История технологий зубообработки

Зубообработка на первый взгляд, довольно консервативная и не очень разнообразная часть металлообработки, но тем не меннее, за последние лет 100, было разработано много различных способов обработки. Некоторые из них оказались довольно живучими и постоянно развиваются, какие-то оказались хорошими только в своё время и постепенно ушли в историю.

Все методы зуборезных работ можно разделить условно на обработку резанием (лезвийная и абразивная обработка) и обработку другими методами (электоэррозия, накатка, литьё и т.д. и т.п.).

Лезвийная обработка:

Зубофрезерование
Зубофрезерование червячными фрезами
Зубофрезерование дисковыми и пальцевыми профильными фрезами.
Зубодолбление долбяком
Зубострогание строгальной рейкой
Спец.технологии (обработка фрезой-улиткой, трепанация, зуботочение, зубопротяжка, ЧПУ-фрезерование на обрабатывающих центрах, технология Sandvik Invomilling)
Шевингование

Абразивная обработка

Шлифование коническим кругом обкатным методом с единичным делением
шлифование тарельчатым кругом обкатным методом с единичным делением
Шлифование червячным кругом
Шлифование профильным кругом
Шлифование глобоидным кругом.
Хонингование

Зубофрезерование червячными фрезами (gear hobbing)
Наиболее распространённая в промышленности технология. Используется для нарезания цилиндрических прямозубых и косозубых колёс с эвольвентным профилем. Применяется также для обработки неэвольвентных профилей — шлицов, цепных звёздочек, зубчатых роторов для насосов и прочих зубчатых деталей.

Большинство червячных фрез сделаны из быстрорежущей стали. Но в последние 20 лет стали получать большое распространение фрезы из твёдых сплавов. Это позволило перейти к “сухой” технологии (dry hobbing) без использования СОЖ и высокоскоростной обработке. Такая технология особенно популярна в крупносерийном и массовом производстве (особенно автопроме).

Для крупных модулей (больше 16) часто применяются сборные фрезы с напайными пластинами, или пластинами с механическим креплением.

Зубофрезерование используется и как черновая обработка, и как окончательная. Традиционно обрабатываются детали с твёрдостью до 36-40HRC. Но при использовании современных станков и твердосплавного инструмента возможна даже обработка закалённых колёс ( выше 50 HRC).

Большинство зубофрезерных станков выпускаются в компоновке с вертикальной осью детали. Такая компоновка позволяет обрбабатывать колёса больших диаметров.
Для деталей большой длины (вал-шестерней, роторов, шлицевых валов) выпускаются станки с горизонтальной осью детали. Максимальный диаметр детали для таких станков — около 600-800 мм.

Преимущества

Габариты обрабатываемой детали практически не ограничены (выпускаются станки для обработки колёс с диаметрами до 15 м.) Но, как правило, применяется при обработке колёс с модулем до 16-20. Для бОльшх модулей цена червячных фрез и сложность заточки ограничивает применение ( учитывая, что такие колёса обычно делаются единичными количествами или мелкими партиями);
Инструмент практически универсальный ( за исключением черновых фрез под последующую чистовую обработку);
Возможность нарезания червячных колёс

Недостатки:

невозможно обрабатывать детали без выхода для фрезы (например, шевронные колёса без канавки, блоки зубчатых колёс);
Стандартные червячные фрезы невозможно использовать для обработки колёс внутреннего зацепления;
Огранка профиля (а значит чистота и погрешность) жёстко задана кинематикой (соотношением кол-ва зубьев фрезы и колеса);
Инструмент (червячная фреза) достаточно дорогой и требует спец.станков или приспособлений для заточки.

Зубофрезерование дисковыми и пальцевыми профильными фрезами (gear milling/gashing)
Основные области применения:

детали невысокой точности нарезаемые на универсальных станках ( в основном прямозубые колёса небольших размеров при ограниченном бюджете);
обработка крупногабаритных колёс с большим модулем (как на универсальных станках, так и на зубофрезерных);
обработка специальных профилей и колёс внутреннего зацепления;
высокопроизводительная черновая обработка ( дисковыми фрезами со сменными пластинами);
обработка колёс без выхода для фрезы (например, нарезание пальцевыми фрезами шевронных колёс)

Преимущества:

относительная дешевизна инструмента;
возможность применения на универсальных станках.

Недостатки

точность, как правило, ниже при прочих равных,
профиль инструмента проектируется для определённой детали или для ограниченного диапазона деталей.

Инструмент изготавливается как из быстрорежущей стали (всем известные модульные фрезы) так из твёрдых сплавов ( в основном сборные фрезы, фрезы со сменными пластинками).

Зубодолбление (gear shaping)
Подавляющее большинство выпускаемых зубодолбёжных станков имеют компоновку с вертикальной осью и ограничены диаметрами детали 1-1.5 м и не имеют возможности зажима в центрах. Ширина обработки, как правило, тоже меньше чем у других типов станков. В первой половине-середине ХХ века выпускались модели с горизонтальной осью детали. Зубодолбление применяется обычно для окончательной обработки деталей с твёрдостью до 36HRC.

Преимущества:

обработка колёс как наружного, так и внутреннего зацепления без дополнительных приспособлений;
возможность обработки колёс без выхода инструмента (например, шевронов или блоков);
огранка профиля не зависит от числа зубьев долбяка, а зависит только от соотношения подач. Соответственно, достижимая точность выше чем при обработке червячной фрезой, особенно при малозубых колёсах.

Недостатки:

Для нарезания косозубых колёс на механических станках требуется специальная оснастка (винтовые направляющие) и косозубые долбяки;
Диапазон применения долбяков ограничен, и для внутреннего зацепления и для внешнего (явление интерференции);
Габариты деталей ограничены.

Зубострогание рейкой (gear rack cutting/shaping)
Очень удачная, но уже забытая технология. Применялась на специальных зубострогальных станках. Кинематически — это процесс обкатки детали рейкой, так же как и при нарезании червячной фрезой. Но инструмент гораздо дешевле и проще в изготовлении. И хотя рейка имеет стойкость ниже, но её проще затачивать и менять в процессе обработки, а достижимая точность, в среднем выше, чем при нарезании червячной фрезой. Применялись чистовые рейки (прямобочные) и черновые (со ступенчатыми зубьями и зубьями разной высоты)

Эта технология была наиболее распространена для нарезания крупогабаритных колёс, колёс большой ширины, шевронов. В этих областях зубострогальные станки успешно конкурировали с зубофрезерными станками до 90 годов. Габариты обрабатываемых деталей так же были практически неограниченными (до 14 метров в диаметре и модуля 50). Поэтому на уникальных производствах эти станки до сих пор успешно эксплуатируются.

Posted in Важное.