В механических передаточных системах радиальное биение (требование ≤0,05 мм) и торцевое биение (≤0,04 мм) зубчатых колес с диаметром делительной окружности Φ300–500 мм напрямую определяют эффективность передачи и срок службы оборудования. Производителю тяжелых зубчатых колес, обрабатывающему детали из материала 40CrNiMoA традиционными методами, требуются три операции: «черновое точение на токарном станке с горизонтальным расположением шпинделя → фрезерование торца на вертикально-фрезерном станке → нарезание профиля зубьев на зубодолбежном станке». Многократная перестановка приводит к тому, что радиальное биение превышает допуск на 0,08–0,12 мм, уровень шума при передаче превышает 90 дБ (допустимое значение ≤85 дБ), а цикл обработки одного изделия достигает 10 часов. Кроме того, после закалки материал 40CrNiMoA имеет твердость 280–320 НВ, что вызывает высокое сопротивление резанию; инструменты из быстрорежущей стали служат только 2–3 детали на одну режущую кромку, а стоимость инструментов для одного зубчатого колеса превышает 1500 юаней.
Сценарии использования клиентами
Чтобы преодолеть эту дилемму, компания внедрила вертикальный токарный станок с ЧПУ Kunming Machine Tool TK6513 от Shenyang Machinery Group для создания специализированной системы производства шестерён по принципу «мощная жёсткая обработка + точное токарное изделие за одну установку». Оборудование оснащено цельным корпусом из серого чугуна (толщина стенки литой заготовки составляет 120 мм), который прошёл двойную обработку для снятия напряжений — «естественное старение в течение 18 месяцев + вибрационное старение в течение 96 часов». В сочетании с конструкцией поперечины портала и коробчатого ползуна жесткость распределена оптимально благодаря анализу методом конечных элементов. Радиальная жесткость при резании достигает 40 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную нагрузку 25 кН при обработке материала 40CrNiMoA. Станок оснащён усовершенствованной системой ЧПУ Siemens 828D и полностью замкнутым контуром управления с линейкой счётчика решётки (разрешение 0,05 мкм), обеспечивая точность позиционирования ±0,008 мм и повторяемость позиционирования ±0,005 мм, что точно соответствует требованию допуска радиального биения зубчатого венца шестерни ±0,03 мм. Для обработки высокопрочных сплавов оборудование оснащено высокомощным шпинделем мощностью 18,5 кВт (максимальная скорость 1000 об/мин) и системой высоконапорного эмульсионного охлаждения (давление охлаждения 1,2 МПа, расход 35 л/мин), а также режущим инструментом из кубического нитрида бора CBN (твердость HV3000), что эффективно снижает износ инструмента и образование стружки.
Фиксация шестерни
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло двойного прорыва в обработке зубчатых колес по принципу «интеграция процессов + точное предварительное управление»: благодаря установке гидравлического патрона с четырьмя кулачками диаметром Φ 650 мм, электрической револьверной головки на 8 станций (время смены инструмента 2,0 секунды) и радиальной сверлильной установки, оно способно за одну установку выполнить прецизионное точение наружной окружности зубчатого колеса (допуск IT6), фрезерование торцевой поверхности (плоскостность ≤ 0,02 мм), расточку внутреннего отверстия (цилиндричность ≤ 0,01 мм) и обработку отверстий для базирования (точность позиционирования ≤ 0,1 мм). В ответ на сложность обеспечения высокой точности при обработке зубчатого венца было инновационно применено «единое метод базирования при обработке»: в качестве базы используется внутреннее отверстие заготовки зубчатого колеса, а данные о торце и наружной окружности в реальном времени собираются с помощью измерительной системы на станке (точность измерения ± 0,0015 мм), что позволяет автоматически компенсировать деформацию, вызванную весом детали (точность компенсации 0,003 мм), обеспечивая стабильный контроль биения зубчатого венца в пределах ≤ 0,04 мм. Для различных модульных передач (модуль 8–20 мм) оборудование оснащено 30 комплектами шаблонов технологических параметров, что сокращает время замены с традиционных 3 часов до 30 минут.
Результаты внедрения полностью соответствуют стандартам для зубчатых передач тяжелой техники: цикл обработки одной детали сократился с 10 до 6 часов, суточная производительность увеличилась с 8 до 14 штук; радиальное биение зубчатого венца составляет ≤ 0,04 мм, торцевое биение — ≤ 0,03 мм, шероховатость поверхности достигает Ra0,8 мкм, что полностью соответствует требованиям ГОСТ/Т 10095.1-2021 «Система точности цилиндрических передач. Часть 1: Определение и допустимые значения отклонений профиля зуба на одной стороне» и стандарту ISO 1328-1; уровень шума передачи снизился с 90 дБ до 82 дБ, эффективность зацепления шестерён увеличилась на 8 %; срок службы инструмента увеличился на 200 % (до 6–8 штук на лезвие) благодаря подбору материалов и оптимизации охлаждения, стоимость инструмента на одну шестерню сократилась до 500 юаней; модуль интеллектуального контроля, установленный на оборудовании, позволяет в реальном времени собирать данные о нагрузке на шпиндель (точность ±1 %) и температуре резания (разрешение 0,1 ℃), в сочетании с алгоритмом прогнозирования износа инструмента коэффициент использования оборудования вырос с 75 % до 93 %, годовое время простоя сократилось на 520 часов.
TK6513 позволил нам совершить скачок от «квалифицированной обработки» к «точному производству» зубчатых колёс. Технический директор предприятия заявил: «Наши зубчатые передачи успешно применяются в тяжёлом оборудовании, таком как горнодобывающая и металлургическая техника. Они не только прошли сертификацию поставщика компании Liebherr в Германии, но и соответствуют строгим требованиям непрерывной работы без отказов в течение 15000 часов, что обеспечило нам конкурентоспособность на рынке зубчатых передач». Данный пример подтверждает, что станки с ЧПУ с вертикальным расположением шпинделя стали ключевым оборудованием в области производства зубчатых колёс, позволяющим преодолеть узкие места в точности и эффективности благодаря глубокой интеграции "высоконагруженной жёсткой архитектуры + точного замкнутого управления + инноваций в технологических процессах".
EN
