Techniki wytwarzania kół zębatych

Obróbka obwiedniowa

W obwiedniowej metodzie obróbki wszystkie koła zębate o tym samym module można obrabiać jednym narzędziem. Obróbka obwiedniowa polega na ruchu odtaczania. Wykorzystana jest zasada współpracy koła zębatego z zębatką lub z drugim kołem zębatym. Występuje również współpraca koła stożkowego z kołem koronowym zwanym zębatką pierścieniową, a także współpraca ślimaka ze ślimacznicą (kołem ślimakowym).

Jeszcze 15 lat temu wykorzystanie obrabiarek CNC w produkcji kół zębatych nie należało do częstych. Producent obrabiarek był jednocześnie dostawcą technologii i nastaw oraz parametrów obróbkowych. Przykładem może być obróbka uzębień koło-łukowych kół stożkowych za pomocą metody Gleason Helixform. Zarówno koło napędzające (zębnik), jak i koło napędzane (koło koronowe) wykonywano w parach (fot. 2).

Taki przebieg procesu technologicznego znacząco zmniejszał odpady. Obróbka w parach umożliwiała uzyskanie określonego położenia śladu współpracy międzyzębnej, co ma istotny wpływ na efektywność, eksploatację i trwałość takiej przekładni.

Każda metoda obróbkowa wykorzystywała dedykowane dla niej obrabiarki. W konsekwencji, zakupując technologie dla wybranej metody obróbkowej wraz z maszynami technologicznymi i narzędziami, nie można było stosować innych metod bez kolejnych inwestycji. Dodatkowo w przypadku potrzeby obróbki nawet w ramach wybranej metody innej konstrukcyjnie pary kół zębatych konieczne było zwrócenie się do dostawcy technologii. Samodzielne opracowanie nastaw maszyn technologicznych i dobór parametrów technologicznych były bardzo trudne i nie dawały pewności prawidłowości obliczeń.

Postęp w dziedzinie układów sterowania

Powszechne wykorzystanie komputerowych technik obliczeniowych umożliwiło opracowywanie modeli matematycznych opisujących złożone kinematyki obrabiarek dla obróbek obwiedniowych. Pozwoliło to na samodzielne określanie potrzebnych danych. Postęp w dziedzinie układów sterowania, napędów umożliwił wdrożenie obrabiarek do obróbki kół zębatych sterowanych numerycznie. Przykładem takiej obrabiarki jest Gleason Phoenix (fot. 3) [3, 4]. Obrabiarki z tej rodziny umożliwiają obróbkę kół stożkowych o koło-łukowym uzębieniu zarówno szlifowaniem, jak i skrawaniem. Kilka firm w skali światowej wyspecjalizowało się w produkcji obrabiarek dla kół zębatych.

Obrabiarki firmy Gleason z rodziny Phoenix dedykowane są do obróbki szlifowaniem kół stożkowych. Obrabiarka Gleason Phoenix 600HC jest przeznaczona do szybkiego i ekonomicznego wytwarzania kół stożkowych dla przekładni w samochodach ciężarowych, autobusach i przemysłowych przekładniach.

Narzędzia do obróbki obwiedniowej

Narzędzia do obróbki obwiedniowej należą do bardziej złożonych. Obecnie stosuje się zarówno narzędzia monolityczne (fot. 4), jak i składane (fot. 5). Postęp w zakresie narzędzi składanych, szczególnie w dokładności ustalenia płytek skrawających, umożliwił ich skuteczne zastosowanie w obróbce kół zębatych [4].

Do zalet narzędzi składanych wg [1] zalicza się:

• wysoką efektywność wynikającą ze zdolności szybkiej wymiany płytek skrawających i tym samym szybkie i ekonomiczne przywrócenie właściwości skrawnych narzędzia;
• powtarzalność ustalenia płytek wzorcowych, co minimalizuje czas potrzebny na ustawienie narzędzia i zapewnia wysoką dokładność obróbki;
• brak potrzeby ostrzenia.

Stosowane są zestawy frezów składanych, które na przykład mogą składać się z czterech frezów: do obróbki zgrubnej, wykańczającej oraz frezowanie czół, w tym fazowanie dolnej i górnej strony uzębienia. W takim przypadku należy podkreślić dwie istotne zalety takiego rozwiązania:

• wszystkie zabiegi technologiczne są realizowane w ramach jednego ustalenia i zamocowania przedmiotu, co istotnie wpływa na jakość obróbki;
• zespół frezów wraz z jednym ustaleniem i zamocowaniem półfabrykatu znacząco skraca czas obróbki w porównaniu do obróbki pojedynczymi narzędziami na różnych obrabiarkach.

Dodatkowo po każdym obrobionym kole możliwe jest takie przesunięcie narzędzia wzdłuż własnej osi, by kolejne było obrabiane innym fragmentem zębatki. Taka strategia przyczynia się do wydłużenia okresu trwałości narzędzia.

Wyeliminowanie narzędzi monolitycznych nie jest możliwe. Tam, gdzie są potrzebne bardzo duża wytrzymałość i sztywność, czyli przy obróbce kół z wyższych klas dokładności, sprawdzają się właśnie narzędzia monolityczne.

Rozwój technik wytwarzania

Ze względu na znaczenie przekładni zębatych techniki i metody ich wytwarzania podlegają rozwojowi. Oprócz technik ubytkowych stosuje się obróbkę plastyczną (kucie) oraz druk 3D z metali. Druk 3D z metali sprawdza się także w przypadku regeneracji uszkodzonego uzębienia. Odtworzenie wyłamanych zębów umożliwia skrócenie czasu naprawy i przywrócenie sprawności maszyny i urządzenia, a tym samym ograniczenie strat wynikających z przestoju w procesie technologicznym.

Zastosowanie obrabiarek CNC w produkcji kół zębatych to nie tylko naturalny rozwój maszyn technologicznych, ale także znacząca zmiana w środkach produkcji i rozszerzenie zdolności produkcyjnych. Nie bez znaczenia są programy i systemy CAM. Firma Gleason dostarcza zarówno oprogramowanie CAD KISSsoft^®, jak i CAM GEMS^®. Tak kompleksowe rozwiązania w ramach jednego dostawcy technologii zapewnia optymalne według różnych kryteriów wykorzystanie obrabiarek, efektywne technologiczne przygotowanie produkcji i wysoką jakość wykonania.

Zróżnicowanie technik i metod wytwarzania kół zębatych nie ulegnie zmianie ze względu na to, że o zastosowaniu konkretnego rodzaju przekładni decydują uwarunkowania i potrzeby eksploatacyjne.

Piśmiennictwo

1. Sałaciński T., Chrzanowski J.: Narzędzia w procesach obróbki skrawaniem. „Stal, Metale & Nowe Technologie”, nr 9-10/2017.
2. Zarębski I., Sałaciński T.: Projektowanie i wytwarzanie przekładni zębatych o zmieniającym się przełożeniu. „Zaszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika”, nr 75/2008.
3. Skawiński P.: Technological setups of the Gleason Phoenix CNC spiral bevel and hypoid gear milling machines. „Advances in Manufacturing Science and Technology”, nr 4/2012.
4. Materiały informacyjne firm: S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne, Gleason, Liebherr, SANDVIK, Ingersoll.

fot. S.T.M. Systemy i Technologie Mechaniczne

Może Cię również zainteresować >>

Galeria

Zobacz więcej