DTB Technologie obrábění Téma 11 vybrané metody výroby ozubených kol rapid prototyping

transcript

DTB Technologie obrábění

Téma 11

VYBRANÉ METODY VÝROBY OZUBENÝCH KOLRAPID PROTOTYPING

A Vybrané metody výroby čelních ozubených kol

B Rapid prototyping

A VYBRANÉ METODY VÝROBY ČELNÍCH OZUBENÝCH KOL• Obrábění ozubení – složitý proces – kinematika procesu• Čelní ozubení – nejfrekventovanější

1 Frézování dělicím způsobem• Frézuje se jedna zubová mezera, následuje pootočení obrobku

o rozteč a frézuje se další zubová mezera.• Profil frézy odpovídá profilu zubové mezery• Modulová fréza – kotoučová, čepová – dodávány v sadách pro

daný modul• Konzolové frézky – dělicí přístroje.

Frézování čelního ozubení dělicím způsobem [H-I2-60]a) přímé zuby b) šikmé zuby

Modulové frézy [H-I2-60]a)kotoučová b) čepová (stopková)

Osmičlenná sada kotoučových modulových fréz [H-I2-60]

Frézování čelního ozubení se šikmými zuby – dělicí způsob kotoučová modulová fréza- konzolová univerzální frézka

[H-I2-61]

2 Frézování odvalovacím způsobem• Záběr válcového šneku (nástroj) s ozubeným kolem (obrobek)• Nástroj – odvalovací modulová fréza • Kinematika řezného pohybu

nk – otáčky obráběného kola [ min-1 ]nf – otáčky odvalovací frézy [ min-1 ]zk – počet zubů obráběného kola [ - ]zf – počet chodů odvalovací frézy [ - ]

2.1 Frézování kol s přímými zuby

Kinematika odvalovacího frézování čelního ozubení s přímými zuby, frézování nesousledné, pravochodá fréza [H- I2/62]

Úhel nastavení odvalovací frézy

- úhel nastavení odvalovací frézy - úhel sklonu zubů obráběného kola Smysl nastavení odvalovací frézy závisí na užití sousledného resp.

nesousledného frézování.

kf βη

Odvalovací frézování čelního ozubení s přímými zuby [H-I2/65]1 - lože odvalovací frézky, 2 – otočný stůl, 3 – opěrné ložisko, 4 –

opěrný stojan, 5 – vřeteník, 6 – upínací trn

2.2 Frézování kol se šikmými zubyÚhel nastavení odvalovací frézy je obecně vyjádřen vztahem

- úhel nastavení odvalovací frézy - úhel sklonu zubů obráběného kola - úhel stoupání odvalovací frézy

• Znaménko plus resp. minus se použije v závislosti na kombinaci pravochodé (levochodé) obráběné kolo a pravochodá (levochodá) odvalovací fréza.

• Smysl úhlu nastavení odvalovací frézy závisí na užití sousledného resp. nesousledného frézování.

fkf ωβη

fηkβ

3 Obrážení hřebenovým nožem• Záběr ozubeného hřebene (nástroj) s ozubeným kolem obrobek)• Nástroj koná řezný pohyb přímočarý vratný.• Odvalování je dosaženo složením otáčivého a posuvného pohybu

obrobku.• Nástroj je nastaven na hloubku zubu a při obráběcím procesu se

vřezává do obrobku.• Po obrobení několika zubových mezer se otáčení i posuv obrobku

zastaví a obrobek se vrátí zpět do výchozí polohy.• Počet obrobených zubových mezer koresponduje s délkou

hřebenového nože.• Jedním nástrojem daného modulu lze obrábět kola s libovolným

počtem zub.• Relativně levný nástroj. Relativně složitý a nákladný stroj.• Při obrážení čelních kol se šikmými zuby se pracuje s vykloněným

smýkadlem stroje.

