Схема обработки методом Gear Skiving с пересекающимися осями

Инструмент и заготовка вращаются синхронно, а угол наклона образует скорость резания.

В последние годы технология Gear Skiving (скрайвинг, зубошевингование) вновь стала активно обсуждаться в зубообрабатывающей промышленности. Одна из важных причин заключается не в том, что этот метод внезапно стал универсальной технологией, а в том, что пятиосевые многофункциональные станки, системы управления шпинделями, конструкция режущего инструмента и возможности мониторинга процесса наконец приблизились к условиям, необходимым для его эффективного применения.

Сам процесс далеко не новый. Его основная идея восходит к началу XX века: используется многозубый инструмент, напоминающий небольшую шестерню, который работает с зубчатым колесом при перекрещивающихся осях вращения. При этом шпиндель инструмента и шпиндель заготовки вращаются синхронно в соответствии с передаточным отношением, определяемым числом зубьев.

Инструмент и заготовка совершают движение подобно паре зацепленных зубчатых колес. Однако ось инструмента наклонена относительно оси заготовки, и именно этот угол наклона формирует скорость резания.

Инструмент перемещается вдоль ширины зубчатого венца. За каждый оборот из впадины зуба снимается небольшое количество материала. После выполнения серии радиальных подач формируется полный профиль зубьев.

Именно здесь чаще всего возникает неправильное понимание принципа Gear Skiving. Внешне технология напоминает зубодолбление, поскольку инструмент также имеет зубчатую форму. Одновременно она обладает характерным для зубофрезерования непрерывным зацеплением. С точки зрения движений станка в процессе присутствуют элементы, напоминающие точение и фрезерование.

Однако реальный результат определяется не отдельным движением, а комбинацией синхронного движения, перекрещивания осей, радиальной глубины резания и формирования профиля зуба.

Если точность синхронизации шпинделей, жесткость инструмента, жесткость крепления заготовки или динамическая устойчивость системы недостаточны, преимущество высокой производительности быстро превращается в вибрации, волнистость поверхности зубьев и сколы режущих кромок инструмента.

Сравнение стратегий уменьшения глубины резания

При практическом планировании необходимо одновременно учитывать интенсивное черновое снятие материала и стабильность резания на завершающей стадии.

По сравнению с зубодолблением преимущество Gear Skiving заключается в использовании непрерывного резания, что обычно обеспечивает более высокую производительность.

Зубодолбление основано на возвратно-поступательном движении инструмента, поэтому холостые ходы и инерционные нагрузки оказывают заметное влияние на производительность.

В Gear Skiving инструмент и заготовка вращаются непрерывно, что позволяет существенно сокращать производственный цикл.

По сравнению с зубофрезерованием скрайвинг предъявляет меньшие требования к осевому пространству для выхода инструмента. Поэтому технология особенно привлекательна при обработке зубчатых элементов, расположенных рядом с уступами, буртами и другими конструктивными элементами.

По сравнению с протягиванием Gear Skiving не требует изготовления дорогостоящей специальной протяжки для конкретного внутреннего зубчатого профиля. Кроме того, технология лучше подходит для гибкого производства.

По сравнению с зубошлифованием скрайвинг чаще используется на стадии обработки материала в мягком состоянии — для черновой или получистовой обработки. После термической обработки для получения окончательной точности может потребоваться последующее зубошлифование, хонингование или другая финишная обработка.

Таким образом, утверждение, что скрайвинг способен полностью заменить зубофрезерование, зубодолбление, протягивание и зубошлифование, является некорректным.

Скорее, Gear Skiving представляет собой высокопроизводительную технологию, которая при определенной геометрии детали, объеме производства и соответствующих возможностях станка позволяет выполнять сложную зубообработку с минимальным количеством установок.

Эталонное зубчатое колесо Pulsator и скрайвинговый инструмент

Используются для формирования повторяемого диапазона условий проведения испытаний.

Исследования AMRC позволяют рассматривать эту технологию в контексте пятиосевых многофункциональных станков.

Именно в этом заключается ее практическая ценность.

