Анализ рынка металлooбрабатывающегo oбoрудoвания пoказывает, чтo направления развития зубooбрабoтки, в чаcтнocти, закаленных зубчатых кoлеc, в ocнoвнoм не изменилиcь. Активнo раcпрocтраняютcя кoмбинирoванные методы. И хотя производительноcть оcтаетcя главным критерием выбора зубообрабатывающих cтанков, вcе большее внимание уделяетcя удобcтву, быcтроте и проcтоте их переналадки.
Владимир БАРАНОВ
Отметим еще ряд закрепившихcя тенденций, которые легко отcледить по характериcтикам вновь производимого оборудования. Увеличиваются частоты вращения заготовок и инструментов, а при зубодолблении – числа ходов. Как правило, в станках применяют встроенные приводы главного движения, делающие эти станки более компактными, надежными и увеличивающие их крутящий момент.
Практически все выпускаемые фирмами Германии, США, Швейцарии и Японии станки оснащены системами ЧПУ. Наши производители такого рода оборудования тоже стремятся предельно его автоматизировать, чтобы не отстать от рынка.
Охлаждать или нет?
Повсеместное ужесточение законов об охране окружающей среды вынуждает фирмы сводить к минимуму использование СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) в зуборезных станках, работающих лезвийным инструментом (фрезерных, долбежных и шевинговальных), а нередко и вовсе от нее отказываться. В первую очередь это относится к зубофрезерным станкам, как наиболее массовому виду зубообрабатывающего оборудования.
Они служат для обработки незакаленных колес, которые обычно затем шевингуют, закаливают и при необходимости шлифуют. Безусловно, одна часть этих станков рассчитана на работу с СОЖ, другая на работу без СОЖ, а третья, наиболее многочисленная, – на работу в том, и другом режимах. Так, фирма Liebherr Verzahntechnik, одна из крупнейших и успешных германских компаний, выпускающих зубофорезерные станки, производит в год около 130 таких станков. Из них 26 рассчитаны на работу СОЖ, 18 – без СОЖ, а остальные 86 являются комбинированными и могут работать как с СОЖ, так и без нее.
При этом переналадка станков на тот или иной режим обработки занимает примерно день. Основными их потребителями являются заводы автомобильной промышленности, куда направлено около 77% всех изготовленных станков. Практика показала, что без СОЖ можно обрабатывать колеса с модулем менее 4 мм и пределом прочности при растяжении более 1 100 Н/мм2 и характеристики инструмента, температура которого в процессе обработки достигает 300°C, здесь играют не меньшую роль, чем конструктивные возможности станка.
Оптимальными для зубофрезерования без СОЖ можно считать червячные фрезы из быстрорежущей стали, полученной методами порошковой металлургии с титаналюмонитридными покрытиями. Такими фрезами можно изготовить без СОЖ примерно 70% ассортимента указанных выше зубчатых колес. Примерно вдвое меньшая, чем у твердосплавных фрез, скорость резания здесь компенсируется большими подачами или большим числом заходов. У твердосплавных фрез, которые к тому же втрое дороже быстрорежущих с покрытиями, существуют проблемы с преждевременным сколом режущих кромок. Эти проблемы могут быть решены за счет уменьшения зернистости твердых сплавов и оптимизации качества их покрытий.
Конструктивные решения и фрезы
Для Liebherr Verzahntechnik, входящей в группу Sigma, характерно дальнейшее развитие сотрудничества с фирмой Emag. В частности, в новом станке модели LCV 40 для высокоскоростной обработки зубчатых колес без применения СОЖ оно проявилось в использовании заимствованных у фирмы Emag конструктивных решений. Это – два шпинделя перевернутой компоновки для установки в них заготовок диаметром до 40 мм и модулем до 2 мм (в стали), а также полимербетонная станина.
Наличие двух попеременно работающих вертикальных шпинделей позволяет одновременно производить загрузку и разгрузку заготовок, сводя тем самым к минимуму время их смены. Такая компоновка облегчает также удаление стружки, что немаловажно при обработке без СОЖ. Шестерни указанного размера применяют обычно в автоматических коробках перемены передач автомобилей и в небольших коробках скоростей автомобилей, электроинструментов и других машин.
