Станок для изготовления шестеренок

При создании самых различных механизмов могут применяться шестерни и зубчатые колеса. Их геометрические особенности определяют возможность обеспечения надежного зацепления для передачи усилия. Технология изготовления зубчатых колес характеризуется достаточно большим количеством особенностей, среди которых отметим использование специального оборудования. Если изготовление шестерен проводится без учета особенностей геометрических особенностей, то существенно снижается качество получаемого соединения для передачи вращения.

Конструкция зубчатого колеса

Встречается просто огромное количество разновидностей шестерен, все они характеризуются своими определенными особенностями. Среди конструкционных особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении цилиндрических и конических шестерен с прямым зубом рабочая часть создается заодно целое с валом. Это связано с тем, что размеры конструкции существенно уменьшаются. За счет создания такой конструкции можно получить деталь с высокой точностью и износостойкостью.
2. Встречаются и шестерни насадного типа. Они весьма распространены в случае, когда диаметр рабочей части большой. За счет установки насадного варианта исполнения есть возможность проводить обслуживание конструкции.
3. При диаметре менее 500 мм изделие получается методом ковки и отливки, а также при применении технологии сварки. Вариант исполнения более 500 мм изготавливаются методов отливки и сварки.
4. Клепанные или свертные колеса могут устанавливаться в случае, если есть необходимости в экономии используемого материала.

Наибольшее распространение получили зубчатые колеса цилиндрического типа.

Конструктивными особенностями подобного варианта исполнения можно назвать:

1. В качестве заготовки применяется диск определенной толщины.
2. В центральной части есть посадочное отверстие с прорезью для шпонки. Как правило, оно имеет достаточно большую кайму.
3. Рабочая часть представлена зубьями, которые могут быть расположены прямо или под углом. При этом геометрия зуба может существенно отличаться, все зависит от области эксплуатации.

Изготовление цилиндрических зубчатых колес проводится при применении специального оборудования. Примером можно назвать зубонарезные станки, которые работают по методу обкатки. Стоит учитывать, что процесс изготовления конических зубчатых колес существенно отличается.

Основные способы изготовления

Заготовки для рассматриваемых изделий получаются методом ковки или литьем, в некоторых случаях при применении технологии резания. Технологический процесс изготовления зубчатого колеса довольно сложен, так как нужно получить рабочую поверхность сложной формы с определенными геометрическими параметрами. Проводится нарезание косозубых колес и других изделий при использовании двух основных технологий:

1. Метод копирования предусматривает фрезерование, при котором прорез между впадинами зубьев образуются при применении, дисковых, модульных или концевых фрез. После образования каждой впадины заготовка поворачивается ровно на один зуб. Сред особенностей подобной технологии можно отметить то, что форма применяемого режущего инструмента повторяет форму впадины.
2. Метод обкатки сегодня встречается намного чаще. В этом случае механическая обработка предусматривает имитирование зацепления зубчатой пары, одним элементом которой становится червячная фреза. При изготовлении инструмента используется металл повышенной прочности, за счет чего и происходит резка. Обработка методом копирования предусматривает применение не только червячной фрезы, но также и долбяка и гребенки.

Довольно большое распространение получили червячные фрезы. Подобный инструмент представлен рейкой, на момент работы заготовка вращается вокруг своей оси. Применяется инструмент для изготовления исключительно шестерен с внешним расположением зубьев.

Гребенки используются для нарезания прямых и косых зубьев с большим модулем зацепления. Стоит учитывать, что поверхность инструмента может быстро изнашиваться.

Технология накатывания используется для получения больших зубчатых колес, а также крупных партий. В подобном случае проводится горячее накатывание, за счет нагрева степень обрабатываемости материала повышается. Венец получается методом выдавливания. Для существенного повышения точности может проводится механическая обработка.

Изготовление вал шестерней также должно проводится с учетом условий эксплуатации. На этот элемент оказывается высокая нагрузка, поэтому в качестве основы применяется заготовка из каленой стали высокой прочности. Шестерня зубчатая, изготовление которой проводится с учетом диаметра вала, насаживается методом прессования, фиксация обеспечивается шпонкой.