Специализированный станок для Gear Skiving, безусловно, может быть оптимизирован непосредственно под данный технологический процесс. Однако на производстве все чаще используются токарно-фрезерные многофункциональные станки и пятиосевые обрабатывающие центры.

Если один станок способен выполнять точение, фрезерование, сверление и обработку зубчатого профиля, это позволяет:

• сократить количество производственных единиц оборудования;
• снизить капитальные затраты;
• уменьшить количество переустановок;
• снизить погрешности позиционирования, возникающие при повторном базировании детали.

Для таких отраслей, как авиастроение, автомобилестроение и ветроэнергетика, подобная гибкость может иметь большее значение, чем простое сокращение времени обработки одной детали.

Однако пятиосевой многофункциональный станок одновременно создает ряд ограничений.

1. Синхронизация шпинделей

Количество зубьев инструмента и количество зубьев заготовки определяют соотношение скоростей вращения.

Любая ошибка фазовой синхронизации будет непосредственно отражаться на поверхности зуба.

2. Жесткость и динамический диапазон

Силы резания при скрайвинге, а также высокая частота вращения увеличивают риск возникновения вибраций и автоколебаний.

На результат влияют:

• конструктивная жесткость станка;
• инструментальная оснастка;
• вылет инструмента;
• жесткость крепления заготовки;
• толщина стенок зубчатого венца;
• динамические характеристики системы.

3. Специализация инструмента

Несмотря на высокую гибкость самого технологического процесса, инструмент по-прежнему тесно связан с геометрией обрабатываемого зубчатого профиля.

Для внутреннего и наружного зацепления, шлицев, косозубых колес и других вариантов геометрии требуются соответствующие конструкции инструмента.

Один инструмент не может универсально охватывать все виды геометрии.

Кинематическая структура пятиосевого токарно-фрезерного многофункционального станка

Синхронизация шпинделей и жесткость системы являются необходимыми условиями реализации процесса.

Планирование режимов также не сводится к простому заданию частоты вращения и подачи.

В ходе испытаний AMRC исследовались:

• частота вращения инструмента;
• частота вращения заготовки;
• линейная подача;
• стратегия изменения радиальной глубины резания;
• управление силами резания.

Если глубина резания в начале процесса слишком велика, силы резания и вибрации могут быстро выйти из-под контроля.

Если же глубина резания на завершающем этапе становится слишком малой, может не обеспечиваться стабильное условие резания.

В исследовании сравнивались стратегии логарифмического и экспоненциального уменьшения глубины резания.

Основная задача заключается не в форме самой кривой, а в том, чтобы количество удаляемого материала за каждый проход, силы резания и качество поверхности зубьев находились в управляемом диапазоне.

Именно поэтому технология Gear Skiving долгое время воспринималась как своего рода «черный ящик».

Опытный технолог способен методом проб и ошибок подобрать подходящее технологическое окно, однако стоимость таких испытаний может быть высокой: расходуется материал, станочное время и ресурс инструмента.

Если необходимо распространить технологию на более широкий спектр деталей, опыт необходимо превратить в систематизированный технологический инструментарий:

сначала определить геометрию зацепления → затем спрогнозировать силы резания → после этого скорректировать режимы на основе фактической нагрузки, акустических сигналов, вибраций и результатов измерений на КИМ.

Где технология Gear Skiving наиболее эффективна?

Наиболее привлекательными объектами для скрайвинга являются:

• внутренние зубчатые венцы;
• внутренние шлицы;
• наружные зубья, расположенные рядом с буртами и уступами;
• детали, для которых требуется выполнение нескольких операций за одну установку.

Наружные зубья, косозубые колеса и крупногабаритные зубчатые венцы также могут рассматриваться для применения технологии, однако сложность процесса возрастает по мере увеличения:

• размеров детали;
• количества зубьев;
• твердости материала;
• тонкостенности конструкции;
• требований к стойкости инструмента.

Gear Shaft B

Деталь одновременно содержит внутренние шлицы и наружные косые зубья, что позволяет оценить возможность переноса технологии между различными типами зубчатых профилей.

Пятиосевые многофункциональные станки позволяют вывести Gear Skiving за пределы специализированного оборудования и внедрить технологию в более гибкие производственные ячейки.

