Transmisja zębnia: zasady i zastosowania metody kształtowania przez frezowanie formujące i metodę generacyjną w obróbce kół zębatych

01 Podstawowe zasady metody obwiedniowej

1.1 Podstawy matematyczne

• Zasada otaczania : Tor ruchu krawędzi skrawającej narzędzi (takich jak frezy śrubowe czy frezy kształtowe) tworzy serię ciągłych krzywych, a obwiednia tych krzywych tworzy teoretyczny profil zęba (np. ewolwenta, cykloida).
• Równanie zazębienia : Spełnia zależność kinematyczną między ruchem względnym narzędzia i przedmiotu obrabianego, zapewniając dokładność profilu zęba.

1.2 Główne cechy

• Wysoka Precyzja : Możliwość obróbki złożonych profili zębów (np. ewolwentowych, o zębach łukowych).
• Wysoka wydajność : Ciągły proces skrawania umożliwia produkcję seryjną.
• Wysoka uniwersalność : Jeden narzędzie może przetwarzać koła zębate o różnej liczbie zębów (pod warunkiem, że mają ten sam moduł).

1.3 Typowe procesy metody generowania

1.3.1 Frezowanie ślimakowe

• ZASADA : Wykorzystuje ruch zazębienia między frezem ślimakowym (kształtem przypominającym ślimak) a przedmiotem wyjściowym, kończąc skrawanie poprzez posuw osiowy.
• Zależność ruchowa : Obrót freza (główny ruch skrawania) + Obrót przedmiotu (ruch generowania) + Posuw osiowy.
• Zalety : Wysoka wydajność, odpowiedni do produkcji seryjnej (np. przełożenia samochodowe); można przetwarzać koła zębate proste, pochyłe, ślimakowe itp.
• Przykłady zastosowań : Przetwarzanie kół planetarnych i kół centralnych w przekładniach turbin wiatrowych.

1.3.2 Frezowanie obwiedniowe

• ZASADA : Używa freza kształtowego (podobnego kształtem do koła zębatego), który wykonuje ruchy posuwowe na przedmiocie podczas obracania się w stosunku zazębienia.
• Zależność ruchowa : Pionowe ruchy tnące frezarki obwiedniowej + obrót generacyjny przedmiotu obrabianego i narzędzia.
• Zalety : Możliwość obróbki złożonych struktur, takich jak koła zębate wewnętrzne i podwójne koła zębate; lepsza chropowatość powierzchni zęba w porównaniu do toczenia (Ra 0,8–1,6 μm).
• Ograniczenia : Niższa wydajność niż przy toczeniu; wyższy koszt narzędzi.
• Przykłady zastosowań : Obróbka pierścieni zębatych wewnętrznych w skrzyniach biegów oraz małych precyzyjnych kół zębatych.

1.3.3 Przeciąganie zębów

• ZASADA : Narzędzie do przeciągania i przedmiot obrabiany wirują współosiowo pod niewielkim naciskiem, poprawiając dokładność profilu zęba poprzez działanie skrawające krawędzi narzędzia. Jest to proces wykańczający stosowany do dopasowania po toczeniu lub kształtowaniu kół zębatych.
• Zalety : Może korygować błędy profilu zęba i poprawiać płynność przekładni zębatej; dokładność obróbki osiąga klasę DIN 6–7.
• Przykłady zastosowań : Wykańczająca obróbka kół zębatych w skrzyniach biegów samochodowych.

1.3.4 Szlifowanie kół zębatych

• ZASADA : Stosuje się szlifierkę formowaną lub szlifierkę ślimakową do szlifowania powierzchni zęba za pomocą ruchu generacyjnego, głównie w celu wykończenia utwardzonych kół zębatych.
• Zalety : Ekstremalnie wysoka precyzja (do klasy DIN 3–4); może przetwarzać koła zębate o twardych powierzchniach zębów (HRC 58–62).
• Ograniczenia : Wysoki koszt i niska wydajność, zazwyczaj stosowane w dziedzinach wymagających wysokiej precyzji.
• Przykłady zastosowań : Koła zębate silników lotniczych oraz koła zębate szybkobieżne w przekładniach turbin wiatrowych.