Параметры высокоскоростной обработки для этого станка определяются типом материала устанавливаемых червячных фрез. В качестве такого материала используют обычно быстрорежущую сталь, в т.ч. полученную методами порошковой металлургии, твердые сплавы, включая сверхмелкозернистые, и керметы. Максимальная скорость резания, достигаемая при обработке без СОЖ фрезами из быстрорежущей стали, полученной методами порошковой металлургии с покрытиями, составляет 150 м/мин, твердыми сплавами – 300 м/мин, а керметами – 500 м/мин. В данном станке она обеспечивается достигающей 9000 мин-1 частотой вращения фрез диаметром 60 мм и длиной 160 мм с цилиндрическим хвостовиком.
Вращение фрез осуществляется от встроенного двигателя переменного тока мощностью 10 кВт. Полимербетонная станина с толщиной стенок 160 мм имеет замкнутую рамную конструкцию, обеспечивающую ей максимальную статическую и динамическую жесткость при достаточно высокой виброустойчивости. Рабочие шпиндели, вращающиеся в гидростатических опорах, расположены на поворотном (180°) устройстве. Их привод осуществляется от мотор-шпинделей с частотой вращения 1000 мин-1. Пока в первом шпинделе производится обработка одной заготовки, в другом с помощью схвата одновременно происходит смена другой.
Зажимное устройство позволяет производить фрезерование заготовок как сверху вниз, так и снизу вверх по отношению к шпинделю. Правильность их закрепления отслеживается системой пневматического мониторинга. В качестве опоры при креплении заготовок может служить дополнительная бабка. Станок оснащен компактным накопителем заготовок площадью 1 м2, рассчитанным на 400 заготовок минимального диаметра. В то же время на нем могут быть установлены до 270 заготовок диаметром 40 мм.
По заказу обслуживание этого накопителя может производиться роботом. Управление станком по выбору может осуществляться от трех модульных микропроцессорных УЧПУ со встроенным программируемым контроллером мод. LM 90 собственного производства, мод. Sinumerik 840 C фирмы Siemens и модели 15МВ Fanuc. Все они имеют программное обеспечение, ориентированное на осуществление зубофрезерования.
Модульно-платформный принцип
Группа Gleason-Pfauter, являющаяся в настоящее время крупнейшей мировой компанией по производству зубообрабатывающих станков и выпускающая почти все типы этих станков, тоже встала перед необходимостью унификации их важнейших базовых компонентов. В частности, это касается станин, элементов приводов и множества других деталей. Построенные по такому применяемому в автомобилестроении модульно-платформному принципу станки предназначены для обработки как с применением, так и без применения СОЖ (за исключением зубошлифовальных станков).
Все салазки у них выполнены на линейных направляющих качения, привод кронштейна задней бабки осуществляется от электродвигателя, приводы и системы управления выбираются двух фирм – Fanuc или Siemens. Предусмотрены самые широкие возможности автоматизации загрузки, разгрузки и материального потока – транспортеры, порталы и роботы. Примером унификации фрезерных, долбежных и шлифовальных станков группы для обработки зубчатых колес диаметром до 300 мм стал впервые показанный на этой выставке зубофрезерный станок мод. GP130, минимальный из этой серии. Он рассчитан на обработку вертикально устанавливаемых зубчатых колес с наклоном зубьев до ±45°, диаметром до 130 мм и модулем до 3 мм при перемещении осевых салазок до 250 мм.
Обработка всухую
Полностью исключена подача СОЖ и на станке модели GN 10А фирмы Mitsubishi. Он предназначен для фрезерования горизонтально устанавливаемых маломодульных зубчатых колес (диаметром до 100 мм и модулем до 4 мм), со скоростью 200 м/мин, что примерно вдвое больше стандартной.
Такую скорость получают за счет оснащения станка, имеющего повышенную жесткость несущих деталей, быстрорежущими червячными фрезами диаметром 70 мм и длиной 10 мм со специальными покрытиями. Частота вращения этих фрез, приводимых от электродвигателя мощностью 7,5 кВт, составляет величину в пределах 300-3 тыс.мин-1. Их осевой сдвиг достигает 110 мм, угол наклона фрезерной головки равен ±40°, а расстояние между центрами фрезы и заготовки может изменяться в интервале от 30 до 120 мм. Скорость осевой и радиальной подач у станка одинакова и составляет 1-1 тыс. мм/мин (рабочая) и 10 тыс. мм/мин (ускоренная).
