راهکارهای ماشینکاری دقیق برای چرخ دنده‌های انتقال قدرت

در سیستم‌های انتقال مکانیکی، آشفتگی شعاعی (محدودیت ≤0.05mm) و آشفتگی صفحه‌ای (≤0.04mm) چرخ‌دنده‌هایی با قطر دایره پیچشی Φ300-500mm به‌طور مستقیم کارایی انتقال قدرت و عمر تجهیزات را تعیین می‌کنند. یک تولیدکننده سنگین‌وزن چرخ‌دنده که از روش‌های سنتی برای پردازش چرخ‌دنده‌های ساخته‌شده از جنس ماده 40CrNiMoA استفاده می‌کند، به سه مرحله فرآیند نیاز دارد: 'خراب‌کاری اولیه روی یک ماشین تراش افقی → فرزکاری صفحه انتهایی روی یک ماشین فرز عمودی → شکل‌دهی پروفیل دندانه با دستگاه چرخ‌دنده‌تراش'. چندین بار نصب منجر به آشفتگی شعاعی بیش از حد مجاز به میزان 0.08 تا 0.12mm، صدای انتقال بیش از 90dB (مقدار مجاز ≤85dB) و چرخه پردازش هر قطعه به مدت 10 ساعت می‌شود. علاوه بر این، پس از عملیات بازپخت، ماده 40CrNiMoA دارای سختی 280 تا 320HB است که مقاومت برشی بالایی ایجاد می‌کند؛ ابزارهای فولاد ابزار تنها قادر به پردازش 2 تا 3 قطعه در هر لبه هستند و ه chiyn ابزار برای هر چرخ‌دنده بیش از 1500 یوان می‌شود.

سناریوهای استفاده مشتری
برای حل این معضل، شرکت دستگاه تراش عمودی CNC Kunming Machine Tool TK6513 را از گروه ماشین‌آلات شن یانگ معرفی کرده است تا یک سیستم اختصاصی تولید چرخ‌دنده با رویکرد «ماشین‌کاری سنگین و صلب + خراش دقیق در یک بار عملیات» ایجاد کند. این تجهیزات از بدنه یکپارچه چدن خاکستری ساخته شده است (با ضخامت دیواره ریخته‌گری 120 میلی‌متر) که تحت فرآیند دو مرحله‌ای تنش‌زدایی «پیری طبیعی به مدت 18 ماه + پیری ارتعاشی به مدت 96 ساعت» قرار گرفته است. با ترکیب ساختار داربست عرضی و لغزنده نوع جعبه‌ای، توزیع صلبیت از طریق تحلیل المان محدود بهینه‌سازی شده است. سفتی برش شعاعی به 40 کیلو نیوتن بر میلی‌متر می‌رسد و قادر است به‌طور پایدار نیروی شعاعی 25 کیلو نیوتن را در هنگام ماشین‌کاری فولاد 40CrNiMoA تحمل کند؛ این دستگاه مجهز به سیستم کنترل پیشرفته عددی کامپیوتری زیمنس 828D و کنترل کاملاً حلقه‌بسته با خط‌کش شیاری (با وضوح 0.05 میکرومتر) است و دقت موقعیت‌یابی ±0.008 میلی‌متر و دقت تکرار موقعیت‌یابی ±0.005 میلی‌متر را فراهم می‌کند که به‌طور دقیق با الزام انحراف شعاعی چرخ‌دنده حلقه‌ای ±0.03 میلی‌متر تطابق دارد. برای مواد آلیاژی با استحکام بالا، این تجهیزات مجهز به یک اسپیندل با توان 18.5 کیلووات (با حداکثر سرعت 1000 دور بر دقیقه) و یک سیستم خنک‌کننده امولسیون با فشار بالا (فشار خنک‌کنندگی 1.2 مگاپاسکال، دبی 35 لیتر بر دقیقه) است که همراه با ابزارهای برشی CBN (نیتروژن بورید مکعبی، سختی HV3000) استفاده می‌شود و به‌طور مؤثر از سایش ابزار و تشکیل براده جلوگیری می‌کند.

