Зубчаста передача: принципи та застосування методів формувального фрезерування та огинання у виготовленні зубчастих коліс

01 Основні принципи методу обвідного фрезерування

1.1 Математичні основи

• Принцип огинаючої : Траєкторія руху різальної кромки інструментів (наприклад, черв’ячних фрез або зуборізних гребінок) утворює серію неперервних кривих, огинаюча яких формує теоретичний профіль зуба шестерні (наприклад, евольвенту, циклоїду).
• Рівняння зачеплення : Забезпечує відносний рух між інструментом та заготовкою для досягнення точності профілю зуба.

1.2 Основні характеристики

• Висока точність : Здатність обробляти складні профілі зубів (наприклад, евольвентні, кругові).
• Висока ефективність : Неперервне різання дозволяє масове виробництво.
• Висока універсальність : Один інструмент може обробляти зубчасті колеса з різною кількістю зубців (за умови, що вони мають один і той самий модуль).

1.3 Типові процеси методу обвивного нарізання

1.3.1 Нарізання черв’ячною фрезою

• ПРИНЦИП : Використовує рух зачеплення між черв’ячною фрезою (схожою на черв’яка за формою) та заготовкою зубчастого колеса, завершуючи різання за допомогою поздовжньої подачі.
• Кінематичний зв'язок : Обертання фрези (головний рух різання) + Обертання заготовки (рух обвивного нарізання) + Поздовжня подача.
• Переваги : Висока ефективність, підходить для масового виробництва (наприклад, автомобільні шестерні); може обробляти прямозубі, косозубі, черв’ячні колеса тощо.
• Приклади застосування : Обробка планетарних і сонячних шестерень у редукторах вітрових енергоустановок.

1.3.2 Нарізання зуборізним диском

• ПРИНЦИП : Використовує зуборізний диск (схожий за формою на зубчасте колесо) для здійснення зворотно-поступального різального руху по заготовці при одночасному обертанні з передатковим відношенням зачеплення.
• Кінематичний зв'язок : Вертикальне зворотно-поступальне нарізання зубчастого колеса + утворювальне обертання заготовки та інструменту.
• Переваги : Може обробляти складні конструкції, такі як внутрішні та подвійні зубчасті колеса; краща шорсткість поверхні зуба порівняно з фрезеруванням (Ra 0,8–1,6 мкм).
• Обмеження : Нижча ефективність порівняно з фрезеруванням; вища вартість інструменту.
• Приклади застосування : Обробка внутрішніх зубчастих кілець у коробках передач та малих прецизійних зубчастих колесах.

1.3.3 Нарізання зубів після гарту (зубофрезерування)

• ПРИНЦИП : Різальний інструмент і заготовка обертаються у зачепленні під невеликим тиском, забезпечуючи підвищення точності профілю зуба за рахунок скребкової дії різальних кромок. Це остаточна операція для доводки після фрезерування або нарізання зубів.
• Переваги : Може виправляти похибки профілю зуба та підвищувати плавність передачі зубчастого механізму; точність обробки досягає 6–7 ступеня за DIN.
• Приклади застосування : Остаточна обробка зубчастих коліс автомобільних коробок передач.

1.3.4 Шліфування зубів

• ПРИНЦИП : Використовує формований шліфувальний круг або черв’ячний шліфувальний круг для шліфування бічної поверхні зуба шляхом утворювального руху, головним чином для остаточної обробки загартованих зубчастих коліс.
• Переваги : Надзвичайно висока точність (до класу DIN 3–4); може обробляти зубчасті колеса з твердою поверхнею зубців (HRC 58–62).
• Обмеження : Висока вартість і низька ефективність, зазвичай використовується в галузях із високими вимогами до точності.
• Приклади застосування : Зубчасті колеса авіаційних двигунів та швидкісні ступені редукторів вітрових енергоустановок.

