W mechanicznych systemach przekładniowych wytoczenie promieniowe (wymóg ≤0,05 mm) oraz wytoczenie czołowe (≤0,04 mm) kół o średnicy podziałowej Φ300–500 mm bezpośrednio decyduje o sprawności przekładni oraz żywotności urządzenia. Producent ciężkich kół zębatych, który przetwarza koła ze stali 40CrNiMoA przy użyciu tradycyjnych metod, wymaga trzech procesów: 'obróbka zgrubna na tokarce poziomej → frezowanie powierzchni czołowej na frezarce pionowej → kształtowanie profilu zęba na strugadle do kół zębatych'. Wielokrotne mocowanie prowadzi do przekroczenia dopuszczalnego wytoczenia promieniowego o 0,08–0,12 mm, hałasu przekładni powyżej 90 dB (wartość dopuszczalna ≤85 dB) oraz cyklu obróbki pojedynczego elementu trwającego aż 10 godzin. Dodatkowo, po odpuszczeniu stal 40CrNiMoA ma twardość 280–320 HB, co skutkuje dużym oporem skrawania; narzędzia ze stali szybkotnącej wytrzymują tylko 2–3 elementy na ostrze, a koszt narzędzi na jedno koło przekracza 1500 yuanów.
Scenariusze użycia przez klienta
Aby pokonać ten dylemat, firma wprowadziła tokarkę pionową CNC Kunming Machine Tool TK6513 od Shenyang Machinery Group w celu zbudowania specjalistycznego systemu produkcyjnego do wytwarzania kół zębatych opartego na „obróbce ciężkiej i sztywnej + precyzyjnym toczeniu w jednym zamocowaniu”. Urządzenie wykorzystuje całkowicie odlewany szary żeliwny korpus stołu (o grubości ścianki odlewu 120 mm), który przeszedł podwójne uspokojenie naprężeń metodą „naturalnego starzenia przez 18 miesięcy + wibracyjnego starzenia przez 96 godzin”. W połączeniu ze strukturą belki portalowej i skrzynkowym suportem, rozmieszczenie sztywności zostało zoptymalizowane za pomocą analizy metodą elementów skończonych. Sztywność promieniowa podczas toczenia osiąga 40 kN/mm, co umożliwia stabilne wytrzymywanie siły promieniowej 25 kN podczas obróbki materiału 40CrNiMoA. Urządzenie wyposażone jest w zaawansowany system sterowania numerycznego Siemens 828D oraz pełny układ regulacji zamkniętej z użyciem liniału skalowego (rozdzielczość 0,05 μm), co zapewnia dokładność pozycjonowania ±0,008 mm oraz powtarzalność pozycjonowania ±0,005 mm, dokładnie odpowiadając wymaganiom dotyczącym bićia promieniowego koła zębatego pierścienia ±0,03 mm. W przypadku materiałów stopowych o wysokiej wytrzymałości, urządzenie wyposażone jest w wrzeciło o dużej mocy 18,5 kW (maksymalna prędkość obrotowa 1000 obr./min) oraz system chłodzenia emulsją pod wysokim ciśnieniem (ciśnienie chłodzenia 1,2 MPa, wydajność 35 l/min), w połączeniu z narzędziami CBN – sześciennego azotku boru (twardość HV3000), co skutecznie ogranicza zużycie narzędzi i tworzenie się wiórów.
Zacisk przełożenia
Pod względem innowacji technologicznych, urządzenie osiągnęło podwójny przełom w zakresie "integracji procesu + precyzyjnej kontroli wstępnej" podczas obróbki kół zębatych: integruje ono hydrauliczny czterojaki szczękowy o średnicy Φ 650 mm, wieżę elektryczną z 8 stanowiskami (czas wymiany narzędzia 2,0 sekundy) oraz jednostkę wiercącą promieniową, umożliwiając jednoczesne wykonanie toczenia precyzyjnego zewnętrznego koła zębatego (tolerancja IT6), frezowania powierzchni czołowej (płaskość ≤ 0,02 mm), wytaczania otworu wewnętrznego (walcowość ≤ 0,01 mm) oraz obróbki otworów docelowych (dokładność położenia ≤ 0,1 mm) w jednym cyklu. W odpowiedzi na trudności związane z precyzyjną kontrolą pierścienia zębatego, zastosowano innowacyjnie metodę "jednolitego odniesienia podczas obróbki": wykorzystując wewnętrzny otwór półfabrykatu koła zębatego jako punkt odniesienia, system pomiarowy wbudowany w maszynę (dokładność pomiaru ± 0,0015 mm) zbiera dane rzeczywiste dotyczące powierzchni czołowej i średnicy zewnętrznej, a odkształcenia spowodowane ciężarem przedmiotu obrabianego są automatycznie kompensowane (dokładność kompensacji 0,003 mm), dzięki czemu bicia promieniowe pierścienia zębatego są stabilnie utrzymywane na poziomie ≤ 0,04 mm. Dla różnych modułów kół zębatych (moduł 8–20 mm) urządzenie wyposażone jest w 30 zestawów szablonów parametrów technologicznych, co skraca czas wymiany z tradycyjnych 3 godzin do 30 minut.
Wyniki wdrożenia w pełni odpowiadają standardom dla przekładni maszyn ciężkich: cykl obróbki pojedynczego elementu skrócono z 10 do 6 godzin, a dzienne zdolności produkcyjne wzrosły z 8 do 14 sztuk; bieg wzdłużny pierścienia zębatego wynosi ≤ 0,04 mm, bieg czołowy ≤ 0,03 mm, a chropowatość powierzchni osiąga Ra0,8 μm, co w pełni spełnia wymagania normy GB/T 10095.1-2021 „System dokładności przekładni walcowych Część 1: Definicje i dopuszczalne wartości odchyłek powierzchni zębów po jednej stronie” oraz standardu ISO 1328-1; hałas transmisji zmniejszył się z 90 dB do 82 dB, a sprawność zazębienia przekładni wzrosła o 8%; żywotność narzędzi wydłużono o 200% (do 6–8 sztuk/łamaczka) dzięki dopasowaniu materiałów i optymalizacji chłodzenia, a koszt narzędzi na pojedynczą przekładnię zmniejszono do 500 yuanów; moduł monitorowania inteligentnego zamontowany na urządzeniu umożliwia rzeczywistą analizę obciążenia wrzeciona (dokładność ±1%) i temperatury skrawania (rozdzielczość 0,1 ℃), w połączeniu z algorytmem predykcji zużycia narzędzi, ogólne wykorzystanie urządzenia wzrosło z 75% do 93%, a roczny czas przestojów zmniejszył się o 520 godzin.
TK6513 umożliwiło nam skok z poziomu 'kwalifikowanego obrabiania' do 'produkcji precyzyjnej' przekładni. "Techniczny dyrektor przedsiębiorstwa stwierdził: "Nasze przekładnie zostały pomyślnie zastosowane w sprzęcie ciężkim, takim jak maszyny górnicze i urządzenia hutnicze. Nie tylko uzyskały certyfikację dostawcy Liebherr z Niemiec, ale również spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące ciągłej pracy przez 15000 godzin bez usterek, co zapewniło nam kluczową przewagę konkurencyjną na rynku przekładni." Ten przypadek potwierdza, że tokarki pionowe CNC stały się kluczowym wyposażeniem w branży produkcji przekładni, umożliwiając przełamanie utrudnień związanych z dokładnością i wydajnością dzięki głębokiej integracji 'ciężkiej sztywnej architektury + precyzyjnej kontroli zamkniętej pętli + innowacji procesowych'.
EN
