Převodové ústrojí: Zásady a aplikace metody tvarového řezání a generativní metody při obrábění ozubených kol

01 Základní principy metody tvorby

1.1 Matematické základy

• Princip obalování : Pohybová trajektorie řezné hrany nástrojů (např. frézovaček nebo čelních nožů) vytváří řadu spojitých křivek, jejichž obalová křivka tvoří teoretický profil zubu (např. evolventa, cykloida).
• Rovnice zabírání : Splňuje relativní pohybový vztah mezi nástrojem a obrobkem, aby byla zajištěna přesnost profilu zubu.

1.2 Klíčové vlastnosti

• Vysoká přesnost : Schopnost obrábět složité profily zubů (např. evolventní, kruhové oblouky).
• Vysoká účinnost : Spojité řezání umožňuje hromadnou výrobu.
• Silná univerzálnost : Jeden nástroj může obrábět kola s různým počtem zubů (za předpokladu, že mají stejný modul).

1.3 Typické procesy tvorby ozubení

1.3.1 Frézování čelních kol

• Princip : Využívá zabírací pohyb mezi frézou (tvarově podobnou šroubu) a polotovarem kola, řezání je dokončeno axiálním posuvem.
• Vztah pohybů : Otáčení frézy (hlavní řezný pohyb) + Otáčení obrobku (generující pohyb) + Axiální posuv.
• Výhody : Vysoká účinnost, vhodné pro sériovou výrobu (např. automobilová kola); lze obrábět přímá i šikmé ozubení, šneková kola atd.
• Příklady aplikací : Obrábění planetových a slunečních kol pro převodovky větrných elektráren.

1.3.2 Tvary na ozubení

• Princip : Používá se nástroj ve tvaru ozubeného kola, který provádí vratný řezný pohyb na obrobku při současném otáčení v poměru zabírání.
• Vztah pohybů : Vertikální vracený řezání ozubeného hřebenu + rotační generování obrobku a nástroje.
• Výhody : Může obrábět složité konstrukce, jako jsou vnitřní ozubená kola a dvojitá ozubená kola; lepší drsnost povrchu zubu ve srovnání s frézováním (Ra 0,8–1,6 μm).
• Omezení : Nižší účinnost než u frézování; vyšší náklady na nástroj.
• Příklady aplikací : Obrábění vnitřních ozubených kol v převodovkách a malých přesných ozubených kol.

1.3.3 Broušení ozubených kol

• Princip : Hladicí nástroj a obrobek rotují ve vzájemném záběru za mírného tlaku, čímž dochází ke zlepšení přesnosti profilu zubu díky škrabacímu účinku břitů nástroje. Jde o dokončovací proces používaný pro upravování po frézování nebo tvarem ozubených kol.
• Výhody : Může opravovat chyby profilu zubu a zvyšovat hladkost přenosu ozubeného kola; dosažená přesnost obrábění je třídy DIN 6–7.
• Příklady aplikací : Dokončovací obrábění ozubených kol automobilových převodovek.

1.3.4 Broušení ozubených kol

• Princip : Používá se tvarovaný brousící kotouč nebo šnekový brousící kotouč k broušení plochy zubu prostřednictvím generačního pohybu, hlavně pro dokončování kalených ozubených kol.
• Výhody : Extrémně vysoká přesnost (až do třídy DIN 3–4); umožňuje obrábění ozubení s tvrdými plochami (HRC 58–62).
• Omezení : Vysoké náklady a nízká účinnost, obvykle používáno v oblastech s vysokými požadavky na přesnost.
• Příklady aplikací : Ozubená kola leteckých motorů a rychlostní stupně ozubených kol ve větrných elektrárnách.

02 Základní principy frézování tvarového profilu

• Vysoká závislost na nástroji : Přesnost profilu zubu přímo závisí na přesnosti kontury nástroje.
• Žádný generující pohyb : Obráběcí proces nesimuluje začleňování ozubení, ale spoléhá se pouze na relativní pohyb mezi nástrojem a obrobkem.
• Velká pružnost : Schopnost obrábět nestandardní profily zubů (např. kruhové oblouky, obdélníkové zuby).

2.1 Matematické základy

• Princip profilování : Geometrický tvar břitu nástroje přesně odpovídá tvaru ozubení mezery.
• Pozicovací pohyb : Využívá pozicovacích zařízení (např. dělicí hlavy) pro obrábění zubu po zubu, aby byla zajištěna rovnoměrná rozteč zubů.

2.2 Výhody a nevýhody

Výhody

• Jednoduché zařízení : Proveditelné na běžných frézkách.
• Vhodné pro jednotlivé kusy, malosériovou výrobu nebo opravy : Ideální pro scénáře personalizace a údržby.
• Schopnost obrábět extrémně velké moduly ozubení : Například ozubená kola používaná v těžebním zařízení.

Nevýhody

• Nízká přesnost : Obvykle třída DIN 9–10.
• Nízká efektivita : Vyžaduje obrábění zubu po zubu.
• Špatná univerzálnost nástrojů : Pro každý modul jsou potřeba specializované nástroje.

2.3 Typické procesy tvorby řezáním

2.3.1 Frézování ozubení

• Princip : Používá se kotoučový frézovací nástroj nebo konečná fréza; nástroj rotuje pro řezání a obrobek je posunován zub po zubu pomocí dělicí hlavy.
• Vztah pohybů : Rotace nástroje (hlavní řez) + Axální posuv obrobku + Dělicí rotace.
• Scénáře aplikací : Výroba ozubených kol s přímými a šikmými zuby v jednotkové a malosériové výrobě; velké moduly (modul ≥20 mm) nebo opravná ozubená kola.
• Případová studie : Ozubená kola nízkorychlostního stupně lodních reduktorů (modul 30, materiál: 42CrMo) opracovaná koncovou frézou + CNC dělením, dosaženo drsnosti boků zubů Ra 3.2 μm.

2.3.3 Protahování ozubení

• Princip : Používá se protahovací nástroj (víceřezový nástroj se stupňovitým tvarem) k vyprotahování celého zubového mezera jedním průchodem.
• Vztah pohybů : Přímočarý pohyb protahovacího nástroje (řezání) + pevně uložený obrobek.
• Výhody : Vysoce efektivní metoda (vytvoření jednoho zubového mezery za každý zdvih); relativně vysoká přesnost (až do třídy DIN 7).
• Omezení : Vhodná pouze pro sériovou výrobu vnitřních nebo vnějších ozubených kol; vysoké náklady na výrobu protahovacích nástrojů, ideální pro velké objemy stejného typu.
• Příklady aplikací : Hromadná výroba synchronizačních tácílkových pouzder automobilů (cyklový čas <10 sekund/kus).

2.3.3 Tvářecí broušení

• Princip : Používá se tvarový brousicí kotouč (s profilem odpovídajícím tvaru zubové mezery) pro broušení kalených ozubených kol.
• Vztah pohybů : Otáčení broušecího kotouče + indexace obrobku.
• Výhody : Může obrábět vysokopevnostní ozubená kola (HRC >60); přesnost až do třídy DIN 4 (chyba profilu zubu <5 μm).
• Oblasti použití : Dokončování ozubených kol leteckých motorů a přesnostních redukčních převodovek.

03 Porovnání a průmyslové aplikace obou metod

Porovnání mezi metodou tváření a metodou tvarového frézování

Průmyslové aplikace generační metody

3.1 Převodovky pro větrné elektrárny

• Požadavky : Vysoký točivý moment, dlouhá životnost (≥20 let).
• Kombinace procesů : Frézování hřebenu (předhrubování) → tepelné zpracování → broušení ozubení (dokončování).