Подготовка чертежей

Процесс изготовления начинается с непосредственной подготовки чертежа. В этом случае производство существенно упрощается, существенно повышается точность получаемого изделия. При разработке чертежа указывается следующая информация:

1. Диаметр посадочного отверстия. Для шестерен изготавливаются соответствующие валы, которые имеют определенный посадочный диаметр. Этот показатель стандартизирован, выбирается в зависимости от размеров изделия и величины предаваемого усилия.
2. Размеры шпонки. Шпоночное отверстие может быть самым различным, размеры выбираются в зависимости от того, какие будут оказываться нагрузки. Стоит учитывать тот момент, что размеры шпонок стандартизированы.
3. Модуль. Этот параметр считается наиболее важным, так как ошибочный модуль может снизить эксплуатационные характеристики механизма.
4. Наружный и внутренний диаметр, определяющие размер зуба. Стоит учитывать, что этот элемент изделия характеризуется достаточно большим количеством особенностей.
5. Угол расположения зуба относительно оси вращения. Выделяют шестерни с прямым и косым расположением зуба.

Изготовление шестерен любых размеров возможно только при применении специальных станков, которые предназначены для решения поставленной задачи.

Технологические задачи при производстве рассматриваемого изделия могут существенно отличаться. Важными моментами можно назвать следующее:

1. Точность размеров. Наиболее точными размерами обладает отверстие, которое выступает в качестве посадочного для вала. В большинстве случаев его изготавливают по 7-му квалитету в случае, если к изделию не предъявляются больше требования.
2. Точность формы. В большинстве случаев при изготовлении шестерен особые требования к точности формы не предъявляются. Однако, посадочное отверстие должно быть расположено в центральной части изделия, так как даже несущественно смещение может привести к отсутствию возможности использования изделия.
3. Точность взаимного расположения. Больше всего требований предъявляется к тому, каким образом зубья и другие конструктивные элементы расположены относительно друг друга. При нарушении геометрической формы есть вероятность появления эффекта биения и других проблем при эксплуатации изделия.
4. Твердость рабочей поверхности. Основные требования связаны с твердостью рабочей поверхности. Шестерни постоянно находятся в контакте, сила трения может стать причиной быстрого износа поверхности. Для получения требуемого показателя твердости проводится термическая обработка. Рекомендуемый показатель составляет HRC 45…60 при глубине цементации 1-2 мм. Как показывают проведенные исследования, твердость незакаленной поверхности составляет HB 180-270.
5. Выбор подходящего материала также имеет значение. В зависимости от области применения изделия они могут изготавливаться из углеродистых, легированных сталей и пластмассы, в некоторых случаях чугуна. Легированные в сравнении с углеродистыми характеризуются большей прокаливаемостью, а также меньшей склонностью к деформации. Применяемые материал должен характеризоваться однородной структурой, за счет чего существенно повышается прочность после проведения термической обработки. При изготовлении высокоточных изделий проводится чередование механической и термической обработки.

Все основные параметры определяются на момент создания технологической карты. Самостоятельно создать карту достаточно сложно, так как для этого нужно обладать соответствующими навыками и знаниями.

Необходимые инструменты

Для проведения рассматриваемой процедуры требуется специальный режущий инструмент, которые позволяет проводить снятие требуемого количества материала. Довольно большое распространение получили следующие:

1. Если изготовление зубчатых колес проводится при применении технологии обкатки, то требуется эвольвентное зубчатое колесо, изготавливаемое при применении твердого и износостойкого материала.
2. Нарезка зубьев методом копирования проводится червячной фрезой. Она характеризуется определенной геометрией, которая позволяет получить впадины с заданными параметрами.

Также может устанавливаться пальцевая модульная фреза, которая устанавливается в специальном фрезеровальном оборудовании. Можно приобрести модульные фрезы для нарезания зубчатых колес, изготавливаемые при применении износостойких материалов.