Однако одновременно это предъявляет повышенные требования к системе управления станком, конструкции инструмента и технологической подготовке производства.

Реальная возможность применения скрайвинга заключается не в вопросе:

«Насколько быстро он сможет заменить традиционные методы?»

Главное — определить:

• какие типы зубчатых профилей действительно подходят для скрайвинга;
• при каком объеме производства технология экономически оправдана;
• какие требования к точности предъявляются к детали;
• насколько стабильны синхронизация шпинделей и кинематическая система;
• достаточно ли жесткости станка и крепления;
• правильно ли подобран инструмент;
• находится ли процесс в устойчивом технологическом диапазоне.

Если эти условия обеспечены, Gear Skiving становится эффективным инструментом высокопроизводительной зубообработки.

Данная статья предназначена исключительно для профессионального обмена информацией и ознакомления с технологией изготовления зубчатых деталей.

Сообщение Скрайвинг — новая эффективность зубообработки появились сначала на F-Tech.

Современные модели позволяют обрабатывать широкий спектр деталей: цилиндрические прямозубые и косозубые колёса, червячные передачи, звёздочки и шлицевые соединения. В основе обработки лежат два ключевых метода — зубофрезерование, применяемое для первичной обработки заготовок, и зубошлифование, используемое для финишной доводки закалённых деталей.

Где применяются зубообрабатывающие станки

Оборудование данного типа востребовано в различных отраслях промышленности:

• Автомобилестроение — производство шестерён коробок передач, элементов газораспределительных механизмов и деталей мостов, включая компоненты для электромобилей.
• Сельскохозяйственное машиностроение — изготовление крупномодульных зубчатых колёс для тракторов и комбайнов.
• Горнодобывающая промышленность — производство приводных элементов для экскаваторов, дробильных установок и конвейерных систем.
• Судостроение и энергетика — изготовление редукторов, лебёдок и узлов для тяжёлой техники.
• Общее машиностроение — производство различных типов передач и редукторов.

Принцип работы зубообрабатывающих станков

Основой технологии является метод обката, при котором инструмент и заготовка вращаются синхронно, имитируя зацепление зубчатой передачи. Это позволяет формировать точный эвольвентный профиль зуба.

В процессе зубофрезерования происходит механическое снятие материала режущим инструментом, тогда как при зубошлифовании используется абразивная обработка, обеспечивающая высокую чистоту поверхности и точность. Для снижения температуры и увеличения ресурса инструмента в зону резания подаётся охлаждающая жидкость.

Станки с ЧПУ отличаются удобством настройки: оператору достаточно задать основные параметры детали — модуль, количество зубьев и угол наклона. Далее система автоматически формирует программу обработки, что обеспечивает высокую повторяемость результатов и стабильное качество продукции.

Основные категории зубообрабатывающих станков

Зубообрабатывающее оборудование делится на несколько категорий в зависимости от технологии обработки и типа выполняемых операций. Каждая группа станков решает свои производственные задачи и применяется на разных этапах изготовления зубчатых передач.

1. Зубофрезерные станки

Предназначены для нарезки зубьев методом обката с использованием червячной фрезы. Это один из самых распространённых типов оборудования, который применяется для обработки цилиндрических зубчатых колёс — как прямозубых, так и косозубых.
Отличаются высокой производительностью и подходят для серийного производства.

2. Зубодолбёжные станки

Используются для формирования зубьев методом долбления с возвратно-поступательным движением инструмента.
Основное преимущество — возможность обработки внутренних зубчатых колёс и сложных профилей, которые невозможно или затруднительно получить другими методами.

3. Зубошлифовальные станки

Предназначены для финишной обработки зубчатых поверхностей после термообработки.

4. Зубострогальные станки

Применяются для обработки зубчатых элементов методом строгания.

5. Специализированные и комбинированные станки с ЧПУ

К данной категории относятся современные высокотехнологичные решения, которые объединяют несколько операций обработки в рамках одного станка. Это могут быть комплексы, сочетающие зубофрезерование, зубодолбление, шлифование и контрольные операции.

Сообщение ⚙️ Зубообрабатывающие станки: точность, производительность и надёжность на промышленном уровне появились сначала на F-Tech.