Prevodovka: Zásady a aplikácie metódy frézovania tvaru a generovacej metódy pri obrábaní ozubených kolies

01 Základné princípy tvoriacej metódy

1.1 Matematické základy

• Princíp obalovania : Pohybová trajektória rezného hrana nástrojov (napr. fréz a hrebeňových nožov) vytvára sériu spojitých kriviek, ktorých obalovka tvorí teoretický profil zubu ozubeného kolieska (napr. evolventa, cykloida).
• Rovnica zabrdenia : Splňuje vzájomný pohybový vzťah medzi nástrojom a obrobkom, aby sa zabezpečila presnosť profilu zubu.

1.2 Kľúčové vlastnosti

• Vysoká presnosť : Schopnosť obrábiť komplexné profily zubov (napr. evolventné, kruhové oblúky).
• Vysoká účinnosť : Spojité rezanie umožňuje hromadnú výrobu.
• Vysoká univerzálnosť : Jeden nástroj môže obrábať ozubené súkolia s rôznym počtom zubov (za predpokladu, že majú rovnaký modul).

1.3 Typické procesy tvoriaceho spôsobu

1.3.1 Frézovanie hoblom

• Princíp : Využíva prevodový pohyb medzi hoblom (ktorý má tvar podobný skrutke) a polotovarom ozubeného kolesa, pričom rezanie sa dokončí axiálnym posunom.
• Väzba pohybov : Otáčanie hobla (hlavný rezný pohyb) + Otáčanie obrobku (tvoriaci pohyb) + Axiálny posun.
• Výhody : Vysoká účinnosť, vhodné pre sériovú výrobu (napr. automobilové ozubené súkolia); možno obrábať priame ozubené kolesá, šikmozubé kolesá, ozubené súkolia s ozubením do strany atď.
• Príklady použitia : Obrábanie planétových kolies a slnečných kolies v prevodovkách pre veterné elektrárne.

1.3.2 Tváranie ozubených kolies

• Princíp : Používa sa fréza na tvorenie ozubených kolies (podobného tvaru ako ozubené koleso), ktorá vykonáva vratný rezný pohyb na obrobku pri súčasnom otáčaní v prevodovom pomere.
• Väzba pohybov : Vertikálne reciprokujúce rezanie ozubeného hrotu + rotačná generácia obrobku a nástroja.
• Výhody : Dokáže obrábať komplexné štruktúry, ako sú vnútorné ozubenia a dvojité ozubenia; vynikajúca drsnosť povrchu zubov v porovnaní s frézovaním (Ra 0,8–1,6 μm).
• Obmedzenia : Nižšia účinnosť v porovnaní s frézovaním; vyššie náklady na nástroje.
• Príklady použitia : Obrábanie vnútorných ozubených krúžkov v prevodovkách a malých presných ozubených kolies.

1.3.3 Hladenie ozubenia

• Princíp : Hladiaci nástroj a obrobok sa otáčajú v zábere pri miernej tlakovej sile, čím sa zvyšuje presnosť profilu zubov odstraňovaním materiálu ostami nástroja. Ide o dokončovaciu operáciu používanú po frézovaní alebo tvorenie ozubenia.
• Výhody : Môže opraviť chyby profilu zubov a zlepšiť plynulosť prenosu ozubenia; presnosť obrábania dosahuje triedu DIN 6–7.
• Príklady použitia : Finálne obrábanie ozubených kolies automobilových prevodoviek.

1.3.4 Brúsenie ozubenia

• Princíp : Používa tvarovaný brúsny kotúč alebo brúsny kruh vo forme šnekového vretena na brúsenie plochy zubov prostredníctvom generačného pohybu, hlavne na dokončovanie kalených ozubených kolies.
• Výhody : Extrémne vysoká presnosť (až do triedy DIN 3–4); môže obrábať ozubené súčiastky s tvrdou plochou zubov (HRC 58–62).
• Obmedzenia : Vysoké náklady a nízka efektívnosť, zvyčajne sa používa v oblastiach s vysokými požiadavkami na presnosť.
• Príklady použitia : Ozubené súčiastky leteckých motorov a rýchlostné prevodové súkolesia vo veterných prevodovkách.