Технологический процесс

Процесс изготовления шестерни на крупных производственных линиях максимально автоматизирован. Классический техпроцесс характеризуется следующими особенностями:

1. Для начала определяются основные параметры изделия, к примеру, число зубьев, модуль и степень точности геометрических размеров.
2. Следующий этап заключается в проведении заготовительной процедуры. Чаще всего проводится штамповка при использовании горизонтально-ковочной машины.
3. Для повышения эксплуатационных характеристик выполняется нормализация. Подобная термическая обработка позволяет снизить напряжения внутри материала.
4. Токарно-винторезная процедура позволяет получить заготовку требующихся размеров. Для этого выполняется точение поверхности и расточка фасок.
5. После механической обработки прямозубых шестерен выполняется повторно нормализация.
6. Заготовка подвергается зубофрезерной обработке. Для этого применяется полуавтомат 5306К или другое подобное оборудование.
7. Следующий шаг заключается в слесарной обработке. Технологический процесс определяет появление заусенец и других дефектов, которые устраняются при применении полуавтомата 5525. На линиях с низкой производительностью зачистка проводится ручным методом.
8. После получения зубьев выполняется термическая обработка, для чего часто применяется установка ТВЧ. Закалка позволяет существенно повысить твердость поверхности и ее износостойкость.
9. Шлифование поверхности. Для получения поверхности требуемого качества выполняется шлифовка. Есть довольно больше количество различного оборудования, которое подходит для шлифования самых различных поверхностей.
10. Большое распространение получили насадные шестерни. Они устанавливаются на валу, могут быть больших и малых размеров. Фиксация насадного варианта исполнения проводится за счет шпонки. Получить шпоночный паз можно при применении долбежного станка.
11. Зубошлифование также проводится при применении специальных станков.

Стоит учитывать, что изготавливают пластиковые шестерни при применении только одного станка. Это связано с высокой степенью обрабатываемости пластика.

В заключение отметим, что процедура зубофрезервания достаточно сложна, предусматривает применение специального оборудования.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Наиболее распространенным типом механических передач в машиностроении являются зубчатые передачи. Зубчатые колеса находят свое применение практически во всех областях машиностроения: станко-, судо-, автомобилестроении, производстве сельскохозяйственной техники, а также в приборостроении и часовой индустрии. В зависимости от области применения отличаются и тип, и точность изготовления, и размеры зубчатых колес — с диаметром от долей миллиметра в приборостроении, до 12-18 метров в судостроении и горнодобывающем оборудовании.

Наряду с многочисленными преимуществами зубчатых зацеплений традиционно как основной недостаток выделяют сложность в изготовлении зубчатых колес. Далее мы поведем разговор в основном о способах обработки зубчатых колес с эвольвентным профилем как наиболее распространенного типа зубчатых колес. Классическая технология изготовления зубчатого колеса или вал-шестерни включает токарные, фрезерные, протяжные, зубофрезерную или зубодолбежную операции, а также операции зубошевингования и зубозакругления, термообработку, зубошлифовальние. Это сложный процесс, в котором задействовано различное оборудование. Необходимость в специальном зубообрабатывающем оборудование, часто заставляет предприятия выносить зубообработку на внешнюю кооперацию. В статье мы представим те решения, которые компания «Пумори-инжиниринг-инвест» может предложить для изготовления зубчатых колес в условиях как единичного, так и серийного производства.

Обработка червячными фрезами – зубофрезерование

На современном производстве токарные и фрезерные работы сконцентрированы на токарных станках с приводным инструментом или на многофункциональных токарно-фрезерных обрабатывающих центрах. С целью обеспечения более гибкого производства с широкими технологическими возможностями и сокращения инвестиций в специальное оборудование компания Okuma предлагает серию токарно-фрезерных обрабатывающих центров Multus c опцией Hobbing Cutting для нарезания зубчатых венцов и шлицев червячными фрезами методом обкатки. Данный метод является наиболее распространенным и производительным для обработки зубчатых колес в серийном производстве – как прямозубых, так и косозубых. На рисунке 1 схематически показан принцип данного метода. На обрабатывающих центрах серии Multus данный метод реализован благодаря кинематике с пятью управляемыми осями (наклонная ось «В», управляемая ось «С», линейные оси X, Y и Z c широким диапазоном перемещений) и системе ЧПУ (обеспечивает согласование вращения фрезы и заготовки).