Kinematika obrážení čelního ozubení hřebenovým nožem – systém Maag [H-I2/67]

Obrážení čelního šikmého ozubení na stroji Maag [H-I2/68]

4 Obrážení kotoučovým nožem• Nástroj (obrážecí kotoučový nůž) a obrobek (obrážené kolo) se bez

vůle po sobě odvalují jako by spolu zabírala dvě čelní ozubená kola.• Nástroj je koncipován jako korigované ozubené kolo, na jehož čelní

ploše jsou vytvořeny břity.• Obrážecí kotoučové nože se vyrábějí jako stopkové nebo nástrčné.• Nástroj upnutý ve smýkadle koná přímočarý vratný pohyb a přitom

se otáčí.• Kombinací translačního a rotačního pohybu se vytváří evolventní

profil zubů obráběného kola. • Při zpětném zdvihu se nástroj oddaluje od obráběné plochy.• Uplatnění při výrobě dvojkol (krátký náběh i přeběh) a při obrážení

vnitřního ozubení.• Pro obrážení šikmého ozubení musí být odvalovací obrážečka

vybavena speciálním vedením smýkadla.• Metoda je označovaná jako systém „Fellows“.

Vytvoření evolventy pří odvalovacím obrážení čelního ozubení

Odvalovací obrážení – schéma [KP-212]1 – obrážecí kotoučový nůž, 2 – obrážené kolo

Kinematika odvalovacího obrážení čelního ozubení

Kinematika obrážení čelního ozubení kotoučovým nožem – systém Fellows [H-I2/69]

Kinematické schéma odvalovací obrážečky [H-I2/70]

Odvalovací obrážečka OHA 50A [H-I2/70]

5 Protahování• Nástroj – protahovací trn, zpravidla monolitní, pro větší moduly

skládaný.• Nástroj je konstruován jako plochý nebo kruhový• Pro každý modul a počet zubů je třeba speciální nástroj – vysoké

náklady.• Po protažení jedné zubové mezery se obrobek pootočí o jednu

zubovou rozteč a cyklus se opakuje.• Použití pro vnější i vnitřní ozubení• Uplatnění ve velkosériové a hromadné výrobě.

Protahování vnitřního ozubení [KP-233]1 – obráběné kolo, 2 – otočná hlava, 3 – tažné ústrojí,

4 – protahovací nástroj

6 Ševingování• Uplatní se pro dokončovací obrábění čelních ozubených kol

(zpravidla nekalených) – zlepšení profilu zubů a kvality povrchu.• Nástroj – ševingovací kolo, břity jsou vytvořeny drážkami na

bocích zubů.• Záběr ševingovacího kola (hnací kolo) s obrobkem (hnací,

brzděné kolo) lze modelovat jako záběr šroubového válcového soukolí, pro které platí kinematické závislosti šroubového pohybu.

• V závislosti na kinematických poměrech ševingovacího procesu se rozliší ševingování podélné, diagonální, příčné a zapichovací.

• Brousicí ševingování – zvláštní případ ševingování kalených kol – honování ozubených kol. Nástroj (ševingovací kolo) má zuby pokryté tenkou vrstvou diamantového brusiva vázaného pryskyřičným nebo kovovým pojivem.

Ševingovací kola [H-I2/71]

Princip podélného ševingování [H-I2/72]

Ševingovací stroj [H-I2/72]

Nástroj s diamantovým brusivem pro honování čelních ozubených kol [H-I2/73]

7 BroušeníOdstranění nepřesností po předchozím obrábění a deformací po

tepelném zpracování.7.1 Broušení dělicím způsobem tvarovými kotouči• Brousí se jeden resp. dva boky zubu, pak se obrobek pootočí o

rozteč a následuje broušení dalšího profilu.• Brousicí kotouče mají tvar jednoho boku zubu nebo zubní

mezery.• Profily kotoučů se vytváří diamantovým orovnávačem podle

zvětšené šablony nebo pomocí speciálního tvarovacího zařízení.

