Produkcja nieokrągłych kół zębatych za pomocą frezarki obwiedniowej

© EMAG

Udostępnij:

 

Nieokrągłe koła zębate wkraczają coraz częściej do aplikacji przemysłowych. Ich produkcja stanowi jednak nadal niemałe wyzwanie. Obecnie najczęściej stosowane są stosunkowo drogie technologie, takie jak obróbka elektroerozyjna lub dłutowanie obwiedniowe. Alternatywą może być nowa technologia obróbki pozwalająca na wytwarzanie nieokrągłych konturów opisanych matematycznie za pomocą standardowej frezarki obwiedniowej.

Okrągłe koła zębate nie zawsze sprawdzą się przy przenoszeniu siły w obrabiarkach lub silnikach. Wręcz przeciwnie: w niektórych aplikacjach równomierne przenoszenie siły rodzi niekorzystne skutki uboczne. Przykładowo, w procesie głębokiego ciągnienia elementów posuw powinien być nierównomierny – powolny podczas samego ciągnienia, a jak najszybszy przed i po jego wykonaniu. Dzięki temu możliwe jest skrócenie czasu cyklu przy zachowaniu wysokiej jakości obrabianych detali. Tylko zastosowanie nieokrągłych kół zębatych pozwala w prosty, precyzyjny sposób uzyskać cykliczny, nierównomierny ruch. Z tego względu są one coraz częściej wykorzystywane m.in. w obrabiarkach, silnikach i pompach, zastępując drogie napędy bezpośrednie z elektroniczną regulacją zmiennego przenoszenia siły.



Szerokie spektrum aplikacji
Produkcją nieokrągłych kół zębatych zainteresowany jest m.in. przemysł motoryzacyjny. Zapewniają one bowiem kontrolę napędu silnika, a dzięki wytwarzaniu w układzie drgań znoszących pozwalają uniknąć lub kompensować niepożądane drgania. Owalne koła zębate znajdują też zastosowanie w mechanizmach łańcuchowych rowerów, zapewniając lepsze przenoszenie siły podczas pedałowania, oraz w silnikach pomp, gdzie pozwalają płynnie regulować przepływ cieczy w całym układzie.

Zwiększenie zakresu potencjalnych zastosowań tego typu kół pociąga za sobą wzmożone wysiłki konstruktorów poszukujących efektywnych ekonomicznie metod ich produkcji. Skomplikowane geometryczne kształty są obecnie często wytwarzane przy wykorzy staniu obróbki elektroerozyjnej, techniki spiekania proszków lub dłutowania. Jednak ze względu na konieczność stosowania nowych narzędzi metody te generują stosunkowo wysokie koszty – zwłaszcza w przypadku elementów wytwarzanych w małych i średnich seriach. Ponadto są relatywnie mało elastyczne, a tym samym nie pozwalają na szybką zmianę profilu produkcji z kół okrągłych na nieokrągłe i odwrotnie.



Obróbka na frezarkach obwiedniowych
W tym kontekście interesującą alternatywą wydaje się obróbka kół zębatych na frezarkach obwiedniowych. W modelu standardowym metoda ta jest co prawda bardzo precyzyjna i elastyczna, ale jej wykorzystanie do obróbki elementów nieokrągłych rodzi szereg trudności, w tym m.in. konieczność ciągłego korygowania położenia frezu.

– Przy zastosowaniu dynamicznych osi nowoczesnych frezarek obwiedniowych jest to oczywiście możliwe. Wymagana jest jednak doskonała synchronizacja sterowania – wyjaśnia Manuel Hofmeier, inżynier rozwoju w firmie KOEPFER, spółce zależnej EMAG.

Dlatego zatrudnieni tam eksperci opracowali nowe rozwiązanie, które można zastosować we wszystkich standardowych obrabiarkach wyposażonych w najnowsze sterowanie. Wystarczy tylko zmodyfikować oprogramowanie, aby obrabiarka była gotowa do realizacji obróbki nieokrągłej.

– W przeszłości opracowywaliśmy już dla indywidualnych klientów specjalne rozwiązania do obróbki nieokrągłej. Teraz jednak oddaliśmy im do dyspozycji rozwiązanie standardowe niewymagające modyfikacji mechaniki obrabiarek – tłumaczy Manuel Hofmeier.

Doskonale zsynchronizowane osie
Zadanie użytkownika polega jedynie na wprowadzeniu do oprogramowania matematycznych danych każdego konturu. W przypadku dużej mimośrodowości półfabrykat ma już kształt owalny. Jest on najpierw mierzony w strefie roboczej obrabiarki, aby zsynchronizować osie maszyny z jego położeniem, a następnie frezowany. W przypadku niezbyt dużej mimośrodowości półfabrykat ma kształt okrągły i można go poddać obróbce frezowaniem, by nadać mu np. kształt owalny.

W obu przypadkach obróbka wymaga doskonałej synchronizacji dynamicznych osi obrabiarki. Dzięki temu frezarka obwiedniowa wiernie podąża za konturem elementu, precyzyjnie odtwarzając zadane uzębienie.

– Rozwiązanie to przynosi szereg korzyści, szczególnie przy produkcji małej i średniej liczby sztuk – wyjaśnia Carsten Rautschek z firmy KOEPFER. – Użytkownik może w kilka minut przestawić standardową obrabiarkę na obróbkę elementów nieokrągłych i wyprodukować wzorcowe detale, a następnie wznowi
ć seryjną produkcję innych kół zębatych. Dane geometrii elementu owalnego zostają zapisane w programie obróbkowym i mogą być w każdej chwili ponownie wykorzystane.

„Ekstremalne” kształty
Nowa technologia umożliwia także wytwarzanie kół zębatych o kształtach, których nie można w prosty sposób opisać matematycznie, gdyż wymagają zastosowania złożonych wzorów i obliczeń.

– Konieczne jest wówczas dostosowanie oprogramowania do konkretnej aplikacji – wyjaśnia Rautschek. – Nasze obrabiarki umożliwiają standardowo seryjną produkcję każdego wypukłego konturu, tworząc nowy wymiar frezowania obwiedniowego.

Nowa technologia ma szansę znaleźć szereg zastosowań, np. w konstrukcji obrabiarek czy logistyce. Znacznie upraszcza bowiem proces opracowywania rozwiązań mechanicznych niezbędnych w produkcji nieokrągłych kół zębatych, a tym samym redukuje koszty ich wytworzenia.

Udostępnij:

Drukuj



MM




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również