На рисунке 2 показана реализация данного метода на обрабатывающем центре Okuma серии Multus. На нем эффективно обрабатываются зубчатые колеса с модулем до 5,5 мм (прим. рисунке 2 обрабатывается зубчатый венец с модулем 3 мм – это рекомендуемый модуль для модели Multus U4000 в условиях серийного производства).

Данный метод обработки может быть реализован не только на токарно-фрезерных центрах серии Multus, но и на токарных станках револьверного типа LB-серии с приводным инструментом. В револьверную голову устанавливается специальная приводная головка, (например, фирмы SU matik, рис.3), которая обеспечивает надежное и жесткое двуопорное закрепление фрезы. На рисунке 4 изображены заготовка и готовая деталь, обработанные на станке LB3000. Модуль зубчатого венца равен 2,5 мм.

Отметим ключевые преимущества, получаемые при использовании данного метода на станках Okuma:

• Точная обработка сложных деталей за один установ, включая токарную, фрезерную обработку и зубообработку с использованием всех возможностей станка: поддержка длинных деталей задним центром или обработка в противошпинделе;
• Экономия площадей под оборудование;
• Отсутствие межоперационных простоев;
• Отсутствие необходимости инвестировать в специальное оборудование для зубообработки, которое может не быть загружено должным образом.

Зуботочение или Power Skiving

Данный метод обработки зубчатых колес был разработан в начале ХХ века и запатентован в 1910 году Вильгельмом фон Питтлером. В его основе лежит использование специального многозубого инструмента в форме чашки, перекрещивание под углом в пространстве осей детали и инструмента (рис. 5) и синхронное вращение детали и заготовки на большой скорости. Таким образом, согласованное вращение и угловое расположение заготовки и инструмента обеспечивает относительное движение инструмента и заготовки, которое формирует впадину между зубьями детали, и в дополнении с направлением осевой подачи заготовки формируется зубчатый венец. Данный метод, разработанный в начале прошлого века, «ждал» оборудования, способного реализовать и раскрыть его потенциал. Компания Okuma готова предложить своим клиентам такое оборудование.

Использование метода в комплексе с токарной и фрезерной обработкой даст производителю ряд преимуществ как технического, так и экономического характера. На рисунке 6 изображен фрагмент обработки зубчатого венца методом зуботочения на обрабатывающем центре Okuma Multus U4000.

В сравнении с таким методом обработки зубчатых колес как зубодолбление метод скайвинга имеет значительные преимущества:

• Современный инструмент для зуботочения оснащен сменными твердосплавными пластинами и способен работать на скоростях до 300 м/мин;
• Благодаря более эффективному процессу стружкообразования обеспечивается увеличение производительности до восьми раз.

В сравнении с методом зубофрезерования (Hobbing) метод скайвинга также имеет ряд преимуществ:

• Возможность обработки внутреннего зубчатого венца и малые величины врезания и перебега, которые в случае использования червячно-модульной фрезы могут быть соизмеримы с диаметром фрезы;
• Все эти преимущества можно получить с использованием на производстве обрабатывающих центров серии Okuma Multus U.

Invomilling™

Данная технология разработана компанией Sandvik Coromant. Главные отличительные черты этой технологии – гибкость и универсальность. С точки зрения кинематики данный метод относится к методам огибания с тем лишь отличием, что имитируется не зацепление, а инструмент «обкатывает» каждую впадину зубчатого колеса за счет возможности непрерывной обработки на токарно-фрезерном 5-осевом центре (рис. 7).

