У механічних передавальних системах радіальне биття (вимога ≤0,05 мм) та торцеве биття (≤0,04 мм) шестерень із діаметром подільного кола Φ300–500 мм безпосередньо визначають ефективність передачі та термін служби обладнання. Виробник важких шестерень, який обробляє деталі із матеріалу 40CrNiMoA за допомогою традиційних методів, використовує три операції: «грубе точіння на горизонтальному токарному верстаті → фрезерування торця на вертикальній фрезерній машині → обробка профілю зуба на зубодавильному верстаті». Багаторазові установки призводять до того, що радіальне биття перевищує допуск на 0,08–0,12 мм, рівень шуму під час передачі перевищує 90 дБ (припустиме значення ≤85 дБ), а цикл обробки одного виробу досягає 10 годин. Крім того, після загартування матеріал 40CrNiMoA має твердість 280–320 HB, що призводить до високого опору різанню; інструменти зі швидкорізальної сталі витримують лише 2–3 деталі на різальну кромку, а вартість інструментів для однієї шестерні перевищує 1500 юаней.
Сценарії використання клієнтами
Щоб подолати цю дилему, компанія представила вертикальний токарний верстат з ЧПК Kunming Machine Tool TK6513 від Shenyang Machinery Group для створення спеціалізованої системи виробництва шестерень за принципом «важке жорстке оброблення + точне токарнування за одну затискну» . Обладнання має цілісне основу з сірого чавуну (товщина стінки лиття — 120 мм), яка пройшла подвійне зняття напружень методом «природного старіння протягом 18 місяців + вібраційного старіння протягом 96 годин». У поєднанні з конструкцією поперечної балки типу портал та коробчастого повзунка жорсткість оптимізована за допомогою методу скінченних елементів. Радіальна жорсткість різання досягає 40 кН/мм, що дозволяє стабільно витримувати радіальну силу 25 кН під час обробки матеріалу 40CrNiMoA; обладнання оснащене передовій системою ЧПК Siemens 828D та повністю замкнутим контуром керування за допомогою граткового лінійки (роздільна здатність 0,05 мкм), забезпечуючи точність позиціонування ± 0,008 мм та повторюваність точності позиціонування ± 0,005 мм, що точно відповідає вимогам до радіального биття зубчастого вінця шестерні ± 0,03 мм. Для обробки високоміцних сплавів обладнання оснащене високопотужним шпінделем потужністю 18,5 кВт (максимальна швидкість обертання 1000 об/хв) та системою високотискового емульсійного охолодження (тиск охолодження 1,2 МПа, витрата 35 л/хв), у поєднанні з різальними інструментами з кубічного бор-нітриду CBN (твердість HV3000), що ефективно запобігає зносу інструменту та утворенню стружки.
Фіксація шестерні
З точки зору технологічних інновацій, обладнання досягло подвійного прориву «інтеграція процесів + точний попередній контроль» у виготовленні зубчастих коліс: інтегруючи гідравлічний чотирьохкулачковий патрон діаметром Φ 650 мм, електричну башту на 8 станцій (час зміни інструменту 2,0 секунди) та радіальну свердлильну установку, воно може за один раз виконати точне токарне обточування зовнішнього кола зубчастого колеса (допуск IT6), фрезерування торцевої поверхні (плоскість ≤ 0,02 мм), розточування внутрішнього отвору (циліндричність ≤ 0,01 мм) та обробку базуючих отворів (точність позиціонування ≤ 0,1 мм). Щоб вирішити проблему точного контролю кільця зубчастого колеса, ми інноваційно застосували «метод уніфікованого базування при обробці»: використовуючи внутрішній отвір заготовки зубчастого колеса як базу позиціонування, система вимірювання на верстаті (точність вимірювання ± 0,0015 мм) у реальному часі збирає дані торцевої поверхні та зовнішнього кола, автоматично компенсує деформацію, спричинену вагою заготовки (точність компенсації 0,003 мм), забезпечуючи стабільне значення радіального биття кільця зубчастого колеса в межах ≤ 0,04 мм. Для зубчастих коліс різних модулів (модуль 8–20 мм) обладнання оснащено 30 наборами шаблонів технологічних параметрів, що скорочує час заміни з традиційних 3 годин до 30 хвилин.
Результати реалізації повністю відповідають стандартам для зубчастих коліс важкого устаткування: час обробки одного виробу скорочено з 10 до 6 годин, а денна виробнича потужність збільшена з 8 до 14 штук; радіальне биття зубчастого вінця становить ≤ 0,04 мм, торцеве биття — ≤ 0,03 мм, шорсткість поверхні досягає Ra0,8 мкм, що цілком відповідає вимогам стандартів GB/T 10095.1-2021 «Система точності циліндричних зубчастих передач. Частина 1: Визначення та допустимі значення відхилень профілю зуба на одній стороні» та ISO 1328-1; рівень шуму передачі знизився з 90 дБ до 82 дБ, ефективність зачеплення зубчастого колеса зросла на 8%; термін служби інструменту подовжено на 200% (до 6–8 штук/лопатка) завдяки підбору матеріалів та оптимізації охолодження, вартість інструменту для одного зубчастого колеса зменшена до 500 юаней; модуль інтелектуального контролю, встановлений на устаткуванні, забезпечує постійний збір даних про навантаження шпіндельного вузла (точність ±1%) та температуру різання (роздільна здатність 0,1 ℃), разом з алгоритмом прогнозування зносу інструменту це підвищило комплексний коефіцієнт використання устаткування з 75% до 93%, а щорічний простій скорочено на 520 годин.
TK6513 дозволив нам зробити стрибок від «кваліфікованої обробки» до «прецизійного виробництва» зубчастих коліс. Як заявив технічний директор підприємства: «Наші зубчасті колеса успішно застосовуються в важій техніці, такій як гірничий та металургійний обладнання. Ми не лише пройшли сертифікацію постачальника компанії Liebherr у Німеччині, але й відповідаємо суворим вимогам безперебійної роботи протягом 15000 годин без відмов, що забезпечило нам конкурентоспроможність на ринку зубчастих коліс». Цей випадок підтверджує, що вертикально-фрезерні верстати з ЧПК стали ключовим обладнанням у галузі виробництва зубчастих коліс для подолання обмежень точності та ефективності завдяки глибокій інтеграції «важкої жорсткої архітектури + прецизійного замкненого керування + інновацій у технологічних процесах».
EN