02 Основні принципи формування за копіром

• Висока залежність від інструмента : Точність профілю зубця безпосередньо залежить від точності контуру інструмента.
• Відсутність утворювального руху : Процес обробки не моделює зачеплення зубчастих коліс, спираючись лише на відносний рух між інструментом та заготовкою.
• Висока гнучкість : Можливість обробки нестандартних профілів зубців (наприклад, кругові дуги, прямокутні зубці).

2.1 Математичні основи

• Принцип профілювання : Геометрична форма ріжучого краю інструменту ідеально відповідає простору зубів перевесника.
• Індексація руху : використовує індексаційні пристрої (наприклад, роздільні голови) для обробки зуб за зубом для забезпечення рівномірної висоти зуба.

2.2 Переваги та недоліки

Переваги

• Просте обладнання : Досягається звичайними фрезерними машинами.
• Придатний для однорозрядного виробництва, малого набору або ремонту : ідеально підходить для сценаріїв налаштування та обслуговування.
• Здатні обробляти зубчасті зубчасті з екстра-великими модулями : Наприклад, зубчасті колеса, що використовуються в гірничому обладнанні.

Недоліки

• Низька точність : Зазвичай класу DIN 9–10.
• Низька ефективність : Потребує обробки кожного зуба окремо.
• Погана універсальність інструменту : Для кожного модуля потрібні спеціалізовані інструменти.

2.3 Типові процеси формування різанням

2.3.1 Фрезерування зубчастих коліс

• ПРИНЦИП : Використовується дискова фреза або торцева фреза; інструмент обертається для різання, а заготовка подається поступово за допомогою подільної головки для обробки кожного зуба окремо.
• Кінематичний зв'язок : Обертання різця (головне різання) + Подача заготовки за віссю + Індексне обертання.
• Сценарії застосування : Виробництво прямозубих та косозубих коліс у одиничних і малих партіях; колеса великого модуля (модуль ≥20 мм) або ремонтні шестерні.
• Вивчення випадку : Зубчасті колеса повільнохідного ступеня морських редукторів (модуль 30, матеріал: 42CrMo), оброблені торцевою фрезою з ЧПУ-індексацією, досягають шорсткості поверхні зуба Ra 3.2 мкм.

2.3.3 Нарізання зубів протягуванням

• ПРИНЦИП : Використовується протяжка (багатозубий ступінчастий інструмент) для витягування всього зубчастого простору за один прохід.
• Кінематичний зв'язок : Поступальний рух протяжки (різання) + нерухома заготовка.
• Переваги : Дуже висока ефективність (один зубчастий простір за хід); відносно висока точність (до 7-го ступеня за DIN).
• Обмеження : Підходить лише для масового виробництва внутрішніх або зовнішніх зубчастих коліс; висока вартість виготовлення протяжки, ідеально підходить для великих партій одного типорозміру.
• Приклади застосування : Масове виробництво синхронізаторів автомобілів (цикл <10 секунд/штука).

2.3.3 Профільне шліфування

• ПРИНЦИП : Використовує профільне шліфувальне колесо (з контуром, що відповідає простору між зубами) для шліфування загартованих зубчастих коліс.
• Кінематичний зв'язок : Обертання шліфувального колеса + поділ заготовки.
• Переваги : Може обробляти високотверді зубчасті колеса (HRC >60); точність до 4-го ступеня за DIN (похибка профілю зуба <5 мкм).
• Сфери застосування : Остаточна обробка зубчастих коліс авіаційних двигунів та прецизійних редукторів.

03 Порівняння та галузеве застосування двох методів

Порівняння методу обвивної обробки та методу форми

Промислове застосування методу обвідного нарізання

3.1 Редуктори для вітроенергетичних установок

• Вимоги : Високий крутний момент, довгий термін служби (≥20 років).
• Комбінація процесів : Нарізання черв’ячною фрезою (попереднє оброблення) → Термічна обробка → Шліфування зубчастого колеса (остаточне оброблення).