02 Základné princípy tvárnicovania

• Vysoká závislosť od nástroja : Presnosť profilu zubu priamo závisí od presnosti kontúry nástroja.
• Žiadny generujúci pohyb : Obrábací proces nesimuluje zasunutie ozubených kolies, ale spolieha sa len na relatívny pohyb medzi nástrojom a obrobkom.
• Vysoká flexibilita : Schopnosť obrábať netypické profily zubov (napr. kruhové oblúky, obdĺžnikové zuby).

2.1 Matematické základy

• Princíp profilovania : Geometrický tvar rezného hrana nástroja dokonale zodpovedá priestoru zubu ozubeného kolesa.
• Indexačný pohyb : Využíva indexačné zariadenia (napr. deliace hlavy) na obrábanie zub po zube, aby sa zabezpečil rovnomerný rozstup zubov.

2.2 Výhody a nevýhody

Výhody

• Jednoduché zariadenie : Dosažiteľné na bežných frézka.
• Vhodné pre jednotlivé kusy, malé série alebo opravy : Ideálne pre prípady personalizácie a údržby.
• Schopný obrábania extrémne veľkých ozubených kolies s modulom : Napríklad ozubené kolieska používané v baníckych strojoch.

Nevýhody

• Nízka presnosť : Zvyčajne trieda DIN 9–10.
• Nízka efektívnosť : Vyžaduje obrábanie zub po zube.
• Zlá univerzálnosť nástrojov : Pre každý modul sú potrebné špecializované nástroje.

2.3 Typické procesy tvorivého rezania

2.3.1 Frézovanie ozubených kolies

• Princíp : Používa sa kotúčový frézovací nož alebo koncová fréza; nástroj rotuje pri rezaní a obrobok sa posúva zub po zube pomocou deliacej hlavy.
• Väzba pohybov : Otáčanie rezačky (hlavné rezanie) + axiálny posuv obrobku + indexačné otáčanie.
• Aplikačné scenáre : Výroba ozubených kolies s priamym a šikmým ozubením v jednotlivých kusoch a malých sériách; ozubenia s veľkým modulom (modul ≥20 mm) alebo oprava ozubení.
• Prípadová štúdia<br> : Ozubenia nískych stupňov morských prevodoviek (modul 30, materiál: 42CrMo) spracované koncovou frézou + CNC indexácia, dosiahnutie drsnosti povrchu zubov Ra 3.2 μm.

2.3.3 Tvárnenie obrábaním

• Princíp : Použitie strunovača (nástroj s viacerými zubami stupňovitej konštrukcie) na vystrúhania celého priestoru medzi zubami jedným prechod.
• Väzba pohybov : Posuvný pohyb strunovača (rezanie) + nehybný obrobok.
• Výhody : Veľmi vysoká účinnosť (vytvorenie jedného priestoru medzi zubami za zdvih); relatívne vysoká presnosť (až do triedy DIN 7).
• Obmedzenia : Vhodné len na sériovú výrobu vnútorných alebo vonkajších ozubených kolies; vysoké náklady na výrobu strunovača, ideálne pre veľké objemy objednávok jednej špecifikácie.
• Príklady použitia : Sériová výroba synchronizačných krúžkov automobilových prevodoviek (cyklový čas <10 sekúnd/kus).

2.3.3 Formovacie brousenie

• Princíp : Používa tvarovaný brúsny kotúč (s kontúrou zodpovedajúcou priestoru medzi zubami) na brúsenie kalených ozubených kolies.
• Väzba pohybov : Otáčanie brúsneho kotúča + indexovanie obrobku.
• Výhody : Môže obrábať vysokotvrdé ozubené kolies (HRC >60); presnosť až do triedy DIN 4 (chyba profilu zubu <5 μm).
• Obory aplikácie : Dokončovanie ozubených kolies leteckých motorov a precíznych prevodových kolies.

03 Porovnanie a priemyselné aplikácie oboch metód

Porovnanie metódy generovania a tvarej obrábania

Priemyselné aplikácie metódy tvoriaceho rezu

3.1 Prevodovky pre veterné elektrárne

• Požiadavky : Vysoký krútiaci moment, dlhá životnosť (≥20 rokov).
• Kombinácia procesov : Frézovanie ozubenia (hrubovanie) → tepelné spracovanie → brúsenie ozubenia (dokončovanie).