02 Podstawy toczenia kształtowego

• Wysoka zależność od narzędzia : Dokładność profilu zęba zależy bezpośrednio od dokładności konturu narzędzia.
• Brak ruchu generującego : Proces obróbki nie symuluje zazębienia kół zębatych, opierając się wyłącznie na ruchu względnym między narzędziem a przedmiotem obrabianym.
• Duża elastyczność : Możliwość obróbki niestandardowych profili zębów (np. zęby łukowe, zęby prostokątne).

2.1 Podstawy matematyczne

• Zasada profilowania : Geometryczny kształt ostrza narzędzia idealnie odpowiada przestrzeni między zębami uzębienia.
• Ruch indeksowy : Wykorzystuje urządzenia indeksujące (np. głowice podziałowe) do obróbki zęba po zębie, zapewniając jednostajny skok zębów.

2.2 Zalety i wady

Zalety

• Proste wyposażenie : Możliwe do wykonania na zwykłych frezarkach.
• Odpowiedni do Produkcji Jednostkowej, Małoseryjnej lub Napraw : Idealny dla scenariuszy niestandardowych i konserwacji.
• Możliwość obróbki uzębień o bardzo dużym module : Na przykład zębatki stosowane w maszynach górniczych.

Wady

• Niska precyzja : Zwykle klasa dokładności DIN 9–10.
• Niska wydajność : Wymaga obróbki uzębienia nacięcie po nacięciu.
• Słaba uniwersalność narzędzi : Do każdego modułu potrzebne są specjalistyczne narzędzia.

2.3 Typowe procesy cięcia kształtowego

2.3.1 Frezowanie zębów

• ZASADA : Stosuje się frez tarczowy lub palcowy; narzędzie wiruje podczas cięcia, a przedmiot obrabiany jest pozycjonowany ząb po zębie za pomocą urządzenia podziałowego.
• Zależność ruchowa : Obrót narzędzia (główne cięcie) + Posuw osiowy przedmiotu obrabianego + Obrót pozycjonujący.
• Scenariusze zastosowań : Produkcja jednostkowa i małoseryjna kół zębatych prostych i śrubowych; koła o dużym module (moduł ≥20 mm) lub koła naprawcze.
• Badanie przypadków : Koła stopnia wolnobbieżnego reduktorów morskich (moduł 30, materiał: 42CrMo) obrabiane frezarką końcową + CNC z podziałką, uzyskując chropowatość powierzchni zęba Ra 3.2 μm.

2.3.3 Frezowanie kształtowe

• ZASADA : Wykorzystuje nożycę (narzędzie wieloostrzowe stopniowe) do wykrawania całej przestrzeni zęba w jednym przejściu.
• Zależność ruchowa : Ruch liniowy nożycy (skrawanie) + nieruchoma praca.
• Zalety : Bardzo wysoka wydajność (ukończenie jednej przestrzeni zęba na jeden suw); względnie wysoka dokładność (do klasy DIN 7).
• Ograniczenia : Nadaje się wyłącznie do produkcji seryjnej kół wewnętrznych lub zewnętrznych; wysoki koszt produkcji nożycy, idealne dla dużych partii jednego typu.
• Przykłady zastosowań : Produkcja seryjna pierścieni synchronizacyjnych samochodowych (czas cyklu <10 sekund/sztuka).

2.3.3 Szlifowanie kształtowe

• ZASADA : Wykorzystuje szlifierkę kształtową (z tarczą szlifierską odpowiadającą profilowi przestrzeni zęba) do szlifowania uharmonowanych kół zębatych.
• Zależność ruchowa : Obrót szlifierki + indeksowanie przedmiotu obrabianego.
• Zalety : Może obrabiać koła zębate o dużej twardości (HRC >60); dokładność do klasy DIN 4 (błąd profilu zęba <5 μm).
• Pola aplikacji : Wykańczanie kół zębatych silników lotniczych i precyzyjnych przekładni.

03 Porównanie i zastosowania przemysłowe obu metod

Porównanie metody obwiedniowej i metody kształtowej

Zastosowania przemysłowe metody obwiedniowej

3.1 Przekładnie do energetyki wiatrowej

• Wymogi : Wysoki moment obrotowy, długi okres użytkowania (≥20 lat).
• Kombinacja procesów : Frezowanie obwiedniowe (obróbka zgrubna) → Utrwalanie cieplne → Szlifowanie uzębień (dokładna obróbka)