بستن دنده
از نظر نوآوری فناوری، این تجهیزات دست به دو پیشرفت همزمان در ماشینکاری چرخ دنده زده است: «یکپارچه‌سازی فرآیند + پیش‌کنترل دقیق»؛ با ترکیب یک چاک هیدرولیکی چهار لبه Φ 650 میلی‌متری، یک برج الکتریکی 8 ایستگاهی (زمان تعویض ابزار 2.0 ثانیه) و یک واحد سوراخکاری شعاعی، قادر است در یک مرحله عملیات خراش دقیق محیط چرخ دنده (تلرانس IT6)، فرز روی سطح انتهایی (تختی ≤ 0.02 میلی‌متر)، ریفینگ داخل سوراخ (استوانه‌ای بودن ≤ 0.01 میلی‌متر) و ماشینکاری سوراخ موقعیت‌یابی (دقت مکانی ≤ 0.1 میلی‌متر) را انجام دهد. در پاسخ به چالش کنترل دقیق حلقه چرخ دنده، ما به‌صورت نوآورانه از «روش ماشینکاری مبتنی بر مرجع یکپارچه» استفاده می‌کنیم: با استفاده از سوراخ داخلی بلانک چرخ دنده به عنوان مرجع موقعیت‌یابی، داده‌های لحظه‌ای سطح انتهایی و محیط خارجی از طریق سیستم اندازه‌گیری درون ماشین (دقت اندازه‌گیری ± 0.0015 میلی‌متر) جمع‌آوری شده و تغییر شکل ناشی از وزن قطعه کار به‌صورت خودکار جبران می‌شود (دقت جبران 0.003 میلی‌متر)، به گونه‌ای که آشفتگی شعاعی حلقه چرخ دنده به‌طور پایدار در محدوده ≤ 0.04 میلی‌متر کنترل می‌شود. برای چرخ دنده‌های با ماژول‌های مختلف (ماژول 8 تا 20 میلی‌متر)، این تجهیزات مجهز به 30 مجموعه از الگوهای پارامترهای فرآیند هستند و زمان تعویض از 3 ساعت سنتی به 30 دقیقه کاهش یافته است.
نتایج اجرایی کاملاً مطابق با استانداردهای دنده‌های ماشین‌آلات سنگین هستند: چرخه پردازش هر قطعه از ۱۰ ساعت به ۶ ساعت کاهش یافته و ظرفیت تولید روزانه از ۸ قطعه به ۱۴ قطعه افزایش پیدا کرده است؛ آفست شعاعی چرخ دنده حلقه‌ای ≤ ۰٫۰۴ میلی‌متر، آفست صفحه انتهایی ≤ ۰٫۰۳ میلی‌متر و زبری سطح به Ra0.8 میکرومتر رسیده است که کاملاً مشخصات استاندارد GB/T 10095.1-2021 «سیستم دقت چرخ دنده استوانه‌ای — بخش ۱: تعریف و مقادیر مجاز انحرافات سطح دندان در یک طرف» و استاندارد ISO 1328-1 را رعایت می‌کند؛ سطح نویز انتقال از ۹۰ دسی‌بل به ۸۲ دسی‌بل کاهش یافته و بازده جفت‌شدن دنده‌ها ۸٪ افزایش یافته است؛ با بهینه‌سازی تطابق مواد و خنک‌کنندگی، عمر ابزار ۲۰۰٪ افزایش یافته (تا ۶ تا ۸ قطعه بر روی هر لبه) و هزینه ابزار هر چرخ دنده به ۵۰۰ یوان کاهش یافته است؛ ماژول نظارت هوشمند نصب‌شده روی تجهیزات قادر است بار اسپیندل (دقت ± ۱٪) و دمای برش (وضوح ۰٫۱ درجه سانتی‌گراد) را به‌صورت زمان واقعی جمع‌آوری کند و همراه با الگوریتم پیش‌بینی سایش ابزار، میزان استفاده ترکیبی از تجهیزات را از ۷۵٪ به ۹۳٪ افزایش داده و توقف سالانه را ۵۲۰ ساعت کاهش داده است.
TK6513 به ما امکان پرش از «ماشینکاری مورد قبول» به «تولید دقیق» در تولید چرخ‌دنده‌ها را داده است. مدیر فنی این شرکت اظهار داشت: «چرخ‌دنده‌های ما با موفقیت در تجهیزات سنگینی مانند ماشین‌آلات معدنی و تجهیزات متالورژی به کار گرفته شده‌اند. نه تنها گواهی تأمین‌کننده لیبرهیر آلمان را به دست آورده‌ایم، بلکه الزامات سخت‌گیرانه عملکرد مداوم بدون خطا به مدت 15000 ساعت را نیز برآورده می‌کنیم که این امر رقابت‌پذیری هسته‌ای ما را در بازار چرخ‌دنده‌ها تضمین کرده است.» این مورد تأیید می‌کند که ماشین‌های تراش عمودی CNC از طریق ادغام عمیق «معماری سنگین و صلب + کنترل بسته‌بسته دقیق + نوآوری در یکپارچه‌سازی فرآیند»، به تجهیزات کلیدی در زمینه تولید چرخ‌دنده برای عبور از محدودیت‌های دقت و کارایی تبدیل شده‌اند.