• Metoda vysoce produktivní, přesnost broušených kol však vykazuje nižší parametry přesnosti.

Broušení čelních ozubených kol dělicí způsobemtvarovými kotouči [H-I2/74]a) dva kotouče s profilem ve tvaru boku zubub) jeden kotouč s profilem ve tvaru zubové mezery

Broušení čelních ozubených kol se šikmými zuby dělicím způsobem pomocí kotouče ve tvaru zubové mezery [H-I2/74]a) vnější ozubení, b) vnitřní ozubení

7.2 Broušení dělicím způsobem s odvalem boku zubu• Systém Maag – broušený zub se odvaluje po dvou brousicích

kotoučích, jejichž poloha modeluje boky zubu ozubeného hřebene.

• Systém Niles – broušený zub se odvaluje po jednom brousicím kotouči, jehož profil odpovídá profilu zubu ozubeného hřebene

Broušení čelního ozubení dělícím způsobem s odvalem boku zubu [H-I2/75]a) Maag - kotouče skloněné pod úhlem záběru b) Maag - kotouče kolmo postavené c) Niles1 – obrobek, 2 – brousicí kotouče, 3 – příčný suport, 4 – podélný suport, 5 –

odvalovací kotouč, 6 – ocelový pás, 7 – stojan odvalovacího zařízení

Broušení Maag pomocí skloněných kotoučů [H-I2/75]a) hranou kotouče, b) plochou kotouče

7.3 Broušení odvalovacím způsobem• Brousicí kotouč ve tvaru modulového šneku – systém

Reishauer.• Analogie s odvalovacím frézování, jednochodý nebo

dvouchodý brousicí šnek.• Užití zejména pro menší moduly, pro m < 3 mm lze brousit do

plného materiálu• Striktní podmínkou je zcela synchronní běh nástroje a

obrobku.• Vysoké požadavky na přesnost tvarování kotouče a jeho

statické a dynamické vyvážení.

Odvalovací broušení čelních ozubených kol– systém Reishauer [H-I2/76]

Bruska pro odvalovací broušení čelních ozubených kol [H-I2/77]

8 Lapování• Lapované kolo (obrobek) je v záběru zpravidla slitinovým

kolem (nástroj) stejného modulu.• Nástroj je hnaný, lapované kolo ja brzděno a koná kmitavý

pohyb ve směru osy.• Do záběru je přiváděna lapovací pasta nebo směs oleje

s lapovacím brusivem.• Přidavek na lapování je 0,02 až 0,05 mm.• Lapováním se zlepšuje kvalita povrchu boku zubů, avšak tvar

evolventy se téměř nemění.

B RAPID PROTOTYPING RP - Rychlá tvorba prototypůCharakteristika• RP slouží k co nejrychlejší tvorbě prototypů a modelů• Výroba forem a nástrojů• Koncepční konstruování• Simulace nebo různé typy zkoušek (obtékání, namáhání)• Automobilní, letecký a elektrotechnický průmysl• Zkrácení vývojových časů, snížení nákladů a zvýšení kvality• Rychlejší a levnější výroba kovových funkčních modelů a

prototypů

Digitální model• Konstrukce výrobku v některém z CAD programů• Převedení dat do formátu STL (standardní formát dat pro RP)• Rozložení 3D geometrie na jednotlivé příčné řezy definované

výšky (Siicem, SLI formát) – obvyklá výška vrstev je 0,1 až 0,2 mm

Vznik modelu• Technologie RP pracuje na principu přidávání materiálu po

vrstvách• Prostorový model je vytvářen přímo podle dat, která

přicházejí z počítače• 3D model načtený z CAD/CAM systému je příslušným

postprocesorem rozdělen na geometrická data jednotlivých vrstev

• Takto je možno vyrobit i velmi složité součásti s dutými vnitřními prostorami, šikmými a vodorovnými stěnami a žebry