерни. Эта специфическая для инструмента сложность является существенным фактором, влияющим на общую стоимость и настройку процесса.

Преимущества и недостатки механизированного скольжения

Как и любой производственный процесс, силовая резка предполагает ряд компромиссов.

Преимущества:

Чрезвычайно высокая производительность: этот метод значительно быстрее (в 3-10 раз), чем зубофрезерование, и вполне конкурентоспособен по сравнению с зубофрезерованием. Для внутренних зубчатых передач это зачастую самый производительный из доступных методов.

Непревзойденная гибкость: данный процесс позволяет обрабатывать как внутренние, так и внешние зубчатые передачи, а также шлицы, косозубые и прямозубые шестерни на одном станке.

Возможность выполнения работ за один цикл: станок может выполнять черновую, получистовую и чистовую обработку за одну установку. Он также способен выполнять твердую шлифовку или обработку шестерен после термообработки, что позволяет исключить необходимость последующих шлифовальных операций.

Высокое качество: При выполнении на современном, прочном оборудовании технология механической обработки зубьев позволяет получать высокоточные шестерни (например, AGMA 10-11, DIN 6-7) с превосходной чистотой поверхности.

Решает сложные геометрические формы: идеально подходит для деталей с ограниченным зазором для инструмента, таких как шестерни с буртиком или фланцем, где фреза не может свободно перемещаться. Это распространенная проблема в компактных конструкциях трансмиссий.

Недостатки:

Высокие капитальные затраты на оборудование: Для этого процесса требуется высокотехнологичный, жесткий и термостабильный 5-осевой (или более) станок с ЧПУ с идеальной электронной синхронизацией, что представляет собой значительные инвестиции.

Сложный технологический процесс и оснастка: кинематика исключительно сложна. Для планирования процесса требуется сложное программное обеспечение для моделирования, позволяющее рассчитывать траектории движения инструмента и избегать столкновений. Сами инструменты дорогостоящие и специфичные для конкретного применения.

Чувствительность к настройке: Данный процесс крайне чувствителен к правильной настройке, особенно к углу пересечения осей. Любое смещение может существенно повлиять на срок службы инструмента и качество детали.

Управление стружкой: Высокоскоростное удаление больших объемов материала может создавать проблемы с контролем стружки, особенно при обработке глубоких внутренних зубчатых передач, где стружка может скапливаться.

Сценарии применения

Проточка зубьев с помощью зубчатых колес не является универсальной заменой всем другим процессам обработки зубчатых колес, но это доминирующее решение в определенных высокодоходных областях, в первую очередь обусловленное массовым производством.

Автомобильная промышленность: Это крупнейший потребитель данной технологии. Она широко используется для производства внутренних компонентов трансмиссии, таких как зубчатые кольца, планетарные передачи и шлицевые корпуса сцепления. Возможность быстрого и высокоточного создания внутренних шестерен и сложных шлицов имеет неоценимое значение для современных компактных автоматических и электрических трансмиссий автомобилей.

Аэрокосмическая отрасль: Используется для производства шлицевых соединений и зубчатых передач приводных систем, где первостепенное значение имеют высокая надежность и сложные, легкие конструкции.

Промышленное оборудование: идеально подходит для производства таких компонентов, как шестерни насосов, муфты и другие шлицевые валы, где производительность и точность имеют первостепенное значение.

Идеальным кандидатом для механической обработки методом фрезерования является деталь, выпускаемая в средних или больших объемах, в частности, внутренняя шестерня или шестерня с выступами, где экономия времени цикла оправдывает высокие первоначальные инвестиции в оборудование и оснастку.

Заключение

Технология зубофрезерования с использованием зубчатых колес успешно совершила скачок от 100-летней теоретической концепции к современному мощному инструменту в производстве. Объединив скорость зубофрезерования с гибкостью профилирования, она коренным образом заполнила критически важный пробел в производстве зубчатых колес. Она предлагает непревзойденное решение для крупносерийного производства внутренних зубчатых колес и сложных шлицевых компонентов, повышая эффективность и позволяя создавать следующее поколение компактных, высокопроизводительных механических систем. По мере развития станкостроительных технологий, программного обеспечения для моделирования и конструкций режущих инструментов, внедрение технологии зубофрезерования с использованием зубчатых колес будет расширяться, еще больше укрепляя ее роль как революционной силы в производстве зубчатых колес.