Компания Sandvik предлагает универсальный инструмент – фрезы серий CoroMill 161 и CoroMill 162 для обработки наружных зубчатых колес различной формы и модуля (рис.8). Простота наладки и программирования, малая номенклатура инструмента и возможность с малыми нагрузками произвести обработку зуба с модулем до 12 мм делает данный метод идеальным решением для мелкосерийного или единичного производства. Метод Invomilling может быть с высокой эффективностью реализован на токарно-фрезерных обрабатывающих центрах Okuma Multus U.

Помимо описанных выше методов обработки зубчатых колес на станках Okuma может быть осуществлена обработка фасонным инструментом (например, дисковыми фасонными фрезами серии CoroMill 171, рис. 9) – т.е. методом копирования. Для обработки конического колеса с круговым зубом может быть использован полноценный 5-осевой обрабатывающий центр серии MU. Геометрия впадины будет получена стандартным инструментом за счет программирования ЧПУ, или же может быть применена специальная резцовая головка для обработки конического зуба (рис. 10).

В заключении выделим те преимущества, которые могут быть получены при комплексной обработке на станках Okuma вне зависимости от выбранного метода;

• Повышение точности детали за счет выполнения обработки за один установ;
• Сокращение машинного времени за счет использования высокопроизводительной технологии обработки;
• Сокращение времени межоперационных простоев, за счет комплексной обработки на одном станке за один или два установа;
• Сокращение используемых площадей;
• Сокращении числа основных рабочих;
• Сокращении инвестиций на приобретение специального оборудования.

Сравнение комплексной и классической технологии

Компания «Пумори-инжиниринг-инвест» готова стать вашим надежным партнером в поставке оборудования для комплексной обработки зубчатых колес.

Автор: Антон Шмальц, инженер-технолог "Пумори-инжиниринг инвест"

Сейчас стиральные машины управляются модулями-компьютерами, но лет так 15 назад, было все гораздо проще, а может сложнее, ну, это кому как. В 15 летней стиралке-автомат было все также за исключением модуля управления так называемого командоаппарата. Коммандоаппарат, на тот момент это механическое устройство с множеством шестеренок различной величины и различным количество зубьев. И чем больше было программ в стиральной машине автомат, тем массивней выглядел этот модуль управления. Каждая шестеренка несла на себе какую то информационную нагурузку. Одна отвечала чтобы вовремя отключился нагревательный элемент, вторая за подачу воды, температуру, откачки воды, отжим, полоскание и т.д. И все это находится на одной оси и взаимодействует между собой.

Теперь, когда Вы понимаете всю сложность конструкции, представьте что одна из этих шестерён вышла из строя, сломались несколько зубьев, а точнее четыре из семи. Соответственно процесс стирки увеличился в два раза (хотя и так был не очень скоростной с завода).

Обратившись в сервис за помощью, они согласились взяться за ремонт антиквариата. После анализа проблемы и выявления неисправности, появилась практически не решаемая задача, найти запасную деталь к механическому командоаппарату. Было потрачено немало времени на поиск заветной шестерни, но все усилия были напрасны.

Тогда возникла мысли о изготовлении такого изделия. 3D модель сделали знакомые ребята, с помощью станка ЧПУ было все воплощено в жизнь.

Кому интересно, что дальше, смотрим ролик или читаем.

И так что понадобилось для изготовления.
— 3D модель изготавливаемой детали
— Программа для создания управляющего файла ЧПУ станка
— Собственно сам ЧПУ станок
— Модельный пластик
— фреза торцевая диаметром 1
— фреза торцевая диаметром 2

1. Здесь собственно и есть виновница этой статьи. Как видите есть повреждения детали (наверное разработчики что то просчитались с усилием на зуб).

2. Смоделированное изделие открываем в программе и просчитываем хода для нашего ЧПУ.

3. Берем подходящего размера заготовку модельного воска, закрепляем.

4. Выставляем ноль и запускаем управляющую программу. Станок обрабатывает заготовку с одной стороны, затем происходит поворот на девяносто градусов и происходит обработка второй стороны детали. Готовая деталь после изготовления остается держаться в заготовке на тонкой пленке, которая после извлечения легко удаляется.

5. Как видим, в итоге получили необходимую так нам деталь.